Векторные анализаторы цепей сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн

Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ

Раздел 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИЗА СВЧ ЦЕПЕЙ

Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРАЖЕНИЯ И ЗАТУХАНИЯ В СВЧ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ
1.1. Определение понятия «коэффициент отражения в линии»
1.2. Связь коэффициента отражения в линии с коэффициентом стоячей волны по напряжению (КСВН), входным импедансом линии, коэффициентом отражения нагрузки
1.3. Круговая диаграмма линии передачи (диаграмма Смита)
1.3.1. Вывод основных соотношений диаграммы Смита
1.3.2. Вид диаграммы Смита и работа с ней
1.4. Согласование линий передачи
1.5. О некоторых соотношениях между потерями на отражение и передачу для регулярных линий передачи
1.6. Линии передачи с потерями
1.7. Единицы измерения затухания (децибелы и неперы)

Глава 2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВ И ЦЕПЕЙ СВЧ В ОБОБЩЁННОМ ВИДЕ
2.1. Эквивалентные многополюсники
2.2. Напряжения и токи на входе многополюсника и их связь с падающими и отражёнными волнами
2.3. Матричное описание СВЧ многополюсников. Матрица рассеяния
2.3.1. Нормированные волны и определение матрицы рассеяния
2.3.2. Унитарность матрицы рассеяния
2.4. Некоторые свойства многополюсников
2.4.1. Взаимность многополюсников
2.4.2. Недиссипативность многополюсников
2.4.3. Симметричность многополюсников
2.5. Переход от многополюсника к производному четырёхполюснику
2.6. Четырёхполюсники СВЧ
2.6.1. Матричное описание четырёхполюсников СВЧ
2.6.2. Физический смысл элементов волновых матриц четырёхполюсников
2.6.3. Условия обратимости, симметрии, антиметрии и реактивности четырёхполюсников в терминах волновых матриц
2.6.4. Каскадное соединение четырёхполюсников

Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ОРИЕНТИРОВАННЫХ ГРАФОВ К АНАЛИЗУ СВЧ-ЦЕПЕЙ
3.1. Основные определения
3.2. Составление графов для СВЧ цепей
3.3. Нахождение решений для графов по правилу Мэзона
3.4. Инверсия пути в ориентированных графах
3.5. Методы упрощения ориентированных графов
3.6. Ориентированные графы матриц

Раздел 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СВЧ ЦЕПЕЙ

Глава 4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ АНАЛИЗА
4.1. Измеряемые «цепные» параметры СВЧ устройств
4.2. Измерительные задачи анализа СВЧ цепей
4.2.1. Анализ линейных пассивных устройств
4.2.2. Анализ нелинейных устройств
4.2.3. Анализ частотно-избирательных и сверхширокополосных устройств
4.2.4. Анализ во временной области
4.2.5. Сравнительный анализ параметров и характеристик СВЧ устройств
4.2.6. Измерение характеристик фазированных антенных решёток, СВЧ микросборок, интегральных схем и др.
4.3. Особенности измерений и анализа цепей в миллиметровом диапазоне волн
4.4. Некоторые общие требования к измерителям параметров цепей миллиметрового диапазона волн

Глава 5. РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ СВЧ ЦЕПЕЙ
5.1. Зондовые методы измерений
5.2. Рефлектометрические методы измерений параметров СВЧ цепей
5.2.1. Рефлектометры
5.2.2. Анализ погрешностей рефлектометров
5.2.3. Панорамные измерители КСВН и ослабления (ПИКО) в миллиметровом диапазоне волн
5.3. Методы точного измерения фазы
5.3.1. Метод модулированной поднесущей
5.3.2. Метод модулированной поднесущей с использованием фазового дискриминатора
5.3.3. Гетеродинные методы
5.3.4. Метод, основанный на квантовании по частоте и преобразовании
5.4. Методы измерения параметров СВЧ цепей на основе двенадцатиполюсников
5.5. Временные методы измерений S-параметров СВЧ цепей
5.6. Векторные анализаторы цепей Р4-62/Р4-63

Глава 6. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЕКТОРНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ ЦЕПЕЙ
6.1. Типы и классификация векторных анализаторов цепей
6.2. Гомодинные ВАЦ. Методы измерений в зависимости от модуляции опорного и измерительного сигналов
6.2.1. Схема с отсутствием модуляции сигналов
6.2.2. Схема с амплитудной модуляцией СВЧ сигнала в самом источнике
6.2.3. Схема с амплитудной модуляцией в измерительном канале
6.2.3.1. Метод Шафера-Кона
6.2.3.2. Измерительный тракт гомодинного ВАЦ с модуляцией измерительного сигнала
6.2.4. Схемы с линейной фазовой модуляцией и фазовой манипуляцией измерительного сигнала
6.2.5. Схема с модуляцией опорного сигнала
6.2.6. Гомодинные схемы с одновременной модуляцией измерительного и опорного сигналов
6.3. Структурные схемы автоматических анализаторов цепей гомодинного типа
6.3.1. Структурные схемы анализаторов цепей с четырнадцатиполюсным измерительным СВЧ трактом
6.3.2. Структурная схема анализатора цепей с десятиполюсным измерительным СВЧ трактом
6.3.3. Структурная схема ВАЦ с восьмиполюсным измерительным СВЧ трактом
6.4. Гетеродинные ВАЦ

Раздел 3. СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ И УСТРОЙСТВА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ВАЦ

Глава 7. МОДУЛИРОВАНИЕ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ
7.1. Амплитудная модуляция (АМ)
7.1.1. Определение АМ
7.1.2. Спектр АМ колебания
7.1.3. Многотональная АМ
7.1.4. О мощности АМ-колебания. Средняя мощность АМ колебания
7.2. Балансная и однополосная модуляция
7.2.1. Балансная модуляция
7.2.2. Однополосная АМ
7.3. О демодуляции АМ сигналов
7.4. Угловая модуляция сигналов
7.5. Частотная модуляция (ЧМ)
7.6. Спектр ЧМ сигнала
7.7. Фазовая модуляция (ФМ)
7.8. Спектр колебания при тональной ФМ
7.9. Многотональная угловая модуляция
7.10. О демодуляции УМ сигналов
7.11. Квадратурная модуляция
7.12. Спектры некоторых сигналов с фазовой и частотной модуляцией
7.12.1. Исходные формулы для расчёта спектра ФМ сигналов
7.12.2. «Прямоугольное» изменение фазы (фазоманипулированные сигналы)
7.12.3. Случай модуляции фазы по закону 0/Π
7.12.4. Случай модуляции фазы по закону 0/Π/2
7.12.5. Линейное изменение фазы по закону «неидеальной пилы» c линейным задним фронтом
7.12.6. Линейное изменение фазы для «неидеальной пилы» при обратном включении модулятора
7.12.7. Линейное изменение фазы по закону «идеальной пилы»
7.12.8. О результатах расчёта спектра сигналов, модулированных по фазе по закону «пилы»
7.12.9. ЧМ сигнал с модуляцией меандром
7.12.10. ЧМ сигнал с пилообразным несимметричным и симметричным законами модуляции
7.13. Детектирование ЧМ сигналов
7.14. Детектирование ФМ сигналов
7.15. Импульсная модуляция. Модуляторы и демодуляторы импульсных последовательностей
7.15.1. Амплитудно–импульсная модуляция (АИМ)
7.15.2. Схемы модуляторов и демодуляторов АИМ

Глава 8. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ И СМЕСИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
8.1. Общие сведения о преобразовании частоты
8.2. Анализ процесса преобразования
8.3. Параметры преобразования диодных преобразователей
8.4. Диоды с барьером Шоттки (ДБШ)
8.5. Параметры смесителей
8.6. Схемы балансных смесителей
8.6.1. Двухдиодный балансный смеситель
8.6.2. Двойные балансные смесители
8.7. Конструкции балансных смесителей
8.7.1. ДБС на планарных линиях передачи
8.7.2. Волноводный балансный смеситель
8.7.3. Балансный смеситель на фин-лайн

Глава 9. ФОРМИРОВАНИЕ КВАДРАТУРНЫХ СИГНАЛОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
9.1. Аппаратурные методы формирования квадратурных сигналов на основе волноводных схем и квадратурных мостов
9.1.1. Схемы на основе двойных волноводных тройников и фазосдвигающих секций
9.1.2. Схемы на основе двойных волноводных тройников и трёхдецибельного направленного ответвителя
9.1.3. Схема на основе направленного ответвителя и синфазных делителей
9.1.4. Квадратурные мосты
9.2. Формирование квадратурных сигналов на основе схем с фазовращателями (ФВ)
9.2.1. Метод с использованием бинарного ФВ
9.2.2. Метод с использованием дискретного ФВ
9.3. Аппаратурно-программные способы формирования квадратурных сигналов
9.3.1. Общие сведения
9.3.2. Об аппаратурно-программной реализации ПГ
9.3.3. Программная реализация ПГ
9.4. Схемно-цифровые методы формирования квадратурных сигналов измерительной информации

Раздел 4. ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В ВАЦ. ИЗМЕРЕНИЯ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ

Глава 10. АНАЛИЗ ФУРЬЕ. ИЗМЕРЕНИЯ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ
10.1. О частотных и временных характеристиках цепей
10.2. Свёртка функций
10.2.1. Понятие свёртки функций и её физическая интерпретация
10.2.2. Основные свойства свёртки
10.2.3. Задачи, связанные со свёрткой
10.3. Анализ Фурье непрерывных сигналов
10.3.1. Представление временных функций в виде ряда и интеграла Фурье
10.3.2. Прямое и обратное преобразования Фурье. Спектральная функция
10.4. Преобразование Лапласа
10.4.1. Основные определения
10.4.2. Связь преобразования Лапласа с временными характеристиками
10.5. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ)
10.5.1. Дискретизация непрерывного сигнала. Критерий Найквиста
10.5.2. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ)
10.5.3. Алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ)
10.5.4. Об алгоритме нечётного продолжения
10.6. Измерения во временной области
10.6.1. Рефлектометрия во временной области
10.6.2. Режимы частотно-временных преобразований в ВАЦ
10.6.3. Используемые сигналы стимулов и разрешение характеристик при частотно-временных преобразованиях
10.6.4. Специальные режимы преобразования

Глава 11. ОКОННАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ. ВЕСОВЫЕ ОКНА
11.1. О применении окон (кадрирования) при измерениях на основе БПФ. Некоторые общие соображения
11.2. О спектральных утечках
11.3. Методы оценки спектральных плотностей
11.4. Спектральная плотность дискретных сигналов. Сглаживающая косинусоидальная функция
11.5. Некоторые семейства временных окон
11.6. Основные характеристики временных и спектральных окон
11.7. Стратегия выбора весовых функций (весовых окон)

Глава 12. ДИСПЕРСИОННЫЕ ИСКАЖЕНИЯ В ВОЛНОВОДНЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИИ ИХ КОРРЕКЦИЯ
12.1. Общие представления о влиянии дисперсионных свойств линий на передачу радиосигналов
12.2. Коррекция дисперсионных искажений

Раздел 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ И КАЛИБРОВКА ВАЦ

Глава 13. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ В ВЕКТОРНЫХ АНАЛИЗАТОРАХ ЦЕПЕЙ. УРАВНЕНИЯ КАЛИБРОВКИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ
13.1. Точность измерительных систем и измерительная калибровка
13.2. Типы и источники измерительных погрешностей в ВАЦ
13.2.1. Типы погрешностей
13.2.2. Погрешность направленности
13.2.3. Погрешность согласования источника
13.2.4. Погрешность согласования нагрузки
13.2.5. Погрешность развязки (перекрёстных помех)
13.2.6. Погрешность частотных характеристик каналов
13.2.7. Погрешность переконфигурации измерительной схемы ВАЦ
13.3. Моделирование погрешностей двухполюсников
13.4. Моделирование погрешностей при измерении параметров четырёхполюсников
13.4.1. Общие сведения
13.4.2. Шестипараметрическая модель погрешности
13.4.3. Двенадцатипараметрическая модель погрешности
13.4.4. Обобщённая 16-параметрическая модель многополюсника погрешностей
13.5. Вывод матричных уравнений калибровки и восстановления для 16-параметрической модели восьмиполюсника погрешности
13.6. Уравнения калибровки для 16-параметрической модели погрешности
13.7. Уравнения восстановления истинных параметров S_ijm испытуемого устройства по измеренным значениям S_ijm для 16-параметрической модели погрешностей
13.8. Обобщённая модель погрешности и уравнения калибровки и восстановления при измерении параметров устройств, представляемых 2n-полюсниками
13.8.1. Обобщённая модель погрешности
13.8.2. Вывод уравнения калибровки
13.8.3. Решение матричного уравнения калибровки
13.8.4. Вывод уравнения восстановления
13.8.5. Частные случаи уравнений калибровки и восстановления
13.9. Моделирование погрешностей переключения (коммутации) ВАЦ
13.9.1. «Суперобобщённая» матрица рассеяния четырёхполюсника
13.9.2. Преобразование матрицы в матрицу
13.9.3. Свойства воспроизводимых погрешностей переключения
Приложение А. Выражения некоторых миноров матрицы [E]
Приложение Б. Выражения для миноров матрицы [T] многополюсника погрешностей

Глава 14. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КАЛИБРОВКИ ВЕКТОРНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ ЦЕПЕЙ
14.1. Общие сведения о калибрационных мерах (стандартах)
14.2. Калибровка ВАЦ по отражению при измерении параметров двухполюсников (или S_ij параметров 2m-полюсников)
14.2.1. Общие сведения
14.2.2. Определение параметра (погрешности из-за неидеальной направленности ответвителя)
14.2.3. Калибровка с использованием методики «полупараметрической круговой аппроксимации»
14.2.4. Определение параметров погрешностей из-за рассогласования источника и из-за потерь измерительного тракта
14.3. Калибровка ВАЦ при измерении параметров четырёхполюсников
14.3.1. О коррекции погрешностей при измерении четырёхполюсников
14.3.2. Методы калибровки волноводных ВАЦ по прохождению. Калибрационные устройства (стандарты)
14.3.3. Четырёхполюсная калибровка ВАЦ
14.4. О способах оценки качества калибровки. Поверка (верификация) ВАЦ
14.4.1. Проверка остаточной погрешности рассогласования источника
14.4.2. О поверке (верификации) векторных анализаторов цепей
14.5. О некоторых типах верификационных устройств
14.5.1. Ступенчатые волноводные нагрузки
14.5.2. Ступенчатые волноводные нагрузки со смещением
14.5.3. Отражающие нагрузки-вставки
14.5.4. Подвижные меры отражения
14.6. Волноводные фланцы калибрационных стандартов и верификационных устройств миллиметрового диапазона волн
14.6.1. Фланцы и фланцевые соединения волноводов миллиметрового диапазона волн. Общие замечания
14.6.2. Рассогласование, вносимое фланцевым соединением за счёт допусков на волноводные каналы и присоединительные размеры стандартных фланцев по ГОСТ-13317-89
14.6.3. Влияние возможных перекосов и смещений фланцев. «Антиперекосные» фланцы
14.6.4. О проблемах, связанных с использованием волноводных фланцев в диапазоне коротких миллиметровых и субмиллиметровых волн
14.6.5. Новые фланцы для одномодовых волноводов выше 110 Ггц
14.7. Калибровка векторных анализаторов цепей при использовании 16-параметрической модели погрешностей
14.7.1. Уравнения калибровки и возможные методы калибровки для 16-параметрической модели погрешностей
14.7.2. Автоматическая калибровка ВАЦ по методике LMR-16
14.8. О калибровке коаксиальных ВАЦ
14.8.1. Коаксиальные соединители миллиметрового диапазона волн
14.8.2. Проблема адаптеров
14.8.3. Некоторые типы калибровок коаксиальных ВАЦ
14.8.4. Процедура восстановления
14.9. О дистанционной калибровке ВАЦ с использованием локальных сетей и возможностей глобальной сети Интернет

Глава 15. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ВАЦ
15.1. Основные представления математической статистики, используемые в метрологии
15.1.1. Распределения случайных величин
15.1.2. Числовые характеристики распределений случайных величин
15.1.3. Непрерывные распределения и их характеристики
15.2. О двух подходах к определению и выражению точности измерений
15.3. Определение понятия «неопределённость». Источники неопределённости
15.4. Измеряемая величина и неопределённость
15.5. Классификация неопределённости
15.6. Зависимость предельных значений неопределённости измерения рефлектометром обратных потерь нагрузки от направленности ответвителя и согласования источника
15.6.1. Оценка влияния направленности на неопределённость измерения обратных потерь нагрузки
15.6.2. Оценка влияния рассогласования источника на неопределённость измерения обратных потерь нагрузки
15.6.3. Оценка одновременного влияния направленности ответвителя и рассогласования генератора на неопределённость измерения обратных потерь нагрузки
15.7. Измерение отражений при однопортовой калибровке
15.8. Калибровка характеристики передачи
15.9. Расширенная калибровка АЧХ
15.10. Полная 4-полюсная калибровка ВАЦ

Раздел 6. РЕАЛИЗАЦИЯ ВЕКТОРНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ ЦЕПЕЙ В САНТИМЕТРОВОМ, МИЛЛИМЕТРОВОМ И СУБМИЛЛИМЕТРОВОМ
ДИАПАЗОНАХ ВОЛН

Глава 16. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СХЕМ ВЕКТОРНОГО АНАЛИЗА СВЧ ЦЕПЕЙ
16.1. Генераторы качающейся частоты на ЛОВ
16.2. Генераторы с синтезированным источником сигнала
16.3. Волноводные направленные ответвители и делители мощности
16.3.1. Волноводные направленные ответвители
16.3.2. Волноводные делители мощности пополам
16.3.3. Волноводные Е- и Н-тройники
16.3.4. Двойной волноводный ЕН-тройник (магический Т)
16.4. Волноводные ферритовые вентили
16.5. Детекторные головки миллиметрового диапазона длин волн
16.6. Волноводные аттенюаторы

Глава 17. СОВРЕМЕННЫЕ МОДЕЛИ ВЕКТОРНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ ЦЕПЕЙ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН
17.1. Векторный анализатор цепей Р4-МВМ-118 (БГУИР)
17.2. Векторные анализаторы цепей ЗАО «Elmika» (г.Вильнюс, Литва)
17.3. Анализаторы цепей миллиметрового диапазона фирмы Keysight Technologies (США)
17.3.1. Общее описание анализаторов Keysight
17.3.2. Анализаторы Keysight с расширением до 1,1 ТГц
17.4. Модули частотного расширения фирмы Oleson Microwave Labs. Inc. (США) для работы в диапазоне частот до 500 ГГц
17.4.1. Модульные источники OML для расширения частотных диапазонов генераторов сигналов
17.4.2. Особенности построения модульных источников
17.4.3. Паразитные характеристики модульных источников
17.4.4. Возможности и ограничения применения модулей
17.4.5. Модули частотного расширения V03VNA
17.5. Модули источников миллиметрового диапазона волн компании Virginia Diodes Inc. (США)
7.6. Векторные анализаторы цепей миллиметровых волн фирмы Anritsu (Япония)

Глава 18. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕКТОРНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ ЦЕПЕЙ
18.1. Основные тенденции развития ВАЦ
18.2. Новые частотные диапазоны и измерительные среды
18.3. Повышение точности измерений ВАЦ и дальнейшее совершенствование методов и средств их метрологического обеспечения
18.4. Расширение функциональных возможностей ВАЦ, применение анализаторов цепей для измерений параметров активных и нелинейных СВЧ устройств
18.4.1. Частотно-временные преобразования
18.4.2. Модуляционный векторный анализ цепей
18.4.3. Об измерении параметров нелинейных СВЧ устройств и устройств с преобразованием частоты (смесителей)
18.5. Создание на базе ВАЦ автоматизированных технологических систем, предназначенных для измерений параметров интегральных схем на полупроводниковых пластинах в миллиметровом диапазоне волн
18.5.1. Тестирование интегральных схем на полупроводниковых пластинах
18.5.2. Копланарные пробники
18.5.3. Установки для тестирования ИС на полупроводниковых пластинах
18.5.4. О калибровке при тестировании ИС на полупроводиковых пластинах
18.5.5. О преимуществах РЧ- и микроволнового тестирования ИС на полупроводниковых пластинах
18.6. Измерения антенных устройств и эффективной площади рассеяния
18.6.1. Измерения антенн
18.6.2. Измерения эффективной площади рассеяния объектов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Связь КСВН в линии передачи с потерями на отражение и передачу
2. Основные виды матриц. Связь между матрицами 2n-полюсника
3. Соответствие значений отношения мощностей в разах отношению мощностей в децибелах (дБ)
4. Стандартные сечения волноводов и их рабочие диапазоны частот
5. Параметры прямоугольных волноводов (по версии МЭК)

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ АББРЕВИАТУРЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ЛИТЕРАТУРА