Свирид М. С., Гусинський А. В., Кострикін А. М. Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки Мінськ – 220013, респудлики Білорусь Тел.: +375-17-2398496, E-mail: gusin@cit.org.by , http://www.mwmlab.com

Рис. 2. Структурна схема пристрою автокалібровки.

В ході роботи були розглянуті різні варіанти побудови пристрою автокалібровки (рис. 2).

Анотація – Розглянуто дві структурні схеми пристрою автокалібровки. Оцінена похибка вимірювання параметрів відображення та передачі при використанні пристрою автокалібровки в сантиметровому діапазоні довжин хвиль.

I. Вступ

В даний час векторні аналізатори ланцюгів дають найбільш вичерпну інформацію про властивості і параметрах СВЧ елементів. При роботі з векторними аналізаторами ланцюгів необхідно проводити калібрування, яка дозволяє значно зменшити наявні систематичні похибки. Зменшення систематичних похибок в процесі калібрування вимагає великої кількості операцій, пов’язаних з підключенням різних калібрувальних заходів. Кількість підключень може досягати п’яти і більше підключень. Все це ускладнює процес калібрування, робить його повільним і дорогим.

Одним із шляхів вирішення проблеми є використання пристрою автокалібровки, що дозволяє автоматизувати процес калібрування, значно зменшити час вимірювань і збільшити точність вимірювання.

II. Основна частина

Структурна схема вимірювача комплексних параметрів з можливістю автоматичного калібрування представлена ​​на малюнку 1.

Рис. 1. Структурна схема векторного аналізатора ланцюгів з можливістю автоматичного калібрування.

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

Персональний комп’ютер (ПК) через контролер каналу загального користування (КОП) управляє генераторам качающейся частоти (ГКЧ), СВЧ вимірювальним блоком і пристроєм автокалібровки (УА). Для кожного стану пристрою автокалібровки ПК отримує виміряні S-параметри через неідеальний вимірювальний блок. Також в пам’яті ПК зберігаються S-параметри самого пристрою автокалібровки. Всі ці дані в подальшому використовуються для розрахунку параметрів помилок приладу і розрахунку S-параметрів вимірюваного пристрою.

Fig. 2. The block diagram of the autocalibrating device

Конструктивно пристрій автокалібровки може бути виконано у вигляді окремого блоку або ж входити до складу векторного аналізатора ланцюгів. У першому випадку (рис. 2а) при проведенні калібрування пристрій автокалібровки включається замість вимірюваного пристрою. Перемикачі S1 та S2 підключають необхідні заходи, що забезпечують режими близькі до режимів короткого замикання (КЗ), холостого ходу (XX), узгодженої навантаження (СН), передачі сигналу на прохід та внесення фіксованих фазових зрушень (ср). При цьому параметри самого пристрою автокалібровки заздалегідь виміряні приладом, відкаліброваним традиційним способом. Похибка вимірювання параметрів відображення та передачі визначається в першу чергу параметрами ключа. Ключ повинен забезпечувати повторюваність перемикань, температурну та часову стабільність характеристики. Конструктивно він може бути реалізований на МОП транзисторах, pin діодах, або MEMS структурах. MEMS ключі на сьогоднішній день є найбільш перспективними для створення перемикаючих вузлів, реалізуються засобами планарной технології.

Для відновлення параметрів відображення та передачі була застосована SOLT (Short-Open-Load-Thru) калібрування із застосуванням в якості стандартів навантажень короткозамкненою (S), холостого ходу

(О), узгодженої навантаження (L) і прямого з’єднання (Т) вимірювальних входів ВАЦ один з одним.

Аналіз показав, що застосування пристрою даної конструкції дозволяє забезпечити вимірювання параметрів відображення та передачі з похибкою не більше 0,6 дБ і 0,2 дБ відповідно, при використанні ключів, мають параметри:

– частотний діапазон від 0,1 ГГц до 18 ГГц;

– КСХН не більше 2;

– ослаблення не більше 1 дБ;

– невоспроизводимость параметрів ключів 5%.

Інший варіант реалізації пристрою автокалібровки, що входить до складу приладу, представлений на малюнку 26. Для проведення калібрування в цьому випадку необхідне застосування двохблочний конструкції. Входи пристрої 1 і 4 підключаються до векторного аналізатору ланцюгів, а 2 і 3 служать для підключення вимірюваного пристрою. Визначальним критерієм для даної конструкції є ідентичність параметрів ключів, яка може бути досягнута реалізацією пристрою автокалібровки в інтегральному виконанні.

Запропонована конструкція дозволяє:

– зменшити складові систематичної похибки пов’язані з температурною залежність параметрів ключів та інтерполяцією виміряних параметрів пристрою автокалібровки, що мають місце в попередній конструкції;

– проводити багаторазову калібрування параметрів відображення безпосередньо перед виміром;

– виключити попередню калібрування приладу традиційними заходами.

III. Висновок

У роботі показано переваги застосування двохблочний конструкції пристрою автокалібровки. Аналіз показав, що похибки вимірювання параметрів передачі і відображення, одержувані при використанні пристрою автокалібровки порівнянні з похибками в разі застосування традиційних калібрувальних заходів.

IV. Список літератури

[1] Automatic Calibrations of Vector Network Analyzers and Measurement Systems Application Note, August 2000, http :/ / www. us. a n ritsu. з 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] Єлізаров А. З Кострикін А. М. Гусинський А. В. Гомо-дінние аналізатори для дослідження ланцюгів СВЧ в короткохвильовій частині міліметрового діапазону довжин хвиль. – Електроніка СВЧ, 1996, Т41, № 5.

[5] Абубакіров Б. А., Гудков К. Г., Нечаєва. В. Вимірювання параметрів радіотехнічних ланцюгів – М.: Радіо і зв’язок, 1984.

[6] Петров В. П., Каменецький М. І. Деякі способи математичного моделювання радіоцепей СВЧ. – Проблеми, розробки сучасних методів і апаратури для вимірювання параметрів радіоцепей. 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»