СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ S-ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ СВЧ В ЛИНЕЙНОМ РЕЖИМЕ
METHOD OF MEASURING S-PARAMETRES OF MICROWAVE TRANSISTORS IN LINEAR MODE

Изобретение относится к технике измерения на СВЧ и может быть использовано для измерения S-параметров пассивных и активных четырехполюсников СВЧ.
i
i
ii
ij
i
i
i
j
ij
ii
i
j
Известен способ измерения S-параметров транзисторов СВЧ [1], при котором измеряют падающие и отраженные от транзистора волны напряжений при изменении разности фаз между падающими волнами от 0° до 360° и определяют S-параметры как центры замкнутых контуров, вычерчиваемых в соответствии с уравнениями вида b/a=S+S(a/a), i, j=1, 2 и b/a=S+S(a/a), i, j=1, 2.
Недостатками известного способа является то, что процесс измерения требует длительного времени и измеренные S-параметры транзистора имеют низкую точность. Один из указанных недостатков связан с тем, что для построения четырех замкнутых контуров необходимо получить большой массив измеренных отношений падающих и отраженных волн при изменении фаз между падающими волнами в диапазоне 0°-360°, второй недостаток связан с тем, что измеряются не S-параметры транзистора, а измеряются S-параметры устройства, содержащего собственно транзистор и держатель транзистора.
Целью заявляемого способа является уменьшение времени измерения и повышение точности измерения S-параметров транзистора.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения S-параметров, по которому выделяют падающие и отраженные от устройства, содержащего собственно транзистор и держатель транзистора, волны напряжений и измеряют отношения падающих и отраженных волн при изменении разности фаз между падающими волнами в диапазоне 0°-360°, согласно изобретению выделяют падающие и отраженные волны напряжений от устройства, содержащего собственно транзистор и держатель транзистора, и измеряют только комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе устройства, содержащего держатель транзистора и собственно транзистор, для двух значений разности фаз между падающими волнами, затем транзистор удаляют из устройства и измеряют комплексные коэффициенты отражения на входах коаксиально-полосковых переходов держателя транзистора, полученные системы уравнений решают относительно неизвестных S-параметров транзистора и определяют S-параметры транзистора.
Работа заявляемого способа поясняется структурной электрической схемой устройства, представленной на чертеже.
Сигнал СВЧ-генератора 1 подается на вход делителя мощности 3, с выхода делителя мощности сигналы через циркуляторы 2 и 4 подаются на два измерительных канала. Первый канал содержит переменный фазовращатель 5, переменный аттенюатор 8, направленный ответвитель 10, измеритель мощности 11, вентиль 14 и 12-полюсный рефлектометр 16. Второй канал содержит переменный аттенюатор 9, направленный ответвитель 12, измеритель мощности 13, вентиль 15 и 12-полюсный рефлектометр 20. Выходы 12-полюсных рефлектометров 16 и 20 соединены с входами коаксиально-полосковых переходов 17 и 19 держателя транзистора, выход коаксиально-полоскового перехода 17 соединен с входом транзистора СВЧ 18, выход коаксиально-полоскового перехода 19 соединен с выходом транзистора 18.
г1
г1
0
г2
г1
1
Процесс измерения состоит из трех этапов. На первом этапе измеряются комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ, при этом формируется система уравнений для определения S-параметров устройства. На втором этапе измеряются комплексные коэффициенты отражения коаксиально-полосковых переходов, при этом формируется система уравнений для определения S-параметров коаксиально-полосковых переходов. На третьем этапе измеряется отношение падающих волн напряжений генератора и комплексные коэффициенты отражения выходов 12-полюсных рефлектометров. После проведенных измерений вычисляются S-параметры транзистора СВЧ. На первом этапе создается линейный режим работы транзистора, при этом мощность сигнала генератора a, которая регулируется переменным аттенюатором 8 и контролируется измерителем мощности 11, соответствует линейному режиму работы. Фаза сигнала генератора a устанавливается переменным фазовращателем в начальное положение φ. Мощность сигнала генератора а, которая регулируется переменным аттенюатором 9 и контролируется измерителем мощности 13, также соответствует линейному режиму работы транзистора. 12-полюсными рефлектометрами [2] измеряются комплексные коэффициенты отражения. Затем фаза сигнала генератора a изменяется переменным фазовращателем 5 до значения φ и 12-полюсными рефлектометрами снова измеряются комплексные коэффициенты отражения.
г2
После этого переменным аттенюатором мощность сигнала генератора а устанавливается равной нулю, и 12-полюсным рефлектометром 16 измеряется комплексный коэффициент отражения. На основе проведенных измерений формируется система уравнений для определения S-параметров устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ:
вx1(φ0)
вx1(φ1)
вх2(φ0)
вх2(φ1)
г1
вх1
г1
г2
11
22
12
21
1
2
г2
г1
г1
г2
где Г, Г, Г, Г - измеренные комплексные коэффициенты отражения в сечениях 1-1 и 2-2 для различных значений фаз сигнала a, Г - измеренный комплексный коэффициент отражения в сечениях 1-1 при наличии сигнала a и отсутствии сигнала а, S, S, S, S - S-параметры устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ, Г, Г - комплексные коэффициенты отражения от выходов 12-полюсных рефлектометров, a/a, a/a - отношение волн напряжений, падающих на вход и выход устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ.
На втором этапе транзистор удаляется из схемы, на выходах коаксиально-полосковых-переходов держателя транзистора создаются поочередно режимы холостого хода и короткого замыкания и 12-полюсными рефлектометрами измеряются комплексные коэффициенты отражения, при этом формируется система уравнений для определения S-параметров коаксиально-полосковых переходов
вx1x
вx2x
вх1кз
вх2кз
где Г, Г, Г, Г - измеренные комплексные коэффициенты отражения в сечениях 1-1 и 2-2 для режимов холостого хода и короткого замыкания на выходе коаксиальо-полосковых переходов, , , , , , ,  - S-параметры коаксиально-полосковых переходов.
S-параметры коаксиально-полосковых переходов определяются из уравнений (6), (7), (8), (9), полагая, что S-матрицы коаксиально-полосковых переходов унитарны:
, ,
, ,
0
1
г1
г2
г1
г2
г2
г1
г2
г1
На третьем этапе из схемы удаляется устройство, содержащее держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ, выходы 12-полюсных рефлектометров соединяются непосредственно и измеряются комплексные коэффициенты отражения при различных фазах φ и φ сигнала генератора a и наличие сигнала генератора а, затем поочередно измеряются комплексные коэффициенты отражения при наличии сигнала a и отсутствии сигнала а и при наличии сигнала а и отсутствии сигнала a. На основе проведенных измерений формируется система уравнений для определения отношения падающих волн а/a и определения коэффициентов отражений выходов 12-поллюсных рефлектометров:
Из системы уравнений (10), (11), (12), (13) определяем отношения падающих волн напряжений, имеем
Определим S-параметры четырехполюсников из уравнений (10), (11), (12), (13), которые преобразуем сначала к виду
12
22
12
22
Вычтем из уравнений (16) и (17) уравнение (20), получим систему уравнений для определения параметров S и S, решая которую, получаем параметры Sи S:
где ,
,
12
22
11
21
Зная параметры S и S, определяем параметры S и S из уравнений (18) и (19):
вх2(φ0)
1
22
1
где А=ГГ-SГ,
,
вх2(φ0)
C=Г,
1
вх2(φ1)
1
22
1
А=ГГ-SГ,
1
вх2(φ1)
С=Г.
1
2
т
Зная S-параметры, определяем Т-параметры устройства, содержащего держатель транзистора (коаксиально-полосковые переходы и прижимные контакты) и собственно транзистор СВЧ, и Т-параметры коаксиально-полосковых переходов (T и Т), затем определяем Т-параметры транзистора (Т) из уравнения:
Зная Т-параметры транзистора, определяем S-параметры транзистора по формулам
, , ,
Список использованных источников
1. Shamsur R. Mazumder and P.D. van der Pulie. «Two-Signal» Method of Measuring the Large-Signal S-Parameter of Transistors // IEEE Trans. On Microwave Theory and Techn. - 1978. - V.MTT - 26. - №6. - p.417-420.
2. Петров В.П., Рясный Ю.В., Журавлева О.Б., Пологрудов В.П. Анализ методов калибровки 12-полюсного рефлектометра // Измер. техн. - 1985. - №10. - с.40-41.