Измерители мощности сигналов СВЧ и КВЧ диапазонов на основе диодных детекторов

• Автор: Загородний, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Методы измерения мощности сверхвысокочастотных сигналов
1.1 Развитие и классификация преобразователей мощности
1.2 Основы измерения мощности СВЧ сигналов
1.3 Технические характеристики ваттметров
1.4 Виды первичных преобразователей мощности
1.4.1 Болометрические преобразователи
1.4.2 Термоэлектрические преобразователи
1.4.3 Диодные детекторы
1.5 Основные результаты
2 Разработка измерителя поглощаемой мощности
2.1 Выбор преобразовательного элемента. Макетирование
2.2 Температурная коррекция результатов измерений
2.3 Расчёт несимметричного делителя мощности
2.4 Алгоритм калибровки измерителя мощности
2.5 Краткое описание прибора и программы управления
2.6 Основные результаты
3 Разработка и исследование МИС детекторов поглощаемой мощности
3.1 Экспериментальное исследование диодов ХЪ-
3.2 Разработка моделей на основе БР1СЕ-параметров
3.3 Схемотехнические решения диодных СВЧ детекторов
3.4 МИС детектора поглощаемой мощности
3.5 Микрополоековые аттенюаторы и делители мощности
3.5.1 Методика расчёта
3.5.2 Результаты экспериментальных исследований аттенюаторов
3.6 МИС детекторов с расширенным участком области квадратичного детектирования
3.7 Основные результаты

4 Разработка МИС детекторов проходящей мощности
4.1 Детектор проходящей мощности на основе направленного моста
4.2 Модель направленного детектора мощности
4.3 Компенсация соединительных элементов
4.4 Экспериментальные исследования детекторов проходящей мощности
4.5 Основные результаты
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А. Математическое исключение параметров цепей
Приложение Б. Свидетельства о государственной регистрации топологий интегральных схем
Приложение В. Акты внедрения

Введение
Развитие различных направлений науки и техники, связанных с использованием радиосигналов, характеризуется освоением все более высоких частот электромагнитных колебаний. Последние десятилетия ознаменовались бурным освоением СВЧ диапазона. В настоящее время радиосигналы СВЧ диапазона широко применяются в отраслях связи, радиометрии, радиолокации, медицине и приборах быта. Мобильные телефоны и прочие устройства беспроводной связи, как правило, построены с применением СВЧ сигналов.
Актуальность темы исследования и степень её разработанности
Для разработки современных высокотехнологичных устройств требуется обеспечение сложных и точных измерений. Применительно к СВЧ диапазону важной задачей является измерение мощности. В области низких частот чаще оперируют понятиями напряжений и токов, но при увеличении частоты сигналов значительно усложняется определение токов и напряжений и чаще используют произведение их мгновенных значений. Поэтому мощность - это главный энергетический параметр, применяемый к сигналам СВЧ. Нередко энергетические характеристики высокочастотных сигналов являются наиболее значимыми. Уменьшение мощности сигналов при сохранении качественных показателей, как правило, снижает стоимость комплектующих и позволяет упростить радиосистему.
Зарубежными компаниями представлен широкий перечень измерителей и преобразователей мощности СВЧ сигналов. Крупные компании-производители выпускают отдельные серии измерителей для различных применений. Начиная с 80-х годов прошлого столетия опубликованы десятки патентов по технологиям и устройствам для измерения мощности, в том числе более 10-ти за последние 5 лет. В настоящее время продолжается совершенствование СВЧ измерительного оборудования, в частности преобразователей мощности, что подтверждается появлением на мировом рынке большого количества новых приборов. Однако на российском рынке представлено мало отечественных измерителей мощности, зачастую не отвечающих необходимым требованиям.

2 Разработка измерителя поглощаемой мощности
В разделе решается задача разработки измерителя поглощаемой мощности с частотным диапазоном от 50 МГц до 6 ГГц. Обеспечение электропитания прибора и обмен данным с персональным компьютером (ПК) реализован через стандартный интерфейс USB 2.0 без необходимости подключения внешнего источника питания.
Преобразователь СВЧ мощности выполнен с применением несимметричного делителя мощности и двух каскадов детектирования, что позволило увеличить динамический диапазон измерений по сравнению с широко используемыми ваттметрами с одним каскадом.
2.1 Выбор преобразовательного элемента. Макетирование
В ходе разработки макетного образца измерителя мощности СВЧ сигналов прежде всего важно выбрать преобразователь мощности, так как именно он определяет большинство основных технических характеристик прибора в целом. Был проведён анализ интегральных схем детекторов различных производителей: Analog Devices, Hittite, Linear Technology [59-62]. Для первоначального тестирования было выполнено макетирование отладочных плат детекторов. Фотографии макетных образцов представлены на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Фотографии макетных образцов: а - плата для тестирования микросхем детекторов; б - макет измерителя мощности