Работа. кубанский государственный университет
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «КубГУ») Физико-технический факультет Кафедра Радиофизики и нанотехнологий Допустить к защите в ГЭК _____ . ____ . 2017 г. Заведующий кафедрой д-р физ.-мат. наук, профессор _______________Г. Ф. Копытов ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Работу выполнил____________________________ Бабенко Аким Алексеевич Направление 11.03.04 Электроника и наноэлектроника Научный руководитель канд. хим. наук, преподаватель____________________________ И. Н. Репина Нормоконтролер канд. хим. наук, доцент _________________________________ М. Е. Соколов Краснодар 2017 РЕФЕРАТ Курсовая работа 25 с., 7 рис., 5 источников ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ, ФАЗОВЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ Объектом исследования данной выпускной работы бакалавра является автоматизированная измерительная система, разработанная для определения параметров рассеяния электромагнитных полей диапазона сверхвысоких частот при прохождении через линейные и нелинейные среды. Целью работы являлось теоретическое и экспериментальное исследование, моделирование рассеяния электромагнитных колебаний СВЧ на контакте металл-полупроводник, а также разработка автоматизированной системы для проведения управляемых измерений параметров рассеяния нелинейных сред. В результате выполнения курсовой работы разработана структурная схема измерительной установки для исследования рассеяния электромагнитных полей, разработан программный алгоритм совместной синхронизированной работы двух синтезаторов частоты, векторного анализатора цепей, блоков переключателей и векторного вольтметра промежуточной частоты, проведена отладка работы установки и определены комплексные параметры рассеяния испытуемых преобразователей частоты. Содержание
Обозначения и сокращения
ВВЕДЕНИЕ На сегодняшний день исследование рассеяния электромагнитных колебаний на нелинейных средах остается задачей, для которой до сих пор не разработано однозначных теоретической базы либо измерительных методик. При этом разработка аппаратуры для измерения и контроля различных параметров СВЧ-узлов и аппаратуры является задачей особой по сравнению с радиоизмерениями в более низких по частоте на шкале электромагнитных волн. Особую сложность имеет анализ частотно-преобразующих устройств, обусловленную прежде всего сложностью анализа фазовых отношений между сигналами различных частот гармоник, генерируемых нелинейной средой, которой свойственен эффект комбинационного рассеяния электромагнитного поля. Несмотря на это, преобразователи частоты находят широкое применение в технике передачи и приема информации, радиолокации, радионавигации и системах наведения. Также стоит отметить, что супергетеродинный принцип преобразования частоты применяется также в большинстве современных спектрометров электронного парамагнитного резонанса. Таким образом целью данной работы является разработка программно-управляемой измерительной системы для автоматизации измерений при определении параметров рассеяния СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Для достижения поставленной выше цели необходимо решение следующих задач: - исследование методов измерений параметров рассеяния нелинейных полупроводниковых приборов на сверхвысоких частотах; - анализ особенностей построения современных автоматизированных измерительных систем СВЧ, а также программной архитектуры управления этими измерительными системами; - разработка структурной схемы измерительной системы для определения параметров рассеяния частотно-преобразующих устройств; - запуск и отладка работы разработанной измерительной схемы, а также программного обеспечения для управления, вычислений и индикации; - измерения комплексного коэффициента передачи полупроводникового частотно-преобразующего устройства. 1 Методы описания работы полупроводниковых приборов на сверхвысоких частотах
Под рассеянием электромагнитных волн, согласно [1], обычно понимается любое изменение волнового вектора  , как по модулю, так и по направлению (упругое и неупругое взаимодействие или отражение и поглощение соответственно). Таким образом рассеянное излучение может быть той же частоты круговой частоты  или отличающейся от первичного излучения согласно формуле (1) , (1)где  - длина волны; - скорость света в вакууме ( м/с).Происхождение рассеяния связано с изменением движения входящих в состав среды зарядов под влиянием поля падающей волны; это изменение приводит к излучению новых — рассеянных — волн. Исследование микроскопического механизма рассеяния должно производиться на основе квантовомеханических расчетов. Основной тип элементарных актов рассеяния заключается в поглощении первоначального кванта  электромагнитной энергии, зависящего от частоты излучения, что указано в формуле (2) , (2)где  приведенная постоянная Планка ( ).После поглощения либо неупругого взаимодействия рассеивающая система практически мгновенно испускает другой квант  . Частота  рассеянного кванта может быть как меньше, так и больше частоты  (эти случаи называют соответственно стоксовым и антистоксовым рассеянием). В первом случае энергия  поглощается системой, а во втором энергия  отдается ею за счет перехода в энергетически более низкое состояние. Так, в простейшем случае газа рассеяние происходит на отдельных молекулах, и изменение частоты может произойти как за счет перехода молекулы на другой уровень энергии, так и за счет изменения кинетической энергии ее движения как единого целого. Контакт металл-полупроводник является конденсированной средой, где имеется связанное состояние молекулярной структуры вещества и низкая кинетическая энергия молекул, а также наличие свободных носителей заряда, взаимодействующих с этой структурой. Таким образом, рассеяние распространяющихся в любой структуре электромагнитных колебаний есть процесс, зависящий от свойств среды распространения колебаний, то есть зная свойства структуры можно предсказать поведение электромагнитного поля, распространяющегося в нем. Решение обратной задачи, а именно качественный и количественный анализ вещества по известному отклику на падающее поле, применяется в спектроскопии, основанной на явлениях электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР), заключающихся в резонансном поглощении электромагнитного излучения СВЧ или ВЧ неспаренными электронами или ядрами соответственно. Тем самым исследование рассеяния электромагнитного излучения на различных структурах позволяет изучать их строение, а также явления, происходящие в данных структурах.Рассмотрим для начала пример неупругого рассеяния, возникающий при детектировании микроволновых колебаний детектором, основанным на контакте металл-полупроводник. Как известно из [2] и [3], для высокочастотных схем и быстродействующих детекторов контакт-металл полупроводник является наиболее предпочтительным, чем p-n-переход вследствие меньшей инерционности за счёт преимущественной компоненты тока, обусловленной движением только основных носителей заряда. Принято, как известно, связывать явления изменения частоты колебаний при прохождении через нелинейные среды, которой является любой полупроводниковый переход либо гетероструктура, как известно из [4], с нелинейным характером отклика среды в виде перемещения зарядов – тока - I на внешнее изменяющееся по величине постоянное электрическом поле, нормированное на длину величиной напряжения V. Для полупроводниковых контактов, очевидно, из-за их односторонней проводимости, явление нелинейности будет описываться нелинейным участком ВАХ, изображенным на рисунке 1.  Рисунок 1 – Участок ВАХ для прямого направления внешнего поля. Пусть детектирующий элемент, условно обозначаемый на схеме как диод D, присоединен к источнику внешнего возбуждающего напряжения V вместе с шунтирующим высокие частоты конденсатором C и амперметром А, как показано на рисунке 2. Так как диод служит для детектирования, то есть преобразования энергии высокочастотных электромагнитных полей в электрический ток, в большинстве случаев низкочастотный либо постоянный, конденсатор служит короткозамыкателем для высокочастотных составляющих, генерируемых диодом при детектировании.  Рисунок 2 – Упрощенная структурная схема детектирования В случае детектирования пусть напряжение источника – периодический изменяющееся со временем  однотональное поле частоты , описываемое выражением (2): (2)Любая функция нелинейной ВАХ может быть приближена рядом Тейлора с коэффициентами приближения  , о чем говорится в [5]. Этот ряд имеет вид формулы (3):  (3)Подставляя (2) в (3), получим формулу (4):  (4)Как правило, нулевой коэффициент  , показывающий величину постоянного тока при нулевом внешнем напряжении, также равен нулю, если на ВАХ отсутствуют участки с отрицательным сопротивлением. Постоянная составляющая детектирования образуется только тогда, когда в ряду присутствует ненулевая составляющая  , которая и характеризует слагаемое так называемого квадратичного детектирования: (5)Как видно из выражений (4) и (5), выходной ток детектора содержит как высокочастотные, так и постоянную составляющие. При этом если ВАХ точно приближается многочленом n-го порядка, то в выходном токе будут содержаться частоты, вплоть до n-кратных к исходной. Эти составляющие не будут влиять на результат измерений тока детектирования при использовании конденсатора. При работе нелинейного элемента в режиме преобразования частоты необходима подача на него двух сигналов различных частот. В радиотехнике исторически этот процесс получил название гетеродинного преобразования частоты, о чем говорится в [6]. При этом один из сигналов является преобразуемым (несущий информацию со спутника, СВЧ-детектора ЭПР-спектрометра, радиолокатора) с частотой  , а другой вырабатывается в специальном генераторе или гетеродине с частотой  . Через нелинейный элемент в таком случае протекает ток, описываемый выражением (6):   (6)Теперь второе слагаемое будет содержать как компоненты с удвоенными частотами  и  , а также компоненты  и  , что показано в формуле (7):  (5)Именно последнее слагаемое представляет наибольший практический интерес при преобразовании частоты, так как предоставляет возможность проводить обработку информации, передающейся на сверхвысоких частотах сигналов , на так называемых промежуточных частотах (ПЧ)  . В зависимости от назначения, полезными могут быть сигналы и удвоенных, а также суммарных частот (в случае удвоителей или умножителей частоты), достаточно применение соответствующих фильтрующих и усилительных элементов. Нелинейный элемент является главной составной частью смесителей, умножителей и преобразователей частот (последнее в случае встроенного гетеродина). Упрощенная схема смесителя представлена на рисунке 3, где на первом, втором и третьем входах или выходах этого смесителя изменяются соответственно сигналы с частотой , и . Рисунок 3 –Функциональная схема смесителя частот При разработке таких узлов являются обязательными процедуры их контроля и измерений. Наиболее важными характеристиками являются потери преобразования смесителя или амплитудно-частотная характеристика (АЧХ0, КСВН его входа, а также его фазочастотная характеристика (ФЧХ) или ее производная, получившая термин группового времени запаздывания (ГВЗ). Измерения первых двух параметров есть задача известная и однозначная, различные варианты реализаций ее решения отмечены в [7]. Однако измерения последних двух важных параметров смесителей СВЧ осложнены тем, что сравнение по фазе двух гармонических колебаний различных частот стандартными методами невозможно. В то же время ФЧХ любого частотно-преобразующего устройства непосредственно определяет характер нелинейных искажений полезных сигналов, что напрямую влияет на точность работы устройства, а также его предельно допустимые параметры, такие как чувствительность, динамический диапазон, полоса пропускания и прочие. Отметим несколько наиболее важных случаев применения преобразователей частоты, когда получение их ФЧХ является необходимым для учета всех погрешностей работы приборов, к которых эти преобразователи применяются. Применение смесителей в системах фазированных антенных решеток, являющихся неотъемлемой частью приемо-передающей радиолокационной станции, диаграммообразующих устройств, антенн головки самонаведения ракеты, антенн спутников и так далее, необходимо на сегодняшний из-за неуклонно возрастающей потребности в увеличении рабочих частот в телекоммуникациях, о чем говорится в [8]. Таким образом, при сканировании объекта радиолокационной станцией, фазовые и амплитудно-фазовые нелинейные искажения в смесителях, могут вызывать обнаружение ложных целей либо расплывание общей наблюдаемой картины. Для диаграммообразующих устройств подобные явления ведут к изменению желаемой диаграммы направленности, а значит, и к ухудшению приемо-передающих характеристик таких устройств. Частотно-преобразующие тракты, кроме того, являются важной частью современных ЭПР-спектрометров, что позволяет проводить анализ в различных частотных диапазонах. В настоящее время наиболее распространены спектрометры, работающие в Х-диапазоне (8-12 ГГц). При этом чаще всего такие спектрометры предпочтительнее строить по принципу гетеродинирования для более точного анализа прошедшего через образец поля уже в низкочастотной области с помощью различных процессоров цифровой обработки сигналов, о чем указано в [9]. Кроме того, в настоящее время фирмой Bruker освоена технология многочастотного ЭПР для анализа поглощения в L-(1-2 ГГц), S-(2-4 ГГц), C-(4-8 ГГц), K-(12-18 ГГц) и далее вплоть до 263 ГГц диапазонах частот, благодаря которой появляется возможность для анализа более широкого спектра образцов наноразмерных объектов и наноэлектронных компонентов, как отмечают в [10]. В России, к сожалению, в настоящее время нет выпуска приборов с возможностью многочастотной ЭПР-спектроскопии. Кроме того, применение гетеродинного принципа обработки прошедших через образец сигналов требует учет всех нелинейных искажений, в том числе и фазовых, возникающих при гетеродинном преобразовании частоты. 1.2 Методы определения полной матрицы рассеяния нелинейных сверхвысокочастотных устройств Как отмечалось ранее, исследование рассеяния электромагнитных волн в первоначальном направлении, или определение комплексного коэффициента передачи (ККП) затруднено тем, что спектр рассеянного излучения содержит частоты, отличные от частоты первичного изучения. Отражение электромагнитного излучения (ЭМИ) от границы раздела с любой материальной средой или структурой, как известно из [11 2 в курсовой], зависит от основных электродинамических параметров этой среды: относительной диэлектрической проницаемости  , относительной магнитной проницаемости  и удельной проводимости  . Указанные основные электродинамические параметры среды в общем случае являются величинами комплексными и зависящими от многих факторов. В проводимом эксперименте испытуемой средой являются СВЧ-диоды на основе барьера Шоттки. Контакт металл-полупроводник является нелинейной средой, то есть его основные электродинамические параметры зависят как от частоты, так и от амплитуды падающего на диод поля. Параметр  определяет с точностью до множителей, характеризующих геометрические параметры диода, величину его комплексной проводимости, вещественная часть которого имеет физический смысл дифференциальной активной проводимости диода, мнимая дифференциальной реактивной проводимости. Таким образом, такие параметры как дифференциальное активное сопротивление, емкость и индуктивность диода (последние два определяют реактивную часть комплексной проводимости диода), должны быть предварительно измерены или получены из соответствующих документаций на приборы для дальнейших расчетов и моделирования. Однако эти параметры не могут быть измерены в диапазоне СВЧ непосредственно, в том числе из-за нелинейного характера проводимости полупроводниковых приборов. Кроме того, задача определения характеристик проводимости с помощью параметров токопрохождения (например, диффузионной длинны пробега носителей заряда, времени жизни неосновных носителей, концентрации энергетических уровней электронов и дырок в валентной зоне и зоне проводимости, высота барьера), как это отмечалось в [12], есть задача трудоемкая и должна содержать большое количество допущений и идеализаций для получения конечного результата. Для описания характеристик линейных устройств в диапазоне СВЧ используется система параметров рассеяния или S-параметров (от англ. Scattering - рассеяние), что указано в [13]. Эти параметры определяются векторным отношением (отношением амплитуд и разностью фаз) рассеянного в исследуемом направлении поля к падающему или зондирующему рассеиваемому полю. Учитывая, что в технике передачи информации для целей коммуникации, анализа веществ и прочих используются гармонические колебания, удобно пользоваться комплексным, в частности показательным представлением сигналов, что описывается в [13]. Пару проводников (полюсов) либо фланец волновода, устанавливаемые на входах и выходах устройств, принято называть портами. Любое устройство, используемое для преобразования сигналов, содержит хотя бы два порта. Таким образом, в соответствии с рисунком 3 будем называть порт 1 сигнальным, порт 2 – гетеродинным, порт 3 – портом ПЧ. Для получения АЧХ и ФЧХ смесителей либо преобразователей частот гетеродинный вход можно не учитывать, так как он играет роль опорного входа для перехода с помощью внешнего либо внутреннего гетеродина на нелинейный участок ВАХ, который также называют рабочей точкой, для преобразования частоты входного сигнала, поступающего на сигнальный порт смесителя. Для описания устройств в системе S-параметров принято использовать матричное описание, а также приложение направленных графов, о чем подробно говорится в [14]. При этом вводят для k-го порта устройства некоторые комплексные напряжения  с амплитудой  , частотой  и начальной фазой  , и  с амплитудой  , частотой  и начальной фазой  такие, что половина их квадратов соответственно равняется мощности волн падающей по направлению к устройству  и распространяющейся от k-го порта  . Это условие описывается равенствами (5): (5)Ориентированный граф измеряемого двухпортового устройства или испытуемого четырехполюсника (ИЧ) изображен на рисунке 4. При этом верхний индекс комплексного напряжения или S-параметра означает, какому устройству они принадлежат. Нижние индексы S-параметров означают, между какими комплексными напряжениями вычисляют отношения.  Рисунок 4 – Ориентированный граф испытуемого четырехполюсника Параметры рассеяния многопортовых устройств или многополюсников на СВЧ измеряют с помощью измерителей параметров четырехполюсников или анализаторов цепей (АЦ), что сказано в [15]. Различают скалярные (САЦ) и векторные (ВАЦ) анализаторы цепей. При этом САЦ позволяют измерять лишь модули параметров рассеяния без возможности измерений фазовых составляющих, в то время как вторые позволяют проводить измерения полной матрицы комплексных параметров рассеяния четырехполюсников. Структурная схема измерений с помощью векторного анализатора цепей приведена на рисунке 5. ВАЦ состоит из переключателя П, меняющего направление подачи испытательного сигнала от синтезатора частот СЧ на один из двух входов 1 или 2 испытуемого четырехполюсника ИЧ. Стоит отметить, что в современных анализаторах широко распространено именно применение цифровых синтезаторов частот вместо генераторов на диодах Ганна, ЖИГ-сферах и так далее. В каждый из двух каналов испытательного сигнала СВЧ включены рефлектометры Р1 и Р2, состоящие из двух пар - НО1-НО2 и НО3-НО4 - встречно включенных направленных ответвителей. Ответвленные ими испытательные сигналы СВЧ подают на входы A, B, C, D векторного вольтметра, измеряющего векторное отношение между сигналами на различных парах его входов. Стоит отметить, что векторный вольтметр чаще всего построен по гетеродинному принципу, так как обработка сигналов непосредственно на СВЧ не представляется возможной на сегодняшний день для частот выше 5 ГГц. На результат измерений сильное влияние оказывают собственные S-параметры анализатора цепей.  Рисунок 5 – Структурная схема измерений с помощью ВАЦ Предметом измерений являются: ККП от порта 1 к порту 2 испытуемого четырехполюсника ИЧ  и комплексного коэффициента отражения (ККО) порта 1  . В другом положении подвижного контакта переключателя меняется направление подачи испытательного сигнала СВЧ и реализуется возможность измерения ККП от порта 2 к порту 1 -  , и ККО порта 2 -  .Векторный вольтметр, как и любой современный фазометр, способен измерять лишь разность фаз между сигналами одинаковой частоты, что показывает невозможность непосредственного измерения ФЧХ частотно-преобразующих устройств. Однако все известные на сегодняшний день методы определения матрицы рассеяния четырехполюсников с преобразованием частоты основаны именно на использовании ВАЦ при измерениях. Рассмотрим в хронологической последовательности эти методы и обсудим их достоинства и недостатки. Метод суммы и разности - первый метод, позволяющий определять ФЧХ устройств СВЧ с преобразованием частоты, был предложен в СССР согласно [16]. Структурные схемы метода приведены на рисунках 6 и 7. Суть метода заключается в том, что с помощью одной схемы, изображенной на рисунке 6, измеряют сумму  сдвигов фаз испытуемого  и вспомогательного  смесителей, а затем с помощью другой схемы, изображенной на рисунке 8, измеряют разность  ФЧХ испытуемого и вспомогательного смесителей на промежуточной частоте с помощью векторного вольтметра,. Далее решают систему уравнений (6): (6)Решение для и записывается в виду выражения (7): (7) Рисунок 6 – Схема измерения суммы ФЧХ испытуемого и опорного смесителей Для этого метода достоинством является простота выполнения измерений, а также наименьшее количество вспомогательных смесителей по сравнению с методом трех сумм, рассматриваемым далее.  Рисунок 7 – Схема измерения разности ФЧХ испытуемого и опорного смесителей Из недостатков можно отметить, что для выполнения измерений на промежуточных частотах при наличии ВАЦ без возможности относительных измерений частотно-преобразующих устройств требуется наличие внешнего векторного вольтметра, что было указано в [17] и [18]. Кроме того, при выполнении измерений суммы и разности на вспомогательный смеситель поступают различные по уровню сигналы: сначала с выхода ПЧ испытуемого смесителя, затем с выхода синтезатора частот. При этом, сигнал в первом случае оказывается меньшим по уровню, чем во втором, на величину потерь преобразования испытуемого смесителя. При этом так как параметр любой нелинейной среды зависит от величины поля, рассеиваемого на среде, сдвиг фаз, вносимый вспомогательным смесителем будет разным при первом и втором измерениях. В литературе этот процесс принято называть амплитудно-фазовой конверсией или амплитудно-фазовой погрешностью, на что указывается в [19]. Методы учета и уменьшения этих погрешностей были предложены в [20], [21], и [22]. Кроме того, из схем на рисунках 6 и 7 видно, что вспомогательный смеситель работает в режиме преобразования частоты из ПЧ в СВЧ при измерении сумы ФЧХ и в режиме преобразования частоты из СВЧ в ПЧ при измерении разности. Для того, чтобы ФЧХ вспомогательного смесителя была одинакова для первого и второго уравнений системы (6), необходимо предъявлять к этому смесителя требование взаимности, то есть симметрии его матрицы рассеяния или равенства  , что накладывает ограничения на точность этого метода. Вопросы, посвященные взаимности опорного смесителя при таких измерениях, обсуждались в работах [23] и [24].Метод трех смесителей, описанный в [25 5в статье Фролова], является по сути некоторой модификацией метода суммы и разности. Метод основан на применении двухпортового ВАЦ, как и предыдущий, между первым и вторым портами которого включают и измеряют последовательно соединенные испытуемый и вспомогательные смесители. Схема измерений аналогична схеме на рисунке 6 для измерения суммы ФЧХ с той разницей, что для получения истинных значений ФЧХ к нему присоединяют сначала первый вспомогательный смеситель с ФЧХ , а затем второй вспомогательный смеситель с ФЧХ  , измеряя соответственной суммарные ФЧХ  и  . Затем измеряют последовательно соединенные первый и второй вспомогательные смесители, получая их суммарную ФЧХ  . Решая систему уравнений (8):  , (8)находят ФЧХ испытуемого смесителя в виде (9)  , (9)Таким образом, можно видеть, что применение метода трех сумм имеет достоинство по сравнению с методом суммы и разности в том, что отсутствует необходимость измерений в разных диапазонах частот, а значит, и применение внешнего векторного вольтметра, что значительно упрощает реализацию метода. Однако стоит отметить, что при измерениях сумм и также наблюдается амплитудно-фазовая погрешность для первого вспомогательного смесителя. Кроме того, такая погрешность существует и для второго вспомогательного смесителя при измерениях сумм и , так, очевидно, потери преобразования испытуемого и первого вспомогательного смесителя всегда различны. Помимо этого, погрешность взаимности опорного смесителя также остается не устраненной.Метод отражений (метод малых потерь): третий по времени появления метод, процедуры которого описаны в [6], также основан на применении ВАЦ. Схема измерений указана на рисунке 8.  Рисунок 8 – Схема измерений методом отражений ВАЦ, как видно из рисунка измеряет ККО первого порта. К выходу испытуемого смесителя присоединяют через линию задержки (ЛЗ) с известной ФЧХ  нагрузку с известной величиной фазы ККО  при этом фаза ККО первого порта анализатора цепей  записывается в виде уравнения (10): , (10)Отсюда находят ФЧХ испытуемого смесителя с помощью выражения (11): , (10)Достоинством этого метода является отсутствие необходимости использования вспомогательных смесителей, однако измерение коэффициента отражения в данном случае эквивалентно измерению суммарной ФЧХ последовательно соединённого с самим собой испытуемого смесителя, что снова накладывает на ограничения точности величину взаимности этого смесителя. При этом амплитудно-фазовая погрешность также имеет место вследствие ослабления отраженного сигнала нагрузкой и линией задержки. Четвертый известный метод измерений ФЧХ частотно-преобразующих устройств основан на применении так называемых Х-параметров. Изначально технология Х-параметров разрабатывалась для измерения параметров устройств без гетеродинного преобразования частоты, однако в 2008-2010 годах в работах [26], [27],[1],ирэмв15 [2] был предложен метод и реализующее его устройство применения Х-параметров и векторного анализатора цепей для измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Позднее Agilent Technologies была подана заявка на получение патента на указанное устройство [28], ирэмв15 [3]. Метод отличается большей сложностью исполнения и наличием дополнительных устройств в виде генератора комбинационных частот и специального ВАЦ. В силу больших различий с остальными известными методиками в данной работе этот метод рассматриваться не будет, подробный его анализ был проведен ранее в [29 сама ирэмв 15] Программно-управляемая измерительная система будет разработана с целью автоматизации измерений параметров нелинейных СВЧ-устройств с преобразованием частоты методом суммы разности, что обусловлено относительной завершенностью разработки инструментальной основы для этого метода, а также наилучшим соотношением достоинств и недостатков. |
