הפרקטיקה הטובה ביותר מדדי חץ ב Cryogenic מערכות Rf

הקדמה: The Imperative for Precision in Cryogenic RF Metrology

מדידה מדויקת של פרמטרים פיזור - המכונה בעיקר מחקר פיזיקה S-parameters - במערכות RF Cryogenic יוצר עמוד השדרה של מחשוב קוונטי מודרני, אסטרונומיה רדיו, תקשורת חלל עמוק, ו condensed-matter פיזיקה מחקר. כאשר רכיבים פועלים בטמפרטורות המתקרבות אפס מוחלט, הכללים המוכרים של מדידת זמן החדר נשבר.

ללא פרקטיקות ממושמעות, מופקות S-parameters - בין אם עבור רווח מגבר, אובדן סינון או אנטנה החזרה הפסד - יכול להיות מושחת על ידי שגיאות כי עולה על האות האמיתי על ידי כמה decibels.התוצאות נעות מחזורים קרירים מבזבזים (כל עלות אלפי דולרים ב Cryogens ו- טכנאי זמן) להתאמה לא נכונה כי מעכב זמן או להוביל לתופעות לוואי להגדרה זו, המייצגות שיטות מתודולוגיות של טכניקות תצורה מדויקת.

מה ש-S-Parameters מגלה ומדוע הם חשובים בטמפרטורות נמוכות

(ב) מבדילים את ההתנהגות הליניארית של רשת רב-פורט במונחים של אירוע ומשתקף גלי נסיעה.עבור מכשיר שני-פורט, FLT:0S11FLT:1ifies השתקפות של השתקפות (אובדן חוזר), אספקת גלים בלתי-מושלם של S21:2S21 מושלםFLT 3 (gain או הוספת אובדן), LT:4S12F:5read ו-Fird) מהפך את הפחתת אמצעי התקשורת ה-Val.

בטמפרטורות מבוכות, כל אלמנט בשרשרת המדידה - כבלים מעידים, מחברים, תקני קליברציה, והמכשיר תחת מבחן (DUT) - חומרים מורכבים של טמפרטורה תלויות טמפרטורה . ניגודיות של קופר טיפות על ידי יותר מסדר גודל בין 300 K ו-4 K, בעוד PTFEelectric קבוע שינוי על ידי כמה אחוזים. A נראה ב- 0.5Bic כביכול ptous ptance עצמו בחדר זה יכול להתעלם מ- 2 ליטר קבוע של חום ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מדוע שינויים משמעותיים

התלות הטמפרטורה של קבועות dielectric מציגה אפקט עדין אך חשוב: אורך חשמלי של קווי שידור משתנה ללא לינארי עם קירור.לדוגמה, כבל 1 מטר ב 300 K עשוי להיות אורך חשמלי המתאים ל-1.5 מטרים ב 4K בשל התכווצות של PTFE dielectric ושינויים בגורם המהירות.זה משנה את שלב ה-S- מילימטר באופן משמעותי בתדרים מיקרוגל - שינוי של קו רוחביקטציה אופיינית, אם זה אינו יכול להיות מדויק.

השפעה על כוח הידלינג וקווירנטיות

בטמפרטורות מבוכות, מוליכות תרמית של מתכות עולה, בעוד החום הספציפי יורד, כלומר כי כוח ניתוק במרכיב יכול לגרום חימום מקומי מהיר.זה מחמם את החסימה ויכול להציג לא ליניאריות במדידות S-parameter.עבור מכשירים על מוליכים על גבי דחיסות, אפילו כמויות קטנות של כוח RF לינארי יכול לדחוף את הזרם מעבר הזרם הקריטי, מה שגורם ל- VVUT להיות עמיד, כלומר, כדי למנוע שינוי דרמטי של כוח , או ® , או , כלומר, כדי למנוע את הכוח ® ® ® ® ® ® , כלומר, כלומר, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אתגרים ייחודיים שמוצפים על ידי הסביבה ה Cryogenic

רשתות מדידה של טמפרטורה נמוכה מציגות מכשולים לעתים נדירות נתקלו במעבדה של זמן רב.אתגרים אלה מורכבים זה את זה, מה שהופך מטרופולין RF Cryogenic משמעת בפני עצמו.התתתת הבאה מפרטת את המקורות המשמעותיים ביותר של טעות וכיצד להפחית אותם.

החוזה החריף והלחץ המכני

רוב מחברי RF ו- Crcuit-board מצטמצמים ב 0.1% ל- 0.3% כאשר קריר ל-4 K. התכווצות זו יכולה להיות מיקרו-קrack Solder מפרקים, SMA או 2.92 מ"מ מחברים, ולשנות את הלחץ מגע של אדפטימ מכוס האביב, אני פותח או השתקפות לעתים קרובות מתפתח לאחר רכיבה תרמית חוזרת.

כדי להתמודד עם זה, להשתמש מחברים עם אפקטיביות נאותה של הרחבה תרמית - מחבר SMA גנוב הם יותר טוב מאשר פליז, כמו פלדה יותר תואם את הרחבה של המנצח החיצוני (פלדה ללא חתמה) ואת dielectric (PTFE), בנוסף, ליישם עקבי על טמפרטורה בחדר (בדרך כלל 5-8 ב-lb עבור SMA) ולחבר עמדות עם שכבה כדי לאפשר חיכוך דרמטי על פני כמה מטושטשים או מטושטשים.

טמפרטורה – Permittivity and Loss

הקבוע הדיאלקטרי של כבלים מבוססי PTFE יורד בכ-2% כאשר הטמפרטורה טיפות מ-300 K עד 4 K. שינוי זה משנה את אורך החשמל של מובילי הבדיקה, תוך חתירה לשלב של S-parameters על ידי עשרות מעלות בתדרים במיקרוגל.במבני סינון, תדירות ההפיכה המרכזית יכולה לסחף על ידי שבריר משמעותית של רוחב הפס, שעלולה להעביר את המכשיר מתוך ההפסדים התפעוליים שלה, בדרך כלל, בגלל ירידה בטמפרטורות איטיות, תוך כדי שיפור משמעותי של עיצובים של תכונות אלה.

בחירת כבלים לטמפרטורה נמוכה

(הבחירה של קקטוסל משפיעה מאוד על יציבות המדידה של RG-402 כבלים חצי-קשיד עם PTFE dielectric להציג את שינוי ההיתר שהוזכר לעיל, אך כבלים עם PTFE נמוך או micro ⁇ PTFE להראות שינויים קטנים יותר.עבור היישומים התובעניים ביותר, לשקול כבלים לא תואמים כמו אלה מ-FLT:0TE InstrumentsalFir או 1Fot:2;

קווים גמישים ו-Long Transmission

בתוך Cryostat, רק מספר קטן של קווי קואקס גמישים המחברים את נמלי VNA של החדר ל DUT הקר. קווים אלה הם בדרך כלל כמה מטרים ארוך ומציגים אובדן כניסה משמעותי - לעתים קרובות 10 dB או יותר ב-20 GHz - ועיכוב קבוצתי.ההפסדים אוכלים בטווח הדינמי היעיל של VNA, בעוד העיכובים לסובבים את השלב של ספירת SPR נראית כראוי על ידי מחזורים ארוכים אפילו לא יכול להפוך את זה מכבר.

הפחתה נפוצה היא להשתמש ב-FLT:0two-tier calibration ישירות ב- 1Felove: תחילה לבצע ריצוף קואקסיאלי סטנדרטי בנמלי VNA, ולאחר מכן להשתמש באופיון תיקון או להסתגל את TRI כדי להסיר את ההשפעות של קביעות מבוכות, VNAs מודרניים מ Keysight, Rohde & Schwarz, ו Anritsu תמיכה de-em-em-em-em-em-em-em-em-em-recerecerecerecerecerecerecerecerece של קבצים, באמצעות קובץ ה-recerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecoto-

יציבות ואוסוציאציות

קריאות רבות פועלות על מחזורי מקרר הדופק או דילול המציגים תנודות טמפרטורה תקופתיות.אפילו תנודות קטנות (על סדר ±50 מ"ק) יכולות לגרום לרווח או לפעמוני השתקפות הדומים להתנהגות DUT אבל למעשה הם סחף מדידות.זמן קבוע של תנודות תרמיות אלה יכול לנוע בין שניות ל דקות, מה שהופך אותם קשים להפריד בין התדירות האמיתית של המכשיר ללא סינתזה קפדנית של מדידות סנכרון.

כדי להפחית את זה, השתמש VNA עם יכולת גורפת מהירה שיכולה להשלים טאטא תדר מלא בפחות מעשירית מתקופת הווסת.לדוגמה, אם תקופת הווסטוטה של תקופת הווסטוטה היא 60 שניות, להגדיר את הזמן גורף מתחת ל 6 שניות לאחר מכן לבצע מספר הגרלות וממוצע אותן. גישה זו מאפשרת לך ללכוד נתונים כי הוא למעשה "קזן" בזמן תרמי, בנוסף לטמפרטורה קר או קר.

רעש ומגן

מגברי Cryogenic לעתים קרובות להציג עלייה מעל 30 dB ורעש מתחת 1 K של טמפרטורה רעש. התערבות החדר-temperature-מ-Wi-Fi, אותות סלולריים, או אלקטרוניקה דיגיטלית סמוך - יכול ליישב את המקלט VNA או להסוות את רצפת הרעש האמיתית, המוביל לערכי שידור גבוהים מלאכותיים.

מגן יעיל כרוך שכבות מרובות.מינימום, להשתמש כבלים כפול או חצי-קשיד מן VNA ל Cryostat. בנקודת הכניסה של Cryostat, כולל חנקנים על כל קווי coaxial. בתוך ה- VNA כדי למנוע את המדידה של DUT מתאים כראוי וכי נמלים לא מנוצלים הם קפצו עם 50- ⁇ s עבור המדידות הרגישות ביותר, מקום נוסף ב- DUTFed כדי להפחית את ה-D.

בחירת אסטרטגיות ומימוש של Calibration

קליברציה היא הגורם המכריע ביותר דיוק מקוצר S-parameter מבועתת. כי מטוס ההתייחסות למדידה ניתן לעתים רחוקות להציב ישירות בנמלי DUT ללא שילוב של כבלים, שגיאות שיטתיות - עקיפות, מקור, התאמה, מעקב - יש להסיר באמצעות סטנדרטים ידועים מאופיין בטמפרטורה ההפעלה.

טמפרטורות -Matched Calibration Kits

(ה) מודולים אלקטרוניים של ה- עגל (Ecal) מדורגים בדרך כלל עבור 0 ° C ל 55 מעלות צלזיוס ולא יכול לשרוד סיבולת ב-IEum נוזלי, החלופה המעשית היא להשתמש FLT:0 מערכי calichanical caliation ulation ו- 50FLT 1 - פתוח, נפתח, עומסים, וקווים דחוסים מחומרים עם תכונות של CRAF-F-F פתוח ו-F {\displaystyle 292-F} , אשר נועדו היטב, אשר , 000, 000, 000, אשר נועדו ל-regic, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קצר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קצר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קצר, 000, 000,

בעת תכנון ערכת הגילוח שלך, שימו לב קרוב לסטנדרט העומס.יש להשתמש בעומס התנגדות מחומר שהתנגדותו ידועה ויציבה גם עם טמפרטורה.לעתים קרובות, מתנגדים דידק-סרטים על תת-קרקעית אלומיניום משמשים, אבל הם דורשים עוגן תרמי זהיר כדי למנוע שגיאות חימום עצמי.

TRL לעומת SOLT: מה לבחור

(ב) הן על המדידות המשותפות, FLT:0.10. ↑ Reflect-Line (TRL) calibrationFLT:1 בדרך כלל outperforms קצר-פתוח-Load-דרך (SOLT) בסביבות Cryogenic רבות. TRL דורש רק קו שידור מאופיין יחיד (השורה) ומשקפת (קיצור), על ידי הצורך בטמפרטורה אחידה, אשר מוגדר כסטנדרט סטנדרטית, אשר מוגדר כסטנדרט סטנדרטי, הוא קבוע, כלומר, הוא קבוע, אשר מוגדר כסטנדרט שידור קבוע, כי הוא קבוע, כי הוא קבוע, כי הוא קבוע, כי הוא קבוע, כי הוא קבוע, כי הוא קבוע, כי הוא ריצוף, כי הוא קבוע של חומר קבוע של חומר קבוע, כי הוא מגדיר את רמת דיוק, כי הוא קבוע של חומר קבוע של תקן אדפטומטריד (ה, כי הוא מגדיר את רמת דיוק, כי הוא מגדיר את רמת הפעלה (ה סטנדרטי (ה, כלומר, כלומר, כי הוא קבוע של חומר קבוע של חומר קבוע של חומר קבוע של תקן שידור קבוע של חומר קבוע של חומר קבוע של חומר קבוע של חומר קבוע של חומר קבוע של חומר קבוע, כלומר, כי הוא קבוע של חומר קבוע של חומר קבוע של תקן אדפטומטריד (ה, כי הוא

זה אמר, SOLT נשאר שימושי כאשר תקן קו תקין אינו זמין או כאשר המחברים DUT אינם עולים בקנה אחד עם ערכת TRL. במקרה זה, תקני פתוח לטעון חייבים להיות מאופיין בטמפרטורה Cryogenic. טכניקה נפוצה היא להשתמש עומס נמדד עם מדידה של ארבע-wire קלווין כדי לאמת את ההתנגדות DC בטמפרטורה התפעולית, בהנחה כי ה-RFedance שווה להתנגדות DCD (למשל, עבור מספר סימולציה נמוכה) עבור 3D בלבד, כדי לאמת את ההתנגדות).

החלפת קליברציה ושיקום

יש לבצע את ה-FLT:0 (בטמפרטורת המדידה) או את המדידה מחדש של מד"ל:1, לאחר שהבאטוסט הגיע לאיזון תרמי.הליך טיפוסי כרוך בקישור תרמי של תת-התחביעה או לוח המחבר לאצבע הקר באמצעות עומס נחושת גבוה יותר, ולאחר מכן לחכות עד ש-Snam-ammerd או Cernox טמפרטורה מדווח על יציבות בתוך ±10K.

חידוש אמנות

מכשיר זהוב חיוני כדי להבטיח תוקף קללה. בחירה נפוצה היא קו אוויר מדויק 50 ⁇ המספק קו שידור ידוע עם אובדן נמוך מאוד ואימפולס מוגדר היטב.בטמפרטורות Cryogenic, אובדן האוויר של קו האוויר ישתנה כמו מוליכות של נחושת או אלומיניום עולה, אבל האי-הנחיה נשאר יציב כי הגיאומטריה היא קבועה ו dielectric הוא אוויר (אשר יש לאפשר אובדן אווירי על גודל סגסוגת מלאה של חדר הרחם).

De-Embedding and Reference Air

כאשר לא ניתן להציב סטנדרטים של קיבוציות ישירות בנמלי DUT, de-embedding הופך חיוני.ה-S-parameters S-S (עבור כבלי קלט ופלט) נמדדים בנפרד באמצעות סיווג ייעודי - מבוצעת לעתים קרובות באותה טמפרטורה מבועתת - ולאחר מכן הוסרו מתמטית מהנתונים הגולמיים.

עבור העבודה המדויקת ביותר, לשקול ריבוי קו TRL calibration המשתמש בסטנדרטים מרובים של אורכו קו שונים.טכניקה זו, המכונה multiline TRL, מאפשר מיצוי של קבוע propagation ומאפיין של תיקון הבדיקה, אשר לאחר מכן מאפשר שינוי קפדני של de-embedding.the-T-מפותח תוכנה StatisCAL (זמין מאתר האינטרנטT) יכול להיות תהליך רב-recooked זמן רב יותר.

צמצום ה-Rirmal ו-Firi Artifacts

Thermal Anchoring and Cabling Design

כל כבל קואקסיאלי שפועל מ-300 K לשלב הקר חייב ליירט צלחות טמפרטורה ביניים כדי למנוע עומסי חום פרסיטיים מרימה את טמפרטורת הבסיס.ד.ד.ד.ד.ד.ד.ד.ד.ד.ד.ד. . . ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

נקודת מבט של אנקאנקן

כאשר הצמדת כבלים לירוטים תרמיים, להסיר את המעיל החיצוני לחשוף את המוליכים החצופה או החיצוני למשך של כמה סנטימטרים. Wrap זה קטע חשוף סביב הפוסט נחושת ו clamp אותו עם משטח מתכת, באמצעות אלומיניום נתרן כחומר ממשק תרמי.אל תסמכו רק על החיבור המצורף לבדו עבור מגע תרמי; החום חייב להתבצע דרך המוליכים החיצוניים לקור, עבור מרכז קטן, ולאחר מכן יכול להיות מכווץ רק על ידי חוט קצר, אבל יכול להיות מסוגל להוסיף כבל קטן של כבל קטן, אבל הוא רק על ידי כבל קטן, אבל הוא יכול להיות מסוגל רק על ידי כבל קטן של כבל קטן, אבל הוא יכול להיות מחובר קצר.

בחירת המחבר, Torque ו Cycling

השתמש מחברים במיוחד מדורג עבור אופניים Cryogenic: אל-דפל-המתאם SMA, 2.92 מ"מ, או K-linkors כי לשמור על שלמות מכנית על מחזורים תרמיים חוזרים, לפני כל מחבר לכל מחבר למפרט של היצרן (בדרך כלל 5–8 ב-lb עבור SMP, 8-10 ב-lb עבור 2.92 מ"מ) בחדר כי פריך את ה-Creic-reic-recertexic-reli-reic-recer-recertex הוא מתאים פעם עם למערכות אלקטרו-Cretexreme-Cretexretextextial c-Cretextial.

תעלות ה- torque צריך להיות מכוונן באופן קבוע, כמו מחברים בוכים לעתים קרובות דורשים כוח עקבי כדי להשיג מחדש S-parameters. לאחר מספר מחזורים תרמיים, לבדוק את pins המחבר עם מיקרוסקופ אופטי עבור סימנים של לביבש או עיוות. להחליף כל מחבר מראה נזק; העלות של מחבר הוא רשלנות לעומת העלות של ניסוי כושל, שימוש גם, או מחסם (מתאים יותר) מאשר להחליף כבל.

השפעות של בידוד ואפקטים אופניים

קרירים של Pulse-tube, אשר נפוצים במערכות ללא קריאות, מציגים תנודות מכניות בתדרים מכמה הרץ עד כמה מאות הרץ.רטטים אלה יכולים לשנות את עמידות מגע RF לייצר זמן-varing S-parameters המופיעים כרעש או התחדשות חדה לזיהוי של תאים משותפים, אני סולמת את השלב הקר של שימוש בחושים גמישים ופעמונים, ומנעו מתופעות לוואי חמורות יותר, כי ניתן לבצע שינויים קלים יותר, לאחר מדידה של רצף קבוע, לאחר מדידה, תמיד, לאחר מדידה, לאחר מדידה צלולה, לאחר מדידה רצף קבוע, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לאחר מדידה רצף קבוע, לאחר מדידה, לאחר מדידה רצף קבוע יותר, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לחץ חם יותר, לאחר מדידה, או קבוע, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לחץ דם קבוע, או קבוע, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לחץ דם קבוע יותר, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לחץ דם קבוע, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לחץ חם יותר, לאחר מדידה, לחץ דם קבוע יותר, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לאחר מדידה, לחץ דם קבוע יותר, לחץ דם קבוע יותר, 000, 000, 000

כדי לכמת אפקטים של רטט, לבצע מדידה בזמן-דומיין באמצעות מצב אפס-ספא של VNA בתדר קבוע שבו DUT יש רגישות גבוהה (למשל, ליד resonance) הגדר את VNA כדי להקליט S21 amplitude over time ולאחר מכן להפעיל את הקרנית.אם העקבים מראים וריאציות תקופתיות מסונכרן עם הקרר, יש לך בעיה להוסיף רטט, כגון שלבים קפיצה באופן עצמאי או מהגדרה זו יכול להיות מנקה.

בחירת וידוי המדידה

דרישות אנליייזר רשת

לא כל מכשירי VNA מתאימים במידה שווה לעבודה מבועתת.חפש כלי עם (FLT:0low trackrea FLT:1 (below 0.005 dB rms) ו-FLT: 2 דינמיקה טווח דינמי אורך 3PLT 3 (יותר מ 120 dB) כדי להתאים את אובדן התוספת הגבוהה של כבלי זעקה לטווח בינוני (FI) צריך להיות פחות מאוזנתיקים לצמצום של 4 פעמים על ידי ccicicicicicicial פחות מכווץ כדי להפחית את ה-ix או יותר מכווץ כדי להפחית את ה-ixericial פחות מכווץ ללא ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בעת בחירת VNA, גם לשקול את יציבות הכוח של המקור.חלק VNAs להציג כוח קטן סחף עם זמן (עד 0.1 dB במשך שעה) אשר יכול להיות טועה עבור DUT לצבור סחף. A VNA עם כוח אוטומטי מפלסמת או חיישן כוח כי לפקח על הפלט יכול לתקן עבור זה. עבור מדידות ארוכות טווח (שעות), זה חכם לעתים קרובות rem תחושה של מכשיר הנכון עבור כל שלב איטי או איטי.

מבחן חיצוני ואסטרטגיה אטנטורטיבית

(מגברי Cryogenic עם רווח גבוה יכולים להניע את המקלט VNA לתוך דחיסה או ליצור גלים עומדים המדידות S11 משחתים. Place a דיוק אטמפטטור (6-10 dB) בפלט של DUT, מעוגן תרמילי באותו שלב קר, כדי לשפר את בידוד לאחור שנראה על ידי VNA עבור מכשירים פעילים, הטיה חייב להיות מטושטש - סטנדרטית-זמנית טמפרטורות נמוכות יותר ⁇ טמפרטורות איטיות (כולל טמפרטורות ⁇ )

עיצוב רשת Cryogenic

אם אתה בונה את הטיית ההטיה שלך, להשתמש בתלמידים עם ליבת מפרטקס שאינם נשטבים בטמפרטורות נמוכות (למשל, ליבות אבקה ברזל לשמור על יכולתן טובה יותר מאשר מ MnZn ferrites) Capacitors צריך להיות C0G / NP 0 סוגי קרמיקה, שיש להם יציבות מעולה והפסד נמוך.

מדדי רמת כוח למכשירים רגישים

מעגלים מוליכים השמש, מגברי תצוגה קוונטיים, וגלאי קיננטיה-חינוך רגישים במיוחד לגיוס כוח. VNA, בדרך כלל מספקים 0 dBm או -10 dBm כברירת מחדל, אשר יכול בקלות להניע מתג superconducting לתא Vibogenic נוסף במשטר Vtenrol גלאי חיצוני של DEP כדי להביא את הכוח מתחת ל- 5Bumrence נשאר קבוע ב-Dirreicericericericeration.

טכניקה מועילה היא לבצע טאטא חשמל ולתאים את התגובה S21 למודל ליניארי.אם השושנים המתאימים מראים מגמה שיטתית עם כוח, המכשיר פועל במשטר לא ליניארי.במקרה זה, להפחית את הכוח עוד עד גודל S21 ובשלב זה להיות עצמאי של כוח בתוך אי הוודאות.הכוח הנדרש לפעולה ליניארית יכול להיות נמוך כמו - 100DBm עבור כמה ממריצים סופר-קלפי.

רכישת נתונים ופוסט-Processing

קיצור של סוויפ, Swaep Parameters, and Noise Management

בטמפרטורות מבוכות, רצפת הרעש של מגבר מעוצב היטב יכול להיות מתחת 0.1DB מעל גבול קוונטי, כלומר, תורם רעש העיקרי הוא לעתים קרובות מקלט VNA עצמו.להגדיל את מספר הממוצעים (16 עד 64 הוא אופייני) ובחר שלב גורף המאפשר מחזורי מדידה מרובים כדי להשלים בתוך תקופה של יציבות תרמית.

יישום ההרחבה:0 (הדגשה של ⁇ ) ניתן להועיל כאשר מודדים מכשירים עם טווחי תדר רחב.לדוגמה, DUT עשוי להיות תכונות פס צר (כמו קידוד מחדש) הדורשות רזולוציה בתדר דק, ומאפיינים פס רחב שניתן לנסח באופן מלא את התדירות לסעיפים שונים עם נקודות רוחב פס ומדנות, ובכך ניתן היה לגרור את הפחתת ההשפעה הכוללת של VNA.

מעקב אחר נתונים סביבתיים

להקליט את הטמפרטורה של כל שלב, את הליום-3 ואת helium-4 לחץ (במקררים dilution), השדה המגנטי (אם רלוונטי), ואת החדר-temperature ambient לאורך כל תקופת המדידה לרוץ. Correlating S-parameter שינויים עם סיורים טמפרטורה הוא הרבה יותר קל כאשר יומן נתונים מלוטש בזמן קיים.

קידוד אוטומטי

שקול באמצעות תסריט Python הקורא חיישנים טמפרטורה באמצעות GPIB או קישור סדרתי ונספח את הנתונים לקובץ עם פעמיםtamps. אותו תסריט יכול לגרום גורף VNA באמצעות פקודות SCPI ולאחסן את הנתונים המתקבלים S-parameter. רמה זו של אוטומציה מפחית שגיאות מפעיל ומאפשרת עבור מדידת לא מושכת.

שיטות לא ידועות ומונטה-Carlo

(הפרקטיקה מעולה היא לבצע ניתוח אי הוודאות של מונטה-Carlo:0) לאחר ניתוח אי הוודאות של RLT:1 (על ידי חזרה על ה calibration מספר פעמים (בדרך כלל 5-10 פעמים) ומדידה קבוצה של תקני אימות לאחר כל קלמנט, אתה בונה הפצה סטטיסטית עבור כל S-parament באופן קבוע, או הוראות ניתוח מדויק של חוסר ודאות, אשר לעתים קרובות נחשב לשגיאות עבודה אקראיות;

עבור ניתוח מונטה-Carlo, נניח כי כל הפרמטרים המוגדרים של תקן calibration (למשל, קפיאנט פתוח, עמידות עומס, אורך קו) יש חוסר ודאות כי לעקוב אחר Gaussian או אחידה הפצה, ולאחר מכן להפעיל סימולציה עם מקרים רבים של תהליך calibration, כל אחד עם הגדרות סטנדרטיות שונות באופן אקראי בתוך חוסר הוודאות שלהם.

טיפים מעשיים עבור Routine Cryogenic S-Parameter אוסף

(FLT:0Build a Cryogenic testlist.showlist.Buildd: .IRLT:1) לפני כל קירור, ודא כי כל הכבלים הם to Specation, סטנדרטי הגילוח מאוחסנים בחנקן יבש, קושחה VNA עד תאריך, וכל המחברים נבדקים עבור נזק. a Scriptlist בכתב מונע טעויות יקרות כאשר מחזור קירור יכול לצרוך יום שלם.
(FLT:0)Use a "warm-דרך" אימות.Build.veFLT 1 לאחר חיבור שרשרת המדידה המלאה אך לפני קירור, למדוד תקן thru בטמפרטורת החדר ולשמור את גודל S21 ואת השלב.לאחר קירור, re-reimeasure the same thru והשוואה - כל שינוי פתאומי של יותר מ- 0.2 dB או ° מציין כשל מחבר או נזק.
(FLT:0Guard נגד condensation and כפור.miaFLT:1) ב Cryostats כי להשתמש נוזל helium, מעיל ואקום החיצוני ומחברים ראשיים יכול להגיע לטמפרטורות מתחת לנקודה דהו של סביבת המעבדה, גרימת לחות לחות כי מוביל לקשת, קורוזיון, או מוגברת נתיבי דליפה.
(FLT:0) ,הסבר סטנדרטי של יעילות (FLT) 1 לאחר שיתוק, שינוי תקני "שמאל" ו"ימין" (או לסובב אותם 180 מעלות) ו- remeasure. A גדול Aסימטריה - יותר מ-0.10.ב עבור S21 או 1 מעלות עבור שלב - יש תקן פגום או כבל סימטרי.
(FLT:0) אובדן של השתלות כבל לאורך זמן.06.10.10.1 מודד את ההחזקה של כל הרכבה הכבלים בטמפרטורת החדר ובטמפרטורה הבסיס בכל קמפיין מדידה, שמירה על יומן היסטורי מספקת בסיס לזיהוי אפקטים ההזדקנות, כגון הגירה כסף בדיואלקטרי או חמצון הדרגתי של מגעים, אשר יכול להעלות הפסד על ידי 0.5B או יותר מחודשים של ניתוח.
(FLT:0) תמיד לכלול מכשיר התייחסות במדידה.I.veFLT:1 אפילו עומס 50- ⁇ פשוט או קו thru שנשאר באותה טמפרטורה כמו DUT ייתן לך בדיקת יציבות לאורך כל המדידה.אם מכשיר ה- S-parameter של מכשיר ההתייחסות סחבת צריך לחזור על עצמו.

שילוב מכשירים פעילים ו- On-Wafer Probing

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר הם מתרבים בטמפרטורות מילימטרווין, העומס החום מטיפים עצמם יכול לגרום חימום מקומי של DUT. השתמש בדיקות עם מוליכות תרמית נמוכה, כגון אלה עם טיפים tungsten, ולהפחית את כוח מגע כדי להפחית רעש טריבואלקטרי.תהליך הבדיקה צריך להיות אוטומטי או נעשה עם מניפולטור מדויק כדי להבטיח לחץ מגע עקבי ולהימנע מגרד את החיסרון, לאחר דקות ספורות לאחר תחילת מדידה.

דוגמה: זרימת עבודה עבור amplifier Cryogenic

הגדר את VNA עם רוחב רוחב רוחב 100 הרץ, כוח מקור -30 dBm, ואת 20 חיצוני dB אטמוטור בנמל 1, מניב רמת קלט DUT של -50 dBm. הגדר את טווח התדר כדי לכסות 1-20 GHz עם 801 נקודות.
בצעו ריצוף מלא של 2-port בטמפרטורת החדר באמצעות ערכת קיטור קואקסיאלי.צרפו את הכבלים ה Cryogenic ו- de-embeds S-parameters באמצעות אדמירל או אופי תיקון נפרד.
Cool the Cryostat בעת מעקב אחר מתחי ההטיה של DUT כדי להבטיח כי לא oscillations לפתח. השתמש בקצב איטי של ירידה קרירה (1 K /min) כדי למזער מתח תרמי על DUT ומחברים.
לאחר שטמפרטורת הבסיס מגיעה (בדרך כלל 4 K או 20 mK למקררים דילוליים), לחכות לאיזון תרמי כפי שצוין על ידי סחף טמפרטורה של פחות מ ±10 מ"ק מעל 10 דקות.
בטמפרטורת הבסיס, לבצע קליברציה מלאה של כל נמל באמצעות רצף קצר פתוח Cryogenic כדי להעביר את מטוס ההתייחסות למחברים DUT. לבדוק עם מדידה.
מדדו את ה- S-parameters של DUT עם averaging להגדיר 32.חסוך שני גולמי (לא מתוקן) והנתונים המתוקנים לחלוטין בפורמט Touchstone.
מדדו מגבר ידוע "זהבן" (מכשיר הפניה עם ביצועים מפוצצים היטב) כדי לאשר כי רווח והפסד החזרה נופלים בתוך הסובלנות המפורטת.
שלב את תנאי ההטיה (מתח דרסטי וקצב ל- HEMT), מודד את מעגלי היציבות בכל נקודה מוטה, לחשב את גורם יציבות רולט K ו- ⁇ ישירות מן ה- S-parameter המדוייק.
התחממות הצעקות בקצב מבוקר, מחדש את פעמוני חדר S כדי להבטיח שלא נגרם נזק במהלך המחזור התרמי, ולהשוות עם קווי בסיס טרום-קוטל.

זרימת עבודה זו יכולה להיות שונה עבור מכשירים פסיביים על ידי השמטת השלבים ההטיה ושימוש בכוח מקור נמוך יותר כדי למנוע אפקטים לא ליניאריים. עבור מחזרי העל, להחליף את הצעד של מדידת מגבר זהב עם אימות של DUT ידוע כגון resonator עם תדירות התחדשות ו Q מסימולציות עיצוב.

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

(FLT:0) העברת נתונים של טמפרטורות מבוכות.שערים 1 (FLT) זוהי אולי הטעות השכיחה והיקרה ביותר.שלב הכבלים משתנה בדרגות רבות ככל שהטמפרטורה יורדת, וטעויות תיקון קידודים ב-300 K אינן בתוקף ב-4K תמיד מחדש בטמפרטורה התפעולית, או לפחות חלות על טמפרטורה מתוקנת ממודלים הפיזיים של הכבלים.

(FLT:0) ,Negting הטיה-tee ו-Hy-line Loss.FLT:1 A הטיה הטיה המבצעת היטב ב-300 K עשויה להציג שינוי 1 dB בהפסד ב-20 מ"ק בשל שחיקה פנימית אינדוקטור, ספיגה דיאלקטרית, או שינויים בתכונות המגנטיות של חומרים מפריים.

(FLT:0) לראות את רוחב הפס של IF .off.cioFLT:1 ; רוחב פס צר יותר IF מפחית רעש אבל להאריך את הזמן גורף.בבאט עם תנודות תרמיות איטיות (למשל 1-2 דקות), רוחב ארוך (30 שניות ומעלה) עשוי לגרור את הסחף התרמטי לתוך העקב, לייצר בסיס מפוסל שממחיש תגובה אחת למטרה קצרה יותר מאשר זמן קצר יותר של שימוש אחד.

(FLT:0) אבחון זרמים וטביעות קרקעיות.FLT:1 כבלים מוגנים באופן בלתי צפוי יכולים לאסוף התערבות של ציוד סמוך, אשר מופיע כספיקים או רצפת רעש גבוהה ב S21. Place ferrite ננקב על החדר-זמנית של כל כבלים קואקסיאליים, להשתמש באופן מלא מוגן כפול כמו כבל כפול, ולהבטיח כיבאטים בתוך רצפה, למנוע זעקה משותפת, ופרקטנית, למנוע רצפה של ציוד משותף, ופרקט, כדי למנוע רצפה, ופרקט, כדי למנוע זעקה, ופרקט, ופרקטיקאי, ופרקט, כדי למנוע זעקה, כדי למנוע זעקה של כל כבל כפול, ופרקט, ופרקט, כדי למנוע זעקה, ופרקט, ופרקט, ופרקט, כדי למנוע זעקה, ופרקט, כדי למנוע זעקה, כדי למנוע זעקה, ופרקט, ופרקטיקאי, כדי למנוע רצפה של כל כבל כפול, כדי למנוע זעקה, כדי למנוע זעקה, ופרקטיקות זעקה, כדי למנוע זעקה, ופרקט, כדי למנוע זעקה, ופרקט, ו

(FLT:0)Fried כדי להסביר את יכולת החזרה של המחברת.BuildFLT:1 ; אפילו באיכות גבוהה SMA ו 2.92 מ"מ מחברים להציג וריאציות קטנות ב S11 ו-S21 בכל פעם שהם מוזנים. במערכות Cryogenic שבו מחברים מרוצפים בין קירור, שגיאה חוזרת זו יכולה לשלוט בתקציב אי הוודאות.

(FLT:0) בהנחה שהקליברציה תקפה לכל הזמנים.Freave 1: מערכות Cryogenic יכולות להראות סחף איטי בשל טמפרטורת הבמה הקרה לאט לאט לאט במשך שעות כמו השווי של ה- Cryostat. Recalibrate כל כמה שעות, או להשתמש במכשיר ההתייחסות כדי לפקח וליישם תיקון.

מסמכים וחזרה

קמפיינים למדידה Cryogenic יקרים וזמניים, ביצוע תיעוד יסודי לא ניתן להשגה.כל מדידה לרוץ צריך להיות מלווה על ידי יומן המפרט את שיטת ה calibration, ערכים להורדת החלים על כל מחבר, חיישן תרמי קורא בזמן מדידה, הגדרות VNA (IFodo רוחב פס, כוח, כוח, תדירות), ותצלומים המציגים מעקב אחר קבצי אחסון לטווח ארוך - רצויים, כגון פרוטוקולים של קובץ אחסון תקין או קובץ קובץ קובץ.

בנוסף, לשמור על מחברת מעבדה המעדנת שינויים כלשהם שנעשו להגדרת המדידה (למשל, החלפת כבל, ניקוי מחבר, עדכון קושחה) שיא היסטורי זה הוא בלתי יקר בעת ניסיון להבין מדוע תוצאה מסוימת של מדידה שונה מקמפיין קודם. השימוש בגרסת בקרה עבור תוכנת מדידה וקבצי תצורה מומלץ גם כן.

מבט לאחור: זרמי עבודה אוטומטיים ו- Digital Twins

הגבול של מדידת RF Cryogenic נע במהירות לעבר ניהול נתונים חכם ואוטומציה.תסריטי פייתון באמצעות PyVISA או ספריות בקרת כלי דומה יכולים לזמר את רצף המדידה כולו: שליטה ב-VNA, קריאת תרמומטר, צעדת מתחים הטיה, ואפילו להחליט מתי המערכת הגיעה לכדי שינוי אווירי משקל תרמי.זה יוצרת "התקדמות דיגיטלית" של המדידה - מודל חישוביטר עם המערכת הפיזית, מצפה לעצימה עם מגבלות מהירות וספקית של כוח, כאשר היא צפויה לייצבות עם לחץ דם מיידיות, כאשר היא תקבע, כאשר היא תערובה, כאשר היא תערובה של מערכת הפעלה אוטומטית, כאשר היא תערובות של לחץ דם של לחץ דם אוטומטית, היא יוצרת "ת לחץ דם" (Dicial, או "ת משקל תגובה אוטומטית, או "ת לחץ דם" של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של המערכת.

במבט קדימה, טכניקות למידת מכונה מוחלות על תיקון שגיאות שיטתיות במדידות מבוכות.על ידי אימון רשת עצבית על תחילת נתונים של מדידות calibrated והתנהגויות המכשיר הידועות, ייתכן שתאפשר לחזות ולהסיר שגיאות שאריות שנשארות לאחר calibration סטנדרטי.זה יכול להפחית את הצורך עבור חזרות חוזרות ונשנות ומאפשרות מדידות מדויקות יותר בזמן אמת.

בסופו של דבר, המדידות מדויקות של S-parameter לא מקורן כלל זהוב יחיד. הם יוצאים מן התזמורת המפוקפקת של rigor, מכניקה תרמית, בחירת כלי, בדיקה נתונים ותיעוד יסודי. על ידי אימוץ הפרקטיקה המתוארת במאמר זה, מהנדסים ופיזיקאים יכולים לצמצם את הפער בין הביצועים האמיתיים של המכשיר ומספרים המופיעים על המסך VNA.