JPH03500929A - マイクロ波・ミリメータ波回路評価装置の校正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ波・ミリメータ波回路評価装置の校正方法１盃豆災 本発明は、校正方法、特に、マイクロ波・ミリメータ波周波数で動作する回路の 評価に用いられる、ベクトル・ネットワーク・アナライザのような装置を校正す る方Ｊ去に関する。

一好」」１勇− 電子測定装置を校正するための殆どの方法では、予め特性が知られている極めて 高品質の標準器を使用する必要がある。更に、周知の標準器は、校正手順を検証 しなければならない。ネットワーク・アナライザ系は総て、測定装置中の体系的 誤差を除くために、機器の特性の測定の前に校正しなければ使用できない。した がって、マイクロ波又はミリメータ波周波数での従来の校正技法では、達成が容 易ではない正確な公差で製造された、高精度の閉回路、開放回路、及び整合負荷 を作ることがめられる。更に、測定を行うために用いる伝送媒体、例えば、マイ クロ・ストリップ（ｍｉｃｒｏ　５ｔｒｉｐ）、スロット・ライン（ｓｌｏｔｌ ｉｎａ）、共角ライン（ｃｏｐｌａｎａｒ　１ｉｎｅ）、共角ストリップ（ｃｏ ｐｌａｎａｒ　５ｔｒｉｐ）等にある、ばらつきによって、これらの技法は制約 される。これらのばらつき特性はミリメータ波層集積回路機器ではしばしば認識 されず、そのために更に測定が回能になる。また、校正・検証機器と試験対象機 器それぞれについて開始段階において理想的な電気特性が再現されるかどうかに よって、測定の完全さは多大な影響を受ける。しかし、従来の技法は、上に挙げ たような特性の変化による不確実さを評価するｋめの便宜的な方法を備えてはい ない。

「無線及び電子技術者」誌の１９７８年５月号４８巻第５号の２２７ページから ２３４ページ（Ｔｈｅ　Ｒａｄｉ。

ａｎｄ　Ｅｌｓｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎａｅｒ、　Ｖｏｌ、　４Ｂ、　Ｎ ｏ。５．　ｐｐ、　２２７−２３４、に＆Ｌ　１９７８）の、ｒ未知の特性イン ピーダンスと損失とばらつきを有する伝送線路を用いる自動ネットワーク・アナ ライザの校正（”Ｃａ１ｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ＡｕｔｏｍａｔｉｃＮ ｅｔｗｏｒｋ　Ａｎａｌｙｚｅｒ　Ｕｓｉｎｇ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌ ｉｎｅｓ　ｏｆ　Ｕｎ−ｋｎｏｗｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　Ｉｖａｐ ａｄａｎｃｅ、　Ｌｏｓｓ　ａｎｄ　Ｄｉｓｐ＠ｒ−ｓｉｏｎ”）Ｊと題する、 Ｅ・Ｆ・ダシルバら（Ｅ、Ｆ、　ｄａｓｌｌｖａｓｔ　ａｌ、）による文献に、 典型的な先行の技法が公開されている。

したがって、電子測定装置を校正するための、改良された方法を提供するのが本 発明の目的である。

マイクロ波、ミリメータ波周波数で動作する従来方式及び集積型の回路を評価す るネットワーク・アナライザを校正するための、改良された方法を提供するのが 本発明のもう一つの目的である。

更に、測定の安定性、収斂性、及び精度を増進するために測定の冗長性を利用し て、ネットワーク・アナライザを校正Ｔるための、改良された方法を提供するの が本発明のもう一つの目的である。

更に、絶対特性ではなく標準器間の相対特性を利用してベクトル・ネットワーク ・アナライザを校正する方法を提供するのが本発明の目的である。

また、校正の質について直接的で便利な手段を産み出す、ベクトル・ネットワー ク・アナライザ校正方法を提供するのが本発明の目的である。

更に、自動ベクトル・ネットワーク・アナライザを校正するための自己検証方法 を提供するのが本発明の目的である。

一兄ｆｆｉ示− 簡単に言えば、上述及びその他の本発明の目的は、マイクロ波・ミリメータ波導 波管又は伝送線路に使用される部品及び機器の、複合反射と伝送係数、又はイン ピーダンス特性を測定するために利用される、ミリメータ波用ベクトル・ネット ワーク・アナライザは関連する体系上の誤差を測定する方法によって達成される 。この方法では、不規則な誤差によって校正手順の中に入り込む修正不能な劣化 （ｃｏｒｒｕｐｔｉｏｎ）の水準を示す情報を供給するために、測定の冗長性と 相対的特性を用いる。また、本発明による校正手順の一部として、損失及びばら つきといった伝送螺体の伝播特性の測定も提供される。

ベクトル・ネットワーク・アナライザの測定用ボートに結合される伝送線路オフ セットのそれぞれの長さの比率によって、独立の高品質の標準器を必要とせずに 独立の測定条件を生みだす方法を提供する。したがって、この方法は、ばらつき や損失によるか、又は複数の高品質標準器がないことによる制約を受けない。

以下に詳細に説明する実施例において、校正手順は、マイクロプロセッサで制御 され、ベクトル・ネットワーク・アナライザの測定用ボートに結合された６個の 異なる回路素子に関して、成層波数範囲にわたって掃引される複数の周波数につ いてネットワーク・アナライザを経由して得られる測定データ、すなわち、負荷 、オフセット負荷、２重オフセット負荷、短絡、オフセット短絡、及び２重オフ セット短絡のデータを蓄積することを含む。

オフセット、及び負荷の何れについても先験的に既知である必要はない。これら は、通常の誤差条件、すなわち、信号源整合、方向性、周波数応答トラッキング 等の誤差条件をも提供する校正アルゴリズムによって測定される。

この手順によって計算される負荷及びオフセットの値は、校正の検証を引き出す ためにネットワーク・アナライザの実際の値と比較される。

゛　の　な５１ 本発明の目的、及び本発明の目的に付随する利点は、以下の図面を参照すること によって明らかになる。

第１図は、本発明の方法を実施するために利用されるベクトル・ネットワーク・ アナライザ系の電気ブロック線図である。

第２Ａ図及び第２Ｂ図は、ｌボート型及び２ボート型の機器に関する標準的な誤 差モデルを説明する電気回路図である。

第３図は、第１図に示す機器を利用して行われる典型的な校正に関する劣化因子 を示す極図表である。

第４図は、測定機の暖機運転時間が不十分な際に生じる劣化因子を示す極図表で ある。

第５図は、オフセット負荷条件を作り出すための摺動負荷を用いた際の校正手順 に関して劣化因子を示す極図表である。

第６図は、本発明の方法を理解するのに役立つ単位円線図である。

第７図は、校正手順から計算されたオフセット短絡の大きさと位相の極図表であ る。

第８Ａ図及び第８Ｂ図は、本発明によって得られた信号源整合誤差係数の大きさ と位相を説明する特性曲線である。

第９Ａ図及び第９Ｂ図は、本発明によって得られた反射トラッキング誤差係数の 大きさと位相を説明する特性曲線である。

第１０Ａ図及び第１０Ｂ図は、本発明によって得られた方向性誤差係数の大きさ と位相を説明する特性曲線である。

第１１Ａ図及び第１１Ｂ図は、本発明によって得られた定在波比と、反射減衰量 で表した反射係数とを説明する特性曲線である。

第１２図は、本発明によって得られた反射係数への劣化の影響を表す極図表であ る。

第１３図は、本発明によって得られた反射係数への劣化の影響を対数目盛で示し た説明的な曲線である。

第１４図は、第１２図と同様な極図表で、第１図の機器に接続されたオフセット 短絡への劣化の影響を説明する。

一発二朋一　た　の望−Ｌ−し］１」匡」１ここで第１図を参照すると、ミリメ ータ波回路部品を評価するための典型的なベクトル・ネットワーク・アナライザ 系が示されており、ベクトル・ネットワーク・アナライザ１０、例えば、ヒユー レット・パラカード（）Ｉａｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ）社のＨＰ８５１０型 ネットワーク・アナライザを含む、このベクトル・ネットワーク・アナライザ１ ０は、プリンタ１２とブロック１４にシステム・バスと名付けられたディジタル ・バス１６で結合されている。ネットワーク・アナライザ１０は、更に、マイク ロプロセッサから成るシステム・コントローラ１８によって制御される。システ ム・コントローラ１８は、ローカル発振器信号源２２と、マイクロプロセッサに よって周波数と出力電力が制御される試験信号ｆｉ２４とに接続されたパブリッ ク・バスと称する第２のディジタル・バスを通じて、ベクトル・ネットワーク・ アナライザ１０に結合されている。

この系は、ここで示されるように、被験機器２６（ＤＵＴ）に結合された２個の ボート・ネットワークから成る。その１つのボート、ボート１は、ボート１と、 １（且のミリメータ波信号結合器３４及び３６とにアイソレータ３２を通じて接 続された周波数掛は算器３０によって２＠又は３倍に逓倍されている試験信号源 ２４に結合された増幅器２８を通じて、ミリメータ波周波数信号に結合されてい る。ボート２と称する第２の測定ボートは、第３のミリメータ波結合器３８と、 帯域フィルタ４０と、アイソレータ４２と、信号ミクサ４４とを通じてベクトル ・ネットワーク・アナライザｌＯに再結合されている出力ボートから成る。ミク サ４４は、増幅器４６によってローカル発振器信号源２２に再結合されている。

ミクサ４４の出力は、増幅器４８を通じてベクトル・ネットワーク・アナライザ １０に再結合されている。試験信号源２４の逓倍された出力は、また、それぞれ アイソレータ５４及び５６とを経由して結合器３４と３５とに結合された１組の 信号ミクサ５０及び５２にも供給される。

ミクサ５０及び５２もまた、増幅器５８を通じてローカル発振器信号源２２から 出力を受け取る。ミクサ５ｏ及び５２の出力は、１組の増幅器６０及び６２を通 じてベクトル・ネットワーク・アナライザ１０に再結合される。

典を的な１ボ一ト式の校正では、複数の標準器をボート１に接続し、系を反射率 計として動作させる。

システム・コントローラは、図にはこれらの動作は示してないが、ベクトル・ネ ットワーク・アナライザ１゜と共同して、最初に試験信号ｗ、２４を設定し、そ の後ローカル発振器信号ＰＪ２２を設定して、系の設定が終了した時、測定とユ ーザが指定した形式でＣＲＴ画面上にデータの記入を行う。このシーケンスは、 第１図に示される測定機器に関して周知の方法で、選択された周波数範囲にわた って５１．１０１．２０１．４０１のそれぞれの点について繰り返される。

第１図に示すようなベクトル・ネットワーク・アナライザを含む従来の１ボ一ト 式の校正では、現状の最高のモノリシック製造技術では総てに対してはしばしば 到達が困難である公差の、精密な短絡回路と整合負荷を作ることがめられる。こ れは既知の２ボ一ト式の校正でも同様である。更に、測定に用いられる伝送媒体 、例えば、マイクロ・ストリップ（ｍｉｃｒｏ　５ｔｒｉｐ）、スロット・ライ ン（ｓｌｏｔ　ＩＬｎｓ）、共角ライン（ｃｏｐｌａｎａｒ　１ｉｎｅ）、共角 ストリップ（ｃｏｐｌａｎａｒ　５ｔｒｊ、ｐ）等にある、ばらつきによって、 この校正は制約される。これらのばらつき特性は集積回路機器ではしばしば認識 されず、そのために更に測定が困難になる。また、校正・検証機器と試験対象機 器それぞれについて開始段階（ボート１）において理想的な電気特性が再現され るかどうかによって、ベクトル・ネットワーク・アナライザの校正の完全さは多 大な影響を受ける。しかし、現状の最高の技法ではこのような特性の変化による 不確実さを評価する便宜的な方法を備えていない。不都合なことに、集積回路は 開始段階の完全さに伴う欠点を生じ勝ちなので、校正の質について確信が持てな い。結局、従来の校正検証方法では、別の検証機器を挿入することで、検証標準 器に対する開始段階の完全さを仮定する。集積回路の環境内では、この方法では 不完全な仮定となることが分かっている。

本発明では、集積回路製作の能力を利用することによってこれらの制約を克服す る。例えば、集積回路製作においては、パラメータの個別の値ではなく、パラメ ータ比を厳密に維持することが一層容易である。後述するように、本発明では、 測定ボート、すなわち、第１図のボート１に結合された伝送線路オフセットの比 率としての長さを用いることに基づいているので、以下の例に示すようにこの条 件により良く適合する。ここで述べるアルゴリズムによりて伝送線路の損失とば らつき特性が校正手順の一部として提供され、これが集積回路の評価に関して決 定的な利点となる。本発明ではまた、校正機器の形式の範囲について極端に厳格 な公差を同時に維持することへの要求をも低減する。これに替り、１個の標準型 、すなわち、短絡回路についてのみ先験的に分かっていれば良く、したがって前 提特性として、製作段階でこの標準型のみが合致していれば良い。これ以外の標 準型の総ては、校正手順の一部としてこの標準型（短絡）に対して相対的に決定 され、したがって、任意の公差を持っていても良い。しかし、これらの標準型に 関しては、集積回路環境で再現できるかどうかに拠る。

最後に、本発明では校正及び検証を統合して３つの望ましい結果を産み出す。す なわち、（１）校正及び検証過程を完了する必要なしに校正に入り込んだ劣化を 測量すること、（２）校正及び検証手順の不確定な限界を量的に表示すること、 （３）校正過程に自動化を適用する基本を提供することである。第１の結果で校 正係数を計算する必要がなくなったことによって、得られた生データの質が悪い ためにユーザが行っていた予備の校正作業を廃止することができる。第２の結果 によってユーザが校正の質を即座に見積ることができ、また、第３の結果によっ て人工知能による校正及び検証の自動化に関する基盤が提供され、集積回路の価 格を削減するのに決定的な要素となる高い処理能力が実現する。

既知の先行の校正技法のように、本発明の方法は、端末を接続した伝送線路の通 常の変換性を利用する。更に独特のこととして、伝送線路の長さく１）にわたっ て測定された時、負荷（Ｌ）は固有反射係数Ｆと共に下式のように反射係数ｒＬ に変換する。

ｒｍ　（１）　＝　ｒｍ−”’＝　ｒ−−’　（１）ｆｉＱ的に、ｒｌｌの総て は、複素数、すなわち、大きさと位相を有する。上記に定義したように、Ｚ＝ｅ ■１であり、ここでγは伝送線路に関する複素数の伝播因数であり、また、γに α＋ｊβであって、ここでαは減衰定数、βは位相定数である。

以上のことを念頭に置いて、本発明は、周波数応答特性トラッキングＥＩＩ及び Ｅｒと、方向性Ｅゎと、信号源整合又は負荷整合Ｅ、又はＥ、と、隔ｇｌｔ　Ｅ 　ｘとして表される係数を有する、信号流れ図（第２Ａ図及び第２Ｂ図）に示す 既知の標準誤差モデルに基づいている。これらの誤差項は校正によって決定され 、校正係数又は誤差係数と呼び換えられる。これらの誤差係数に加えて、伝送線 路の伝播因数Ｚと、負荷のような他の標準の少なくとも１つの反射係数とは、決 定されなければならない。かくして、５Ｂの未知数があり、５つの測定が必要と なる。

伝送線路のオフセット長さを用いることによって、独立の標準型を必要とせずに 独立の測定条件を作り出す便宜が得られる。例えば、短絡回路（ｒ’−ｈ−−− ＝−１）に伝送線路のオフセット長さく１）を加えることによって、より大きな オフセット長さは対象の最高の周波数における波長の半分より小さいという条件 で、「オフセット短絡」の新しい測定値を作り出す。この測定値は、もし既知の 標準が短絡（若しくは開放）で未知数が開放（若しくは短絡）であれば、４分の １波長以下でなければならない。本発明の技法において、長さく１）及び（２１ ）について２つのオフセットを用いる。これらの長さの比は、２対１であるが、 この技法を成功させる上で（１）の実際の値よりもより重要である。

もし、これらのオフセット長さが短絡回路と組み合わされると、以式で精密に表 される３つの測定条件が産み出される。ここでＣ１１Ｉ＋は反射係数ｒ’　ｓ　 ＝　−１の生又は測定データ値で、ｎ＝ｏは短絡、ｎ＝１はオフセット短絡、ｎ −２は２重オフセット短絡に相当する。

第２Ａ図及び第２Ｂ図の流れ図には、式２及び３の要式を得るための当技術分野 で周知の規定を含む。

短絡及び上記と同一のオフセットｎ＝１とｎ＝２と短絡との組み合わせとに関す る任意の負荷Ｃ，，１１＋こつν１ての同様の要式が以下のように構成できる。

このように、要式く２）及び（３）によって、上８己の５つの未確認の未知数、 Ｅｏ、Ｅｏ、Ｅｓ、及びｒ＋、を決定するために用いることができる、ＣＱ、、 Ｃ，、、Ｃ８りと・ＣＬＯｌＣＬＩ、ＣＩに関しての方程式が与えられる。し力 １し、一連の測定から総ての未知数を消去するために、生又は測定データ値のみ に関連して関係を見つけるようにこれらの６つの方程式を用いても良い。この関 係の＋Ｍとして次式を示す。

ここで、ＫＬ、ＫＬＩ”、Ｋ、は以下のとおりである。

ＣＬＭ−Ｃｓ２ 方程式（４）は劣化因子Ｋｃ６．を次式のように決定する基盤を形成する。

ｒｌｌ もし、校正中に生じる誤差が定誤差であるならば、方程式（４）が満足されるこ とになり、Ｋｅｅｒ＝０となる。

実際には、雑音、ドリフト、ケーブルの安定性、コネクタの再現性、スプリアス レスポンス等で生じる不規則な誤差によって、ＫＯ，、は零とはならない。校正 が第１図に示すベクトル・ネットワーク・アナライザ系と、ヒユーレット・パラ カード（ＨＰ　）社のＨＰ８５１０Ａ型と共にＨＰ社のＲ１１６４３Ａ型Ｋ　ａ バンド用エクステンダ試験器とを含んで行われる時、第３図に示すような極図表 上の２６．５ＧＨｚから４０ＧＨｚの周波数範囲にわたるＫ　ｃ　ｏ　ｒの分布 は、校正の完全さについて妥協すべき範囲を直接的に指示する。この分布が元か ら遠く離れる程、校正の完全さは失われる。

Ｋ　ｅ　Ｇ　ｒは訂正不能な誤差との強い相関を示す。例えば、第４図では、第 １図のベクトル・ネットワーク・アナライザ系と同一の系で、電源を投入した直 後、機器が安定するのに十分な時間を経ないうちに行われた校正を示す。

第５図は、コネクタの再現性の劣化因子への影響を説明しているが、シムによる 導波管の調整の代りにマイクロメータによる摺動負荷の調整でオフセット負荷を 作り出した点で第３図の状況と区別される。

本発明では従来の方法とは異なり、生データ中の劣化に関する情報は、データ収 集の直後に利用可能で、校正、つまり上述の誤差項を決定することを必要としな い。したがって、ユーザは校正処理を早い段階で中止することによって極端に劣 化したデータを排除できる。このことから、自動化の環境においては、劣化デー タを早期に検知、排除することによって測定処理量が増す。

比較的高い劣化水準においてさえも優れた数量的安定性及び収斂特性を有するア ルゴリズムと、この測定をミリメータ波果櫃回路に関する試験に用いる際に際だ った長所と改善とを得るために、冗長な測定を行うことが開発された。劣化から 生じる変動が生データの入力にある時でさえも、この校正方法によって、安定な 出力、すなわち、オフセット２、負荷反射ｒＬ、及び誤差係数項を作り出す。極 図表作表上での生データの分布及び信号対雑音比によって劣化を生じる影響への これらの生データの感受性とを予測し、この計算が生データを表す点間のベクト ル差の比率を含むことを認識することによって、数量的安定性を達成する。点の 位置が変動に関係する、接近している点間のベクトル差は、変動に対して非常に 感応し易いので、これを避けなければならない。冗長を用いることがこれを避け るための柔軟性を得る解法となる。収斂性は、決定された量とこれらの実際の真 値とが合致することで証明される。

Ｅの総てとｒＬを消去するために方程式（２）及び（３）を用いることができ、 それによって生データとオフセットＺとの関係は次式で表される。

２ツーＣ，＋１＝０　（９） 方程式（９）において、定数Ｃは生データＣ３ｆｉとＣＬｆｉの関数であり、数 学的に同値形で表現できる。しかし、これらの生データには劣化があるので、関 数の形であれば劣化の影響をより受けにくなることから、或種の関数の形を持っ ていることが望ましい。したがって、Ｃは次式％式％ であり、他の定数は予め決定されている。方程式（１０）におけるＣの表式は、 方程式（４）を用いることと、方程式（５）で決定されたＫＬは負荷がｒＬであ る時には負荷かに、又はＫＬｍ”のどちらかである時より劣化を感受し易いとい う知識とによって、部分的に引き出されている。これは、上に主張したような冗 長な測定がどのようにして開発されたかを示す１つの例である。方程式（９）を 解いて２つの平方根Ｚ＋及び２−を得る。ここで、Ｚ＋及びＺ−は次式で表され る。

これらの平方根に関して多くの観測ができる。二次方程式の理論から、 である。方程式（１３）によってこれら２つの平方根（よ相共役、若しくは更に 一般的にｍ＝ｏ、ｌ、２，３，４゜１８０．とじて、ａｒｇ　（ｚＬ）＋ａｒｇ 　（ｚ−）＝２ｍ７ｃでなければならない。また、もしこれら平方根の何れかの 大きさが１より大きいならば、もう一方は１より小さくなければならない、これ らの条件は第６図に説明されている。方程式（１）によれば、減衰に相当する平 方根は、線路の損失のために、１より大きい値を有し、それゆえ、正平方根であ る。線路損失がない状態で２つの平方根は大きさ１で、相互に複素数共役でなけ ればならない。この場合、方程式（１４）はＣが実数であることを意味する。か くして、Ｃの虚数部は、線路損失、更にまた劣化の感度指示となる。しかしなが ら、これらのことはＣの表式に関しては方程式（１０）からは明らかではない。

２が決定されると、方程式（１〉により、２の逆数は単一オフセットに対する変 換因子であり、特１：　ｚ　−＋は第７図に示されるようにオフセット短絡の反 射を表し、正平方根が選ばれた後にオフセット短絡の大きさと相を表す。

次に、既に決定されているＺ（方程式（１）による〕と、Ｋ、（方程式（８）に よる〕と、方程式（２）から導かれた次式とからイ８号源整合誤差係数Ｅ、が計 算される。

この結果は、信号源整合の大きさと相を明らかにする第８Ａ図と第８Ｂ図に示さ れている。

反射トラッキング誤差係数Ｅ８を導くために、次式に表現されるように方程式（ ２）を操作すれば良い。

この結果は第９Ａ図と第９Ｂ図に示される。

次に、方程式（２）でｎ＝ｏとして次式から方向性誤差係数ＥＩｌ＋をめること ができる。

この結果は第１０Ａ図と第１０Ｂ図に示される。

誤差係数Ｅｓ、Ｅｌ＋、及びＥｌがめられると、方程式（３）でｎ＝０として次 式から反射係数ｒＬが決定される。

（ＣＬＯ−Ｅｌｌ） （ＣＬｏ−Ｅ。）　Ｅ　＊　＋　Ｅ　Ｉ＋負荷反射は、定在波比と反射減衰量の 形でそれぞれ第１１Ａ図と第１１Ｂ図に示される。

ここまでで、総ての初期的パラメータ、すなわち、誤差項、負荷ｒ１．の反射係 数、及びオフセットＺが決定され、Ｋ　ｅ　ｅ　ｒによって校正過程における測 量が得られた。

しかし、劣化ＫＣｃ＋ｒの表示値と校正過程における確信との間の関係はまだ確 立していない。

６つの測定条件があるので、上記で認識された未知数１つを決定すべく残りの５ つを用いることと、校正を検証するためのに第６の関係を用いることとが、明白 な検証戦略であろう。しかし、このようなアルゴリズムは十分に浄化され力士デ ータについてしが実用できない。上述の誤差項を開発することと、以下に叙述す る方法とによって、数値的により安定性のあるアルゴリズムが得られる。

劣化因子Ｋ　Ｏｏ　ｒの効果を評価するために、校正に用いるのは６つの測定条 件のうち任意の個数で良い。この評価には、負荷ｒ、、の反射係数及びオフセッ ト２はこの過程の産物であるので、オフセット短絡及び負荷測定を評価すること とし、これによって、Ｋｃｌ、ｒの効果が測定機器のダイナミックレンジの２つ の極限において決定されるようにすることが推奨される。

方程式（４）が、総ての端末における劣化の効果を評価するための出発点となる 。特に、負ｉｉ４終端、すなわち、池の諸生データによってｃＬｏの生データを 解くためにこれを用いることができる。その結果は、次式のとおりで方程式（１ ９）の等式は不規則な影響（すなわち、劣化の）がないという条件においてのみ 成立する。それゆえ、方程式（１９）の右側はＣＬＯに替る表現と見なして良く 、これは劣化零の限界における実際に測定された生の係数に近い。かくして、方 程式（］８）において対応する１”Ｌを決定するため１；方程式（１９）の両１ １１＋１を代入することができる。ＨＰ　８５１０Ａ型ベクトル・アナライザ１ ０（第１図）について、方程式（１９）の右側に相当するｒＬの値はメモリに蓄 積され、実際の負荷反射（左側）は訂正を行った後のデータと見なされる。この ′Ａ程は負荷を接続して行う。

ここで、ｒＬ０２つの値を割ることによって、劣化の影響の非常に高い感度での 指示を得る。劣化がない時、表示は極表示装置上の（１，Ｏ）に位置する１点と なる。

実際の負荷検証について第１２図に示したように、劣化はこの点がぼけた状態に なる。第１３図は第１２図のデータを対数で表現しており、第１１図は実際の反 射減衰量を示す。全Ｋ　ａ帯域にわたって反射減衰量３５ｄＢ内では±０．５ｄ Ｂ以内の合致性を持つ。

同一の手順をオフセット短絡に用いることができる。

しかし、オフセット短絡は次式の右側及び左側で表すことができるので、計算に よってオフセット２をめる、代りの方法もある。

この等式は劣化がない時に成立する。この代りに、オフセット短絡の値は、測定 生データＣ８□及び計算された誤差項〔方程式（１５）から（１９）まで〕を、 ｎ＝１とした方程式（２）に代入することと、その結果の概算をそれ以前の表現 と比較することによって、評価することができる。一方を他方で割るに当たって 、１点く第１３図）は（１，Ｏ）に接近する。実際には、このトレース比の大き さは、常に±０．００５ｄＢより小さく（完全な系では０ｄＢ）、位相角は実数 軸がら±０゜８°以内（完全な系では０＠）である。もし周囲温度が制御されれ ば、より良好な位相安定性が得られる。次式の表現で表される等式を検証するこ とによって、同じ方法で２重オフセット短絡についての比較ができる。

更に、オフセットのない単純短絡については、次式の表現で表される等式を検証 することによって決定できる。

（Ｃ５ｏ−Ｅｏ）　Ｅｓ　Ｅｓ かくして、劣化の影響は、方程式（（２０）、（２１）及び（２２））に表現さ れる等式を検証することによって決定できる。

負荷測定に関する±０．５ｄＢの不確実性（第１２図）を短絡に関する±０．０ ０５ｄＢの不確実性（第１３図）と比較することによって、短絡状態における劣 化は負荷状態における劣化よりも影響がより少ないことが分かる。

主だった劣化の影響がインタフェース接続の再現性の欠如によるものであるなら ば、これは予期されるところである。実際の測定状況においては、相互接続の不 連続性は、短絡によって反射するより大きな振幅の反射信号に対してよりも、負 荷から発する低振幅の反射に対しては一層著しい影響を持つ、小さな反射振幅を 生じる。更に、オペレータが原因となる校正上の総合的な欠陥を検出するために 、オフセット短絡についてのこの検証段階が強く推奨される。

この校正へのＫｃ、、の効果を評価するナルゴリズムについては既に述べたが、 校正の結果を対応する真値、すなわち、ここでのオフセットがどれ程「真の値」 に近いかについて比較することなしには、この仕様は不完全である。支配的なＴ Ｅ、Ｏモードを用いたＷＩ’（−２８型矩形導波管によって実施された前述の例 では、各周波数におけるオフセットの真値を予想するために標準の導波管理論を 援用できる。第１図に示したような系を用いる実際の校正作業に関して、計算さ れたオフセット値は、ここで用いた特有の長さく小さなオフセットに関して１． ９５６ｍｍ）に対して、２６．５ＧＨｚで１０４．１°、４０Ｈ２で２０°であ り、これに対応する測定値は、それぞれ１０３．８９°及び１９．３°である。

実際に経験したところでは、ＩＦ、、が相対的に大きい場合においてさえも測定 の変動は３°以下である。

このように、本発明の方法は、（ａ）少なくとも短絡及びそれに共同するオフセ ット短絡の組み合わせと、負荷、オフセット負荷、及び２重オフセット負荷のよ うな既知の標準器と異なる２重オフセット短絡及び未知の標準器とを含む測定条 件に関する生データを取得し、蓄積することと、（ｂ）ソフトウェアを用いて、 方程式（８）によって劣化因子Ｋｃ−と、方程式（５）から（７）までに表現さ れる生データの因子とを決定することと、（Ｃ）方程式（４）、（１０）、及び （１１）に表現される因子を考慮しつつ、方程式く９）からオフセットＺを決定 することと、（ｄ）ｚに関するオフセット値を与える方程式（１２）によってオ フセットＺの平方根を見つけ出すことと、（ｅ）方程式（１５）から信号源整合 Ｅ、を計算することと、（ｆ）方程式（１６）によって反射トラッキング係数Ｅ 、ｌを計算することと、（ｇ）方程式（１７）によって方向性Ｅｏを計算するこ とと、（ｈ）方程式（１８）によって反射係数ＦＬを計算することと、（ｉ）方 程式（１９）によって総ての端末、特に負荷端末ＣＬＯへの劣化の影響を決定す ることと、ｌ）上記に説明したように結果をネットワーク・アナライザに表示す ることを含む。

前提として負荷ｒＬを認識する必要がない校正手順を有することには際だった利 点がある。例えば、測定で使用しようとしている機器（最初にこの測定器を校正 することになっている）を負荷として用いることができる。

その佳、この手順によって、この機器の反射係数を決定する。もう一つの際だっ た例は、帰還用ボート、すなわち、第１図のボートｌを「、として用いることで ある。

この場合、負荷整合誤差ＥＬは、上に説明した方法によって決定される。他の２ ボ一ト誤差項は、この技法を他の従来技法と組み合わせることによって得られる 。

現在好ましい校正方法と考えられている事柄について示し、説明したが、これは 説明を目的としたものであって、制限のために行ったものではないと認識すべき である。したがって、添付の請求項で説明される本発明の真意と範囲から引き出 される改変、変更、及び変形は、総て本発明の真意と範囲に包含されるものとな る。

測定動 間のみ −６．２４８５　ｄＢ−１００，５１’藺ｔｋ　２６．５０００００００８　Ｇ Ｈｚ、４了４０．Ｏ○ｏ０００００８　ＧＨｚ間のみ 藺４１ｆｔ　２６．５０００００００８ＧＨｚ終了４０．００００００００８Ｇ Ｈｚ ＦＩＧ、　８Ａ 画像＆（ＧＨｚ） ＦＩＧ、８　Ｂ 囚儂款（ＧＨｚ） ＦＩＧ、　９Ａ ＦｆＧ、　９８ ｎ浪牧　（ＧＨｚ） ＦＩＧ、　ｆＯＡ ＦＩＧ、　ｌ０Ｂ ｎ−、Ｌ我　（ＧＨｚ） ＦＩＧ、ＩｊＡ ＦＩＧ、ｉｊＢ Ｓｌｌ／Ｍ ＦＩＧ、１２ ２６．５　２９．２　３＋、９　３４．６　３７．３　４０．ＯＩ＠　；１Ｉｉ Ｌ　（ＧＨｚ） ぽ 一０．０００５　ｄＢ　−２８７，０２ｍ’Ｒａ　’１ｏ２６．５００００００ ０８　ＧＨｚ終７４０．００００００００８　ＧＨｚ国際調査報告 ＱａｍａＩｌｄａＩｐイ・ｎＬＩＩｋａＰｌｖ＃’ＰＣＴ／ＵＳ１１８１０３７ ７２

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．マイクロ波、ミリメータ波周波数で動作する回路の評価を行うためのベクト ル・ネットワーク・アナライザのような測定機器を校正する方法で、（ａ）単独 の、又は一定の割合の長さを有する１組のオフセットと組み合わされた、任意の 既知の標準終端を含む、測定条件に関するデータを取得し、蓄積する段階と、 （ｂ）単独の、又は前記段階（ａ）に説明した一定の割合の長さを有する１組の オフセットと組み合わされたオフセットと同一の長さを有する既知の標準終端と は異なる、未知の標準終端を含む、測定条件に関するデータを取得し、蓄積する 段階と、 （ｃ）取得された生データの質についての性能係数を決定する段階と、 （ｄ）前記段階（ａ）及び（ｂ）において用いられたオフセットの値を決定する 段階と、 （ｅ）複数の予定された誤差項又は係数を決定する段階と、 （ｆ）未知の標準器の反射係数を決定する段階と、（ｇ）前記段階（ｄ）及び（ ｆ）で決定された劣化の計算値を該劣化の計算値と比較することによって、該劣 化の前記終端への影響を決定する段階とから成る、測定機器校正方法。
2. ２．前記既知の標準が、短絡回路か、解放回路か、又は既知ではあるが任意の応 答特性を有する終端かから成る、請求項１記載の方法。
3. ３．前記既知の標準が、負荷か、短絡回路か、解放回路か、又は前記標準と異な る未知で任意の応答特性を有する終端かから成る、請求項１記載の方法。
4. ４．前記オフセットが２対１の長さ比を有する、請求項１記載の方法。
5. ５．前記段階（ｃ）の性能係数が、劣化因子Ｋｃｏｒから成る、請求項１記載の 方法。
6. ６．前記誤差係数が、反射トラッキング誤差係数ＥＲと、方向性ＥＤと、信号源 整合ＥＳと、負荷整合ＥＬとを含む、請求項１記載の方法。
7. ７．前記誤差係数が、隔離ＥＸと、伝送トラッキングＥＴとを含む、請求項６記 載の方法。
8. ８．前記段階（ｃ）の性能係数が、 ＣＳ０と、ＣＳ１と、ＣＳ２と、ＣＬ０と、ＣＬ１と、ＣＬ２とが、それぞれ、 短絡と、オフセット短絡と、２重オフセット短絡と、負荷と、オフセット負荷と 、２重オフセット負荷とに対する反射係数の測定されたデータ値から成る、 ＫＬ＝（ＣＬ２−ＣＬ１／ＣＬ１−ＣＬ０）ＫＬＳ２０＝（ＣＬ２−ＣＳ２／Ｃ Ｌ０−ＣＳ０）ＫＳ＝（ＣＳ２−ＣＳ１／ＣＳ１−ＣＳ０）である次式、 Ｋｃｏｒ＝ＫＬ−（ＫＬＳ２０／ＫＳ）で表現される劣化因子Ｋｃｏｒから成る 、請求項１記載の方法。
9. ９．前記段階（ｄ）が、 オフセットＺを、 Ｃ＝ＫＬＳ１０（１＋（１／ＫＳ））（１＋（ＫＳ／ＫＬＳ２０））−２ＫＬＳ １０＝（ＣＬ１−ＣＬ１／ＣＬ０−ＣＳ０）である、 Ｚ２−Ｃ２＋１＝０ で表現される平方根から決定することから成る、請求項８記載の方法。
10. １０．前記平方根が、 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表現される請求項９記載の方法。
11. １１．前記段階（ｅ）の誤差係数の１つが、ＥＳ＝（ｚ（１−ｚＫＳ）／（ｚ− ＫＳ））の表式によって決定される信号源整合Ｅｓから成る、請求項１０記載の 方法。
12. １２．前記段階（ｅ）の誤差係数の１つが、Ｅｎ＝（（１＋ＥＳ）（ｚ＋ＥＳ） （ＣＳ１−ＣＳ０）／ｚ−１）の表式によって決定される反射トラッキング誤差 係数から成る、請求項１１記載の方法。
13. １３．前記段階（ｅ）の誤差係数の１つが、Ｅｎ＝ＣＳ０−（ＥＤ／１＋ＥＳ） の表式によって決定される方向性ＥＤから成る、請求項１２記載の方法。
14. １４．前記段階（ｆ）が、 ΓＬ＝（（ＣＬ０−ＥＤ）／（ＣＬ０−ＥＤ）ＥＳ＋ＥＳ）の表式によって反射 係数ΓＬを決定する、請求項１３記載の方法。
15. １５．前記段階（ｇ）の劣化の影響ＣＬ０の決定を、▲数式、化学式、表等があ ります▼ の表式で、 前記段階（ｆ）に説明されるΓＬの概算を得るために該方程式の左右両頂を用い 、該２つの概算の等価性を検証することによって決定する、請求項１４記載の方 法。
16. １６．前記段階（ｇ）の劣化の影響の決定を、−ｚ−１＝（ＣＳ１−ＥＤ／（Ｃ Ｓ１−ＥＤ）ＥＳ＋ＥＲ）の表式で、等価性を検証することによって決定する請 求項８記載の方法。
17. １７．前記段階（ｇ）の劣化の影響の決定を、−Ｚ−２＝（ＣＳ２−ＥＤ／（Ｃ Ｓ２−ＥＤ）ＥＳ＋ＥＲ）の表式で、等価性を検証することによって決定する請 求項１６記載の方法。
18. １８．前記段階（ｇ）の劣化の影響の決定を、−１＝（ＣＳ０−ＥＤ／（ＣＳ０ −ＥＤ）ＥＳ−ＥＲ）の表式で、等価性を検証することによって決定する請求項 １６記載の方法。