Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru czestotliwosci granicznej waraktorów w oparciu o pomiary wspólczynnika fali stojacej w ukladzie z koncentryczna linia pomiarowa i wykorzystaniu pojemnosci zlacza badanego waraktora mierzonej przy niskiej czestotliwosci dla okreslonego napiecia polaryzacji.Jednym z podstawowych parametrów jakosci waraktora jest czestotliwosc graniczna, która okreslana jest nastepujaca zaleznoscia: 1 fc = (1) 2ttRsCj gdzie Rs oznacza rezystancje szeregowa a Cj pojemnosc zlacza diody przy okreslonym napieciu polaryzacji.Z wielu znanych dotychczas metod pomiaru czestotliwosci granicznej waraktorów najczesciej stosowana szczególnie w zakresie czestotliwosci ponizej pasma X jest metoda w ukladzie z koncentryczna linia pomiarowa wykorzystujaca transformacje impedancji zlacza diody w ukladzie zastepczym zwanym transformatorem Weissflocha, w którym w ogólnym przypadku uwzglednia sie niekorzystne wplywy strat ukladu pomiarowego na wyniki pomiarów czestotliwosci granicznej. Z pomiarów impedancji na linii pomiarowej odniesionej do odpowiedniej plaszczyzny oraz z pomiarów parametrów zastepczych transformatora Weissflocha oblicza sie w dosc skomplikowany sposób czestotliwosc graniczna diody. Oszacowanie wszystkich parametrów transformacji, szczególnie parametrów uwzgledniajacych wplyw strat ukladu pomiarowego, jest tu bardzo trudne i problematyczne.Przy pominieciu wplywu strat ukladu pomiarowego otrzymuje sie liniowa transformacje impedancji pomiedzy impedancja zlacza diody a impedancja na linii pomiarowej w plaszczyznie rozwarcia okreslana oprawka rozwarta diody. Czestotliwosc graniczna oblicza sie w tym przypadku juz w mniej skomplikowany sposób z pomiarów skladowych impedancji na linii pomiarowej. Niemniej jednak wykonywane czynnosci sa tu nadal zmudne i bardzo pracochlonne.2 90 628 Odmiana metody pomiaru czestotliwosci granicznej waraktorów w ukladzie z koncentryczna linia pomiarowa jest sposób podany w polskim opisie patentowym nr 73275. Sposób ten wymaga znajomosci zaleznosci pojemnosci zlacza diody od napiecia polaryzacji i polega on na tym, ze ustawia sie sonde w minimum fali stojacej na linii pomiarowej, na koncu której jest dolaczona dioda waraktorowa, a nastepnie mierzy sie zaleznosc miedzy poziomem sygnalu wskazywanego przez wskaznik sondy polaczony z wyjsciem detektoratej sondy a napieciem polaryzujacym diode waraktorowa. Czestotliwosc graniczna diody oblicza sie zwartosci pojemnosci zlacza diody dla napiec polaryzacji, które wywoluja okreslone poziomy sygnalu wskaznika sondy w ukladzie z linia pomiarowa, np. dla wygody z dwóch wartosci pojemnosci zlacza diody okreslonych odpowiednio dla napiec polaryzacji przy minimalnym poziomie sygnalu wyjsciowego linii pomiarowej i przy jego wzroscie o3dB. Z uwagi na to, ze wykorzystywana tu od obliczen czestotliwosci granicznej diody róznica pojemnosci zlacza diody posiada najczesciej bardzo male wartosci w porównaniu do mierzonych wartosci pojemnosci, wiec dla unikniecia znacznych bledów wymagania na dokladnosci ustalania napiec polaryzacji oraz na dokladnosci pomiaru pojemnosci sa bardzo ostre i czesto niemozliwe do spelnienia. Ponadto w podanym sposobie nie zawsze spelnione sa zalozenia stalosci rezystancji zlacza diody i stalosci wspólczynnika fali stojacej od zmian napiecia polaryzacji oraz nie uwzglednia sie tu bezposrednio wplywu strat ukladu pomiarowego, co w sumie prowadzic moze równiez do znacznego bledu pomiaru czestotliwosci granicznej diody.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu pomiaru czestotliwosci granicznej waraktorów zwlaszcza produkowanych seryjnie o znacznie zmniejszonej pracochlonnosci oraz pozbawieniu sie wielu niedogodnosci i ograniczen przy wykorzystaniu ukladu z koncentryczna linia pomiarowa stosowanego w dotychczasowych metodach pomiarowych czestotliwosci granicznej waraktorów.Wytyczony cel zmniejszenia podanych niedogodnosci zostal rozwiazany zgodnie z wynalazkiem przez opracowanie nowego sposobu pomiaru czestotliwosci granicznej waraktorów wykorzystujacy wlasciwosci liniowej transformacji impedancji zlacza diody w warunkach niedopasowania w ukladzie z koncentryczna linia pomiarowa oraz wykorzystujacy pomiary pojemnosci zlacza diody przeprowadzane przy niskiej czestotliwosci, zwyle przy czestotliwosci 1MHz, dla okreslonego napiecia polaryzacji.Sposób ten go Iega na tym, ze dla okreslonego napiecia polaryzacji waraktora i okreslonej czestotliwosci pomiarowej generatora sygnalowego w ukladzie z koncentryczna linia pomiarowa obciazona glowica pomiarowa z umieszczona w niej badana dioda wyznacza, sie wspólczynnik fali stojacej S obciazenia, a wartosc czestotliwosci granicznej fc waraktora oblicza sie z iloczynu wartosci wyznaczonego wspólczynnika fali stojacej S i wartosci wprowadzonego tu wspólczynnika A(Cj) okreslonego z wartosci pojemnosci zlacza Cj badanej diody przy znanych parametrach liniowej transformacji impedancji zlacza diody w ukladzie z koncentryczna linia pomiarowa przy okreslonej czestotliwosci pomiarowej generatora sygnalowego.Glównymi korzysciami rozwiazania wedlug wynalazku jest mozliwosc wyznaczania czestotliwosci granicznej waraktorów sposobem bardzo prostym, co wielokrotnie zmniejsza pracochlonnosc i zuzycie przyrziadów pomiarowych przy uniknieciu wielu niedogodnosci i ograniczen w porównaniu do stosowanych dotychczas metod pomiarowych w ukladzie z koncentryczna linia pomiarowa. Istnieje tu mozliwosc jednoczesnego uwzglednienia wplywu strat ukladu pomiarowego. Poniewaz wymagana tu pojemnosc zlacza Cj jest jednoczesnie parametrem katalogowym waraktorów, wiec praktycznie w sposobie wedlug wynalazku nie wykonuje sie dodatkowo pomiaru tej pojemnosci. Sposób wedlug wynalazku szczególnie nadaje sie do pomiarów waraktorów produkowanych seryjnie, gdzie czestotliwosc pomiarowa jest ustalona, parametry oprawek sa dostatecznie powtarzalne i raz przeprowadzone wstepne skalowanie celem okreslania parametrów liniowej transformacji impedancji zlacza w ukladzie z linia pomiarowa moze sluzyc wielokrotnym pomiarom. Stosowany uklad pomiarowy z koncentryczna linia pomiarowa jest ukladem uniwersalnym i,w razie potrzeby moze sluzyc jednoczesnie pomiarom czestotliwosci granicznej waraktorów innymi dotychczas znanymi metodami.Wynalazek jest objasniony na przykladzie wykonania. W przynaleznym rysunku uwidacznia: fig. 1 schemat blokowy ukladu pomiarowego, fig. 2 schemat zastepczy glowicy z waraktorem i linia pomiarowa, fig. 3 przyklad wyznaczonego wspólczynnika A(Cj) dla waraktorów mierzonych w koncentrycznej linii pomiarowej o impedancji charakterystycznej Z0 = 5012 przy czestotliwosci pomiarowej f = 3GHz.Na fig. 1 sygnal z generatora G jest doprowadzony poprzez sonde do wspólosiowej linii pomiarowej LP, której obciazeniem jest glowica pomiarowa GP z umieszczonym w niej waraktorem spolaryzowanym napieciem stalym poprzez polaryzator P z zasilacza Z. Do linii pomiarowej LP poprzez polaryzator P dolaczony jest detektor D z miernikiem wspólczynnika fali stojacej WFS. M jest miernikiem pojemnosci zlacza diody przy niskiej czestotliwosci, zwykle przy czestotliwosci 1MHz. Na fig. 2 Zk jest impedancja zlacza diody skladajaca sie z rezystancji szeregowej Rs i pojemnosci zlacza Cj; Glowica pomiarowa GP wraz z oprawka diody stanowi transformator impedancji T. A—A jest plaszczyzna wejscia transformatora TaB—B jest plaszczyzna odniesienia przy pomiarach impedancji na linii pomiarowej LP. Plaszczyzna odniesienia B-B jest plaszczyzna rozwarcia na linii pomiarowej przy rozwarciu impedancji zlacza Z|< i moze byc okreslona oprawka rozwarta diody.90 628 3 Przy pominieciu wplywu strat ukladu pomiarowego otrzymuje sie transformacje liniowa impedancji zlacza diody Zj.. W tym przypadku impedancja Z-\ na linii pomiarowej w plaszczyznie odniesienia B—B jest funkcja liniowa impedancji zlacza diody Zs< i czestotliwosc graniczna badanej diody mozna wyznaczyc z nastepujacej zaleznosci: Xj —X2 f. = f • (2) r2 gdzie f oznacza czestotliwosc pomiarowa, X! —zredukowana w stosunku do impedancji charakterystycznej Z0 linii pomiarowej reaktancja impedancji Zj przy zwarciu zlacza diody pradem przewodzenia, x2 i r2 = zredukowane w stosunku do Z0 skladowe impedancji Zx dla polaryzacji diody, przy której okreslana jest czestotliwosc graniczna. Na ogól rezystancja zlacza Rs jest znacznie mniejsza od impedancji charakterystycznej Z0 linii pomiarowej i wyrazenia na skladowe Xj, x2, oraz r2 przyjmuja proste zaleznosci: X! =tgj3li (3) x2 =tg0l2 (4) 1 + tg20l2 r2= (5) S gdzie 0 oznacza stala fazowa, \x i,l2 — polozenia minimum fali stojacej na linii pomiarowej w stosunku do plaszczyzny odniesienia B—B odpowiednio d'a stanu zwarcia zlacza diody pradem przewodzenia oraz polaryzacji diody, przy której mierzona jest czestotliwosc graniczna, S —wspólczynnik fali stojacej obciazenia dla polaryzacji diody, przy której mierzona jest czestotliwosc graniczna. Podstawiajac (3, 4,i 5 do 2) czestotliwosc graniczna mozna wyrazic nastepujacym prostym wzorem. fc = A •S (6) gdzie wspólczynnik A okreslony jest przez: X| -X2 A = f . (7) 1+x2 Dla danego typu waraktora lub typów o jednakowych parametrach oprawek przy okreslonej czestotliwosci pomiarowej I okreslonej glowicy pomiarowej w ukladzie l koncentryczna linia pomiarowa mozna wyznaczyc zaleznosc wspólczynnika A wyrazonego równaniem (7) od pojemnosci zlacza Cj diody. W tym celu nalezy wyznaczyc zaleznosc zredukowanej reaktancji x2 na linii pomiarowej od zredukowanej reaktancji Xk zlacza diody droga zmian pojemnosci zlacza Cj od zmian napiecia polaryzacji..Wartosc reaktancji Xj< wyznacza sie 2 nastepujacej zaleznosci: xk = -— (8) a?CjZQ gdzie Ct oznacza pojemnosc zlacza diody zalezna od napiecia polaryzacji, która moze byc mierzona przy niskiej czestotliwosci snp. przy czestotliwosci 1MHzf ZG - impedancja charakterystyczna linii pomiarowej, gj - 2n1 — pulsacja czestotliwosci pomiarowej 1 Zaleznosc reaktancji na linii pomiarowej w funkcji reaktancji zlacza diody x2(x|<) jest funkcja liniowa i okreslic \a mozna nastepujaco. x2 = Xi +n2xk (9) gdzie n2 \ xt sa parametrami liniowej transformacji impedancji zalezne od wyrazów macierzy impedancyjnej bezstratnego transformatora impedancji T, n2 jest przekladnia liniowej transformacji impedancji zlacza, x, jest zredukowana reaktancjcj zwarcia i jest wartoscia reaktancji x2 dla x.j< = O, co zachodzi przy zwarciu zlacza diody4 90 628 pradem przewodzenia. Dla poprawnego okreslenia parametrów n2 i x. zaleznosc (9) nalezy wyznaczyc najlepiej wykreslnie przy mozliwie wielu róznych wartosciach napiecia polaryzacji dla kilku diod danego typu.Z zaleznosci (7), (8) i (9) otrzymujemy wzór na wspólczynnik A(Cj): n2 1 A(Cj)=f • • (10) cjCjZ0 1 +(Xl- coCjZ0 gdzie poszczególne symbole okreslane sa juz wczesniej. Po tak przeprowadzonym skalowaniu w celu wyznaczenia parametrów liniowej transformaqi impedancji n2 ixt zaleznosc (10) na wspólczynnik A(Cj) mozna przedstawic dostatecznie dokladnie w postaci wykresu lub tablicy numerycznej.Straty ukladu pomiarowego, które moga miec znaczny wplyw na obnizenie mierzonych wartosci wspólczynnika fali stojacej, nie maja tu wplywu na wartosc wyznaczonego wspólczynnika A(Cj), poniewaz nie maja znaczacego wplywu na polozenie fazy impedanq'i na linii pomiarowej w warunkach wystepujacego tu duzego, niedopasowania. Przez wyznaczenie rzeczywistych wartosci wspólczynników fali stojacej obciazenia lub w ogólnym przypadku sprawnosci ukladu pomiarowego, które sa funkcjami mierzonych wspólczynników fali stojacej, mozna uwzglednic jednoczesnie wplyw strat ukladu pomiarowego przy wyznaczaniu czestotliwosci granicznej wara ktorów. Dla przykladu, rzeczywiste wartosci wspólczynników fali stojacej obciazenia z jednorodna linia pomiarowa ze stratami, które najczesciej sa stratami dominujacego calego ukladu pomiarowego linii i glowicy, mozna wyrazic za pomoca nastepujacego wzoru: S= — (11) 1-<*1Sm gdzie Sm oznacza zmierzona wartosc wspólczynnika fali stojacej na linii pomiarowej metoda podwojonego minimum, a — wspólczynnik strat linii pomiarowej wyrazony w neperach na jednostke dlugosci linii przy okreslonej czestotliwosci, 1 — odleglosc od mierzonej diody w glowicy do polozenia minimum na linii pomiarowej przy pomiarach wspólczynnika fali stojacej.Majac wartosc wspólczynnika A(Cj) ze znajomosci wartosci pojemnosci zlacza Cj okreslonej z pomiarów przy niskiej czestotliwosci oraz wartosc wspólczynnika fali stojacej S wyznaczonego w ukladzie z linia pomiarowa obliczyc mozemy natychmiast wartosc czestotliwosci granicznej waraktóra. PL