АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ В ПАВ ТЕХНИКЕ.

ИСТОЧНИК:  РОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ. ИНФОРМАТИКА И ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ИНФОРМАТИКЕ

Сборник докладов конференции. Москва, 2019

Издательство: МИРЭА - Российский технологический университет (Москва)

КОНФЕРЕНЦИЯ:       

ИНФОРМАТИКА И ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ИНФОРМАТИКЕ

Москва, 11-12 апреля 2019 г.

Организаторы: Физико-технологический институт, МИРЭА - Российский технологический университет

Введение.

Сотрудниками ООО «БУТИС» в рамках гранта № 17-07-01372 А проведены исследования ПАВ-фильтров, обеспечивающих обработку РЧ-сигналов большой мощности (до 5,7 Вт), в том числе с использованием новых пьезоматериалов.

На сегодняшний день на рынке радиоэлектронных компонентов представлен широкий спектр фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ), режим работы которых требует использования внешних цепей согласования. Разработчики ПАВ фильтров ещё на стадии проектирования определяют оптимальную схему включения фильтра, а так же конкретные номинальные значения внешних элементов LC-контура, при которых в дальнейшем при установке в аппаратуру заказчика, будут обеспечены оптимальные требования электрических параметров.

В силу различий конструктивного исполнения измерительной оснастки, применяемой, как на этапе производства, так и при входном контроле у заказчика, а также непосредственно при монтаже фильтра на плату, возникают расхождения в значениях электрических параметров. Это обусловлено влиянием паразитных составляющих элементов измерительной оснастки (печатная плата, СВЧ разъемы, коннекторы и т.д.). В таких условиях получить оптимальные характеристики фильтра, заложенные разработчиками, проблематично, поскольку для обеспечения требуемого согласования требуется изменение номиналов внешних согласующих элементов LC-контура. Для обеспечения идентичности параметров на всех стадиях производства и эксплуатации рекомендуется заранее проанализировать все нюансы применения внешних схем согласования [1, 2].

Автоматизированные методы обработки экспериментальных данных, методика подбора схем и элементов LC-контура. Оптимизационные программы Ladder_vc, SAW_vc, Simires и др., предназначенные для синтеза ПАВ-фильтров различного функционального назначения, обеспечивают возможность анализа экспериментальных данных, а также позволяют смоделировать любой вид согласующих цепей и произвести анализ влияния схем согласования и паразитных элементов контактного устройства (КУ), на результаты эксперимента [3].

Рассмотрим данную методику на конкретном примере ПАВ фильтра на номинальную частоту 70 МГц. Первоначально производится загрузка предварительно созданного калибровочного файла. Затем, в режиме холостого хода «open circuit хx», записывается матрица рассеяния контактного устройства (в формате «Touchstone» с расширением s2p), в которое в дальнейшем будут смонтированы элементы цепи согласования. Это нужно для более эффективного и точного подбора схемы LC-контура.

Экспериментальный образец фильтра устанавливается в контактное устройство рис. 1., согласно структурной схеме, данные сохраняются в том же формате.

Рис. 1. Измерительный стенд на основе измерителя «Обзор – 804/1» и измеренная АЧХ фильтра

Обработка s2p параметров фильтра производится в программе SAW_vc, которая позволяет корректировать параметры матрицы рассеяния с учетом КУ в режиме холостого хода, образуя выходной файл, очищенный от паразитных составляющих оснастки. Сравнительные АЧХ фильтра до (красная линия) и после обработки (черная линия) представлены на рис. 2. Из рисунка видно, что характеристики полностью совпадают, следовательно, данная обработка не оказывает никакого негативного влияния на АЧХ фильтра.

Рис. 2. Сравнительные АЧХ фильтра до и после обработки в программе SAW_vc

Далее можно приступать непосредственно к подбору оптимальной согласующей цепи. Программа Ladder_vc позволяет производить согласование анализируемого файла по схеме рис. 3.

Рис. 3. Схема согласования ПАВ устройства, программа Ladder_vc

Диалоговое окно «Matching» программы Ladder_vc (подбор схемы согласования) и результат согласования представлены на риc. 5.

Рис. 5. Диалоговое окно «Matching» программы Ladder_vc

Согласование устройства можно провести, как в ручном режиме, так и в автоматическом. Автоматическое согласование фильтра, основываясь на данных АЧХ устройства, позволяет получить параметры близкие к оптимальным. Для более точного подбора значений LC-элементов следует проводить коррекцию в ручном режиме. Ход согласования контролируется графически с помощью различных опций программы. Добившись, чтобы полученная характеристика фильтра соответствовала заданным в техническом задании требованиям, параметры рассеяния и номинальные значения элементов сохраняются. В нашем случае оптимальной является схема рис. 6.

Рис. 6. Схема согласования и оптимальные значения элементов L1 =140 нГн L2=125 нГн

На основе полученных данных в программе Ladder_vc создаем файлы s2p для выбранных номиналов последовательных катушек индуктивности (L1=140 нГн, L2=125 нГн). Программа позволяет каскадировать полученные файлы, заменять и корректировать каждый в отдельности (рис. 7).

Рис. 7. Опция каскадирования, где U1=L1, U3=L2, U2- S2p файлы контрольных образцов

Данные анализируемых образцов и согласующих элементов загружаются поочерёдно, после чего на выходе получаем согласованную характеристику s2p файла. Данная методика значительно ускоряет и упрощает операцию контроля параметров, т.к. нет необходимости согласовывать каждый файл в отдельности. Полученные результаты для 3 фильтров представлены на рис. 8.





Рис. 8. АЧХ анализируемых фильтров, согласованных в программе Ladder_vc

Результаты измерений АЧХ фильтра в контактном устройстве с выбранными элементами согласования в сравнении с характеристикой фильтра, полученной автоматизированным методом, показаны на рис. 9. Из графика видно, что характеристики образца практически идентичны. На основании этого факта можно сделать вывод о том, что автоматизированные методы обработки являются корректными.

Рис. 9. АЧХ фильтра, согласованного программой Ladder_vc (черная линия), и АЧХ в контактном устройстве (красная линия)

Выводы.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что на сегодняшний день автоматизированные методы обработки экспериментальных данных в ПАВ технике существенно облегчают согласование экспериментальных образцов и проведения анализа, а так же позволяют упростить работу по подбору согласующих элементов, непосредственно в контактном устройстве. С ростом частотного диапазона прецизионность измерения во многом зависит от КУ, но далеко не на каждом производстве компонентов на ПАВ имеется возможность приобретения или изготовления собственной измерительной оснастки [4]. Поэтому задача по совершенствованию методов автоматической обработки экспериментальных данных является актуальной.

Список литературы

  1. Груздев А.С., Багдасарян А.С., Синицына Т.В. Прецизионные контактные устройства для контроля частотных характеристик устройств на ПАВ. // Теория и техника радиосвязи. 2018. № 4. С. 108-116.
  2. Синицына Т.В., Груздев А.С. Прецизионные измерительные СВЧ-устройства для контроля частотных характеристик микроблоков на поверхностных акустических волнах. // В сборнике: Высокие технологии в промышленности России. Тонкие пленки в электронике. Наноинженерия. Сборник научных трудов XXI Международной научно-технической конференции, XXVIII Международного симпозиума и VIII Международной научно-технической конференции. 2016. С. 30-34.
  3. Синицына Т.В., Багдасарян А.С., Гарифулина А.Т., Груздев А.С., Прапорщиков В.В. Система автоматизированного проектирования фильтров на поверхностных акустических волнах с высокой входной мощностью. // Наукоемкие технологии. 2018. Т. 19. № 3. С. 4-9.
  4. Багдасарян А.С., Синицына Т.В., Груздев А.С. Прецизионные контактные устройства для контроля частотных характеристик устройств на ПАВ. // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2018. Т. 18. № 3. С. 642-645.

Груздев А.С., Данилов А.Л. В сборнике: Российская научно-техническая конференция с международным участием. Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике Сборник докладов конференции. Москва, 2019. С. 141-147.