Спосіб вимірювання параметрів чотириполюсника з використанням діаграми вольперта-смітта

Спосіб вимірювання параметрів чотириполюсника з використанням діаграми ВольпертаСмітта, що включає вимірювання вхідних та вихід них імітансів чотириполюсника при різних фіксованих значеннях відповідно імітансу навантаження та імітансу генератора та подальший розрахунок імітансних параметрів W11, W22, який відрізняється тим, що вимірюють тільки два значення вхідного Wвх1, Wвх2 та одне значення вихідного Wвих1 імітансів чотириполюсника при відповідно двох різних, але довільних фіксованих значеннях імітансу навантаження Wн1, Wн2 та довільному фіксованому значенні імітансу генератора Wг1, за формулами: Wвх1Wвх 2 ( Wн1 Wн2 ) Wг1( Wвх1( Wн1 Wвих1) Wвх 2 ( Wн2 Wвих1)) , Wг1( Wн1 Wн2 ) Wвх 2 ( Wн1 Wвих1) Wвх1( Wн2 Wвих1) Wг1Wвих1( Wн1 Wн2 ) Wвх 2 Wн2 ( Wн1 Wвих1) Wвх1Wн1( Wн2 Wвих1) , Wг1( Wн1 Wн2 ) Wвх 2 ( Wн1 Wвих1) Wвх1( Wн2 Wвих1) де Wвх1, Wвх2 – значення вхідного імітансу чотириполюсника при значеннях Wн1, Wн2 імітансу навантаження відповідно, Wвих1 – значення вихідного імітансу чотириполюсника при значенні імітансу генератора Wг1, розраховують значення імітансних параметрів W11, W22 та W12W21 за формулою: Im( W12W21) arctg , Re( W12W21) розраховують кут нахилу діаграми на комплексній площині відносно дійсної осі імітансів за формулами: W12 W21 , вх 2 Re W22 W12 W21 , 2 Re W11 розраховують радіуси діаграм на комплексних площинах вхідних та вихідних імітансів, на комплексній площині вхідних імітансів знаходять кових Wвих1) , ординати точки W11 - координати початку діаграми, через неї проводять пряму під кутом до осі ReWвх, на цій прямій від точки W11 в напрямку до осі ReWвх, відкладають подвійний радіус вх , який суміщають з центральною віссю діаграми і отримують відображення діаграми Вольперта-Смітта на комплексну площину вхідних імітансів, аналогічно виконують відображення діаграми на комплексну площину вихідних імітансів, для використання стандартних діаграм Вольперта-Смітта при подальших розрахунках використовують нормування вигляду: - для вхідних імітансів: Re Wн Re Wн / Re W22,Im Wн Im( Wн W22 ) / Re W22, - для вихідних імітансів: Re Wг Re Wг / Re W11,Im Wг Im( Wг W11) / Re W11, обирають навантаження, проводять нормування та визначають необхідні значення відповідних вхідних чи вихідних імітансів чотириполюсника. U Wвих1))2 (13) ( Wг1( Wн1 Wн2 ) Wвх 2 ( Wн1 Wвих1) Wвх1( Wн2 11967 ( Wг1 Wвх1)( Wвх1 Wвх 2 )( Wг1Wвх 2 )( Wн1 Wн2 )( Wн1 Wвих1)( Wн2 (11) W12 W21 UA W22 (19) W11 3 11967 Корисна модель належить до області електроніки, зокрема до вимірювальної техніки визначення параметрів чотириполюсників. Відомий спосіб вимірювання імітансних параметрів чотириполюсника за допомогою створення режимів холостого ходу та короткого замкнення на вході та виході чотириполюсника і відповідного вимірювання вихідної та вхідної провідності чотириполюсника [Транзисторы. Параметры, методы измерений и испытаний. Под ред. И.Г. Бергельсона, Ю.А. Каменецкого, И.Ф. Николаевского, М., "Сов. радио", 1968, с.128-132]. Недоліком даного способу є велика похибка вимірювань, обумовлена неможливістю створення якісних режимів холостого ходу та короткого замкнення внаслідок впливу індуктивності виводів. Так, похибка вимірювання на частоті 60МГц ReY11 - дійсної складової провідності - 20%, а похибка вимірювання реактивної складової провідності ImY11 50%. З ростом частоти похибка вимірювань зростає. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб вимірювання параметрів чотириполюсника, що включає вимірювання трьох вхідних імітансів чотириполюсника при різних фіксованих значеннях реактивної складової імітансу навантаження, коли активна складова імітансу навантаження дорівнює нулю ReWн=0, вимірювання трьох вхідних імітансів чотириполюсника при різних фіксованих значеннях реактивної складової імітансу навантаження, коли активна складова імітансу навантаження не рівна нулю ReWн=const, вимірювання трьох вихідних імітансів чотириполюсника при різних фіксованих значеннях реактивної складової імітансу генератора, коли активна складова імітансу генератора дорівнює нулю ReWг=0, подальшу побудову двох імітансних кіл по входу чотириполюсника та одного імітансного кола по виходу чотириполюсника та визначення радіусів цих кіл рвх, рвх`, рвих, визначення координат центру одного імітансного кола по входу чотириполюсника, коли активна складова імітансу навантаження дорівнює нулю ReWн=0, та координат центру імітансного кола по виходу чотириполюсника ReWвх0, ImWвх0, ReWвих0, ImWвих0, 4 подальший розрахунок імітансних параметрів за формулами: Re W22 pвх `Re Wн /(pвх рвх `), Re W11 pвх Re W22 / pвих, Im W11 Im вх 0 Im W22 Im Wвих 0 2 рвх Re 2 ( W11 Wвх 0 ), 2 рвх Re 2 ( W11 Wвх 0 )рвих / рвх [Филинюк H.A. Измерение у-параметров матрицы проводимости СВЧ транзистора. Известия вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника. Том 27, №3, К., 1984, с.81-82]. Недоліком даного способу є його низька точність, обумовлена великою кількістю вимірювань шість вимірювань для вхідного імітансу та три вимірювання для вихідного. А також неможливість визначення всіх значень вхідних та вихідних імітансів чотириполюсника для відповідних значеннях імітансів навантаження та генератора. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу вимірювання параметрів чотириполюсника, в якому за рахунок зменшення кількості вимірювань та використання діаграми Волперта-Смітта підвищується точність визначення імітансних параметрів чотириполюсника та з'являється можливість визначення всіх значень вхідних та вихідних імітансів чотириполюсника для відповідних значень імітансів навантаження та генератора. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання параметрів чотириполюсника, що включає вимірювання вхідних та вихідних імітансів чотириполюсника при різних фіксованих значеннях відповідно імітансу навантаження та імітансу генератора та подальший розрахунок імітансних параметрів W11, W22, спочатку вимірюють тільки два значення вхідного та одне значення вихідного імітансів чотириполюсника при відповідно двох різних але довільних фіксованих значеннях імітансу навантаження та довільному фіксованому значенні імітансу генератора, за формулами [Патент України на корисну модель №5780 опубл. 15.03.05, б.№3, 2005р.] W11 Wвх1Wвх 2 ( Wн1 Wн2 ) Wг1( Wвх1( Wн1 Wвих1) Wвх 2 ( Wн2 Wвих1)) , (1) Wг1( Wн1 Wн2 ) Wвх 2 ( Wн1 Wвих1) Wвх1( Wн2 Wвих1) W22 Wг1Wвих1( Wн1 Wн2 ) Wвх 2 Wн2 ( Wн1 Wвих1) Wвх1Wн1( Wн2 Wвих1) , ( 2) Wг1( Wн1 Wн2 ) Wвх 2 ( Wн1 Wвих1) Wвх1( Wн2 Wвих1) W12 W21 ( Wг1 Wвх1)( Wвх1 Wвх 2 )( Wг1Wвх 2 )( Wн1 Wн2 )( Wн1 Wвих1)( Wн2 ( Wг1( Wн1 Wн2 ) Wвх 2 ( Wн1 Wвих1) Wвх1( Wн2 Wвх1, Wвх2 - значення вхідного імітансу чотириполюсника при значеннях Wн1, Wн2 імітансу навантаження відповідно; Wвих1 значення вихідного імітансу чотириполюсника при значенні імітансу генератора Wвих1 розраховують значення імітансних параметрів W11, W22 та W12, W21 за формулою Im( W12W21) arctg , ( 4) Re( W12W21) розраховують кут нахилу діаграми на комплек 2 Wвих1) , (3 ) Wвих1)) сній площині відносно дійсної осі імітансів, за формулами W12 W21 pвх ; (5 ) 2 Re W22 pвих W12 W21 ; (6) 2 Re W11 розраховують радіуси діаграм на комплексних площинах вхідних та вихідних імітансів, на комплексній площині вхідних імітансів знаходять ко 5 11967 6 ординати точки w11 - координати початку діаграми, 5 з'єднаний з другим відомим комплексним опором через неї проводять пряму під кутом φ до осі Ох, 7. (осі ReWвх), на цій прямій від точки W11 в напрямку Спосіб здійснюється наступним чином. В пердо осі Ox (осі ReWвх) відкладають подвійний радіус шому комутаторі 3 з'єднують контакти 8 та 9, в рвх, який суміщають з центральною віссю діаграми другому комутаторі 4 з'єднують контакти 12 та 13, і отримують відображення діаграми Волпертав третьому комутаторі 5 з'єднують контакти 14 та Смітта на комплексну площину вхідних імітансів, 15. В цьому режимі виконують вимірювання вхіданалогічно виконують відображення діаграми на ного повного опору Zвх1 чотириполюсника 1 за докомплексну площину вихідних імітансів, враховуюпомогою вимірювача повних опорів 2 при першому чи що координати її початку при цьому - координавідомому комплексному опорі 6 навантаження Zн1. ти точки W22, для використання стандартних діагПотім в третьому комутаторі 5 з'єднують контакти рам Вольперта-Смітта при подальших розрахунках 15 та 16. В цьому режимі виконують вимірювання використовують нормування вигляду: вхідного повного опору Zвх2 чотириполюсника 1 за - для вхідних імітансів: допомогою вимірювача повних опорів 2 при другому відомому комплексному опорі 7 навантаженRe Wн Re Wн / Re W22,Im Wн Im( Wн W22 ) / Re W22; (7) ня Zн2. - для вихідних імітансів: Потім в першому комутаторі 3 з'єднують конRe Wг Re Wг / Re W11,Im Wг Im( Wг W11) / Re W11; (8) такти 9 та 10, в другому комутаторі 4 з'єднують обирають навантаження, проводять нормування контакти 11 та 12, в третьому комутаторі 5 з'єднута визначають необхідні значення відповідних вхіють контакти 14 та 15. В цьому режимі виконують дних чи вихідних імітансів чотириполюсника. вимірювання вихідного повного опору Zвих1 чотиСпосіб, що пропонується, в порівнянні з проториполюсника 1 за допомогою вимірювача повних типом має суттєві відмінності-підвищену точність опорів 2 при першому відомому комплексному визначення імітансних параметрів чотириполюсниопорі 6 генератора Zг1. ка та можливість визначення всіх значень вхідних За формулами (1)-(3) розраховують значення та вихідних імітансів чотириполюсника для відпоімітансних параметрів W11, W22 та W12, W21 чотивідних значеннях імітансів навантаження та генериполюсника. Виділяють дійсну Re(w12 w21) та уявратора, що досягається шляхом зменшення кільну Im(W12 W21) складові добутку w12w21 та за форкості вимірювань та використанням діаграми мулою (4) розраховують кут нахилу діаграми на Вольперта-Смітта. комплексній площині відносно дійсної осі імітансів. На фіг.1 зображено структурну схему приЗа формулою (5) розраховують радіус діаграми на строю вимірювання вхідного та вихідного імітансів комплексній площині вхідних імітансів. чотириполюсника. На фіг.2 схематично зображено На комплексній площині вхідних імітансів знадіаграму Вольперта-Сміта, відображену на комходять координати точки w11 -координати початку плексну площину вхідних імітансів. діаграми. Через неї проводять пряму під кутом φ Пристрій для проведення вимірювань склададо осі Ox (осі ReWвх,). На цій прямій від точки w11 в ється (фіг.1) з чотириполюсника 1, вимірювача напрямку до осі Ох - (осі ReWвх) відкладають поповних опорів 2, першого комутатора 3, другого двійний радіус рвх, який суміщають з центральною комутатора 4, третього комутатора 5, першого вівіссю діаграми і отримують відображення діаграми домого комплексного опору 6 та другого відомого Волперта-Смітта на комплексну площину вхідних комплексного опору 7. При цьому перший нерухоімітансів (фіг.2). мий контакт 8 першого комутатора 3 з'єднаний з Аналогічно виконують відображення діаграми виходом вимірювача повних опорів 2 та першим на комплексну площину вихідних імітансів, врахонерухомим контактом 11 другого комутатора 4, вуючи що координати її початку при цьому другий нерухомий контакт 10 першого комутатора координати точки w22, а радіус розраховується за 3 з'єднаний з рухомим контактом 15 третього коформулою (6). мутатора 5 та другим нерухомим контактом 13 Потім, обираючи необхідне навантаження, нодругого комутатора 4, рухомий контакт 9 першого рмують його згідно формул (7, 8). Знаходять відкомутатора 3 з'єднаний з входом чотириполюсника повідну йому точку на діаграмі Вольперта-Смітта 1, рухомий контакт 12 другого комутатора 4 з'єдта за її відображенням на комплексній площині наний з виходом чотириполюсника 1, перший незнаходять значення вхідного імітансу чотириполюрухомий контакт 14 третього комутатора 5 з'єднасника при обраному навантаженні. ний з першим відомим комплексним опором 6, другий нерухомий контакт 16 третього комутатора 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 11967 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601