Вполне себе адекватный результат.

Ширина платы здесь не причём. Важен поперченный размер «порта» подключения к исследуемой согласующей цепи (СЦ). В идеале этот размер должен быть равен ширине вывода транзистора.
См. на фото ниже показана топология двух одинаковых СЦ. На той что слева, подключение осуществляется «щупом» с шириной полоска 1 мм (как в Вашем случае с 50-омным щупом), на той, что справа, показано подключение «щупа» с шириной, равной выводу транзистора (7,4 мм).



Ниже показан результат измерения импеданса этими щупами.



Получается, что 50-омный щуп (с шириной 1 мм) дает результат:
Z = 3,28 – j 10,2
а щуп с шириной вывода транзистора ( 7,4 мм):
Z = 3,45 – j 13,4
Разумеется последнее выражение и есть реальный импеданс источника или нагрузки транзистора.
И это очень хорошо согласуется с теорией ступенчатых переходов.

На мой взгляд чистое моделирование всей топологии СЦ в EM-симуляторе не может быть поверкой метода измерения, но грубые ошибки при измерении/калибровки отсечь может. Попробуйте изготовить оснастку из двух встречных экспоненциальных переходов с калибровочной Delay Line для TRL-калибровки.

Спасибо за советы, MePavel, очень помогли.

TRL оснастка с экспоненциальными переходами изготовлена:


Подход к калибровке был такой: сначала откалибровался в сечении коаксиальных переходов двухпортовой калибровкой по методу SOLT, затем измерил S параметры каждой детали и сделал их модель. К примеру модель для LINE/THRU представляет собой последовательно включенное активное сопротивление (для нахождения loss) и элемент для отстройки фазы (DELAY2 в AWR). OPEN представляет те же два элемента плюс нелинейная емкость. Смущает расхождение между измеренными S-параметрами и S-параметрами данных моделей (например фаза может отличаться на 10 градусов при рабочей полосе частот - 500 МГц). Сравнение измеренного импеданса PCB-плат (внешних цепей согласования) с импедансом, полученным в EM-симуляторе дает погрешность в активной части импеданса - 20%. Разница в реактивных частях импедансов не столь существенна.

Поделитесь пожалуйста опытом:
1) Такой подход верен или может быть надо как-то по-другому измерять и затем описывать данный набор?
2) Имеет ли значение то, что получается небольшая разница между импедансом элемента LINE и импедансами элементов OPEN (данные импедансы я могу определял из расчета в EM-симуляторе при навешевании 50 ом со стороны коаксиального разъема)?
3) Не влияет ли на погрешность измерения то, что при вводе значения импеданса Z0 элемента LINE нельзя ввести его реактивную составляющую, а вводится только активная.


Сообщение отредактировал Stefan1 - Dec 3 2014, 17:57

Хорошая оснастка получилась. А какое у неё волновое сопротивление Delay Line?

Так модель не делается. Единственно, что Вам придётся рассчитать - это волновое сопротивление Delay Line, исходя из ширины микрополосковой линии, толщины подложки и её диэлектрической проницаемости.
А THRU - у вас должна быть просто перемычка нулевой длины. Модель соответствующая.
В общем у вас есть, как минимум, два варианта измерения импеданса при помощи этой оснастки.
Первый способ заключается в том, что можно произвести сразу TRL калибровку оснастки со стороны микрополосков при помощи встроенной функции VNA (не прибегая к предварительной калибровке в сечении коаксиально-полосоковых переходов (КПП)). Но прежде Вы должны задать новый калибровочный набор в программе VNA. Для калибровочной меры THRU задаётся нулевая длина, для Delay Line только волновое сопротивление, Open и Short - принимаются идеальными. Далее выполняется стандартная TRL калибровка VNA, после которой Вашу оснастку можно использовать как щуп.
Пожалуй единственный недостаток данной калибровки - это то, что времени от времени (или при замене кабеля, VNA) каждый раз нужно будет выполнять эту трудоёмкую процедуру.

Второй способ - создание модели оснастки. На выходе должно получиться два файла двухпоротовых S-параметров (*.S2P), соответственно являющихся моделями одной и второй половинки оснастки (экспоненциальный переход + КПП). Об этом способе я уже писал в этом посте.
Суть в следующем. Сначала производится обычная калибровка VNA в сечении коаксиальных разъёмов (КПП) (по методу SOLT, например). Далее производится однопортовый замер КО на холостой ход двух половинок оснастки с экспоненциальным переходом. В результате должны получиться файлы *.S1P, например:
Fixture_In_Open.S1P (первая половинка)
Fixture_Out_Open.S1P (вторая половинка)
Далее половинки соединяются через Delay Line и делается двухпортовый замер онастки. В результате получаем файл *.S2P:

Fixture_Delay_Line.S2P (S-параметры всей оснастки, соединенной Delay Line)

Потом половинки соединяются друг с другом линией THRU нулевой длины. Аналогично получаем двухпортовые S-параметры и сохраняем их в файл:

Fixture_Thru.S2P

Имея эти четыре файла S-параметров можно легко математически рассчитать двухпоротовые S-параметры оснастки, которые и являются её моделью:

Fixture_In.S2P (первая половинка)
Fixture_Out.S2P (вторая половинка)

По идее существует много утилит, которые генерируют файлы модели оснастки Fixture_In.S2P, Fixture_Out.S2P, используя файлы четырех измерений Fixture_In_Open.S1P, Fixture_Out_Open.S1P, Fixture_Delay_Line.S2P, Fixture_Thru.S2P, а также значения Z0 для Delay Line и длину (задержку) THRU.
Одной из таких утилит, входящих в комплект программного обеспечения фирмы Maury пользуюсь я. Так же не вижу проблем в написании собственной утилиты.
После того как получена модель оснастки, которая представляет собой расчётные S-параметры, можно приступать к измерениям, делая калибровку только в коаксиальном тракте в сечении КПП. Далее хоть в том же AWR можно математически вычесть оснастку из измерения, заложив S-параметры модели оснастки. Кроме того, ПО от Maury, например, позволяет вычитать модель оснастки через данные калибровки в самом VNA. Таким образом, сделав калибровку в коаксиальном тракте можно тут же получить калибровку, полученную первым способом и напрямую измерять S-параметры в сечении микрополоска оснастки.

Данные, полученные в EM-симуляторе, могут весьма сильно отличаться от реальности по многим причинам.

Что-то совсем непонятные действия.

Предполагается, что волновое (характеристическое) сопротивление отрезка микрополосковой линии постоянной ширины преимущественно активное и не зависит от частоты. В этом и суть TRL калибровки.

Z=5.2-j*0,2. Исходя из расчета в EM-симуляторе. В TXLine от AWR получается 5.14, при этом он ругается на соотношение W/H.
Ниже Вы пишете, что "волновое (характеристическое) сопротивление отрезка микрополосковой линии постоянной ширины преимущественно активное и не зависит от частоты". Получается, не имея возможности занести реактивную часть импеданса в описание меры, это приводит к погрешности при измерении после проведения калибровки?


А что касается минимальной и максимальной частоты для всех мер - их подбирают так, чтобы набег фазы для Delay Line лежал в пределах от 20 до 180 град, правильно?


Можно по-подробнее: как такую утилиту написать? Или подскажите пожалуйста аналогичную программу, которая находится в открытом доступе.


Имею ввиду небольшую разницу между расчетными импедансами элементов OPEN (с широкой стороны данной меры) и LINE. В описание меры OPEN надо заносить импеданс меры LINE, несмотря на то, что они могут несколько отличаться друг от друга?

Еще у меня вопрос про изготовление "щупа" из детали с внешними цепями согласования. Ранее Вы писали:

Пишите, что в качестве элемента LOAD надо подсоединить к данной детали вторую такую же половинку с накрученной на нее 50-ти омной нагрузкой. Имеете ввиду с такими же потерями? Получается надо будет воспроизвести аналогичную топологию и цепи питания?

Сообщение отредактировал Stefan1 - Dec 5 2014, 10:38

Интересно каким способом Вы определили волновое сопротивление Delay Line в EM-симуляторе?

Delay Line - это специфическая мера. Предполагается, что это отрезок идеальной линии передачи с чисто активным волновым сопротивлением Z0. Смысла нет ловить мелкие погрешности, что-то вроде Z0=5.2-j*0,2, тем более, что если уж появилась мнимая часть волнового сопротивления, то значит последнее зависит от частоты. А если учитывать ещё и частотную зависимость мнимой части волнового сопротивления Delay Line, то в итоге всё это выродится не в идеальную линию задержки, а в некий четырёхполюсник с неизвестными параметрами.

Верно. Калибровку можно распространять на частоты, на которых фазовый набег в Delay Line и меньше 20 -30 градусов, но точность калибровки будет снижаться.

Утилита представляет собой программу расчета S-параметров двух половинок оснастки, исходя из S-параметров четырёх измерений OPEN1 (или SHORT1), OPEN2 (или SHORT2), DELAY LINE, THRU (как описано в предыдущем посте). Если честно, то не искал таких программ в открытом доступе, но я думаю, что они должны быть.
Но по моему мнению, уважающему себя инженеру не помешало было бы такие простенькие программы писать самому.

Я думаю, что в описание меры OPEN не надо ничего заносить, потому как мера "OPEN" отсутствует в случае калибровки микрополосоковых линий.

Данный способ, как я писал, самый неудачный и подходит, только если в качестве щупа просто отрезок 50-омного микрополоска. В случае, если в качестве щупа Вы хотите использовать топологию реальной согласующей цепи с цепями питания (а это вполне себе нормальное желание), то надо делать полноценную TRL калибровку, как я уже писал в этом и предыдущем посте.

Прошу прощения, в ЕМ-симуляторе я определял сопротивление меры OPEN, а не LINE. А импеданс LINE определял только в TXLine.


В каком плане отсутствует? Вы же писали об измерении двух половинок оснастки (экспоненциальных переходов) на холостой ход. При описании меры надо вводить импеданс Z0 или там можно поставить что угодно?


Для щупа в виде реальной согласующей цепи надо, чтобы обе части оснастки имели абсолютно одинаковую топологию или же допускается некие отклонения? Достаточно ли будет, чтобы их импеданс с широкой стороны совпадал?

Сообщение отредактировал Stefan1 - Dec 5 2014, 21:02

Непонятно откуда у меры OPEN такое низкое сопротивление Z=5.2-j*0,2, если этой меры вообще нет? Или Вы измеряли импеданс со стороны КПП оснастки, когда последняя была нагружена на ХХ стороны микрополоскового вывода?
А в ЕМ-симуляторе можно легко рассчитать и волновое сопротивление Delay Line.
P.S. Для начала можно было бы и не усложнять себя расчётами, а просто сделать TRL калибровку по первому способу, как описано в посте #34.

Поставьте Z0 = 5-50 Ом, Z0 всё равно не будет учитываться, если длина (или задержка) в линии передачи калибровочной меры равна нулю! Так что просто занулите длину (задрежку) меры Open.
Тоже самое сделайте для калибровочной меры THRU (идеальная перемычка на проход нулевой длины), в калибровочном наборе она будет у вас называться, к примеру, как Delay Line 1.
Для меры Delay Line очень принципиально задание Z0, длину (задержку) можно указать приблизительно, как и потери в линии можно указать нулевыми (это неважно). Эта мера может называться как Delay Line 2.
При калибровке назначаете Delay Line 1, как THRU, а Delay Line 2 как LINE.

Совершенно не надо, ни чтобы обе оснастки имели одинаковую топологию, ни чтобы импеданс с широкой стороны совпадал. Топология может быть какой угодно. Главное, чтобы была возможность подключить Delay Line и закоротку, равную ширине Delay Line к контактной площадке. Вообще в идеале ширина полоска Delay Line (а так же закоротки THRU) должна не сильно отличаться (в разумных пределах) от ширины вывода транзистора.
Например, если ширина вывода транзистора колеблется в пределах 4-13 мм, то нет особого смысла делать ширину полоска Delay Line (а в случае экспоненциальных переходов и ширину их широкого вывода) больше 13 мм. Это внесёт лишние погрешности. И после измерений потребуется дополнительный пересчёт, учитывающий микрополосоквый переход с разной шириной линии. Но это необходимо, если нужна высокая точность измерений.
На практике для большинства мощных транзисторов, я бы рекомендовал оснастку с шириной широкой части экспоненциального перехода 11-12 мм.

Это импеданс с широкой стороны микрополоска (ширина = 17,2 мм, при толщине диэлектрика 0,38 мм и диэл прониц=2,33) при подсоединении 50 Ом со стороны узкой его части.


А как быть с импедансами портов? Т.е. задать импеданс портов в ЕМ-симуляторе = 50 Ом. А затем экспортировать S-параметры Delay Line в программу типа Microwave office и пересчитать в импеданс при подключенных 50-ти омных портах?


Видимо, под "закорокткой" в данном случае Вы имеете ввиду меру THRU, а не меру SHORT?
Ширина широкой части экспоненциального перехода у меня получилась 17,2 мм. А размер этот был выбран исходя из ширины подвыводной емкости экспериментально получившихся внешних цепей согласования, т.к. планируется измерять импеданс плат (а не самого транзистора).

Сообщение отредактировал Stefan1 - Dec 6 2014, 14:28

У трансформатора сопротивлений надо было сделать на низкоомной стороне регулярную (постоянной ширины) часть полоска длиной с четверть длины волны- солверы часть сходят с ума при рассчете конусных переходов если возле портов нет регулярной части.
Вопрос- как организован земляной контакт при калибровке? Только снизу подложки, только рамка или еще как?

О, а я себе поставил задачку у микрухи замерить deembedded дифференциальный импеданс RX TX входов -выходов.
Надо рисовать каллибрейшн кит для TOSM, ибо девайс представляет собой микрополосковую линию с цепями смещения, плюс тонкие коаксиалы диаметром 1.5мм и длиною 30мм. Все на паре гигагерц, вот таким девайсом http://www.rohde-schwarz.com/en/product/zv...63493-9660.html у него два порта, виртуально можно обьеденить в дифф порт.

Совет про регулярную часть перехода относится к рассчету в ЕМ-симуляторе или к изготовлению мер?
Земляной контакт: плата с экспоненциальным переходом - с двухсторонней металлизацией. Сама плата напаяна на металлическое основание, причем хороший контакт обеспечивается в двух местах: в месте подсоединения 50-ти омного разъема и со стороны широкой части полоска.

Сообщение отредактировал Stefan1 - Dec 6 2014, 17:14

Я имел ввиду, что можно рассчитать волновое сопротивление Delay Line, моделируя её в ЕМ-симуляторе. Измерения реальной Delay Line для этой задачи не рассматривались. А в симуляторе импеданс портов не принципиален.

Да.

Так импеданс плат зависит от ширины вывода транзистора, точно так же как эта самая как бы "подвыводная емкость".


А потом делать исключение этого четвертьволнового полоска? Интересно о каких солверах идет речь?
В EMSight такая процедура обязательна. AXIEM - это делает автоматически.

Только снизу подложки, поэтому важно, чтобы металлические основания оснастки и калибровочных мер прилегали плотно друг другу.

Огромное спасибо, MePavel, который раз выручаете меня!

Снова возвращаюсь к данной теме, поскольку опять возникли вопросы.
Прочел, что TRL калибровка исправляет все виды погрешностей, кроме погрешности на изоляцию, т.е. параметр S12 оказывается завышенным. А мне как раз нужно определить параметр S12 с высокой точностью. Как я понял, для калибровки погрешности на изоляцию требуется провести два дополнительных измерения с использованием мер LOAD. Но никак не пойму как и где их надо провести (в ходе ли обычной TRL калибровки или после нее дополнительно провести еще одну калибровку, чтобы последняя калибровка стыковалась с предыдущей TRL калибровкой), помогите пожалуйста разобраться в данной проблеме.

Сообщение отредактировал Stefan1 - Mar 16 2015, 09:36