АВТОМАТИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВКА ВЕКТОРНОГО АНАЛИЗАТОРА ЦЕПЕЙ

April 9, 2012 by admin Комментировать »

Свирид М. С., Гусинский А. В., Кострикин А. М. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Минск – 220013, Респудлика Беларусь Тел.: +375-17-2398496, e-mail:gusin@cit.org.by, http://www.mwmlab.com

Рис. 2. Структурная схема устройства автокалибровки.

В ходе работы были рассмотрены различные варианта построения устройства автокалибровки (рис. 2).

Аннотация – Рассмотрены две структурные схемы устройства автокалибровки. Оценена погрешность измерения параметров отражения и передачи при использовании устройства автокалибровки в сантиметровом диапазоне длин волн.

I.  Введение

В настоящее время векторные анализаторы цепей дают наиболее исчерпывающую информацию о свойствах и параметрах СВЧ элементов. При работе с векторными анализаторами цепей необходимо производить калибровку, которая позволяет значительно уменьшить имеющиеся систематические погрешности. Уменьшение систематических погрешностей в процессе калибровки требует большого количества операций, связанных с подключением различных калибровочных мер. Количество подключений может достигать пяти и более подключений. Всё это усложняет процесс калибровки, делает его медленным и дорогостоящим.

Одним из путей решения проблемы является использование устройства автокалибровки, позволяющего автоматизировать процесс калибровки, значительно уменьшить время измерений и увеличить точность измерения.

II.  Основная часть

Структурная схема измерителя комплексных параметров с возможностью автоматической калибровки представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема векторного анализатора цепей с возможностью автоматической калибровки.

Fig. 1. The block diagram of VNA with automatic calibration

Персональный компьютер (ПК) через контроллер канала общего пользования (КОП) управляет генераторам качающейся частоты (ГКЧ), СВЧ измерительным блоком и устройством автокалибровки (УА). Для каждого состояния устройства автокалибровки ПК получает измеренные S-параметры через неидеальный измерительный блок. Также в памяти ПК хранятся S-параметры самого устройства автокалибровки. Все эти данные в дальнейшем используются для расчета параметров ошибок прибора и расчета S- параметров измеряемого устройства.

Fig. 2. The block diagram of the autocalibrating device

Конструктивно устройство автокалибровки может быть выполнено в виде отдельного блока или же входить в состав векторного анализатора цепей. В первом случае (рис. 2а) при проведении калибровки устройство автокалибровки включается вместо измеряемого устройства. Переключатели S1 и S2 подключают требуемые меры, обеспечивающие режимы близкие к режимам короткого замыкания (КЗ), холостого хода (XX), согласованной нагрузки (СН), передачи сигнала на проход и внесение фиксированных фазовых сдвигов (ср). При этом параметры самого устройства автокалибровки заранее измерены прибором, откалиброванным традиционным способом. Погрешность измерения параметров отражения и передачи определяется в первую очередь параметрами ключа. Ключ должен обеспечивать повторяемость переключений, температурную и временную стабильность характеристики. Конструктивно он может быть реализован на МОП транзисторах, p-i-n диодах, или MEMS структурах. MEMS ключи на сегодняшний день являются наиболее перспективными для создания переключающих узлов, реализуются средствами планарной технологии.

Для восстановления параметров отражения и передачи была применена SOLT (Short-Open-Load- Thru) калибровка с применением в качестве стандартов нагрузок короткозамкнутой (S), холостого хода

(О), согласованной нагрузки (L) и прямого соединения (Т) измерительных входов ВАЦ друг с другом.

Анализ показал, что применение устройства данной конструкции позволяет обеспечить измерения параметров отражения и передачи с погрешностью не более 0,6 дБ и 0,2 дБ соответственно, при использовании ключей, имеющих параметры:

– частотный диапазон от 0,1 ГГц до 18 ГГц;

–  КСВН не более 2;

– ослабление не более 1 дБ;

–  невоспроизводимость параметров ключей 5%.

Другой вариант реализации устройства автокалибровки, входящего в состав прибора, представлен на рисунке 26. Для проведения калибровки в этом случае необходимо применение двухблочной конструкции. Входы устройства 1 и 4 подключаются к векторному анализатору цепей, а 2 и 3 служат для подключения измеряемого устройства. Определяющим критерием для данной конструкции является идентичность параметров ключей, которая может быть достигнута реализацией устройства автокалибровки в интегральном исполнении.

Предложенная конструкция позволяет:

– уменьшить составляющие систематической погрешности связанные с температурной зависимость параметров ключей и интерполяцией измеренных параметров устройства автокалибровки, имеющих место в предыдущей конструкции;

–  проводить многократную калибровку параметров отражения непосредственно перед измерением;

– исключить предварительную калибровку прибора традиционными мерами.

III.  Заключение

В работе показаны преимущества применения двухблочной конструкции устройства автокалибровки. Анализ показал, что погрешности измерения параметров передачи и отражения, получаемые при использовании устройства автокалибровки соизмеримы с погрешностями в случае применения традиционных калибровочных мер.

IV. Список литературы

[1 ] Automatic Calibrations of Vector Network Analyzers and Measurement Systems Application Note, August 2000, http ://www. us. a n ritsu. со m.

[2]   Krekels H. G., Bochum R. U. AutoKal Automatic Calibration of Vector Network Analyzer ZVR Application Note

1      EZ30_2E, August 1996.

[3]   Eul H., Schiek B. A generalized theory and new calibration procedures for network analyzer self-calibration – IEEE Trans. On Micr. Theory and Tech., 1991, vol. 39, pp. 724-731.

[4]   Елизаров А. С Кострикин А. М. Гусинский А. В. Гомо- динные анализаторы для исследования цепей СВЧ в коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн. – Электроника СВЧ, 1996, т41, №5.

[5]   Абубакиров Б. А., Гудков К. Г., НечаевА. В. Измерение параметров радиотехнических цепей – М.: Радио и связь, 1984.

[6]   Петров В. П., Каменецкий М. И. Некоторые способы математического моделирования радиоцепей СВЧ. – Проблемы, разработки современных методов и аппаратуры для измерения параметров радиоцепей. Тез. докл. Всес. НТС. – М.:1976.

AUTOMATIC CALIBRATION OF THE VECTOR NETWORK ANALYZER

Svirid M. S., GusinskiyA. V., Kostrikin A. M.

Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics Minsk – 220013, Republic of Belarus Tel.: +375-17-239-84-96

E-mail: gusin@cit.org.by, http://www.mwmlab.com

Abstract – Two block diagrams of the autocalibrating device are considered. The measurement error of reflection and transfer parameters for VNA with autocalibrating device in a centimeter range is evaluated.

I.  Introduction

The calibration of VNA includes a plenty of operations with calibrating measures. The using of autocalibrating device allows automating process of calibration, reducing measurements time and increasing measurement accuracy.

II.  Main part

The autocalibrating device can be executed as the separate block or be a part of VNA. In the first case (Fig. 2a) during calibration the autocalibrating device must be connected instead the DUT. S1 and S2 switches connect the required measures providing SHORT, OPEN, LOAD, THRU and PHASE DELAY. The measurement error of reflection and transfer parameters is determined first of all by switch parameters. The switch should provide repeatability of switching, temperature and time stability of characteristic. Structurally it can be realized on FETs, p-i-n diodes, or MEMS structures.

Other variant of realization of the autocalibrating device included in VNA is shown in Fig. 2b. In this case it is necessary two-block design for autocalibration. Ports 1 and 4 must be connected to the VNA, ports 2 and 3 – to DUT. In this case it is required to get the identity switches parameters. It is possible if autocalibrating device is realized in integrated execution.

The offered autocalibrating device allows:

-reducing regular error of temperature dependence of switches;

-carrying out repeated calibration of reflection parameters directly before measurement;

– excluding preliminary calibration of the VNA by traditional measures.

III.  Conclusion

In this paper, the advantages of VNA with autocalibrating device are shown. The analysis has shown that the measurement errors of transfer and reflections parameters of VNA with autocalibrating device have the values like in case of application of VNA with traditional calibrating measures.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты