JPH11326413A - ネットワ―ク・アナライザにおける測定誤差補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ベクトル・ネットワーク・アナライザの測定確
度を向上させることのできる方法を提供する。 【解決手段】本発明の一実施例によれば、等しい順方向
伝送係数Ｓ₂₁と逆方向伝送係数Ｓ₁₂とを有するフィルタ
などの可逆性デバイスに対する反射測定誤差を低減し、
ベクトル・ネットワーク・アナライザの測定確度を向上
させる誤差補正方法が提供される。伝送／反射（Ｔ／
Ｒ）テスト・セットの信号源ポートが較正され、既知の
電気長のインピーダンス整合スルーライン標準が、Ｔ／
Ｒテスト・セットの信号源ポートと負荷ポートとの間に
結合されている間に、反射測定が実施される。反射測定
は、Ｔ／Ｒテスト・セットの負荷ポートの反射測定値を
得るため、スルーライン標準の電気長に関して補正され
る。次に、ＤＵＴの伝送特性及び反射特性が測定され
る。ＤＵＴの可逆性及び負荷ポートの反射測定を利用し
て、ＤＵＴの実際の入力反射係数が導出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベクトル・ネット
ワーク・アナライザに関するものであり、とりわけ、ベ
クトル・ネットワーク・アナライザのテスト・セットに
おけるインピーダンス不整合によって生じる可逆性デバ
イスの反射測定の誤差を補正するための方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】高周波伝送／反射（Ｔ／Ｒ）テスト・セ
ットを組み込んだベクトル・ネットワーク・アナライザ
（ＶＮＡ）は、さまざまな被測定デバイス（ＤＵＴ）の
伝送及び反射特性を求めるために利用される。ＶＮＡの
測定確度は、Ｔ／Ｒテスト・セットの信号源ポートのイ
ンピーダンスと負荷ポートのインピーダンスとが所定の
特性インピーダンスに、より緊密に整合するにつれて、
一般に向上する。あいにく、Ｔ／Ｒテスト・セット内に
おいて使用される電子ハードウェアの制限によって、信
号源ポート及び負荷ポートにおけるインピーダンス不整
合が引き起こされ、これによって測定の不確実性が増
し、測定確度が劣化する。測定誤差の１つは、マルチポ
ートＤＵＴの反射測定中に生じる。例えば、２ポートＤ
ＵＴの出力ポートが、Ｔ／Ｒテスト・セットの負荷ポー
トに接続されている場合、測定された反射係数は、ＤＵ
Ｔの反射特性とＴ／Ｒテスト・ポートの負荷ポートのイ
ンピーダンスとの両方の関数である。負荷ポート・イン
ピーダンスと所定の特性インピーダンスとの不整合性が
増すにつれて、反射測定の誤差も増大する。この反射測
定誤差は、挿入損失が小さくＶＮＡの負荷ポートからの
反射を吸収しないケーブルまたはフィルタのようなＤＵ
Ｔにとって最も重要なことである。ＶＮＡにおける反射
測定誤差を低減するための第１の既知の方法は、順方向
及び逆方向の伝送及び反射測定の両方を含めた、ＤＵＴ
の２ポートの全特性化に依存する。この２ポート特性化
に基づいて、反射測定誤差に対して数学的補正を施すた
めにさまざまな既知のベクトル誤差補正技法を用いるこ
とができる。しかし、Ｔ／Ｒテスト・セットを利用する
場合に、既知のベクトル誤差補正技法を適用するために
は、ＤＵＴの接続ポートを信号源ポート及び負荷ポート
に対して物理的に逆にして、ＤＵＴの完全な２ポート特
性化が得られるようにしなければならない。接続ポート
を逆にするのは、時間の浪費であり、ＤＵＴの動作を乱
すことになる。反射測定誤差を低減するための第２の既
知の方法には、反射測定を実施する前に、ＤＵＴの出力
ポートに整合負荷を接続することが必要になる。整合負
荷の接続は、やはり時間を浪費し、ＤＵＴの動作を乱す
ことになる。測定時間を短縮しＤＵＴを乱す原因を減少
させようとして、インピーダンス不整合による反射測定
誤差を補正しなければ、ＶＮＡの反射測定の確度が犠牲
になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ベク
トル・ネットワーク・アナライザの測定確度を向上させ
ることのできる方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】ベクトル・ネットワーク
・アナライザによって試験される、フィルタ、スイッ
チ、ケーブル、結合器、減衰器、及び、その他の受動デ
バイスといった広範囲にわたるクラスのデバイスは可逆
性であって、等しい順方向伝送係数Ｓ₂₁と逆方向伝送係
数Ｓ₁₂とを備えている。本発明の望ましい実施態様によ
る誤差補正方法では、可逆性デバイスに関する反射測定
誤差を低減することによって、ベクトル・ネットワーク
・アナライザの測定確度を向上させる。伝送／反射（Ｔ
／Ｒ）テスト・セットの負荷ポートにおけるインピーダ
ンス不整合による誤差は、ＶＮＡの測定速度に影響を及
ぼすことなく、補正される。Ｔ／Ｒテスト・セットの信
号源ポートが較正され、既知の電気長のインピーダンス
整合スルーライン標準が、Ｔ／Ｒテスト・セットの信号
源ポートと負荷ポートとの間に結合されている間に、反
射測定が実施される。反射測定は、Ｔ／Ｒテスト・セッ
トの負荷ポートの反射測定値を得るため、スルーライン
標準の電気長に関して補正される。次に、ＤＵＴの伝送
特性及び反射特性が測定される。ＤＵＴの可逆性及び負
荷ポートの反射測定を利用して、ＤＵＴの実際の入力反
射係数が導出される。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１〜３には、本発明の望ましい
実施態様に従って構成された誤差補正方法に用いられる
伝送／反射（Ｔ／Ｒ）テスト・セットのフローグラフが
示されている。Ｔ／Ｒテスト・セットは、被測定デバイ
ス（ＤＵＴ）の特性を明らかにするため、ベクトル・ネ
ットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）に用いられる。Ｔ／
Ｒテスト・セットの信号源ポート１と負荷ポート２にお
けるインピーダンス不整合によって、ＤＵＴの測定に測
定の不確実性が導入される。この測定の不確実性は、補
正または補償されないと、ＶＮＡによって実施される測
定の確度を劣化させることになる。図１には、本発明の
望ましい実施態様に従って伝送・反射（Ｔ／Ｒ）テスト
・セットの信号源ポートに較正を施すために利用される
Ｔ／Ｒテスト・セットのフローグラフが示されている。
Ｔ／Ｒテスト・セットによれば、ＶＮＡは、ＤＵＴの順
方向の伝送係数Ｓ₂₁及び反射係数Ｓ₁₁の大きさ及び位相
測定を含むベクトル測定を実施することが可能になる。
ＶＮＡのＴ／Ｒテスト・セットにおいて、信号源ポート
１は、信号ａ₁を送信して、信号ｂ₁を受信し、負荷ポー
ト２は、信号ｂ₂を受信する。ＶＮＡの信号源ポート１
の較正は、信号源ポート１に接続されたオープン、ショ
ート、及び、整合負荷といった３つの較正標準のそれぞ
れを用いて反射測定を行うことによって実施される。実
際の信号源整合Γ_Sは、図１のフローグラフから求めら
れる関係に従って、較正標準の反射測定値から導出され
る： Γ_M＝ｂ₁／ａ₁＝Ｄ＋Ｔ_RΓ_A／（１−Γ_AΓ_S） ここで、Ｄは信号源ポート１の指向性であり、Ｔ_Rは信
号源ポート１の反射トラッキング、Γ_Aは用いられる特
定の較正標準の実際の反射係数、Γ_Mは、Ｄ、Ｔ_R、及
び、信号源整合Γ_Sの影響を含む、信号源ポート１の測
定された反射係数である。測定された反射係数Γ_Mの誤
差に対する３つの要因は、指向性Ｄ、反射トラッキング
Ｔ_R、及び、信号源整合Γ_Sである。これらの誤差要因
は、３つの較正標準の反射測定結果として特性が明らか
にされる。オープン、ショート、及び、整合負荷のよう
な３つの較正標準は、それぞれ、特定の較正標準に固有
の既知の反射係数Γ_Aを備えている。Γ_Mの式を用いる
と、反射測定は、各較正標準毎に実施される。これらの
測定結果に基づいて、３つの式が得られ、誤差要因の計
算に利用される。３つの誤差要因の影響は、Ｔ／Ｒテス
ト・セットを用いて後続の反射測定が行われるときのた
めに、補償される。

【０００６】図２には、本発明の望ましい実施態様に従
って構成された誤差補正方法に用いられるスルーライン
標準を含む、Ｔ／Ｒテスト・セットのフローグラフが示
されている。負荷ポート２のインピーダンス整合すなわ
ち負荷整合Γ_Lは、Ｔ／Ｒテスト・セットの信号源ポー
ト１と負荷ポート２との間にスルーライン標準を接続す
ることによって較正される。スルーライン標準の長さ
は、既知のところである。反射測定が実施され、反射測
定値Γ_LMがスルーライン標準の電気長Ｂｌについて補正
されて、図２のフローグラフから求められる関係に従っ
て負荷整合Γ_Lが得られる： Γ_L＝Γ_LM／ｅ^{−ｊ２Ｂｌ} 信号源ポート１及び負荷ポート２が、互いに直接結合し
ている場合、電気長Ｂｌはゼロであり、負荷整合Γ_Ｌは
直接測定される。信号源ポート１及び負荷ポート２が直
接結合していない場合、有限電気長Ｂｌのスルーライン
標準が用いられる。スルーライン標準は、ＤＵＴの整合
よりも少なくとも１０ｄＢはうまく整合するように選択
されているので、ＤＵＴの反射測定の確度に好ましくな
い影響を及ぼすことはない。反射測定の確度は、スルー
ライン標準が信号源ポート１に接続されている間に１ポ
ート較正をさらに実施することによって、さらに向上す
る。これによって、負荷整合の直接測定が可能になり、
同時に、スルーライン標準の不整合と遅延の両方が補償
される。

【０００７】図３には、ＤＵＴの測定された反射係数Ｓ
_11Mを評価するため、本発明の望ましい実施態様に従っ
て利用される、ＤＵＴを含むＴ／Ｒテスト・セットのフ
ローグラフが示されている。測定された伝送係数Ｓ_11M
は、ＤＵＴのＳパラメータＳ₁₁、Ｓ₂₂、Ｓ₂₁、及び、Ｓ
₁₂、並びに、負荷整合Γ_Lの関数である。測定された反
射係数Ｓ_11Mは、図３のフローグラフから下記のように
導き出される：

【０００８】

【数１】

【０００９】ＤＵＴは、可逆性デバイスのため、順方向
伝送係数Ｓ₂₁と逆方向伝送係数Ｓ₁₂は等しい。積Ｓ₂₂Γ
_Lが小さいと仮定すると、測定された反射Ｓ_11Mから導出
される反射係数Ｓ₁₁は、次のようになる： Ｓ₁₁＝Ｓ_11M−Ｓ₂₁ ²Γ_L 順方向伝送係数Ｓ₂₁は、さまざまな既知の測定技法を利
用して、あるいは、また、１９９６年７月１日に出願さ
れた米国特許第５，７４８，０００号に開示のＥｒｒｏ
ｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｔ
ｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ
Ｉｎ Ｖｅｃｔｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅ
ｒｓを利用して求めることが可能である。Ｔ／Ｒテスト
・セットは、ＤＵＴの完全な２ポート較正に依存しない
ので、項Ｓ₂₂Γ_Lは、残留誤差項のままであるが、項Ｓ
₂₁ ²Γ_Lは補正される。図４は、本発明の望ましい実施態
様に従って構成された可逆性デバイスの反射測定に関す
る誤差補正方法の流れ図１００である。ステップ１０１
において、信号源ポート１に接続された較正標準を利用
して、反射較正が実施される。ステップ１０３におい
て、スルーライン標準がＴ／Ｒテスト・セットの信号源
ポート１と負荷ポート２の間に接続されている間に、反
射測定が実施される。ステップ１０５において、スルー
ライン標準の電気長に関して反射測定値に補正を施すこ
とによって、負荷反射係数Γ_Lが得られる。ステップ１
０５において、信号源ポート１と負荷ポート２の間にＤ
ＵＴを接続して、順方向の反射特性及び伝送特性が明ら
かにされる。次に、反射係数Ｓ₁₁がステップ１０３及び
１０７の測定値から導出される。

【００１０】図５には、本発明の望ましい実施態様に従
って構成された誤差補正方法を利用した反射測定が示さ
れている。該誤差補正方法を利用して導出された反射係
数Ｓ₁₁が、負荷ポート２の代わりに、整合負荷を用いて
ＤＵＴを終端させる反射測定と比較して示されている。
ＤＵＴが負荷ポート２によって終端させられるが測定は
Ｔ／Ｒテスト・セットの負荷ポート２の負荷整合Γ_Lに
関して補正されない、反射測定も示されている。誤差補
正方法によって、測定速度を低下させることなく、Ｔ／
Ｒテスト・セットにおけるインピーダンス不整合の影響
が軽減され、ベクトル・ネットワーク・アナライザによ
って実施される伝送測定の確度が向上する。誤差補正方
法は、ＶＮＡ及びＴ／Ｒテスト・セット内部または外部
のソフトウェアによって実施することもできるし、ある
いは、ＶＮＡの内部ファームウェアによって実施するこ
とも可能である。以上、本発明の実施例について詳述し
たが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。

【００１１】[実施態様１]信号源ポートと負荷ポート
（２）とを有するベクトル・ネットワーク・アナライザ
における可逆性被測定デバイスの反射測定に補正を施す
ための方法（１００）であって、前記信号源ポートの反
射較正を実施するステップ（１０１）と、前記信号源ポ
ートと前記負荷ポートとの間に接続された、所定の電気
長を有する整合スルーライン標準を用いて、反射測定を
実施するステップ（１０３）と、前記スルーライン標準
の電気長に従って前記反射測定結果に補正を施し、前記
負荷ポートの反射係数を導出するステップ（１０５）
と、可逆性被測定デバイスが前記信号源ポートと前記負
荷ポートとの間に接続されているときに、伝送係数及び
反射係数を測定するステップ（１０７）と、前記信号源
ポートの反射較正に従って、測定された反射係数を補正
し、前記負荷ポートの反射係数を補正するステップ（１
０９）と、を備えて成る方法。

【００１２】[実施態様２]前記測定された反射係数を補
正するステップ（１０９）が、前記測定された伝送係数
の２乗と前記負荷の反射係数との積を減ずるステップを
含むことを特徴とする、実施態様１に記載の方法（１０
０）。

【００１３】[実施態様３]前記信号源ポートの反射較正
を施す前記ステップ（１０１）が、オープン較正標準を
用いて反射測定を実施するステップと、ショート較正標
準を用いて反射測定を実施するステップと、整合負荷較
正標準を用いて反射測定を実施するステップとを含むこ
とを特徴とする、実施態様１に記載の方法（１００）。

【００１４】[実施態様４]前記信号源ポートの反射較正
を施す前記ステップ（１０１）が、オープン較正標準を
用いて反射測定を実施するステップと、ショート較正標
準を用いて反射測定を実施するステップと、整合負荷較
正標準を用いて反射測定を実施するステップとを含むこ
とを特徴とする、実施態様２に記載の方法（１００）。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、ベクトル・ネットワーク・アナライザの測定
確度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の望ましい実施態様に従って構成され
た誤差補正方法に基づいて、Ｔ／Ｒテスト・セットの信
号源ポートを較正するために用いられるＴ／Ｒテスト・
セットのフローグラフを示す図である。

【図２】 本発明の望ましい実施態様に従って構成され
た誤差補正方法に用いられるスルーライン標準を含むＴ
／Ｒテスト・セットのフローグラフを示す図である。

【図３】 本発明の望ましい実施態様に従って構成され
た誤差補正方法に用いられる被測定デバイスを含むＴ／
Ｒテスト・セットのフローグラフを示す図である。

【図４】 本発明の望ましい実施態様に従って構成され
た誤差補正方法の流れ図である。

【図５】 本発明の望ましい実施態様に従って構成され
た誤差補正方法を利用した反射測定結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１：信号源ポート ２：負荷ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョエル・ピー・ダンスモア アメリカ合衆国カリフォルニア州セバスト ポル エリザ・アン・ウェイ3151

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】信号源ポートと負荷ポートとを有するベク
   トル・ネットワーク・アナライザにおける可逆性被測定
   デバイスの反射測定に補正を施すための方法であって、 前記信号源ポートの反射較正を実施するステップと、 前記信号源ポートと前記負荷ポートとの間に接続され
   た、所定の電気長を有する整合スルーライン標準を用い
   て、反射測定を実施するステップと、 前記スルーライン標準の電気長に従って前記反射測定結
   果に補正を施し、前記負荷ポートの反射係数を導出する
   ステップと、 可逆性被測定デバイスが前記信号源ポートと前記負荷ポ
   ートとの間に接続されているときに、伝送係数及び反射
   係数を測定するステップと、 前記信号源ポートの反射較正に従って、測定された反射
   係数を補正し、前記負荷ポートの反射係数を補正するス
   テップと、 を備えて成る方法。