JPH0862316A - 回路網測定装置の校正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多数の測定ポートを有する回路網測定装置のス
ルー校正において、校正用標準器等の接続回数及び測定
回数を低減する。 【構成】スルー校正の目的は、２つの測定ポート間の順
逆両方向の伝送係数の誤差補正である。測定ポートがｎ
個の場合は、ｎ個の測定ポートから２つを選ぶ全ての組
合せに対して伝送係数の誤差補正が必要である。本発明
の校正方法は、校正のための測定を全ての組合せではな
くｎ通りの組合せで行い、全ての組合せの校正値を論理
演算処理による演算によって求める方法である。ｎ通り
の組合せとその測定は、下記の条件を満たせば如何なる
組合せでもよい。（Ａ）三角形状の組合せがあること
（図１の例：１と３、３と４、４と１の組合せ）。
（Ｂ）他の全ての組合せが前項の三角形状の組合せに連
結していること。（Ｃ）三角形状の組合せのうちの１つ
は１方向のみの伝送係数の測定でよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は一般に回路網測定装置に関
し、特に多数の測定ポートを有する回路網測定装置の測
定ポート間の伝送係数の誤差を補正するために行うスル
ー校正の方法に関する。

【０００２】

【従来技術と問題点】図６に多数の測定ポートを有する
回路網測定装置として８ポートの例を示す。この構成
は、一般にＳパラメータテストシステムあるいはネット
ワークアナライザシステムと呼ばれるものである。該シ
ステムは、図示するように上部のネットワークアナライ
ザ１１と下部のテストセット１２から構成されている
が、両者を一体にした装置もある。ここでは一般的な分
離型のＳパラメータテストシステムを例にして述べる。
テストセット１２は、ネットワークアナライザ１１内の
ソースからの測定信号を被測定回路へ導き、Ｓパラメー
タを測定するのに必要な伝送及び反射信号を分離してネ
ットワークアナライザ内のレシーバへ送る。ネットワー
クアナライザとテストセット間の測定信号の授受は、４
本の同軸ケーブル１３を介して行われる。また図示して
いないが、一般には電源や制御信号をやりとりするため
にネットワークアナライザとテストセットの背面でも適
当なケーブルで互いに接続されている。また、図示して
いないが、回路網測定装置をコンピュータで制御する場
合もある。

【０００３】テストセット１２には、測定ポート（以
下、測定ポートをポートと記す）となるコネクタ１４が
ポート数だけ設けてある。コネクタに付している数字は
ポートの番号である。回路網の測定において、被測定回
路をこれらのコネクタ１４に直結して測定するときは、
このコネクタが測定の基準面、即ちポートになる。しか
し被測定回路網をコネクタ１４に直結することは希で
り、一般にはコネクタ１４に同軸ケーブル１５を接続
し、同軸ケーブル１５の先端のコネクタ１６に被測定回
路網を接続して測定を行う。このときは、該ケーブル１
５の先端のコネクタ１６がポート（測定の基準面）とな
る。なお、図６では一部の同軸ケーブルのみを図示し、
また図示した同軸ケーブルのテストセット側のコネクタ
の図を省略している。

【０００４】この回路網測定装置を校正する方法では、
フル２ポート校正方法が実用的に最も優れた方法として
知られている。フル２ポート校正は、（イ）１ポート校
正、（ロ）アイソレーション校正、（ハ）スルー校正、
（ニ）ロードマッチ校正からなる。１ポート校正は、３
つの既知インピーダンスを標準器として用意し、１つの
ポートにこれらの標準器を順次接続して各々の状態で、
該ポートを校正する。他のポートについても同様の校正
を行う。通常３つの既知インピーダンスは、開放（ＯＰ
ＥＮ）、短絡（ＳＨＯＲＴ）、基準抵抗（ＬＯＡＤ）が
用いられている。アイソレーション校正は、各ポート間
の漏れ信号による誤差を補正するための校正である。ス
ルー校正は、各ポート間の伝送係数の誤差を補正するた
めの校正である。ロードマッチ校正は、ポートが伝送信
号を受信するときの不整合に起因して生じる誤差を補正
するための校正である。これら４つの校正における測定
値を演算処理して誤差を補正するのである。フル２ポー
ト校正法の詳細については次の文献を参照のこと。"Acc
uracy Enhancement Fundamentals - Characterizing Mi
crowave Systematic Errors ", HP 8753C Network Anal
yzer Operating Manual, Reference section, Appendix
to Chapter 5.スルー校正は、上記のようにフル２ポー
ト校正の一部に含まれるが、単独の校正としても実施さ
れる。

【０００５】スルー校正の方法は、あらかじめ伝送係数
が既知のスルー標準器をポート間に接続して伝送係数を
測定し、スルー標準器の値と測定値の差から誤差を補正
するのである。スルー標準器は、一般には損失の無視で
きる同軸ケーブルあるいは同軸コネクタである。しか
し、ポートが同軸ケーブルの先端のＡＰＣ７コネクタの
ように、コネクタ同士を直結できる場合はスルー標準器
は不要である。上記校正方法において、フル２ポート校
正のスルー校正と単独のスルー校正との違いは、誤差を
補正する補正式のみである。以下の説明においては、単
独のスルー校正の場合の補正式について示し、従来技術
の校正の方法の問題点を述べる。

【０００６】高周波における回路網の特性表示には、Ｓ
パラメータが使用される。図４に２ポートの回路網を示
す。図のポート１から回路網への入射波をａ1、反射波
をｂ1、ポート２から回路網への入射波をａ2、反射波を
ｂ2とすると、これらの関係はＳパラメータを用いて、
次式のように表される。

【０００７】

【数１】

【０００８】ポート１からポート２への信号の伝送係数
はＳ21であり、次式で表される。

【０００９】

【数２】

【００１０】図４の回路網の伝送係数Ｓ21を測定する場
合の誤差モデルを、シグナルフロー図により図５に示
す。回路網の伝送係数の真値をＳ21a、測定系の誤差を
Ｅtとすると、測定値Ｓ21mは、

【００１１】

【数３】

【００１２】となる。スルー校正は、伝送係数が既知の
値Ｓ21asであるスルー標準器をポート間に接続して、Ｓ
21を測定する。この測定値をＳ21msと表せば、測定系の
誤差Ｅtは、次式から求められる。

【００１３】

【数４】

【００１４】このように、あらかじめスルー校正によっ
てＥtが求められていれば、任意の測定に対して、測定
系の誤差を補正した値Ｓ21aが得られる。すなわち補正
式は次の（１）式になる。

【００１５】

【数５】

【００１６】Ｓ21とは伝送方向が逆向きのＳ12について
スルー校正を行う場合には、Ｓ21測定でポート１がネッ
トワークアナライザ１１のソース側に、ポート２がレシ
ーバ側に接続されていたのを、Ｓ12測定ではポート２を
ソース側に、ポート１をレシーバ側に接続変更する。こ
の変更は、ネットワークアナライザの論理演算制御によ
りテストセット１２内で行われる。なおスルー標準器の
接続を変更する必要はない。ここで、ポート数がｎ個の
回路網測定装置において全ての伝送方向についてスルー
校正を行う場合を考える。スルー標準器の接続は、ｎ個
から２個を選ぶ組合せの数、_nＣ₂＝ｎ（ｎ−１）／２回
必要である。また測定は順方向と逆方向について行うか
ら、ｎ（ｎ−１）通りになる。従って従来技術の問題点
は、ｎが大きくなると２乗に比例して標準器の接続回数
と測定時間が増加し、校正作業の負担も大きくなること
である。

【００１７】

【発明の目的】本発明の目的は、多数のポートを有する
回路網測定装置のスルー校正において、校正用標準器等
の接続回数、及び測定回数を低減する方法について提案
するものである。

【００１８】

【発明の概要】本発明は、ｎ個のポートを有する回路網
測定装置において、ｎ通りのポート間の接続で得られる
測定値から、全ての組み合わせに対するスルー校正を論
理演算制御による演算で得る方法である。

【００１９】

【発明の実施例】ｎ個のポートに１からｎまでの番号を
付ける。ポートｉとポートｊをスルー標準器で接続した
場合に測定できる伝送係数は、Ｓji及びＳijである。こ
こで、Ｓjiはソース側の伝送係数Ｓiとレシーバ側の伝
送係数Ｒjの積であるから、

【００２０】

【数６】

【００２１】と表せる。同様に

【００２２】

【数７】

【００２３】である。次に、このＳi及びＲiがｎ通りの
接続による測定によって比の形に分離できることを帰納
的に示す。まず、ｎ＝３の場合を考える。ポート１とポ
ート２の間をスルー標準器で接続（以下、これをスルー
接続と記す）し、次の伝送係数を測定する。

【００２４】

【数８】

【００２５】同様に、ポート１とポート３間のスルー接
続から

【００２６】

【数９】

【００２７】を、ポート２とポート３間のスルー接続か
ら

【００２８】

【数１０】

【００２９】の伝送係数を測定する。ここで、Ｓ23＝Ｓ
3・Ｒ2は測定しない。上記の５つの式から、次式に示す
比を得る。

【００３０】

【数１１】

【００３１】また、

【００３２】

【数１２】

【００３３】であるから、測定しなかったＳ23は、

【００３４】

【数１３】

【００３５】と計算で求めることができる。ここまでの
結果を、次表にまとめて示す。この表の中段は（２）式
の比を並べたものであり、下段は（３）式の比に（４）
式を掛けたものを並べている。

【００３６】

【表１】

【００３７】表の中段のみ、下段のみの値は意味をもた
ないが、中段と下段との積は任意のポート間の伝送係数
を表している。以上でｎ＝３のとき３接続、５測定から
全ての組み合わせの伝送係数を求めることができること
が示された。次に、ｎポートの場合を同様に考える。ソ
ース側の係数の比 Ｓ1：Ｓ2：Ｓ3：・・・・：Ｓn、レ
シーバ側の比Ｒ1：Ｒ2：Ｒ3：・・・・：Ｒｎ、及びあ
る伝送係数Ｓhg＝Ｓg・Ｒh（１≦ｇ≦ｎ、１≦ｈ≦ｎ、
ｇ≠ｈ）が既知であれば、任意のボート間の伝送係数Ｓ
jiは次式の計算で求めることができる。ｎ＝３のとき、
計算で求めることができることは先に述べた。

【００３８】

【数１４】

【００３９】この状態に１ポートを追加した（ｎ＋１）
ポートの場合について考える。ポート（ｎ＋１）とポー
トｍ（１≦ｍ≦ｎ）の間をスルー接続して、

【００４０】

【数１５】

【００４１】を測定する。任意のＳgに対するＳn+1の比
は、

【００４２】

【数１６】

【００４３】として求められる。上式の右辺の分子は追
加した測定値であり、分母はｎポートの場合に既知の値
である。同様に、任意のＲhに対するＲn+1の比は、

【００４４】

【数１７】

【００４５】から計算で求められる。よって、ソース側
の伝送係数の比Ｓ1：Ｓ2：Ｓ3：・・・：Ｓn：Ｓn+1、
レシーバ側の伝送係数の比Ｒ1：Ｒ2：Ｒ3：・・・：Ｒ
n：Ｒn+1及びある伝送係数Ｓhg＝Ｓg・Ｒh（１≦ｇ≦ｎ
＋１、１≦ｈ≦ｎ＋１、ｇ≠ｈ）が求められた。従って
ｎポートの場合と同様に、任意のポート間の伝送係数Ｓ
jiは、

【００４６】

【数１８】

【００４７】と計算で求めることができる。従って、ｎ
ポートから（ｎ＋１）ポートにポート数が増えても、１
接続追加して２個の測定値を得れば、全ての組み合わせ
について伝送係数を計算で求めることができる。以上を
まとめると、次の条件を満すスルー接続で測定を行え
ば、全ての組み合わせについて伝送係数の校正値を計算
で求めることができる。 （Ａ）三角形状の組合せがあること。（任意の３つのポ
ート、例えばポート１、２、３間で１と２、２と３、３
と１のような組合せがあること。） （Ｂ）前項以外の全ての組合せは、前項の三角形状の組
合せに直接または間接に連結し、孤立したポートや組合
せがないこと。（例えば、前項の例で、ポート６と５の
組合せが、ポート５と４の組合せ及びポート４と３の組
合せを介して、三角形状の組合せのポート３に連結して
いればよい。） （Ｃ）三角形状の組合せのうちの１つの組合せでは、１
方向のみの伝送係数の測定でよい。 この条件で、組合せ数はポート数ｎになる。

【００４８】本発明による上記のポートの組合せの条件
に従ったスルー接続の実施例を図１に示す。図は８ポー
トの例で、円形がポートを、その中の数字がポート番号
を示している。また、図のポート間を結ぶ線がスルー接
続を示し、矢印がその向きの伝送係数を測定することを
示している。図１では、ポート１と３、３と４、４と１
の組合せが三角形状を形成している。また、他の組合
せ、例えばポート７と８の組合せは、７と５の組合せ、
５と６の組合せ、６と４の組合せを介し三角形状の組合
せのポート４に連結している。三角形状を成す組合せの
１つである、ポート１と４の組合せでは１方向ののみの
測定を行う。図示するように、接続数８、測定回数は１
５である。従来の技術では、全ての組み合わせの接続を
行うので、その接続数は２８、測定回数は５６である。

【００４９】次に図１の８通りのスルー接続と測定を実
施する方法を述べる。まず図示した接続の１つを行い、
その状態で伝送係数を測定し、次の接続に変更して再び
測定する。これを８回順番に行う。以上は容易に考えら
れる素朴な方法である。次に効率的な方法を図２に示
す。これは８個の接続を３回の接続グループに分けて行
う方法である。まず４個のスルー標準器を用意する。１
回目の接続では、ポートの１と２、３と４、５と６及び
７と８を一度にスルー接続し、測定は回路網測定装置内
の演算処理装置の制御により自動的にポートの組合せと
測定方向を順次切り替えて行う。２回目の接続グループ
では、ポートの１と３、４と６及び５と７をスルー接続
し、１回目と同様に自動的に測定する。３回目はポート
の１と４のスルー接続で１方向のみの測定を行う。この
方法は、接続と測定の総数は変わらないが、接続するポ
ートの組合わせがグループ毎に単純であり、接続手続き
が３回ですむので作業の負担やミスが小さい。次に、本
発明によるポートの組合せの条件に従ったスルー接続の
第２の実施例を図３に示す。これは、ポート１と他の全
てのポート間との接続を順次繰り返すことと、三角形状
を形成するためにポート７と８間の接続を加える方法で
ある。これも合計８接続、１５測定である。以上に本発
明の実施例を示したが、ポート間の接続と測定は、前記
（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の条件を満たせば如何なる組
み合わせでもよく、例示の組み合わせに限定するもので
はない。また、接続及び測定する順序を限定するもので
はない。さらに、回路網測定装置の配置、その他に限定
するものでなく、必要に応じて本発明の要旨を失うこと
なく構成の変形も許容される。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、多数のポートを備えた
回路網測定装置のスルー校正に必要な接続回数、及び校
正のための測定時間が大幅に低減される。ｎポートの場
合、ｎ（ｎ−１）／２の接続数がｎで済み、ｎ（ｎ−
１）の測定回数が２ｎ−１回に低減される。実例を示す
と、８ポートの場合、３０％以下に低減される。さら
に、本発明を用いて求めた補正係数は、各ポートのソー
ス側、レシーバ側に分離した形にまとめることができ
る。このため、全ての組み合わせについての補正係数を
演算制御装置のメモリに保存する場合に比べ、必要なメ
モリも大幅に低減される。このように、従来の方法に比
べて実用に供して有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の接続をグループに分け
て行う例を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図４】２ポート回路を示す図である。

【図５】伝送係数の誤差モデルを示す図である。

【図６】多数の測定ポートを有する回路網測定装置の例
を示す図である。

【符号の説明】

１：ポート番号 ２：ポート番号 ３：ポート番号 ４：ポート番号 ５：ポート番号 ６：ポート番号 ７：ポート番号 ８：ポート番号 １１：ネットワークアナライザ １２：テストセット １３：同軸ケーブル １４：同軸コネクタ １５：同軸ケーブル １６：同軸コネクタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３個以上の測定ポートを有する回路網測定
   装置の２つの測定ポート間の伝送係数の誤差を補正する
   スルー校正において、測定ポートから２つを選ぶ組合せ
   の数を測定ポート数とし、該組合せ間のみの伝送係数を
   測定し、測定ポートの全ての組合せ間の伝送係数の誤差
   補正を論理演算制御の演算で得ることを特徴とする校正
   方法。
2. 【請求項２】前記２つの測定ポート間の伝送係数測定を
   行う組合せにおいて、全ての測定ポートが少なくとも１
   つの組合せの構成要素となり、１つの組合せを構成する
   ２つの測定ポートの少なくとも１つの測定ポートが該組
   合せの相手以外の少なくとも１つの測定ポートとも組合
   せを構成するようにして全ての組合せを連結し、かつ該
   連結内に１つの三角形状の連結を構成するようにして、
   組合せ総数を測定ポート数にし、各組合せにおいて伝送
   係数を測定し、測定ポートの全ての組合せ間の伝送係数
   の誤差補正を論理演算制御の演算で得ることを特徴とす
   る校正方法。
3. 【請求項３】前記２つの測定ポート間の伝送係数測定を
   行う組合せにおいて、前記三角形状の連結を構成する組
   合せの内の１つの組合せでは１方向のみの伝送係数を測
   定し、他の組合せでは双方向の伝達係数を測定すること
   を特徴とする請求項２記載の校正方法。