JP2004251904A - デバイスの相反性を利用するマルチポートネットワークアナライザの校正 - Google Patents

デバイスの相反性を利用するマルチポートネットワークアナライザの校正 Download PDF

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Abstract

【課題】正確な既知の校正標準を使用せずにベクトルネットワークアナライザを校正する
【解決手段】本発明は、非対称相反デバイスの測定結果を用いる。本発明は、校正標準の集合の定義パラメータのパラメータ値を決定する方法を含む。該方法は、定義パラメータのパラメータ値を調整しながら、非対称相反デバイスの補正された測定順方向伝送Sパラメータと補正された測定逆方向伝送Sパラメータとの差を本質的に最小限にすることにより、校正標準の集合の定義パラメータのパラメータ値を決定する。また、本発明は、2個を超える試験ポートを有するマルチポートベクトルネットワークアナライザの校正を補償する方法を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子試験/測定機器に関する。特に、本発明は、ベクトルネットワークアナライザなどの電子試験/測定機器の校正に関する。
ベクトルネットワークアナラナイザ(VNA)は、無線周波(RF)もしくはマイクロ波またはミリメートル波の被測定物(DUT)の性能を測定し、ネットワークの散乱パラメータに関する測定結果を生成する。すべての試験/測定機器と同様に、VNAは、特定のDUTに関して生成された被測定Sパラメータに誤差を導入する。こうした誤差が存在する場合、当該DUTに関する実際のSパラメータデータの測定結果を歪曲するかまたは破壊する。
幸いにも、少なくともVNAおよび対応する試験システム(たとえば、ケーブル、コネクタ、フィクスチャなど)により導入されるいわゆる「系統的な」誤差は、特性化して、後にVNA校正によりDUTの測定結果から除去することができる。残念ながら、多くの場合、当該周波数範囲における校正のために、十分な確度で定義パラメータが知られている校正標準の集合を構成または特性化することは、必ずしも好都合であるとは限らず、また、可能であるとも限らない。さらに、精密標準を作成することが可能な場合でも、校正標準は、こうした基準の実施を制御して正確に特性化する必要があるため、非常に高く付く。
したがって、正確に既知の特性を有する校正標準の集合を使用することに依存せずに、VNAを校正することは好都合である。こうした校正は、校正標準を使用してVNAを校正する分野における長年の要求を解決するであろう。
本発明の一実施態様では、マルチポートベクトルネットワークアナライザを校正するために使用する校正標準の集合のパラメータ値を決定する方法を提供する。いくつかの実施態様では、この方法は、非対称相反デバイスの測定を利用することを含む。非対称相反デバイスの測定は、マルチポートベクトルネットワークアナライザを使って行われる。この測定は、校正標準の集合に関する定義パラメータのパラメータ値を最適化するために使用される。
本発明のもう1つの実施態様では、2個を超える試験ポートを有するマルチポートベクトルネットワークアナライザの校正を補償する方法を提供する。実施態様によっては、この方法は、非対称相反デバイスの測定を使用して、マルチポートベクトルネットワークアナライザの誤差モデルの誤差係数を最適化することを含む。この方法によると、校正は、校正に使用する校正標準の集合の不完全に認識されている定義パラメータの影響を最小限にするように補償される。
本発明のさらにもう1つの実施態様では、マルチポートVNAを提供する。実施態様によっては、マルチポートベクトルネットワークアナライザは、非対称相反デバイスの測定を含む校正補償器を備える。校正補償器は、校正標準の集合のある校正標準のパラメータ値の認識の誤りを補正する。校正標準の集合は、マルチポートベクトルネットワークアナライザを校正するために使用される。
本発明のさらにもう1つの実施態様では、校正補償システムを提供する。実施態様によっては、校正補償システムは、コンピュータと、マルチポートベクトルネットワークアナライザと、メモリ内に記憶されて、コンピュータにより実行されるコンピュータプログラムとを含む。コンピュータプログラムは、マルチポートベクトルネットワークアナライザを制御すると共に、非対称相反デバイスの測定を使用して、一連の校正標準の集合のある校正標準の定義パラメータのパラメータ値の決定を実施する命令を含む。
本発明の特定の実施態様は、上記の特徴のほかに、また上記の特徴の代わりにその他の特徴を有する。本発明のこれらの特徴およびその他の特徴について、以下の図面に関して以下で詳細に説明する。
本発明の様々な実施態様の特徴は、添付の図面に関連して以下の説明を参照すると、より容易に理解されるであろう。添付の図面では、類似の参照符号は類似の構造要素を指示する。
本発明の様々な実施態様は、校正標準を使用するマルチポートベクトルネットワークアナライザ(VNA)の校正を容易にする。本発明のいくつかの実施態様は、非対称相反デバイスの測定結果を利用して、マルチポートVNA校正に使用する校正標準の不正確に認識されている定義パラメータを補正する。非対称相反デバイスのこうした測定結果を使用すると、校正標準の定義特性またはパラメータの値は、本質的に最適化されるまで調整される。したがって、不完全に認識されているかまたは誤って特性化されたパラメータを有する校正標準を使用して、既知または精密校正標準と正常に対応する確度の程度およびレベルまで、マルチポートVNAを校正することができる。さらに、本発明の実施態様は、不完全に認識されている校正標準の特性化を促進して、こうした標準を「精密な」標準として本質的に処理して使用することを可能にする。
図1は、本発明の一実施態様によるマルチポートベクトルネットワークアナライザ(VNA)を校正するために使用される校正標準の集合の定義パラメータのパラメータ値を決定する方法のフローチャートを示す。決定方法100は、パラメータ値を調整して、非対称相反デバイスの補正された測定順方向伝送Sパラメータと、補正された測定逆方向伝送Sパラメータとの間の差を本質的に最小限にすることにより、パラメータ値を決定する。いくつかの実施態様では、決定方法100は、様々な当該周波数における非対称相反デバイスの順方向伝送Sパラメータの補正された測定結果と、逆方向伝送Sパラメータとの二乗平均平方根(rms)差を、最適化パラメータ値を生成するための最適化測定基準として使用する。さらに、実施態様によっては、マルチポート非対称相反デバイスが使用される。
決定した後、最適化パラメータ値を有する校正標準の集合を使用して、被試験デバイス(DUT)の校正された測定結果を得ることができる。パラメータ値を決定する方法100は、校正標準の集合にある1つ以上の定義パラメータのパラメータ値を同時に決定するために使用することができる。他の実施態様では、定義パラメータは、単一のスルー標準を除くすべてについて決定される。1つまたは複数のパラメータ値を決定することにより、方法100は、マルチポートVNA校正を実行する時に、1つまたは複数の未知であるかまたは不完全に認識されている定義パラメータを有する1つまたは複数の校正標準を使用することを容易にする。
本明細書では、不定冠詞は「1つまたは複数の」を意味し、したがって、校正標準の集合の1つまたは複数の校正標準のそれぞれ1つまたは複数の「未知」であるかまたは「不完全に認識されている」定義パラメータの1つまたは複数のパラメータ値が決定される。さらに、本明細書で使用する場合、「定義パラメータ」は、校正標準の測定結果から、マルチポートVNAの誤差モデルに関連する誤差係数の集合を決定する時に直接または間接的に使用される校正標準のパラメータである。さらに、本明細書で使用する場合、「未知の」または「不完全に認識されている」パラメータは、従来の校正方法を使用する校正の所望の誤差補正を支援するために、当該周波数範囲全体で完全に未知であるか、または十分な確度で認識されていない値を有するパラメータである。「非対称」デバイスは、n番目のポート、たとえばポートnの反射SパラメータSnnが当該周波数範囲または帯域の少なくとも一部分において、m番目のポート(たとえば、ポートm)の反射SパラメータSと大きさおよび位相のいずれか一方または両方が異なるデバイスである。たとえば、ポート1における反射SパラメータS11が、当該周波数範囲の少なくともある部分でポート2における反射SパラメータS22と等しくない特定のデバイスは、非対称デバイスである。
本明細書では、マルチポートVNAは、2個を超える試験ポートを有するVNAである。あるいは、マルチポートVNAは、Sパラメータテストセットと組み合わせて、使用可能な試験ポートの数を2個を超える数まで増加させる2ポートVNAで良い。同様に、マルチポートVNAは、使用可能な試験ポートの数を増加させるパラメータテストセットと組み合わせて、3ポートVNAまたは4ポートVNAなどのマルチポートVNAでも良いが、これらだけに限らない。したがって、組合せが2個を超える試験ポートを形成するようにSパラメータテストセットと組み合わされた2個のポートを有するVNAは、マルチポートVNAである。さらに、3個、4個、5個または6個を超える試験ポートを有するVNAは、試験ポートの数を拡張するSパラメータテストセットを含むか否かに関わらず、すべてマルチポートVNAの例である。
たとえば、マルチポートVNAは、カリフォルニア州、パロ・アルトのアジレント・テクノロジー社(Agilent Technologies)が製造しているモデルE5071B−413の4ポートVNAで良い。もう1つの実施例では、マルチポートVNAは、アジレント・テクノロジー社のモデル8720ES VNAであり、N4418A Sパラメータテストセットを含む。8720ES VNAとN4418A Sパラメータテストセットとの組合せは、フル4ポート誤差補正を含む4ポートマルチポートVNAを提供する。もう1つの実施例では、マルチポートVNAは、カリフォルニア州、パロ・アルトのアジレント・テクノロジー社が製造しているモデルE5071B−413の4ポートVNAであり、N4418AS−パラメータテストセットを含む。マルチポートVNA構成のさらに他の実施例は、アジレント・テクノロジー社の文献番号5988−2461EN「マルチポートおよび平衡デバイスに関するアジレント試験溶液」(Agilent Test Solutions for Multiport and Balanced Devices)に記載されており、この文献は、引用することにより本明細書に援用する。
より一般的には「Sパラメータ」として周知されているネットワーク散乱パラメータは、DUTの1個または複数のポートに向かっておよびポートから離れるように移動する電圧波の測定結果から計算された被測定物(DUT)に関する伝送および反射(T/R)係数である。一般に、Sパラメータは、大きさおよび位相のいずれかに関して、または、実数部および虚数部を有する複素数と等価な形態で表される。N個のこうしたSパラメータの集合、つまりSnn、SnmおよびSmn(ただし、nおよびmの各々=1,2,...,N、nはmに等しくなく、nおよびmは各々自然数で表現される)の集合は、単一周波数における特定のマルチポートDUTの線形RF性能の完全な特性化を提供する。各々の要素が、DUTの動作周波数範囲全体における複数の異なる周波数のどれかで測定された一連のSパラメータは、そのDUTの周波数性能を特性化する。
マルチポートVNAの校正は、校正されるVNAを使用して、「校正標準」として知られている一連の特殊なデバイスのSパラメータを測定することを含む。たとえば、3ポートVNAを校正するためには、12の校正標準の集合を使用する。場合によっては、特に対称テストフィクスチャを使用する場合、校正標準の集合は、6種類の独立標準のみを使用する。
マルチポートVNAの誤差モデルの誤差係数の集合を、校正標準の特定の定義パラメータの既知の値を使用して、測定Sパラメータから計算する。計算した後、誤差係数は、マルチポートVNAがDUTに関して生成した「生の」または「測定したままの」Sパラメータデータに校正を適用するために使用される。こうして数学的にデータに適用される補正は、生Sパラメータデータから系統的な誤差の影響を本質的に除去し、DUTに関して「誤差を補正された」または「校正された」測定Sパラメータデータが得られる。したがって、DUTに関して校正されたかまたは誤差を補正されたデータは、VNAに関係なくDUTの「実際の」性能を正確に指示すると考えられる。
未知であるか、または不完全に認識されている定義パラメータを有する校正標準は、本明細書では、「未知」または「非精密」校正標準と記載する。たとえば、未知の校正標準は、プリント回路基板(PCB)またはテストフィクスチャに取り付けられたDUTをそのままで試験するために開発された校正標準である。実施態様によっては、未知の校正標準は、従来の標準に基づく校正で使用される既知または精密な1種類の標準に近い。DUTまたは標準の実効範囲は、一般に、当該周波数範囲を画定する。パラメータ値を決定する方法100は、いくつかの実施態様により、マルチポートVNAの所望または適切な校正のために、DUTの当該周波数範囲より広い周波数範囲を含む。当業者は、DUTの当該周波数範囲が分かれば、必要以上の実験を行わなくても、パラメータ値を決定する方法100の周波数範囲を容易に決定することができる。
逆に、「既知」または「精密」校正標準は、既知の定義パラメータを有する校正標準である。特に、精密標準は、校正標準の各定義パラメータのパラメータ値が、VNAの校正を支援するのに十分な確度および精度で既知である標準である。多くの場合、精密校正標準は、校正標準のメーカーが提供または生成するパラメータを有する。あるいは、特定の精密標準の定義パラメータ値は、校正標準を構成した後、校正標準を校正目的で使用する前に、いくつかの公知の方法のどれかで直接または間接的に測定することができる。
測定された特性は、「生の」測定特性または「補正された」測定特性である。本明細書で使用する場合、「生の」という用語は、測定された特性が補正されず、一般に、測定システムに関連する系統的な誤差を含むことを指す。また、本明細書で使用する場合、「補正された」という語句は、一般に、補正が適用された測定特性を指す。場合によっては、補正された測定結果は、校正されたシステムで測定が行われたことを示すために、「校正された」測定結果と記載される。一般に、誤差モデルに基づく補正は、デバイスのSパラメータの生の測定結果から補正または校正された測定結果を生成するために、マルチポートVNA測定に使用される。
一般に、定義パラメータの正確な既知のパラメータ値を有する精密または既知の校正標準を使用する場合、補正または校正された測定結果を生成するために適用される補正は、測定システムの系統的な誤差の影響を減少させるか、または本質的になくす。しかし、不完全に認識されているかまたは未知の定義パラメータ値を有する校正標準を使用する場合、補正された測定結果は、パラメータ値の認識、より正確にはパラメータ値の認識不足に関する誤差成分を必然的に含む。つまり、校正標準の定義パラメータのパラメータ値の誤差は、補正された測定結果を生成するために適用される補正に誤差を導入する。
したがって、本明細書では、「校正された」測定結果は、十分に認識されているか、または十分に特性化されたパラメータ値を有する精密校正標準を使用する時に、補正された測定結果を指すために使用する。「補正された」測定結果という用語は、校正標準の集合が不完全に認識されているか、または不適切に特性化されたパラメータ値を有する場合に、校正標準の集合を使用して補正された測定結果のために留保される。当然、補正された測定結果を生成するために使用されるパラメータ値が、校正目的で十分な確度で認識されると、補正測定結果は本質的に、校正された測定結果になる。さらに、「補正された」および「誤差を補正された」という語句は、以下で互換可能に使用される。また、「本質的に等しい」という用語は、同一の値または類似する値を有するパラメータを意味する。
先行技術で十分に周知されているように、線形かつ受動的な時間反転対称デバイスは相反的な挙動を呈する。特に、線形かつ受動的な時間反転対称デバイスは、実際の逆方向伝送Sパラメータ、つまりSmnの対応する集合に等しい実際の順方向伝送Sパラメータの集合、つまりSnmを有する。つまり、Nポートを有する相反デバイスは、順方向および逆方向Sパラメータ、SnmおよびSmn(nおよびmは各々1からNであり、nはmに等しくなく、SnmはSmnに等しい)を示す。たとえば、N=3の場合、S12=S21、S13=S31、S23=S32である。
相反デバイスの例としては、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、帯域通過フィルタ、減衰器、ダイプレクサフィルタ、マルチプレクサフィルタ、および有限長伝送線路が挙げられるが、これらだけに限らない。さらに、当業者は、本明細書で使用する「線形」は、先行技術の線形デバイスで周知されているように、「ほぼ線形」を含むことを認識している。多くの相反デバイスは、非対称相反デバイスでもある。
非対称相反デバイスは、当該周波数範囲における実際の逆方向Sパラメータ(たとえば、S12)に本質的に等しい「実際の」順方向伝送Sパラメータ(たとえば、S21)を有する非対称デバイスで良い。上記のとおり、「実際の」という語句は、デバイスの真の特性を指し、測定の実施に使用されるシステム(たとえば、マルチポートVNA)に対応する系統的および不規則な誤差の両方の誤差を含む「測定された」結果から特性を識別することを意味する。
実施態様によっては、非対称相反デバイスは、上記に定義するように、入力および出力反射Sパラメータが等しくないマルチポートデバイスである。つまり、非対称相反デバイスは、本明細書では「ポートn」と呼ぶn番目のポートにおける入力反射SパラメータSnnと、本明細書で「ポートm」と呼ぶm番目のポートにおける入力反射SパラメータSmmとの間の差を示す。ポートnとポートmとの間の区別は、単に説明上行うのであり、いかなる場合にも本発明を制限するものではない。たとえば、nが3に等しく、mが4に等しい場合、n番目のポートは「ポート3」であり、その反射SパラメータはS33であり、m番目のポートは「ポート4」であり、その反射SパラメータはS44である。もう1つの例では、nが1に等しく、mが3に等しい場合、n番目のポートは「ポート1」であり、その反射SパラメータはS11であり、m番目のポートは「ポート3」であり、その反射SパラメータはS33である。したがって、非対称相反デバイスは、等しくない反射Sパラメータであって、mに等しくないすべてのnに関して、SnnがSmmに等しくないSパラメータにより定義される。
いくつかの実施態様では、非対称相反デバイスの反射パラメータ間の差は、小差ではなく大差である。一般に、差が大きくなればなるほど、こうした実施態様による結果は、質がより良好になるか、または高くなる。さらに、実施態様によっては、反射パラメータSnnとSmmとの差は、DUTの当該周波数範囲の相当部分においてある程度存在する。SnnおよびSmm反射パラメータがどの程度異なるか、あるいは周波数範囲のどの部分に差が存在するかは、パラメータ値の決定100が行われる速度および確度に最終的に影響する。しかし、周波数範囲の少なくとも一部における反射パラメータSnnおよびSmmに少なくとも多少の差を示すすべての相反デバイスは都合が良く、方法100の範囲内である。
たとえば、比較的低い方の当該周波数範囲付近に通過帯域を有する低損失狭帯域通過フィルタは、当該周波数範囲の大部分で、反射パラメータS11とS22との間に比較的大きい差を示すことが知られている。特に、こうした帯域通過フィルタの反射パラメータS11およびS22は、フィルタの上の方の通過帯域エッジから、高次モードがこうしたフィルタの阻止特性に近づく傾向がある周波数点まで、互いに非常に異なると考えられる。したがって、この種のフィルタは、方法100のいくつかの実施態様による非対称相反デバイスとして使用する上で、理想的な選択肢であることが多い。一方、高い減衰レベル(たとえば、40dB)を有する減衰器は、ポート1における反射パラメータS11と、ポート2における反射パラメータS22との間で大差を示さないと考えられる。したがって、こうした減衰器は、実施態様によっては、非対称相反デバイスとして比較的望ましくない。もう1つの実施例では、マルチポートデュプレクサなどのマルチポート非対称相反デバイスを使用することができるが、これらだけに限らない。上記の実施例および、無線周波(RF)およびマイクロ波デバイスの広く支持されている知識から、当業者は、過度な実験を行わずに、適切な非対称相反デバイスを容易に特定して選択することができる。
再び図1を参照すると、パラメータ値を決定する方法100は、マルチポートVNAを使用して、校正標準の集合の標準に対するSパラメータの測定110を含む。ステップ110において測定されたSパラメータは、一般に校正標準に関連するSパラメータである。たとえば、入力ポートの反射パラメータ、つまりS11は、短絡回路を表す校正標準に関して測定される(ステップ110)。もう1つの実施例では、入力ポートの反射Sパラメータ、つまりS11は、開放回路を表す校正標準に関して測定される(ステップ110)。こうした開放回路および短絡回路校正標準に関する反射Sパラメータは、各標準を各試験ポートに一時的に接続することにより、マルチポートVNAの試験ポートの各々について測定される。同様に、校正標準の集合内のその他の標準のSパラメータは、マルチポートVNAの試験ポートに標準を一時的に接続することにより測定される(ステップ110)。
Sパラメータは、VNAの校正が行われる周波数範囲を含むある範囲の周波数で測定される(ステップ110)。実施態様によっては、測定ステップ110は、当該周波数範囲内の多数の周波数点における個々のSパラメータの測定結果を得ることを含む。さらに、実施態様によっては、校正標準のSパラメータが測定される当該周波数範囲内の周波数点の数は、決定されるパラメータ値の数より大きいか、または等しい。たとえば、決定される3つの定義パラメータそれぞれのパラメータ値が3つある場合、校正標準の集合における各標準のSパラメータが測定される周波数範囲内に少なくとも3つの周波数点が存在することが好ましい。マルチポートVNA校正時の従来の校正標準の測定と同様に、集合の校正標準が測定される順序は重要ではない。
一般に、マルチポートVNAを使用して行われるあるタイプの校正は、校正標準の集合を測定し、該集合の各校正標準に普通に対応するSパラメータ測定結果を確定する。たとえば、十分に周知されているタイプの校正は、いわゆる「SOLT」校正である。SOLT校正に使用される校正標準の集合は、短絡回路(「short」)、開放回路(「open」)、ロード(「load」)、およびスルー(「thru」)を含む。典型的な3ポートVNAの各ポートにおける反射Sパラメータ(たとえば、ポート1におけるS11、ポート2におけるS22、ポート3におけるS33)は、一般にshort標準に関連する。したがって、測定110で暗示されていることは、どのタイプの校正を実行するかの決定、および使用する校正標準の集合の選択である。言い換えると、校正のタイプは、一般に対応する測定を決定する。
校正標準の選択は、校正標準を選択するための従来の指針に基づく。従来の指針は、複素Sパラメータ平面において互いに広く離間配置されているSパラメータを有する校正標準を選択することを含む。多くの場合、校正タイプ(たとえば、SOLT)の決定は、使用する特定のネットワークアナライザにより決まる。校正標準の説明、SOLT校正方法、従来のインフィクスチャ校正の説明は、アジレントのアプリケーションノートAN1287−3「ネットワークアナライザの測定結果に対する誤差補正の適用」(Applying Error Correction to Network Analyzer Measurements)、AN8510−5A「アジレント8510ネットワークアナライザに対する校正標準の特定」(Specifying Calibration Standards for the Agilent8510 Network Analyzer)、AN1287−9「ベクトルネットワークアナライザを使用したインフィクスチャ測定」(In−Fixture Measurement Using Vector Network Analyzer)に記載されており、この3つのアプリケーションノートは、引用することにより本明細書に援用する。
本発明の方法100は、12以上のターム(項)を有する誤差モデルを使用する誤差補正方法または校正タイプに適用される。説明の目的上、また一般性を損なうことなく、12ターム誤差モデルを使用するSOLT校正タイプを以下で仮定する。当業者は、過度な実験を行わなくとも、SOLT校正タイプに関する本明細書の説明をSOLTに関連する他の校正タイプに容易に拡張することができる。
上記のとおり、上記アプリケーションノートに記載されている類の従来の校正タイプと異なり、校正標準の集合内の校正標準は、十分に特性化されたパラメータを有する精密デバイスである必要はない。対照的に、本発明によるパラメータ値決定方法100は、集合内の1つまたは複数の校正標準のそれぞれの定義パラメータの1つまたは複数のパラメータ値を明示的に決定する。しかし、実施態様によっては、標準の集合の少なくとも1つの校正標準は精密標準である(つまり、既知の定義パラメータを有する標準である)。したがって、たとえば、短絡、開放、ロードに近い校正標準、およびスルーに近いいくつかの標準は、いくつかの実施態様によるマルチポートSOLTのそれぞれshort(短絡または短絡回路)、open(開放または開放回路)、load(ロードまたは負荷)、およびいくつかのthru(スルー)標準として使用することができる。さらに、これらの実施態様のいくつかでは、使用する精密または既知の校正標準は、いくつかのthru標準の1つである。精密なthru標準の使用はいくつかの実施態様で選択され、つまり、従来の特性化方法体系を使用して、short標準、open標準、load標準をより容易に特性化できるからである。
上記の校正標準の実施例では、Nを校正されるマルチポートVNA内の試験ポートの数とし、N・(N−1)/2と同程度の多くのthru標準が存在する場合でも、thru標準の1つのみが精密thruである。他の実施態様では、1つだけではなく、より多くの精密標準が使用される。たとえば、マルチポートVNAが3ポートVNAである場合、合計3つのthru標準から2つの精密thru標準を使用できる。当然、実施態様によっては、さらに多くの精密標準を使用することができる。たとえば、実施態様によっては、shortおよびopen以外のすべての標準が精密標準である場合がある。一般に、いくつかの実施態様によると、標準のいずれか、またはほぼすべてが精密標準である場合がある。
標準がほぼ精密標準または非精密標準である場合の一例は、DUTの「インフィクスチャ」試験である。一般に、テストフィクスチャは、2つの主な役割を果たす:マルチポートVNAの標準化された界面(standardized interface)をDUTの界面(interface)に適応させ、DUTの設置環境を物理的または電気的に模倣する。テストフィクスチャは、DUTに関して実施される試験が必要とする程度に単純であるかまたは複雑で良い。たとえば、マルチポートVNAの代表的な標準界面は、いくつかの標準化されたコネクタタイプのどれかを終端端部に有する同軸ケーブルの集合である。テストフィクスチャは、同軸ケーブルの標準化されたコネクタと非標準DUT界面(たとえば、はんだピンまたはタブ)との間の移行部分またはアダプタとしての機能を果たすことができる。その他の状況では、テストフィクスチャは、取付けおよび電源接続を提供し、標準化されたコネクタがないDUTに対する界面アダプタとして機能を果たす。あるいは、テストフィクスチャは、ケーブルの端部にある単なるコネクタであるか、またはDUTが標準化されたコネクタを有する場合、あるコネクタタイプを他のコネクタタイプに適応させるコネクタアダプタで良い。テストフィクスチャは、ゼロ損失、ゼロ電気長を有し、寄生成分がない「ヌル」装置でも良い。VNAを使用して測定を容易にするためにPCBに取り付けられるDUTは、「インフィクスチャ」試験と等価である。実施態様によっては、高アイソレーション、低コモン対地インダクタンスの装置を使用する。こうした装置の一例は、2002年12月27日に出願されたデービットA.フェルド等の米国特許出願第10/331,714号「RF回路試験環境において高RF信号アイソレーションおよび低コモン対地インダクタンスを提供するシステムおよび方法」(System and Method for Providing High RF Signal Isolation and Isolation and Low Common Ground Inductance in an RF Circuit Testing Environment)の係属特許出願に記載されており、この出願は、引用することにより本明細書に援用する。
再び図1を参照すると、パラメータ値を決定する方法100は、非対称相反デバイスのSパラメータを測定すること(ステップ120)を含む。特にマルチポート非対称相反デバイスの場合、Nが非対称相反デバイスのポートまたは入力/出力の数に等しい1からNのすべてのnの生の入力反射SパラメータSnnの集合は、マルチポートVNAを使用して測定される(ステップ120)。さらに、生の順方向伝送Sパラメータの集合Snm、および対応する生の逆方向伝送Sパラメータの集合Smnは、nがmに等しくない1からNのすべてのnおよびmに関して、マルチポートVNAを使用して測定される(ステップ120)。インフィクスチャ試験の場合、相反デバイスは、一般にテストフィクスチャ内に適合するか、または取付け可能である。
生のSパラメータSnn、SnmおよびSmnの集合は、マルチポートVNAの校正が行われる周波数範囲にわたるある周波数範囲で測定される(ステップ120)。校正標準の測定(ステップ110)と同様、非対称相反デバイスのSパラメータを測定する(ステップ120)周波数点の数は、実施態様によっては、決定されるパラメータの数より多いか、または等しい。これらの実施態様のいくつかでは、校正標準の測定(ステップ110)、および非対称相反デバイスの測定(ステップ120)に同じ周波数点を使用する。生のSパラメータSnn、SnmおよびSmnが測定(ステップ120)される順序は重要ではない。さらに、校正標準を測定し(ステップ110)、非対称相反デバイスを測定(ステップ120)する順序も、方法100のいくつかの実施態様に関しては重要ではない。したがって、非対称相反デバイスの測定(ステップ120)は、校正標準の測定(ステップ110)の前または後に行うことができる。
パラメータ値を決定する方法100は、校正標準の集合にある校正標準の定義パラメータのパラメータ値を調整すること(ステップ130)をさらに含む。特に、調整(ステップ130)は、非対称相反デバイスに関する補正された順方向伝送SパラメータSnmの集合と、補正された逆方向伝送SパラメータSmnの対応する集合の差(たとえば、周波数上のrms)が最小限になるように、パラメータ値を最適化することを含む。補正された順方向Sパラメータの集合、および対応する逆方向Sパラメータの集合は、マルチポートVNAの誤差モデルを使用して補正された非対称相反デバイスに関する生の測定順方向SパラメータSmnの集合、および生の測定逆方向SパラメータSmnの対応する集合である。
次に、誤差モデルは、校正標準に関する測定Sパラメータと共に調整されたパラメータ値を使用して、誤差モデルの誤差係数を決定する。決定された誤差係数は、非対称相反デバイスの生の測定Sパラメータから、補正された測定Sパラメータを生成するために使用される。したがって、パラメータ値の調整(ステップ130)は最終的に誤差係数を調整し、順方向および逆方向伝送Sパラメータの差が最小限であるかどうかを評価することを可能にする非対称相反デバイスの補正された測定Sパラメータに影響する。
たとえば、マルチポートVNAは、いわゆる「12ターム」誤差モデル(または、より正確には12ターム誤差モデルのマルチポートへの拡張モデル)を使用して、マルチポートVNAにより行われる測定に関連して系統的な誤差を補正する。マルチポートVNAを使用してSパラメータを測定することに関連する主な系統的誤差のすべては、6種類の誤差により説明することができる。すなわち、信号漏洩に関連する方向性およびクロストーク、反射に関連するソースおよびロードインピーダンスの不一致、並びに、マルチポートVNAの試験受信機(テストレシーバ)内の反射および伝送トラッキングに関連する周波数応答誤差である。したがって、一般的な2ポートDUTのSパラメータを測定する2ポートVNAの場合、6つの順方向誤差タームおよび6つの逆方向誤差ターム、合計12個の誤差係数またはターム(様々な伝送クロストークタームを順方向クロストークタームまたは逆方向クロストークタームに結合する2タームを含む)が存在する。一般的な2ポートDUTのこうした完全な測定校正は、12ターム誤差モデルを使用する「12ターム」誤差補正または校正と呼ばれることが多い。マルチポートVNAの完全な測定校正のための12ターム誤差モデルから拡張された誤差モデルは、12以上のタームを有する場合であっても、当業者によって12ターム誤差モデルと呼ばれている。
図2Aは、2ポートDUTの12ターム誤差モデルの従来の順方向部分のフローグラフ表現を示す。図2Bは、12ターム誤差モデルの従来の逆方向部分のフローグラフ表現を示す。12ターム誤差モデルの誤差係数の誤差タームは、フローグラフの頂点として表現される。図2Aおよび図2Bに示すフローグラフと同じフローグラフ(図示しない)を使用すると、DUTまたは2個を超えるポートを有するマルチポートVNAに使用される拡張12ターム誤差モデルを表現することができる。
マルチポートVNAの誤差モデルは、マルチポートVNAの校正に関連する校正標準の集合にある校正標準の定義を使用する。この定義は、一般に、使用する校正の特定の定義パラメータ値を含む。パラメータ値は、誤差モデルの誤差係数を抽出するために、校正標準の測定Sパラメータに関連する校正標準のモデルに使用される。誤差係数が分かると、誤差モデルを使用して、DUTの生の測定Sパラメータに補正を適用し、DUTの校正された測定Sパラメータを生成することができる。
図3は、図1の方法100によりパラメータ値を調整する(ステップ130)一実施態様のフローチャートである。調整は、パラメータ値の「現在の」値を確立するための値を選択すること(ステップ132)を含む。調整は、誤差係数の集合を計算すること(ステップ134)をさらに含む。計算は、選択された現在のパラメータ値と共に、校正標準の集合の(ステップ110における)測定Sパラメータを使用する。したがって、ステップ134において計算された誤差係数は、ステップ132において選択された現在のパラメータ値の関数である。調整は、ステップ134において計算された誤差係数、および生のSパラメータSnmおよびSmnの(ステップ120において)測定された集合を使用して、非対称相反デバイスの生の順方向および生の逆方向伝送SパラメータSnmおよびSmnの測定された集合に誤差補正を適用すること(ステップ136)をさらに含む。誤差補正の適用(ステップ136)は、補正された順方向および補正された逆方向伝送SパラメータSnmおよびSmnの集合を生成する。
調整(ステップ130)は、補正された順方向伝送SパラメータSnmの集合と、補正された逆方向伝送SパラメータSmnの対応する集合との差を決定すること(ステップ138)をさらに含む。実施態様によっては、DUTまたは校正の一方または両方の周波数範囲において、または、その周波数範囲全体を含む範囲で決定される。調整過程(ステップ130)は、値を選択し(ステップ132)、誤差係数の集合を計算し(ステップ134)、誤差補正を適用し(ステップ136)、差を決定する過程(ステップ138)を含み非対称相反デバイスの補正された測定順方向と補正された測定逆方向伝送Sパラメータとの差が最小限になるまで、前の「現在」値とは異なる次の「現在」値について繰り返される。
したがって、実施態様によっては、方法100によるパラメータ値の調整(ステップ130)は、誤差モデルの誤差係数を反復して最適化することに等しいと考えられ、反復は、誤差補正の結果が満足であると判定された時に終了する。測定基準、たとえば非対称相反デバイスの補正された順方向および逆方向伝送SパラメータSnmおよびSmnの集合間の差は、最適化の進捗を評価するために使用される。進捗がもう期待されないか、または必要がない場合、最適化の反復は停止され、最後に選択されたか前に選択された誤差係数の現在の集合、または同様に最後に選択されたか前に選択された誤差係数が決定される現在のパラメータ値またはパラメータ値の集合が、最適化された集合であるとみなされる。測定基準(たとえば、差)は、反復を継続するかどうかを決定するために使用される。
上記のとおり、実際の順方向および逆方向伝送SパラメータSnmおよびSmnは理論上等しい。したがって、非対称相反デバイスの補正された順方向および逆方向伝送SパラメータSnmおよびSmnが、予め決められた誤差値δより小さい場合、調整されたパラメータ値または値の集合は、最適化されたと仮定され、ステップ130における調整の反復は終了する。
本質的に、パラメータ値の調整(ステップ130)では、任意の数の反復最適化方法体系または手法を使用することができる。したがって、パラメータ値の調整(ステップ130)は、徹底的な調査、無作為な調査、共役勾配最適化、パウエル法最適化、または遺伝的アルゴリズム最適化などの最適化を使用することができるが、これらだけに限らない。殆どの場合、十分に周知されている反復最適化方法体系は、一般に、測定(metric)に使用される次の値または次の値の集合が、各反復サイクルの初めに選ばれるかまたは選択される方法の点で主に異なる。たとえば、無作為な調査(別名、モンテカルロ)最適化では、次の値または次の値の集合の選択は無作為である。一方、勾配タイプの最適化では、このような方法では、次の値または次の値の集合が選択され、調査軌道は、測定(metric)により定義された最適化表面の勾配をたどるように形成される。特に、いかなる場合にも、パラメータ値を調整する特定の方法体系の選択により、本発明を制限することは意図されていない。
上記のとおり、非対称相反デバイスの補正された測定伝送SパラメータSnmおよびSmnの集合に関する測定は、調整(ステップ130)に固有の最適化に関連して使用される。事実上、非対称相反デバイスの補正された伝送SパラメータSnmおよびSmnの集合間の差を評価および定量化する任意のどの測定方法でも使用することができる。特に、補正された測定伝送SパラメータSnmおよびSmnの集合の大きさまたは位相間の差は、測定基準(metric)として使用することができる。たとえば、補正された測定順方向および逆方向伝送SパラメータSnmおよびSmnの個々の集合間の差の大きさの二乗の合計を使用する有用な測定Mを式(1)に記載する。
Figure 2004251904
式(1)に記載するように、加算は、周波数点fの集合について行われ、測定基準Mは、補正された測定SパラメータSnmの集合が、すべての周波数点fにおいて、補正された測定伝送SパラメータSmnの対応する集合に等しい場合、かつ等しい場合に限り、理想的にはゼロ(M=0)である。当業者は、その他の類似の測定方法を容易に決定することができ、これらはすべて、方法100の様々な実施態様の範囲内である。たとえば、位相差の二乗平均平方根(rms)または合計を使用することができる。他の実施例では、複数の測定方法の組合せを任意の測定方法として使用することができる。
再び図1を参照すると、決定方法100は、調整(ステップ130)から得られる最適化パラメータ値の報告(ステップ140)をさらに含む。したがって、最適化パラメータ値は、調整(ステップ130)の反復が終了した場合、最後に選択されたか、または前に選択された現在のパラメータ値である。ステップ140において報告された最適化パラメータ値は、本質的に、パラメータの真または精密値の近似値を表す。したがって、パラメータ値を決定する方法100の次に、従来の精密校正標準の代わりに校正標準の集合を使用して、DUTに関する校正測定が実行される。
パラメータ値を決定する方法100をより理解するには、集合の少なくとも1つの校正標準が不完全に認識されている校正標準の集合を使用するマルチポートVNAのSOLT校正に関連して方法100を使用する実施例を考え、たとえば、マルチポートVNAは3個の試験ポート(つまり、ポート1、ポート2およびポート3)を有すると仮定する。さらに、精密thru標準は第1のthru12として使用可能であり、第2のthru13、第3のthru23、open、shortおよびloadを含む残りの校正標準の集合も同様に使用可能であると仮定する。
第1のthru12の定義パラメータ値はすべて既知であるが、1つまたは複数の第2のthru13、第3のthru23、open、shortおよびload校正標準の定義パラメータ値の少なくとも1つは未知であるか、または不完全に認識されている。説明の目的上、第2のthru13および第3のthru23は、未知のオフセット遅延(offset delay)として各々モデル化されると仮定する。さらに、openは、既知の分流コンデンサ(シャント・キャパシタ)が続く未知の遅延としてモデル化され、shortは、理想短絡回路(例えば、ゼロ・インダクタンス)が続く未知の遅延としてモデル化され、loadは、この実施例では50Ωのインピーダンスを有する理想的な終端が続く未知の負荷インピーダンスZloadを有する一定の遅延としてモデル化されると仮定する。
図4Aは、未知の遅延Δopenを有する典型的なopen校正標準150のモデルを示す。図4Aに示すように、典型的なopenは、分流コンデンサ154に接続された遅延要素152を含む。図4Bは、未知のΔshortを有する典型的なshort校正標準160のモデルを示す。図4Bに示すように、典型的なshortは、短絡回路164に接続された遅延要素162を含む。図4Cは、未知の負荷インピーダンスZloadを含む一定の遅延(つまり、既知の遅延)を有する典型的なload校正標準170のモデルを示す。図4Cに示すように、典型的なloadは、既知の遅延長(または遅延時間の長さ)と50Ωの終端部174に接続される未知のインピーダンスZloadとを有する遅延要素172を含む。図4Dは、典型的なthru校正標準180のモデルを示す。thru校正標準180は、未知の遅延Δthruを有する第2のthru13校正標準または第3のthru23校正標準を表してもよい。図4Dに示すように、典型的なthruは、未知の電気長および既知のインピーダンスを有する遅延要素182を含む。
したがって、たとえば、未知のパラメータ値は、未知のopen遅延Δopen、未知のshort遅延Δshort、未知のloadインピーダンスZload、未知の第2thru13遅延Δthru13、および未知の第3thru23遅延Δthru23である。集合内にある校正標準の他のパラメータはすべて、たとえば校正の目的上十分な精度で既知である。特に、各々第1、第2および第3thruのインピーダンス、並びに第1thru12標準の遅延(図示しない)は、校正の目的上十分な精度で既知である。同様に、open標準150にあるコンデンサ154の静電容量C、およびload標準170にある終端部174のインピーダンスは、典型的な3ポートVNAの校正を支援するために十分な確度で既知である。既知のパラメータは、たとえば方法100を実行する前に、個々の測定またはその他のある技法により確立することができる。さらに、実施例を分かりやすくするために、一般に短絡回路164に対応するshort標準160にある短絡部分のインダクタンスは、ゼロであると仮定される。
たとえば、この実施例のように、未知数を最小限にし、単純な仮定を標準に関連するモデルに適用すると、実施態様によっては、パラメータ値を決定する方法100の収束または確度を改善できることを強調するべきである。しかし、未知数を最小限にし、単純化されたモデルを使用することは、他の実施態様では必要がない。
この実施例について続けると、生のSパラメータは、従来のSOLT校正指針に従い、典型的な3ポートVNAを使用して、典型的な第1thru12標準、第2thru13標準、第3thru23標準、short標準、open標準およびload標準に関して測定される(ステップ110)。同様に、生のSパラメータSnn、SnmおよびSmnは、選択した非対称相反デバイスに関して測定される(ステップ120)。この実施例では、非対称相反デバイスとして、3ポートデュプレクサが選択されて使用される。
次に、校正基準150、160、170および180の各々のモデルにおける未知のパラメータのパラメータ値の調整(ステップ130)は、未知のパラメータ値Δopen、Δshort、Δthru13およびΔthru23の各々の初期値を選択すること(ステップ132)により進行する。初期値の選択(ステップ132)は無作為であるか、または可能なパラメータ値に関する根拠のある推測を使用する。たとえば、当業者は、使用するopen標準150の物理的サイズや長さから、オープン遅延Δopenに比較的近い近似値を決定することができる。多くの場合、ステップ130における調整時に、根拠のある推測を使用するか、さもなければ未知のパラメータの可能な値の範囲を制限することにより、パラメータ値の調整時に行われる最適化の収束が改善される。根拠のある推測は、この実施例の初期値を選択するために使用される。
選択(ステップ132)が行われると、校正標準150、160、170および180のモデルは、典型的なな3ポートVNAに関するSOLT校正の誤差係数の集合を計算する(ステップ134)ために使用される。誤差係数の集合は、上記で図2Aおよび図2Bに示した2ポートVNAの従来の12ターム誤差モデルと一致する6つの順方向タームおよび6つの逆方向タームの3ポート拡張版に基づく。
誤差係数の(ステップ134において)計算された集合を使用するSOLT誤差補正は、生の順方向および逆方向伝送SパラメータSnmおよびSmnの(ステップ120において)測定された集合に適用される(ステップ136)。ステップ136において適用された誤差係数は、非対称相反デバイスの生の測定Sパラメータから、補正された測定Sパラメータを生成する。補正された順方向伝送SパラメータSnmの集合と、補正された逆方向伝送SパラメータSmnの対応する集合との差が決定される(ステップ138)。特に、この差を定量化する測定基準は、この差を(ステップ138において)決定するために計算される。
計算の後、測定結果は目標と比較される。目標が達成されると、調整(ステップ130)は終了し、反復は不要である。あるいは、パラメータ値の新しい集合が選択され(ステップ132)、反復式に調整(ステップ130)が継続する。
たとえば、測定基準は、上記の式(1)により与えられ、目標は、計算された測定基準Mの場合、予め決められた誤差値σ未満である。したがって、式(1)により与えられる測定規準Mの大きさが、(ステップ132において)選択されたパラメータ値の現在の集合を使用して予め決められた誤差値σ未満である場合、目標は達成されたとみなされ、パラメータ値の調整(ステップ130)は終了する。目標が達成されなかった場合、未知のパラメータΔopen、Δshort、Δload、Δthru13およびΔthru23の新しい集合の値が選択され(ステップ132)、計算(ステップ134)、適用(ステップ136)および決定(ステップ138)を含む別の(新たな)反復で、調整130が継続する。
上記のとおり、(ステップ132において)値の新しい集合をどのように選択するかは、使用する最適化のタイプに明確に依存する。たとえば、無作為な調査の最適化は、パラメータ値の調整(ステップ130)時に行われる。したがって、未知のパラメータの集合の新しい値は、無作為に選択される(ステップ132)。
目標が達成された後、未知のパラメータ値に関して(ステップ132において)選択したパラメータ値の現在の集合は、実施例の校正標準のパラメータ値の最適化された集合を表す。最適化されたパラメータ値は任意に報告され(ステップ140)、決定方法100の実施例は完了する。次に、この実施例の校正標準は、3ポートVNAを校正する従来の方法で使用される。校正標準の上記の集合は、従来の精密標準の代わりに、典型的な3ポートVNAの校正に使用される。なぜなら、本発明によるパラメータ値を決定する方法100を使用した結果、未知のパラメータ値は既知になったためである。
図5は、本発明の実施態様による非対称相反デバイスの測定を使用して、マルチポートVNAの校正を補償する方法200のフローチャートを示す。マルチポートVNAの誤差モデルの誤差係数の集合は、校正に使用される校正標準の集合であって、「不完全に認識されている」か、もしくは「不適切に特性化された」か、または単に検証が必要な集合の校正基準の定義パラメータのパラメータ値を補償するために、方法200により最適化される。最適化された誤差係数は、非対称相反デバイスの測定され補正された順方向および逆方向伝送SパラメータSnmおよびSmnの集合間の差を含む測定基準を最小限にする誤差係数であり、補正に使用される。
校正を補償する方法200は、マルチポートVNAを使用する校正標準の集合のSパラメータを測定すること(ステップ210)を含む。好ましくは、集合の各校正標準のSパラメータを測定する(ステップ210)。標準のSパラメータの測定(ステップ210)は、パラメータ値を決定する方法100に関して上記で説明した校正標準のSパラメータの測定110と本質的に同じである。
校正を補償する方法200は、マルチポートVNAを使用する非対称相反デバイスの生のSパラメータを測定すること(ステップ220)をさらに含む。非対称相反デバイスの生のSパラメータの測定(ステップ220)は、パラメータ値を決定する方法100に関して上記で説明した生のSパラメータの測定(ステップ120)と本質的に同じである。さらに、校正を補償する方法200に使用される非対称相反デバイスは、パラメータ値を決定する方法100に関して上記で説明した非対称相反デバイスと本質的に同じである。
校正を補償する方法200は、校正標準の定義パラメータのパラメータ値の調整(ステップ230)をさらに含む。調整(ステップ230)は、パラメータ値の決定方法100に関して上記で説明した調整(ステップ130)と本質的に同じである。特に、パラメータ値は、非対称相反デバイスの補正された順方向伝送SパラメータSnmの集合と、補正されたSパラメータSmnの対応する集合との差を最小限にするように調整される(ステップ230)。
したがって、方法200により、また方法100に関して上記で説明したように、補正された順方向および逆方向伝送Sパラメータの集合は、誤差モデルに基づくVNAの誤差補正を使用して補正された非対称相反デバイスの測定順方向および逆方向伝送Sパラメータである。誤差モデルは、校正標準の集合の(ステップ210による)測定Sパラメータと共に調整された校正標準パラメータのパラメータ値を使用して、誤差係数の集合を生成する。
この補償方法200は、誤差モデルの誤差係数の最適化された集合を記憶すること(ステップ240)をさらに含む。上記のとおり、誤差係数の集合は、調整(ステップ230)から得られるパラメータ値の最適化された集合から生成され最適化された誤差係数である。(ステップ240において)記憶した後、最適化された誤差係数は、マルチポートVNAを使用して、さらに従来の誤差補正を使用して、DUTの校正測定値を生成するために使用される。
上記で説明したパラメータ値の決定方法100の実施例に関して、校正を補償する方法200の適用の一例は本質的に同じだが、最適化されたパラメータ値を任意に報告する(ステップ)代わりに、最適化された誤差係数の集合が(ステップ240において)記憶される点が異なる。(ステップ240において)記憶され最適化された誤差係数は、決定方法100に関して上記で説明したように、目標が達成された時は、パラメータ値の現在の集合から計算される誤差係数である。
図6は、本発明の一実施態様によるマルチポートベクトルネットワークアナライザ(VNA)300のブロックダイヤグラムを示す。マルチポートVNA300は、マルチポートVNA300の校正に使用される標準の集合にある校正標準に関する定義パラメータのパラメータ値の認識の誤りを補償する。こうした誤りは、原因が明らかにされ、校正は、非対称相反デバイスの測定値を使用して補償される。したがって、マルチポートVNA300は、パラメータ値が未知であるか、または不完全に認識されているか、または検証される校正標準の集合を使用して校正される。さらに、こうして補償されたマルチポートVNA300は、精密校正標準の集合を使用しなくても、被試験マルチポートデバイス(DUT)の校正測定値を提供することができる。さらに、校正された測定値は、精密校正標準を使用した従来の校正と一致する確度レベルを達成することができる。
マルチポートVNA300は、制御装置310と、メモリ320と、テストセット330と、メモリ320内に記憶されたコンピュータプログラム340を含む。制御装置310は、コンピュータプログラム340の命令を実行することにより、テストセット330の動作を制御する。制御装置310およびメモリ320は、たとえば従来のVNAに使用される従来のマイクロプロセッサに基づく制御装置およびディジタルメモリで良い。
テストセット330は、校正標準の集合の標準を接続するために使用されるN個の試験ポート(N≧3)を有する。さらに、これらのポートは、非対称相反デバイスまたはDUTに接続するために使用される。テストセット330は、制御装置310からの指示により、テストフィクスチャ330に接続されたデバイスまたは校正標準のSパラメータを測定する。テストセット330は、たとえば従来のNポートSパラメータテストセットで良い。実施態様によっては、テストセット330は、図6に示すように、マルチポートVNA300に組み込まれる。他の実施態様(図示しない)では、テストセット330は、VNAに結合された時点でマルチポートVNA300を形成する別個の要素である。
コンピュータプログラム340は、制御装置310により実行されると、マルチポートVNA300の動作を円滑にする命令を含む。実施態様によっては、コンピュータプログラム340は、校正標準の集合にある標準のSパラメータの測定を実施する命令を含む。コンピュータプログラム340は、非対称相反デバイスの生のSパラメータの測定を実施する命令をさらに含む。コンピュータプログラム340は、校正標準の集合にある1つまたは複数の校正標準の定義パラメータのパラメータ値の調整を実施する命令をさらに含む。実施態様によっては、定義パラメータ値の調整を実施する命令は、最適化されたパラメータ値の集合が決定されるまで、必要な時に、パラメータ値の反復調整を実施する。最適化されたパラメータ値の集合は、非対称相反デバイスの補正された測定順方向伝送Sパラメータの集合と、逆方向伝送Sパラメータの対応する集合と(たとえば、Nポートデバイスの場合、SnmとSmnと)の差を評価する測定基準が、最小化の目標に対して最小化された時に決定される。最小化の目標が達成されると、最適化された誤差係数の集合は、試験システムの誤差を補正するマルチポートVNA300のために得られる。
実施態様によっては、コンピュータプログラム340は、上記で説明した校正を補償する方法200を実行する。他の実施態様では、コンピュータプログラム340は、校正標準の集合の最適化されたパラメータ値を報告する命令をさらに含む。報告されて最適化されたパラメータ値を使用すると、校正標準の集合は、集合が既知のパラメータ値を有する精密校正標準であるかのように、マルチポートVNA300、またはその他のマルチポートVNAを校正するために使用される。
図7は、本発明の一実施態様による校正補償システム400のブロックダイヤグラムを示す。校正補償システム400は、非対称相反デバイスの測定値を使用して、校正標準の集合にある校正標準の定義パラメータのパラメータ値を決定する。決定されたパラメータ値は、DUTの測定値を補正するために使用される。
校正システム400は、コンピュータまたは制御装置410と、マルチポートベクトルネットワークアナライザ420と、メモリ内に記憶されて、コンピュータ410により実行されるコンピュータプログラム430とを含む。コンピュータプログラム430は、コンピュータ410により実行されるとマルチポートVNA420を制御して校正標準の集合のパラメータ値を決定する命令を含む。集合の校正標準は、1つまたは複数の、未知であるか不完全に認識されている定義パラメータ値を有することができる。
実施態様によっては、コンピュータプログラム430は、マルチポートVNA420を使用して、校正標準の集合にあるSパラメータの測定を実施する命令を含む。コンピュータプログラム430は、マルチポートVNA420を使用して、非対称相反デバイスに関する生のSパラメータの測定を実施する命令をさらに含む。コンピュータプログラム430は、校正標準の集合にある定義パラメータのパラメータ値の調整を実施する命令をさらに含む。実施態様によっては、パラメータ値の調整を実施する命令は、最適化されたパラメータ値の集合が決定されるまで、パラメータ値の反復調整を実行させる。最適化されたパラメータ値の集合は、補正された測定順方向SパラメータSnmの集合と、逆方向伝送SパラメータSmnの対応する集合との差を評価する測定基準が、最小化目標に対して最小化された時に決定される。コンピュータプログラム430は、最適化されたパラメータ値の集合を報告する命令をさらに含む。
実施態様によっては、コンピュータプログラム430は、上記のパラメータ値を決定する方法100を実施する。最適化されたパラメータ値を使用することにより、校正標準の集合を使用して、マルチポートVNA420を校正することができる。さらに、最適化されたパラメータ値は、マルチポートVNAの代わりに他のマルチポートVNAまたは2ポートVNAを校正するために、校正標準の集合と共に使用される。最適化されたパラメータは、校正標準の集合を精密校正標準として処理することを本質的に可能にする。
その他の実施態様では、コンピュータプログラム430は、マルチポートVNA420の誤差モデルの誤差係数の計算および記憶を実施する命令をさらに含む。さらに他の実施態様では、コンピュータプログラム430は、上記の校正を補償する方法200を実施する。さらに他の実施態様では、マルチポートVNA420は、上記のマルチポートVNA300である。
以上で、非対称相反デバイスを使用することにより、不完全に認識されている定義パラメータを有する校正標準の使用を容易にする本発明の種々の実施態様について説明した。標準の集合にある校正標準のパラメータ値の決定方法、およびマルチポートVNAを補償する方法を説明した。さらに、補償された校正を有するマルチポートVNA、および校正補償システムについて説明した。上記の実施態様は、本発明の精神を表す多くの特定実施態様のいくつかを単に具体的に示すものであると考えるべきである。当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく、多数のその他の構成を容易に考案することができる。念のため、以下に本発明の実施態様を列挙する。
(実施態様1)
コンピュータ(310、410)と、
2個を超えるポートを有するマルチポートベクトルネットワークアナライザ(300、420)と、
メモリ(320)内に記憶され、コンピュータ(310、410)により実行されるコンピュータプログラム(340、430)とを具備し、
コンピュータプログラム(340、430)が、コンピュータにより実行される時に、非対称相反デバイスの測定値を使用して、校正標準の集合にある校正標準の定義パラメータのパラメータ値の決定(100、200)を実施する命令を有する校正補償システム(400)。
(実施態様2)
決定する(100、200)コンピュータプログラム(340、430)の命令が、
マルチポートベクトルネットワークアナライザ(300、420)を使用して、校正標準の集合のSパラメータの測定(110、210)を実施する命令と、
マルチポートベクトルネットワークアナライザ(300、420)を使用して、非対称相反デバイスの生のSパラメータの測定(120、220)を実施する命令と、
非対称相反デバイスの補正された順方向伝送Sパラメータの集合と、対応する補正された逆方向伝送Sパラメータの集合との差を最小化するために、パラメータ値の調整(130、230)を実施する命令とを含むことを特徴とする、実施態様1に記載の校正補償システム(400)。
(実施態様3)
コンピュータプログラム(340、430)の命令が、最適化されたパラメータ値の報告(140)を実施する命令をさらに含み、最適化されたパラメータ値が、校正標準の調整されたパラメータ値であることを特徴とする、実施態様1または2のいずれかに記載の校正補償システム。
(実施態様4)
決定する(200)コンピュータプログラム(340、430)の命令が、非対称相反デバイスの測定値を使用して、校正標準の集合の誤差係数の最適化された集合を決定するために、マルチポートベクトルネットワークアナライザ(300、420)の校正の補償(200)を実施する命令を含むことを特徴とする、実施態様1から3のいずれかに記載の校正補償システム(400)。
(実施態様5)
決定する(200)コンピュータプログラム(340、430)の命令が、マルチポートベクトルネットワークアナライザ(300、420)により使用される誤差モデルの誤差係数の計算および記憶(240)を実施する命令をさらに含み、誤差係数が、校正標準の定義パラメータの最適化されたパラメータ値から計算されることを特徴とする、実施態様1から4のいずれかに記載の校正補償システム(400)。
(実施態様6)
補正された順方向伝送Sパラメータの集合と、対応する逆方向伝送Sパラメータの集合とが、誤差補正を使用する非対称相反デバイスの測定された(120、220)生のSパラメータから計算され、誤差補正の係数が、校正標準の集合の測定された(110、210)Sパラメータと調整される(130、230)パラメータ値とから計算され、最適化されたパラメータ値が、差が最小限である時の調整されたパラメータ値であることを特徴とする、実施態様2から5のいずれかに記載の校正補償システム(400)。
(実施態様7)
パラメータ値の調整(130、230)が、
調整されるパラメータ値の値を選択するステップ(132)と、
選択された値を用い、校正標準の集合の測定された(110、210)Sパラメータから、マルチポートベクトルネットワークアナライザ(300、420)の誤差モデルの誤差係数の集合を計算(134)するステップと、
非対称相反デバイスの測定された生の順方向伝送Sパラメータの集合、および対応する生の逆方向伝送Sパラメータの集合に誤差補正を適用して(136)、補正された順方向伝送Sパラメータの集合、および対応する補正された逆方向伝送Sパラメータの集合を生成するステップと、
補正された順方向伝送Sパラメータの集合と、対応する補正された逆方向伝送Sパラメータの集合との差を決定する(138)ステップとを有することを特徴とする、実施態様2から6のいずれかに記載の校正補償システム(400)。
(実施態様8)
マルチポートベクトルネットワークアナライザ(300、420)が、
2個を超えるポートを有するテストセット(330)であって、前記ポートが、校正標準の集合の校正標準に一時的に接続され、独立して非対称相反デバイスに一時的に接続されるテストセット(330)と、
コンピュータプログラム(340)を記憶するメモリ(320)と、
テストセット(330)の動作を制御し、コンピュータプログラム(340)を実行する制御装置(310)とを備えることを特徴とする、実施態様1から7のいずれかに記載の校正補償システム(400)。
(実施態様9)
校正標準の集合が精密thru標準を含み、調整された(130、230)パラメータ値が、精密thru標準を除く集合の標準に対する定義パラメータの値であることを特徴とする、実施態様1から8のいずれかに記載の校正補償システム(400)。
(実施態様10)
コンピュータプログラム(340、430)の命令が、校正標準の集合、および調整された(130、230)のパラメータ値を使用して、マルチポートベクトルネットワークアナライザ(300、420)をともない被試験マルチポートデバイスの校正測定の実行を実施する命令をさらに含むことを特徴とする、実施態様1から9のいずれかに記載の校正補償システム(400)。
本発明の一実施態様によりマルチポートベクトルネットワークアナライザ(VNA)を校正するために使用する校正標準の集合の定義パラメータのパラメータ値を決定する方法のフローチャートを示す。 2ポートVNAの12ターム誤差モデルの従来の順方向部分のフローグラフ表現を示す。 2ポートVNAの12ターム誤差モデルの従来の逆方向部分のフローグラフ表現を示す。 図1の方法によりパラメータ値を調整する一実施態様のフローチャートを示す。 本発明の一実施態様による、未知の遅延を有する典型的なopen校正標準のモデルを示す。 本発明の一実施態様による、未知の遅延を有する典型的なshort校正標準のモデルを示す。 本発明の一実施態様による、一定の遅延および未知の負荷インピーダンスを有する典型的なload校正標準のモデルを示す。 本発明の一実施態様による、例示的なthru校正標準のモデルを示す。 本発明の一実施態様による非対称相反デバイスの測定を使用して、マルチポートベクトルネットワークアナライザ(VNA)の校正を補償する方法のフローチャートを示す。 本発明の一実施態様によるマルチポートVNAの校正に使用される校正標準パラメータ値の認識の誤りを補償するマルチポートベクトルネットワークアナライザ(VNA)のブロックダイヤグラムを示す。 本発明の一実施態様による校正補償システムのブロックダイヤグラムを示す。
符号の説明
100 パラメータ値の決定
110 Sパラメータの測定
120 Sパラメータの測定
132 調整されるパラメータ値の値の選択
136 誤差補正の適用
138 差の決定
140 最適化されたパラメータ値の報告
200 パラメータ値の決定
210 Sパラメータの測定
220 Sパラメータの測定
240 誤差係数の記憶
300 マルチポートベクトルネットワークアナライザ
320 メモリ
310 コンピュータ
330 テストセット
340 コンピュータプログラム
400 校正補償システム
410 コンピュータ
420 マルチポートベクトルネットワークアナライザ
430 コンピュータプログラム

Claims (10)

  1. コンピュータと、
    2個を超えるポートを有するマルチポートベクトルネットワークアナライザと、
    メモリ内に記憶され、前記コンピュータにより実行されるコンピュータプログラムとを具備し、
    前記コンピュータプログラムが、前記コンピュータにより実行される時に、非対称相反デバイスの測定値を使用して、校正標準の集合にある校正標準の定義パラメータのパラメータ値の決定を実施する命令を有する校正補償システム。
  2. 前記コンピュータプログラムの命令が、
    前記マルチポートベクトルネットワークアナライザを使用して、前記校正標準の集合のSパラメータの測定を実施する命令と、
    前記マルチポートベクトルネットワークアナライザを使用して、前記非対称相反デバイスの生のSパラメータの測定を実施する命令と、
    前記非対称相反デバイスの補正された順方向伝送Sパラメータの集合と、対応する補正された逆方向伝送Sパラメータの集合との差を最小化するために、パラメータ値の調整を実施する命令とを含むことを特徴とする、請求項1に記載の校正補償システム。
  3. 前記コンピュータプログラムの命令が、最適化されたパラメータ値の報告を実施する命令をさらに含み、前記最適化されたパラメータ値が、前記校正標準の調整されたパラメータ値であることを特徴とする、請求項1または請求項2のいずれかに記載の校正補償システム。
  4. 前記コンピュータプログラムの命令が、前記非対称相反デバイスの測定値を使用して、前記校正標準の集合の誤差係数の最適化された集合を決定するために、前記マルチポートベクトルネットワークアナライザの校正の補償を実施する命令を含むことを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれかに記載の校正補償システム。
  5. 前記コンピュータプログラムの命令が、前記マルチポートベクトルネットワークアナライザにより使用される誤差モデルの誤差係数の計算および記憶を実施する命令をさらに含み、前記誤差係数が、前記校正標準の前記定義パラメータの最適化されたパラメータ値から計算されることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれかに記載の校正補償システム。
  6. 前記補正された順方向伝送Sパラメータの集合と、前記対応する逆方向伝送Sパラメータの集合とが、誤差補正を使用する前記非対称相反デバイスの前記測定された生のSパラメータから計算され、前記誤差補正の係数が、前記校正標準の集合の前記測定されたSパラメータと調整されるパラメータ値とから計算され、最適化されたパラメータ値が、差が最小限である時の前記調整されたパラメータ値であることを特徴とする、請求項2から請求項5のいずれかに記載の校正補償システム。
  7. 前記パラメータ値の調整が、
    調整される前記パラメータ値の値を選択するステップと、
    前記選択された値を用い、前記校正標準の集合の前記測定されたSパラメータから、前記マルチポートベクトルネットワークアナライザの誤差モデルの誤差係数の集合を計算するステップと、
    前記非対称相反デバイスの測定された生の順方向伝送Sパラメータの集合、および対応する生の逆方向伝送Sパラメータの集合に誤差補正を適用して、前記補正された順方向伝送Sパラメータの集合、および前記対応する補正された逆方向伝送Sパラメータの集合を生成するステップと、
    前記補正された順方向伝送Sパラメータの集合と、前記対応する補正された逆方向伝送Sパラメータの集合との前記差を決定するステップとを有することを特徴とする、請求項2から請求項6のいずれかに記載の校正補償システム。
  8. 前記マルチポートベクトルネットワークアナライザが、
    2個を超えるポートを有するテストセットであって、前記ポートが、前記校正標準の集合の前記校正標準に一時的に接続され、独立して前記非対称相反デバイスに一時的に接続されるテストセットと、
    前記コンピュータプログラムを記憶する前記メモリと、
    前記テストセットの動作を制御し、前記コンピュータプログラムを実行する制御装置とを備えることを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれかに記載の校正補償システム。
  9. 前記校正標準の集合が精密thru標準を含み、前記調整されるパラメータ値が、前記精密thru標準を除く集合の標準に対する定義パラメータの値であることを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれかに記載の校正補償システム。
  10. 前記コンピュータプログラムの命令が、前記校正標準の集合、および前記調整されたのパラメータ値を使用して、前記マルチポートベクトルネットワークアナライザをともない被試験マルチポートデバイスの校正測定の実行を実施する命令をさらに含むことを特徴とする、請求項1から請求項9のいずれかに記載の校正補償システム。
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