К учёту систематических погрешностей определения динамических параметров многополюсников при машинно-ориентированных методах измерения

УДК 621.317.681.3

, ,

К  УЧЁТУ  СИСТЕМАТИЧЕСКИХ  ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ДИНАМИЧЕСКИХ  ПАРАМЕТРОВ МНОГОПОЛЮСНИКОВ  ПРИ  МАШИННО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ  МЕТОДАХ  ИЗМЕРЕНИЯ

Рассмотрены реальные условия определения динамических параметров многополюсников на высоких частотах посредством  способов, признанными изобретениями. Точность определения параметров повышена за счёт учёта систематических ошибок измерения, определяемых косвенными методами.

Согласно машинно-ориентированному методу определения Y-параметров многополюсников, устройство для измерения первичной информации содержит источник  синусоидального напряжения; нагрузочные резисторы , ; образцовые резисторы ; многополюсник  определяющий паразитные индуктивности и ёмкости измерительной цепи и измеряемый многополюсник с матрицей проводимости  (рис.1,2).

Рис.1. Измерение компонента вектора

Рис.2. Измерение компонентов матрицы   и

Измерению подлежат вектор калибровочных напряжений  с элементами , которые измеряют при поочерёдном подключении пробника векторного вольтметра (ПВВ)  к полюсам многополюсника  при также поочерёдном подключении к полюсам образцовых сопротивлений  (рис.1.).

Затем определяют матрицу напряжений холостого хода , измеряя напряжения  при поочерёдном подключении ПВВ к полюсам-контактам измерительной схемы (рис.2.).

Заключительная операция производится в процессе измерения матрицы  напряжений нагруженного режима с элементами , определяемыми при подключении к измерительной схеме многополюсника .

Данные матриц ,  и вектора  достаточны для определения -параметров через параметры матрицы передачи многополюсника, определяемые по формулам

,                             (1)

,                         (2)

 ,                                 (3)

где   - элементы вектора калибровки;                   (4)

"-1" – знак обращения матриц  и ;

 - элемент вектора полного сопротивления образцовой меры;

 - полное сопротивление ПВВ.

В этой связи точность определения матрицы  измеряемого многополюсника зависит не только от точности измерения значений модулей и аргументов элементов ,  и , но и от точности калибровки элементов  образцовых мер.

Расчёт матрицы  аттестуемого многополюсника по формулам (1-4) производится при учёте искажений, вносимых за счёт шунтирования измерительной цепи ПВВ.

Для идеального ПВВ справедливо

.                                           (5)

При условии (5) формулы (1)-(2) выражаются в виде

,                                (6)

.                                (7)

При этом расчёт матриц  и  по формулам (6)-(7) не связан с операциями калибровки сопротивления  ПВВ. Это существенно упрощает измерительный процесс, основные операции которого сводятся к калибровке элементов вектора образцовых мер  и определению оптимальных значений вектора полюсных нагрузок . Однако реализация такого способа измерений связана или с увеличением числа ВВ с одного до , или применением  ПВВ и соответствующего устройства для коммутации ПВВ  к активным входам ВВ. Это связано с дополнительными затратами. При малых значениях  , например при измерении четырёхполюсников, эти затраты могут быть оправданы за счёт повышения точности измерения.

При некоммутируемых ПВВ сопротивления  просто дополняют матрицу . Расчёт матрицы  многополюсника при этом можно производить по формулам (6)-(7) и (4), исключая операцию по калибровке сопротивлений .

При анализе методики измерения не были приняты во внимание измерения индуктивности контактов держателя измеряемого многополюсника. Для полюса  индуктивность  показана на рис.3. Если

,                                     (8)

где    - угловая частота;

 - входное сопротивление полюса ;

то расчёт матрицы  может быть выполнен по формулам (1)-(7). В противном случае необходим учёт искажений вносимых индуктивностью . Алгоритм расчёта матрицы  при коррекции этих искажений приведён в работе /4/.

Рис.3. Коррекция матрицы  путём компенсации

влияния индуктивности

Другим решением задачи по устранению влияния индуктивности  (рис.3.) является оптимизация конструкции измерительных цепей. Для этого ПВВ должен быть подключен к контактам держателя многополюсника так, чтобы условие (8) выполнялось. В СВЧ диапазоне длина соединительных проводников должна быть уменьшена до долей миллиметра.

Таким образом установлено, что комплексное применение машинно-ориентированных методов измерения динамических параметров многополюсников позволяет, во-первых, производить измерения с компенсацией влияния паразитных индуктивностей и ёмкостей контактов держателя многополюсника, а также устранять шунтирующее влияние ПВВ, а значит повышать точность определения параметров многополюсника.

Литература

1.  Машинно-ориентированные способы определения параметров линейных многополюсников на высоких частотах / И.А.; Воронеж. политехн. ин-т. – Воронеж, 1988. 31с. с ил. 11, Библиогр. 11 назв. – Рус. – Деп. в ВИНИТИ 25.01.89, № 609 – 1389.

2.  А.с. 1317370 , МКИ G 01 R 27/32. Способ определения линейных параметров многополюсника / и др. (СССР) № 3578025. Заявлено 06.01.83. Опубл 15.06.87.          Бюл. №22, 1с.

3.   Бутырин А.А., И.А. К методике измерения -параметров многополюсников с учётом паразитных параметров измерительных цепей // Материалы и устройства микроэлектронной аппаратуры: Межвуз. сб. научн. тр. Воронеж, 1995. с.55-60.

4.  А.Н. Аттестация образцовых мер при измерениях в схемах с конечными нагрузками. // Материалы и устройства микроэлектронной аппаратуры: Межвуз. сб. научн. тр. Воронеж, 1999. с.11-115.

5.  Поливанов К.М. Линейные электрические цепи со сосредоточенными параметрами. Теоретические основы электротехники в трёх частях. Часть первая. – М. – Л:. Энергия, 1965.-366 с.

6.  Альтман Дж. устройства сверхвысоких частот. Пер с англ. Под ред. проф. И.Ф. Лебедева.- М.: Мир, 1968. –488.

7.  А.с. 1580282 , МКИ G 01 R 27/00. Устройства для измерения комплексных параметров двухполюсников            / и др. (СССР). №4149042, Заявлено 19.10.1986. Опубл 23.07.90. Бюл. №27. 28с.

Получено 25.05.2001                  Воронежский государственный технический университет