Измерение рассчитанных плат с мостами Вилкинсона на VNA, Измерение на VNA произвольных импедансов с минимальным отражением Опции

[Stefan1]

Добрый день. Помогите пожалуйста с проблемой:
Необходимо сравнить расчет моста Вилкинсона в Microwave office (рис. ниже) с реальным измерением данных расчитанных плат на анализаторе цепей. Необходимо измерить |S23|, |S21| и |S31|. Мост используется для сложения двух мощных транзисторов в S-диапазоне частот. Но возникает проблема: VNA измеряет с 50-ти омными портами, а мне нужно подставлять в порты 2 и 3 импеданс транзистора (например, Z=1-j4). Есть идея использовать для этого калибровочные наборы, трансформирующие 50 ом в необходимый импеданс и затем производить TRL калибровку всей оснастки включаяэти наборы, но уж больно это сложно.
Кто-нибудь сталкивался с такой проблемой?
Или же вопрос можно переформулировать: как измерять на VNA произвольные импедансы (порядка Z=1-j4) с минимальным отражением?


Сообщение отредактировал Stefan1 - May 4 2017, 13:24

[Hale]

Нет. Обычная аппроксимация прямоугольниками фигуры перехода.

четвертьволны делают чтобы при такой аппроксимации отражение от неоднородности уходило в ноль на входе. Если вы не делаете четвертьволны, то лучше не делать никак. Но в какой-то момент при увеличении числа ступенек и уменьшении их размера конечно отражение ассимптотически переходит в характеристику плавного перехода. Но как рпавило это разрешение маски, или диаметр прототипирующей фрезы (0.1-0.2мм).

Вам требуется совпадение моделирования с измерениями на уровне погрешности калибровки VNA на 50 Ом на частотах около 10 ГГц.

не мне. Автору. Меня всегда вполне устраивал прямолинейный полноволновый переход. т.к. с ним напортачить шансов меньше. Когда приперало, рисовал на глаз Клопа (я уже говорил почему). А эксплненциальный в случае промаха(а они были) дает чуть ли не худшие результаты. Требует очень аккуратной стыковки, пайки. И совершенно не корректируется на коленках. Так получается, что в исследовательской работе всякие там бреговские структуры никогда не получаются на 50 Ом, Тем более, если цель - согласование на 300 Ом. При измерениях в нужной полосе все надо пересогласовывать.

1) Работа на 10 ГГц предполагает наличие достаточно точного VNA.

да ладно вам. мы в вузе обходились парой советских панорам, спеканом и двумя синтезаторами. и ничо... в 10 ГГц нет ничего запредельного.
Другое дело, что 4-портовые ВНА - сравнительная редкость и как правило это приборы высокой категории...но мы о закромах автора ничего не знаем.

Наличие точного VNA предполагает наличие заводского механического калибровочного набора и фазостабильных кабелей.

пшььь. ничего оно не предполагает. калибровочный набор не входит в комлпект и является расходным материалом. когда совсем нет ничего под рукой, "калиброваться" можно аттенюаторами и запаянными по разному обрезками кабелей. Это конечно жуткий треш, но для элементарной поверки в пределах 15-20 дБ годится. У нас как раз сейчас на предприятии такая ситуация.

Следовательно точность калибровки VNA на 50-омных разъёмах будет логично выше, чем совпадение моделирования с измерениями для микрополосковых плавных переходов. Отсюда следует, что Вы слишком много хотите от изготовленного на коленке перехода.

Нет. отсуюда следует что не надо заниматься фигней, а мерять нормально на 50-омных портах. И если сильно будет чесаться - пересчитать нормализацию в матлабе.

Теперь результат ближе к истине.

Я бы сказал, гораздо ближе вашего графика. не знаю, почему у вас вообще такое расхождение дикое. оба графика истины, но предыдущий был нормализован. Но я еще не симулировал с потерями и случайной погрешностью (я могу это в скрипте прописать)...

Почему бы не заказать печатную плату на производстве?

не знаю как у вас,у нас производство меньше 100 штук не производит. и ждать месяц или это будет стоить как партия в 1000 штук в штучном исполнении на прототипировочной машине стороннего владельца. (в универе-то мы за бюджетный счет рисовали). а потом окажется, что с допусками промахнулись...

[MePavel]

четвертьволны делают чтобы при такой аппроксимации отражение от неоднородности уходило в ноль на входе.

Не понимаю Вас. В начале теме Вы писали, что Вам нужна широкополосность. Реальный четвертьволновой отрезок линии передачи можно изготовить только для единственной частоты, для других частот - этот отрезок уже не является четвертьволновым. Поэтому отражения в диапазоне частот от неоднородности будут и в ноль на входе уйти не получится.

Если вы не делаете четвертьволны, то лучше не делать никак. Но в какой-то момент при увеличении числа ступенек и уменьшении их размера конечно отражение ассимптотически переходит в характеристику плавного перехода. Но как рпавило это разрешение маски, или диаметр прототипирующей фрезы (0.1-0.2мм).

Естественно, что речь шла о разбиении переходов не на 2-3 отрезка, а на десятки, сотни (вплоть до бесконечности).

Тем более, если цель - согласование на 300 Ом. При измерениях в нужной полосе все надо пересогласовывать.

Даже интересно как выглядит микрополосковый плавный переход 50->300 Ом на 10 ГГц.

Я бы сказал, гораздо ближе вашего графика. не знаю, почему у вас вообще такое расхождение дикое. оба графика истины, но предыдущий был нормализован. Но я еще не симулировал с потерями и случайной погрешностью (я могу это в скрипте прописать)...

Думается мне, причина расхождения в том, что у нас разные переходы. Исходные данные для расчета:
подложка: толщина диэлектрика h=0,508 мм, отн. диэл. проницаемость e=10, толщина металлизации - 17 мкм, tanD=0, проводник - золото.
параметры перехода: длина l=50 мм, ширина узкой и широкой части на концах микрополоска: w1=0,469496 мм; w2=10.998 мм. Трансформация из 50 Ом в 5 Ом (w1 и w2 рассчитывались на частоте 1 ГГц). Коэффициент отражения измерялся со стороны низкоомного порта.

не знаю как у вас,у нас производство меньше 100 штук не производит. и ждать месяц или это будет стоить как партия в 1000 штук в штучном исполнении на прототипировочной машине стороннего владельца. (в универе-то мы за бюджетный счет рисовали). а потом окажется, что с допусками промахнулись...

Закажите плату на специализированном предприятии. Сроки могут сократиться до недели, а стоимость вполне приемлемая.

Возвращаясь к первоначальной теме... Правильно ли я понял, что данная методика подходит только для переходов (клопфенштейн или других), трансформирующих 50 ом в импеданс, приблизительно равный импедансу транзистора?

Нет. Для любых переходов. Для повышения точности, конечно, желательна близость импеданса оснастки к комплексно сопряженному сопротивлению транзистора. Плавные переходы хороши тем,что ни работают в широкой полосе частот и потому более универсальны.

Или же надо искусственно на компе после проведения всех измерений проводить корректировку данных импедансов?

Такой вариант не исключен.

При отличие импеданса транзистора от импеданса, получившегося в широкой части расширяющегося перехода на VNA в реальном времени такая корректировка невозможна, как я понимаю.

Возможна.

Если подробнее про пересчет на компе для случая отличия данных импедансов, то я имею ввиду, что после deembeding'а моделей оснастки нужно в сечении подвыводных площадок моста Вилкинсона (порты 2 и 3 на рис в самом начале данной темы) "заменять" импеданс, получившийся при трансформации на переходе клопфенштейн из 50-ти ом в его широкое сечение (где-то Z=4-j0,5) на импеданс транзистора (Z=1-j4). Если же этого не делать и измерять на VNA мост плюс переходы, то появится неоднородность в месте между подвыводной площадкой моста и широкой частью перехода Клопфенштейн, что исказит результат измерения. По расчету параметры S21 и S31 при этом становятся равными 6-7 дБ в полосе 2,7-3,1 ГГц вместо 3,2.

Ничего не понял. Если Вам надо сравнить результат моделирования с измерением, что просто снимаете S-параметры устройства, а файлик вставляете в проект и сравниваете. С таким подходом можно измерить любые характеристики устройства точно так же, как в исходной модели.

Для измерения в реальном времени на VNA, как я понимаю, надо изготовить переход, трансформирующий 50 ом в импеданс транзистора (это уже будет не плавный переход, а некая цепь согласования), что представляется непростым делом. Также при этом наверняка вырастут погрешности deembedinga оснастки и всего измерения.

В целом можно смело обойтись плавным переходом. Погрешности deembedinga на этих частотах невелики. Здесь важнее качество изготовления оснастки и то, как эта оснастка будет сопрягаться с измеряемым устройством.

Кроме всего вышесказанного остается неразрешенным вопрос связи между двумя переходами Клопфенштейна (2 и 3 порты), расположенными параллельно друг другу на небольшом расстоянии. Не знаете как учесть такие наводки?

Могу порекомендовать промоделировать это влияние. Не думаю, что при толщине подложки менее 0,5 мм будет сильная связь между переходами.