Современная электроника №6/2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 35 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2019 Рис. 1. Потери в кабеле Рис. 2. Влияние дрейфа на результаты измерений после калибровки или PNA-X с максимальной частотой 26,5 ГГц или выше), уменьшив затра- ты на тестирование за счёт модерни- зации анализатора вместо его замены. Блоки расширения частотного диа- пазона соединяются с измерительным контроллером N5292A, который взаи- модействует с измерительными пор- тами векторного анализатора цепей. При этом новая максимальная часто- та векторного анализатора достигнет 120 ГГц, и его можно будет использо- вать для тестирования современных устройств мм-диапазона. П РЕДОТВРАЩЕНИЕ ОШИБОК ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ Распределённая система решает про- блемы, появляющиеся при измерениях на высоких частотах. К ним относятся, в первую очередь, потери в кабелях и температурная стабильность. Потери в кабеле На рисунке 1 показана зависимость потерь в кабелеотчастоты. Потерив кабе- ле в мм-диапазоне могут оказать суще- ственное влияниенарезультатыизмере- ний. Дажеприиспользованиихорошего кабеля спотерямиот1,1до1,5дБпридли- не 8 см на частоте 110 ГГц и выше изме- рения с помощью кабелей длиной 0,5 м приведут к потерям 9 дБ между исследу- емым устройством и прибором. В связи с этим важно разместить исследуемое устройство какможноближе кприбору, используя кабель минимальной длины. Внешние блоки расширения частотно- го диапазона могут быть расположены намного ближе к устройствам, чем век- торныйанализаторцепейиегоизмери- тельныепорты, чтопозволяет уменьшить потери в кабелях на несколько дБ. Более короткие кабели вменьшей сте- пениподверженыперемещениямиобе- спечивают бо ′ льшуюстабильностьфазы. На длине волны 2,7 мм перемещение кабеля в плоскости измерения всего на 1,35ммприводит кфазовому сдвигу 180°. Температурная стабильность Температурная стабильность важна для систем, работающих в течение мно- гих часов. При повышении температу- ры число носителей заряда увеличива- ется, что приводит к появлению тепло- вого шума. Мощность теплового шума в дБ определяется по следующей фор- муле: P dBm =10log 10 ( k × T × B ×1000), где k – постоянная Больцмана в Дж/К, T – температура в градусах Кельвина и В – полоса измерения в Гц. Из это- го уравнения видно, что мощность теплового шума увеличивается при повышении температуры. При изме- рениях в условиях повышения темпе- ратуры тепловой шум и тепловое рас- ширение кабельных разъёмов приводят к появлению погрешностей, обуслов- ленных дрейфом. Эти погрешности свя- заны с изменениями в системе после калибровки. На рисунке 2 показаны результаты однопортовых измерений согласова- ния, выполненных двумя системами, работавшими в течение 8 ч. Система для анализа цепей миллиметрового диапазона N5291A (результаты измере- ний показаны синим цветом) содержит модули расширения частотного диапа- зона N529AX03. Другая система, резуль- таты измерений которой показаны красным цветом, основана на другом решении расширения частотного диа- пазона. Блоки N529AX03 обеспечивают намного меньший дрейф, особенно на высоких частотах. Основным критери- ем обеспечения малого дрейфа являет- ся автоматическая регулировка темпе- ратуры внутри модулей. Блок N5295AX03 разработан с учё- том этой необходимости. Размеры бло- ков достаточно малы, чтобы их можно было размещать близко к исследуемо- му устройству, но при этом не настоль- ко малы, чтобы им требовался допол- нительный контроль температуры. В процессе измерений конвекционное охлаждение поддерживает одинаковую температуру блоков, чтобы миними- зировать дрейф. В течение 24-часово- го периода изменение амплитуды сиг- налов модулей расширения частотно- го диапазона составляет менее 0,015 дБ, а фазы – менее 0,15°. Это сопоставимо со стабильностью полнофункциональ- ного СВЧ-анализатора цепей серии PNA-X. Распределённая архитектура систе- мы позволяет приблизить измеритель- ный прибор к исследуемому устрой- ству, чтобы минимизировать потери в кабелях, фазовые ошибки и темпера- турный дрейф. Эти преимущества дают возможность выполнять точные и пол- ностью отслеживаемые измерения. Р ЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ На рисунке 3а представлена структур- ная схема высокого уровня измеритель- ной системы мм-диапазона. На рисун- ке 3б показано, как может выглядеть эта система в готовом к работе состоянии. Рассмотрим каждый блок подробнее. Векторный анализатор цепей В рассматриваемой системе век- торный анализатор цепей выполня- ет функции измерения и вычисления. Универсальный векторный анализа- тор цепей предназначен для тестиро- вания монолитных ИС СВЧ-диапазона, которые содержат множество компо- нентов, работающих в разных диапа- зонах частот. Архитектура векторно- го анализатора цепей серии PNA-X 0 0 0 –1 –10 –20 –30 –40 –50 –60 –70 –80 0 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 –1,0 –1,1 Кабельная сборка длиной 8 см_04-04-6-51 (S21) Другая система, относительные измерения (S11) N5291A, относительные измерения (S11) Коэффициент шума, дБ Разностная амплитуда, дБ 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 100 100 110 110