Нечаев В.Г., Кравченко О.В., Кун Г.Р., Жирков А.В. nechaev.vg@micran.ru
Аннотация
В рамках выполнения комплексного проекта «Комплекс 4М» компанией «Микран» был разработан ряд высокотехнологичного оборудования для характеризации пассивных и активных СВЧ устройств с диапазоном рабочих частот до 50 ГГц. Представлены основные особенности, опциональный план и возможности одного из них, многофункционального измерительного СВЧ прибора — векторный анализатор цепей (ВАЦ) серии «Панорама». Рассмотрены возможности измерения параметров СВЧ узлов и блоков в коаксиальном и волноводном трактах, а также измерения параметров на пластине, в т.ч. измерения с преобразованием по частоте, измерения коэффициента шума, применение функции встраивания/исключения цепей для переноса плоскости калибровки и многопортовые измерения с применением расширителей портов М426/М826 производства компании «Микран». Также представлены типы калибровок, реализованные в ВАЦ серии «Панорама».
Первая часть: Решение задач по измерению и контролю электрических параметров ЭКБ СВЧ диапазона (часть 1)
Вторая часть: Решение задач по измерению и контролю электрических параметров ЭКБ СВЧ диапазона (часть 2)
6. Измерения параметров на пластине
Реализованное комплексное решение для характеризации полупроводниковых устройств на пластине на базе векторного анализатора цепей серии «Панорама» позволяет производить измерения на пластинах, а также определять параметры изделий в ВЧ и СВЧ диапазонах до 50 ГГц. Возможность управления ВАЦ через команды SCPI позволяет интегрировать прибор в автоматизированные контрольно-измерительные комплексы различной сложности.
Рисунок 7 — Пример проведения автоматизированных измерений на зондовой станции с использованием драйвера для интеграции ВАЦ серии «Панорама» в ПО компании Maury Microwave
ВАЦ серии Р4226А «Панорама» предоставляет возможность проведения измерений S-параметров и КШ на зондовой станции со скалярной и векторной калибровкой. Далее кратко описан алгоритм калибровки ВАЦ для проведения данных измерений в ПО Graphit (поставляется вместе с ВАЦ):
1) включить ВАЦ, выполнить запуск ПО Graphit и осуществить подключение к прибору;
2) в панели управления «Мощность» установить мощность зондирования – 15 дБм. При установке мощности зондирования необходимо учитывать ожидаемый коэффициент усиления (КУ) измеряемого устройства, чтобы приёмник оставался в линейном режиме работы. В случае необходимости устанавливать ослабление сигнала, попадающего на второй измерительный приёмник b2. Для этого в ВАЦ с опцией «ИКШ» (измерение коэффициента шума) установлены встроенные аттенюаторы, расширяющие динамический диапазон. Создать измерительную трассу для измерения КШ;
3) выбрать в главном меню Калибровка > Мастер калибровки. В окне «Параметры калибровки» в поле «Тип калибровки» выбрать пункт «Двухпортовая с измерением КШ (порт 2)». В поле «Характеристика ГШ» задать файл, содержащий таблицу значений ENR (Excess Noise Ratio – избыточный коэффициент шума) используемого генератора шума. Фильтр ПЧ определяет время измерения в каждой точке и уровень шума приёмного тракта шумового приёмника. Значение в поле «Усиление тракта» подобрать исходя из суммы значений ожидаемого коэффициента усиления (КУ) и ожидаемого коэффициента шума (КШ). Условия выбора усиления:
— низкое, если 60 дБ > КУ + КШ > 45 дБ;
— высокое, если КУ + КШ < 45 дБ.
Настройка параметров калибровки изображена на рисунке 8. Первые 6 пунктов, предложенные мастером калибровки (ГШ, произвольные и известные нагрузки), позволяют сформировать плоскость калибровки КШ в коаксиальном тракте (в том сечении, в котором есть возможность подключить ГШ). Оставшиеся пункты мастера калибровки выполняются уже на зондах с использованием нагрузок на пластине, тем самым формируется плоскость калибровки S-параметров в сечении зондов и осуществляется перенос плоскости калибровки КШ в сечение зондов (рис. 9).
Рисунок 8 — Настройка мастера калибровки
Рисунок 9 — Схема проведения калибровки на пластине
7. Импульсные измерения
ВАЦ серии «Панорама» с опцией «ИИП» позволяет проводить измерения S-параметров, компрессии нелинейных устройств и устройств со смещением частоты в импульсном режиме. Варианты измерения устройств, работающих в импульсном режиме:
1) «Импульсный режим» заключается в измерении S-параметров за серию импульсов или в пределах одного импульса, в зависимости от длительности радиоимпульса и времени измерения (рис. 10). В данном режиме измерение начинается синхронно с радиоимпульсом или с каким-то другим событием. Параметры импульсного режима позволяют выделить полезную часть сигнала длительностью до 50 нс, смещенную с разрешением 12,5 нс.
2) Профиль в импульсном режиме измеряется, сдвигая окно измерения (с шагом ≥ 12,5 нс). За одну выборку измеряется одна точка переходного процесса (рис. 11).
3) Профиль в режиме регистрации. В данном режиме появляется возможность обработки переходного процесса в реальном времени (рис. 12). В результате каждые 50 нс (и менее) вычисляется очереднойS-параметр и значение мощности.
Количество регистрируемых отсчётов ≤ 1024.
Рисунок 10 — Измерение в импульсном режиме
Рисунок 11 — Измерение профиля импульса при изменении задержки
Рисунок 12 — Измерение профиля импульса при регистрации изменения S-параметров
Возможности калибровки
В ВАЦ серии «Панорама» реализованы следующие типы калибровок:
— TRL/LRL/TRM/LRM калибровка для выполнения измерений на пластине;
— TRL/SOLT калибровка для измерений в волноводном тракте;
— SOLT, QSOLT, 1-портовая, 2-портовая калибровка частотной неравномерности;
— GSOLT для многопортовых измерений;
— калибровка источника/приемника с использованием внешних измерителей мощности для тех измерений, где требуется анализ абсолютной мощности;
— векторная калибровка для измерения параметров смесителей.
В качестве калибровочных мер могут использоваться:
— механические нагрузки в коаксиальном и волноводном трактах, нагрузки электронного калибратора;
— подвижные нагрузки, описанные и неизвестные;
— неизвестная нагрузка, подключаемая через четвертьволновой отрезок;
— меры на проход, описанные и неизвестные.
Для калибровки измерений мощности и связанных с ней параметров используется эталонный измеритель мощности. Калибруются приёмники для абсолютных измерений мощности и источник для динамических измерений.
Для измерения шума в Р4226А реализованы следующие калибровки:
— скалярная калибровка. Использует эталонный генератор шума. Оценивает коэффициент передачи и коэффициент шума измерителя;
— векторная калибровка. Использует меры импеданса или меры электронного калибратора. Оценивает шумовые параметры измерителя, применение которых исключает влияние рассогласования с ИУ.
Заключение
Использование новых технологий при разработке ВАЦ позволило расширить аппаратные возможности и вывести качество, скорость и функциональность измерений ВАЦ серии «Панорама» на новый уровень, сопоставимый с лучшими зарубежными аналогами. ВАЦ серии Р4213/Р4226 «Панорама» зарегистрированы в реестре средств измерений [6].
Литература
1. Контрольно-измерительная аппаратура и элементы СВЧ-тракта. Каталог:
https://www.micran.ru/get/?file=4498
2. Danilov D., Drobotun N., Medvedev A., Ulyanov V. Electronic calibrator MMIC with frequency range up to 50 GHz for vector network analyzers in GaAs pHEMT technology // ITM Web of conferences 30, 11009 (2019). EDP Science, eISSN: 2271-2097. P. 1-7.
3. Анализаторы цепей векторные Р4213/Р4226. Руководство по эксплуатации Часть II. Использование по назначению, 2019. С.121-124.
4. Nechaev V., Kravchenko O., Ulyanov V. Methods of design a multiport measurements // ITM Web of conferences 30, 11009 (2019). EDP Science, eISSN: 2271-2097. P. 4-6.
5. Джоэль П.Д. Настольная книга инженера. Измерения параметров СВЧ-устройств с использованием передовых методик векторного анализа цепей. – пер. с англ. Е.Ю. Харитонова, Е.В. Андронова, А.С. Бондаренко. – М.: Техносфера, 2018. С. 125, 197.
6. Свидетельство об утверждении типа СИ Р4213, Р4226:
https://www.micran.ru/get/?file=%2Fupload%2Fiblock%2F8e7%2FP4213_P4226.pdf
Элемент не найден