006:621.317.744
Способ калибровки полоскового контактного устройства
С. В. САВЕЛЬКАЕВ
Рассмотрен способ калибровки полоскового контактного устройства, обеспечивающий повышение точности его калибровки, при помощи набора из согласованного расчетного полоскового калибратора и короткозамыкателя или одного короткозамыкателя.
Ключевые слова: полосковое контактное устройство, калибровка.
The way of calibration of the strip contact device by a set from two coordinated settlement strip calibrator is offered and short-circuited or one short-circuited, providing increase of accuracy of calibration of this device is considered.
Key words: strip contact device, calibration.
Для калибровки коаксиальных анализаторов СВЧ-цепей (АЦ) применяют наборы однотипных стандартизованных коаксиальных мер. Исследуемые узлы могут иметь большое разнообразие типов входных трактов и чаще всего — полос-ковых. Для подключения таких узлов к АЦ традиционно используют полосковые контактные устройства (ПКУ) [1—5], калибровка которых расчетными полоско-выми калибраторами обеспечивает перенос результатов калибровки АЦ коаксиальными мерами на измерение S-параметров полосковых узлов. Таким образом, от точности калибровки ПКУ зависит точность переноса.
Для калибровки ПКУ, при которой определяют его S-параметры в виде разделяющихся , S22 и не разделяющихся S12, S21, необходим набор минимум из трех расчетных полосковых калибраторов [2, 3]. Так, набор может состоять из согласованного, замкнутого и разомкнутого калибраторов.
Замкнутый и разомкнутый калибраторы представляют собой отрезки полосковой линии длиной Х/2 и Х/4, соответственно, где X = с / / — длина волны как отношение скорости света с к частоте /, на которой замкнутый калибратор имеет потери, тогда как в разомкнутом они отсутствуют. На практике ПКУ калибруют в некоторой полосе частот Д/, в которой длина разомкнутого калибратора отличается от Х/4, а в результате он имеет потери из-за эффекта открытого конца.
Наличие потерь в замкнутом и разомкнутом калибраторах снижает точность их расчета и, следовательно, точность калибровки ПКУ, что требует исключения этих калибраторов из набора.
В статье рассмотрен способ калибровки ПКУ [4] при помощи набора из согласованного расчетного полоскового калибратора и короткозамыкателя, потерями в котором из-за малости можно пренебречь, или одного короткозамыкателя. Способ
обеспечивает повышение точности калибровки этого устройства.
Конструкция ПКУ показана на рисунке, а. Способ калибровки ПКУ основан на измерении комплексного коэффициента отражения (ККО) Г™ в плоскостях п, - п его входов с помощью анализатора цепей 8 при поочередном подклю-
б в
Полосковое контактное устройство (а), согласованный полосковый калибратор (б), ко-
роткозамыкатель (в) и отрезок полосковой линии (г): 1—1', 2—2' — плоскости подключения отрезков полосковой линии; 3 — детекторы; 4 — отрезок полосковой линии; 5 — полосковые направленные ответвители; 6 — основание; 7 — коаксиальные полосковые переходы; 8 — измерительные плечи коаксиального анализатора СВЧ-цепей; 9 — перестраиваемые согласующие трансформаторы
чении к ПКУ согласованного полоскового калибратора и ко-роткозамыкателя (в виде металлической пластины с закрепленным на ней отрезком полосковой линии), показанных на рисунках, б и в, которые в плоскостях /- /' подключения имеют ККО Г™ = {0, -1}, где / = 1, 2 — индекс плоскостей
/ - /' подключения калибратора и короткозамыкателя к ПКУ, т = 1, 2 — их порядковый номер.
Согласованный полосковый калибратор может быть исключен из набора. В этом случае измерение ККО гП осуществляют в следующем порядке. В ПКУ включают отрезок полосковой линии 4, показанный на рисунке, г. С помощью перестраиваемого согласующего трансформатора 9 согласуют входную часть ПКУ так, чтобы ККО Г(.|1 в плоскости 1—1' подключения отрезка полосковой линии 4 был равен нулю: г11 = 0 (см. рисунок, а), что эквивалентно подключению к плоскости 1—1' согласованного полоскового калибратора. Условие г1 = 0 определяют по минимуму напряжения и1 на выходе детектора 3 направленного ответвителя 5 входной части ПКУ. Затем измеряют ККО ГЩ в плоскости -п'
входа ПКУ с помощью анализатора 8 и повторяют аналогичную операцию для его выходной части.
В первом приближении полагаем, что входная и выходная части ПКУ аналогичны и реактивны. Тогда их унитарные S). -параметры можно определить как
S |_г(1 ф _m(i. Pl1/'| _ 1 ni , Ф11/ _ ф ni.
521/1 _ {1
Si2i _ IS21/I _ 1 /1 — |г
_ф(2
Ф12/ _ Ф21/ _Ф ni —п.
|S22i| _ — ГПЛ ■ Ф22/ _ 2Ф12/ —Ф11/ _2Ф21/ —Ф11/ -
(1)
где г П1 - ф ni
модуль и фазы измеряемых ККО Г
(m
Выражения для определения фаз ф12). и ф21). (1) были получены из уравнения
г(2 о + S12/ S21/r(i2
1 ni _ S11i + . _ г(2 1 — S22iг /
(2
при условии S11), S22¡ << 1, Г) = -1.
Малые потери в области слабой связи направленных от-ветвителей 5 и самом ПКУ нарушают унитарность его 5(-па-раметров. При этом потери можно условно отнести к ко-роткозамыкателю, а его ККО в плоскости / - /' представить
в виде 5/Г((2, где 8(- — неизвестный комплексный коэффициент, учитывающий потери. Подставив 5,- Г((2 в (2), получим уравнение
= — S12; S21/
(2)
г(2 о , S12i S21i5/г(2
^ _ S11i + 1 — S22/5/г(2
(2
из которого при г) = -1 найдем
5i _(гП2 — S11i) / (As, — S22i гП)■
(3)
где AS, _ S11i S22i — S12< S21< ■
Использовав (3), неунитарные R -параметры ПКУ можно получить из выражений
R11i _ S11i, R22i _ S22i5i, R12i _ R21i _VS12iS21i5i . (4)
Выражения (1), (3) и (4) представляют собой математическую модель калибровки ПКУ.
Перенос результатов калибровки АЦ коаксиальными мерами на измерение S-параметров полосковых узлов можно осуществить по формулам:
S11 _[R112 (R111S22 — AS)+(S11 — R111) AR2]/ AS;
S12 _ — ^211^212^12 / As, S21 _ — R121R122S21 / AS;
¡22 = [21 (^222511 -ДS) + (^22 -^222) ДR1 ]]
где Дs = 5ц ¡¡22 - ¡¡12 ¡¡21' = ^111^221 - ^121^211' ДR2 = ^112 ^222 - ^122 ^212; Д8 = ^112 (^¡22 - ^221 Д) +
+ (^221 ¡¡11 -Д^)ДК2;
£)/(-, £>(у - £> -параметры узла, измеренные в плоскостях
П -п ' входов ПКУ.
Экспериментальные результаты. В ПКУ использованы коаксиально-полосковые переходы 7 (см. рисунок, а) сечением 7/3 мм. Его сменные полосковые направленные от-ветвители с ослаблением 20 дБ и полосой частот 0,1 ^ выполнены на поликоре толщиной 1 мм с волновым сопротивлением линий 50 Ом.
При калибровке ПКУ набором из согласованного полоскового калибратора и короткозамыкателя погрешность переноса при измерении S-параметров проходных расчетных полосковых мер ослабления в диапазоне частот 4—8 ГГц составила |Д5| < 0,05 по модулю и Дф5 < 8° по фазе; при калибровке одним короткозамыкателем — |Д5| < 0,04 и Дф5 < 6°.
В случае калибровки ПКУ тремя согласованным, замкнутым и разомкнутым расчетными полосковыми калибраторами при длине последних Х/2 и АУ4 на частоте 6 ГГц, погрешность переноса в том же диапазоне частот составила |Д5| < 0,13 и Дф8 < 19°.
Таким образом, рассмотренный способ калибровки ПКУ в сравнении с известным повышает точность переноса примерно в 2—3 раза.
2
ni
Л и т е р а т у р а
1. Khilla A. M. // Microwave J. — 1985. — N 5. — P. 255.
2. Heuermann H., Schiek B. // IEEE Trans. — 1997. — V. MTT-45. — N 3. — P. 408.
3. Zhu N. H. // IEEE Trans. — 1999. — V. MTT-47. — N 10. — P. 1917.
4. А. с. 1478156 СССР / В. П. Петров, С. В. Савелькаев // Открытия. Изобретения. — 1989. — № 17.
5. А. с. 1682942 СССР / В. П. Петров, С. В. Савелькаев, А. В. Борисов // Открытия. Изобретения. — 1991. — № 37.
Дата одобрения 20.10.2005 г.
621.317.3:681.335.2
Двухканальный программный анализатор спектра реального времени
О. Я. ШМЕЛЕВ
Многофункциональный компьютерный фурье-анализатор спектра предназначен для исследования в реальном времени электрических сигналов и измерения собственных параметров аналого-цифровых преобразователей.
Ключевые слова: анализатор спектра, реальное время, гармонические искажения, амплитудное распределение.
The multifunctional computer Fourier spectrum analyzer is intended for real-time research of electrical signals and for measurement of analog-to-digital converter parameters.
Key words: spectrum analyzer, real time, harmonic distortion, amplitude distribution.
Двухканальный комбинированный программно-аппаратный комплекс содержит анализатор спектра, осциллограф, частотомер, фазометр, вольтметр постоянного и переменного тока, измерители шумов и нелинейных искажений, мощности, плотности амплитудного распределения входного сигнала. Программный анализатор спектра предназначен для исследования в реальном времени электрических сигналов и измерения собственных параметров аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Прибор включает оригинальную компьютерную программу «OscilloMeter», АЦП и компьютер. В базовом варианте прибора используются двухканальные 16-, 24- или 32-битные АЦП стандартной звуковой системы компьютера (интерфейс MME — MultiMedia Extension) с частотой дискретизации Fs до 384 кГц. В настоящее время серийно производятся двухканальные 24-битные устройства с Fs = 200 кГц, например, аудиоинтерфейс «Juli@» фирмы «Ego Systems Inc.» или «LynxTWO-B» фирмы «Lynx Studio Technology». Верхняя граница диапазона рабочих частот измерительного комплекса достигает Fs / 2. В случае необходимости возможна дополнительная адаптация управляющей программы к другим типам АЦП, имеющим собственную буферную память. Максимальное количество каналов, частота дискретизации, разрядность данных, полоса рабочих частот и точность измерений прибора ограничены только типом применяемых АЦП.
Осциллограф обеспечивает индикацию (для двухканаль-ных АЦП) исходных сигналов, их суммы, разности, зависимости одного канала от другого, амплитудного распределения входных сигналов.
В анализаторе спектра использован алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ). Размер блока БПФ — до 220 выборок входного сигнала. Для сочетания высокой разрешающей способности анализа одновременно по време-
ни и частоте применяется обработка перекрывающихся во времени последовательностей выборок входного сигнала. В анализаторе имеется более 50 типов сглаживающих окон для
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.