Doktoraty Wydziału IET

mgr inż. Kamil Staszek

Promotor: Dr hab. inż. Sławomir Gruszczyński, prof. AGH
Dyscyplina: Elektronika

Parametry rozproszenia stanowią powszechną formę opisu liniowych obwodów mikrofalowych, a ich pomiar jest nieodłączną częścią techniki mikrofalowej. Zazwyczaj do tego rodzaju pomiarów w laboratoriach mikrofalowych stosuje się wektorowe analizatory sieci. Jednak w przypadku wielu zastosowań, w szczególności gdy wymagana jest miniaturyzacja oraz niskie koszty aparatury pomiarowej, atrakcyjną alternatywą staje się wielowrotowa technika pomiaru. Jest to metoda umożliwiająca wyznaczenie zespolonych parametrów rozproszenia poprzez skalarny pomiar mocy.

Kluczowym elementem każdego systemu wielowrotowego jest sieć podziału mocy, która zapewnia odpowiednie relacje sygnałów niezbędnych do wykonania pomiaru. W niniejszej rozprawie wykazano, że w systemach wielowrotowych w miejsce dedykowanych sześciowrotowych obwodów podziału mocy zastosować można klasyczne macierze Butlera. Z przedstawionej analizy wynika, iż przy użyciu macierzy Butlera możliwy jest pomiar zarówno współczynnika odbicia, jak i współczynnika transmisji przy jednoczesnym uproszczeniu układu pomiarowego w stosunku do klasycznych rozwiązań. W rozprawie przedstawiono analizę teoretyczną kilku zaproponowanych systemów pomiarowych, w których zastosowano szerokopasmowe macierze Butlera. Wykazano, że w opracowanych systemach wyróżnić można znaczną ilość możliwych konfiguracji układowych w przeciwieństwie do klasycznych systemów sześciowrotowych, w przypadku których istnieje tylko jedna poprawna konfiguracja. Ponadto zaproponowano uniwersalne techniki kalibracji dowolnych systemów wielowrotowych dla pomiaru współczynnika odbicia, jak i współczynnika transmisji, które stosować można w szerokim zakresie częstotliwości.

Zastosowanie macierzy Butlera w zastępstwie dedykowanych układów sześciowrotowych skłania do porównania zaproponowanych systemów z układami klasycznymi pod względem dokładności pomiaru. Poprzez wnikliwą analizę błędu pomiaru wykazano, że systemy pomiarowe wykorzystujące macierze Butlera zapewniają większą dokładność pomiaru niż rozwiązania klasyczne. Dalsze badania nad źródłem błędów pomiaru doprowadziły do opracowania nowej klasy systemów pomiarowych o strojonym podziale mocy, które zapewniają zwiększoną precyzję pomiaru parametrów rozproszenia o małym module. Jak pokazano, strojony podział mocy z łatwością zrealizować można w systemach wykorzystujących macierze Butlera.

Wielowrotowe systemy pomiarowe przedstawione w niniejszej rozprawie poddane zostały weryfikacji eksperymentalnej w szerokopasmowych pomiarach parametrów rozproszenia. Otrzymane wyniki potwierdziły, że macierze Butlera z powodzeniem stosować można w systemach wielowrotowych, a uzyskiwana w ten sposób dokładność pomiaru jest wyższa niż w przypadku rozwiązań klasycznych. Weryfikacji eksperymentalnej poddano również dwa opracowane szerokopasmowe systemy o strojonym podziale mocy. Przeprowadzone z ich użyciem pomiary parametrów rozproszenia wykazały znaczną poprawę precyzji pomiaru, uzasadniając użyteczność nowej klasy wielowrotowych systemów pomiarowych.

Treść rozprawy

• Kamil Staszek - Rozprawa doktorska
  

Recenzje rozprawy

• prof. dr hab. inż. A. Kucharski
  
• prof. dr hab. inż. J. Modelski
  

Ważniejsze publikacje doktoranta:

1. K. Staszek, S. Gruszczyński, K. Wincza, “Ultra-broadband multiprobe reflectometer,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 57, no. 8, pp. 1968-1971, August 2015.
2. K. Staszek, S. Gruszczyński, K. Wincza, “Accurate broadband multiport reflectometer,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 56, no. 12, pp. 2884-2887, December 2014.
3. K. Staszek, K. Wincza, S. Gruszczyński, “Multisection couplers with coupled-line sections having unequal lengths,” IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, vol. 62, no. 7, pp. 1461-1469, July 2014.
4. K. Staszek, S. Gruszczyński, K. Wincza, “Broadband measurements of S-parameters with the use of a single 8 x 8 Butler matrix,” IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, vol. 62, no. 2, pp. 352-360, February 2014.
5. K. Staszek, S. Gruszczyński, K. Wincza, “Theoretical limits and accuracy improvement of reflection coefficient measurements in six-port reflectometers,” IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, vol. 61, no. 8, pp. 2966-2974, August 2013.
6. K. Staszek, S. Gruszczyński, K. Wincza, “Design and accuracy analysis of a broadband six-port reflectometer utilizing coupled-line directional couplers,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, no. 7, pp. 1485-1490, July 2013.
7. K. Staszek, S. Gruszczyński, K. Wincza, “Broadband measurements of S-parameters utilizing 4 x 4 Butler matrices,” IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, vol. 61, no. 4, pp. 1692-1699, April 2013.

Uzasadnienie wyróżnienia pracy

Doktorant jest współautorem 17 artykułów naukowych opublikowanych w czasopismach z listy filadelfijskiej oraz 19 komunikatów prezentowanych na międzynarodowych konferencjach naukowych, a także kierownikiem grantu badawczego przyznanego mu w konkursie organizowanym przez Narodowe Centrum Nauki na projekty badawcze realizowane przez osoby rozpoczynające karierę naukową, nieposiadające stopnia naukowego doktora - Preludium 5. Doktorant uczestniczył także w czterech projektach badawczych finansowanych z programów krajowych oraz jest współautorem dwóch zgłoszeń patentowych. Otrzymał również stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za wybitne osiągnięcia na rok akademicki 2014/2015