DE102006013458A1

DE102006013458A1 - Leistungskalibrierung für Mehrtor-Vektornetzanalysatoren (VNA)

Info

Publication number: DE102006013458A1
Application number: DE102006013458A
Authority: DE
Inventors: Robert Edward Loveland Shoulders; David Vernon Loveland Blackham; Kenneth H. Loveland Wong
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2006-11-23
Also published as: GB0607384D0; GB2426067A; JP2006317448A; US7061254B1

Abstract

Leistungskalibrierungsverfahren für einen Mehrtor-Vektornetzanalysator VNA (10), das folgende Schritte umfasst:
Durchführen (22) einer Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen einem ersten Tor des VNA (10) und einem zweiten Tor des VNA (10);
Durchführen (24) einer Leistungskalibrierung nur an dem ersten Tor des VNA (10); und
Bestimmen (26) einer Leistung, die durch ein erstes Tor eines Testobjekts DUT (12) geliefert wird, das mit dem ersten Tor des VNA (10) gekoppelt ist, basierend auf der Zweitor-S-Parameterkalibrierung, die zwischen einem ersten Tor des VNA (10) und einem zweiten Tor des VNA (10) durchgeführt wird, wobei die Leistungskalibrierung nur an dem ersten Tor des VNA (10) durchgeführt wird, einem Reflexionskoeffizienten des ersten Tor des DUT (12) und einer Erfassung einer gekoppelten Version eines Signals, das durch das erste Tor des VNA (10) empfangen wird.

Description

Bei einigen Messanwendungen verlassen sich Mehrtor-Vektornetzanalysatoren (VNAs) auf Leistungskalibrierung an mehreren Toren des Mehrtor-VNA.

Das Kalibrieren von Leistung an mehreren Toren unter Verwendung von herkömmlichen Kalibrierungstechniken umfasst das Koppeln eines Leistungssensors mit jedem der Tore und Durchführen einer entsprechenden Leistungsmessung an jedem der Tore. Dieser Leistungskalibrierungstyp umfasst das mehrmalige Verbinden und Trennen des Leistungssensors, was zeitaufwendig sein kann, die Wiederholgenauigkeit reduzieren kann, und das Risiko von betreiberinduzierten Fehlern erhöhen kann. Wenn die mehreren Tore unterschiedliche Geschlechter oder unterschiedliche Verbindertypen haben, oder falls die mehreren Tore wesentlich unterschiedliche Leistungspegel erfordern, kann außerdem mehr als ein Leistungssensortyp notwendig sein, um diese Unterschiede unterzubringen. Das Reduzieren der Anzahl von Leistungsmessungen in der Leistungskalibrierung eines Mehrtor-VNA kann den Bedarf an unterschiedlichen Typen von Leistungssensoren eliminieren, und kann die Messwiederholgenauigkeit erhöhen, Messfehler verringern, das Risiko von betreiberinduzierten Fehlern verringern und die Zeit verringern, die benötigt wird, um die Leistungskalibrierung durchzuführen. Folglich gibt es eine Motivation zum Reduzieren der Anzahl von Leistungsmessungen, die für eine Leistungskalibrierung eines Mehrtor-VNA benötigt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Mehrtor-VNA, der für Leistungskalibrierung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
2 ein Flussdiagramm eines Leistungskalibrierungsverfahrens gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
3A bis 3B Signalflussdiagramme im Zusammenhang mit S-Para meterkalibrierung für zwei der Tore des Mehrtor-VNA.
4A ein Beispiel einer Konfiguration, die für Leistungskalibrierung eines Tors des Mehrtor-VNA geeignet ist.
4B ein Signalflussdiagramm, das der Konfiguration von 4A zugeordnet ist.
5 ein Signalflussdiagramm, das Leistungsbestimmungen zugeordnet ist, die in dem Leistungskalibrierungsverfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
1 zeigt einen Mehrtor-Vektornetzanalysator VNA 10, der für Leistungskalibrierung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Der Mehrtor-VNA 10 hat zwei oder mehr Tore. Bei einem typischen Mehrtor-VNA 10 hat jedes Tor eine Stimulusfähigkeit zum Liefern von Signalen an dem Tor, und eine Antwortfähigkeit zum Erfassen gekoppelter Versionen von Signalen, die an dem Tor geliefert und empfangen werden. Der Mehrtor-VNA 10 von 1 ist mit vier Toren 1-4 gezeigt. Ein Testobjekt (DUT) 12 ist mit drei Toren P1, P2, P3 gezeigt, die zwischen drei der vier Tore 1-4 des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt sind. Das DUT 12 kann jedes) passive oder aktive Vorrichtung, Element oder System sein, das ein oder mehrere Tore aufweist, die für eine Charakterisierung durch den Mehrtor-VNA 10 geeignet ist.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Leistungskalibrierungsverfahrens 20 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Leistungskalibrierungsverfahren 20 ermöglicht es, das Leistung an jedem der Tore des VNA 10 oder des DUT 12 bestimmt wird, mit einer begrenzten Anzahl von Verbindungen einer Leistungsmessvorrichtung zu den Toren des Mehrtor-VNA 10. Bei einem Beispiel kann Leistung, die durch das DUT 12 an eine Last an einem Tor des DUT 12 geliefert wird, wie z. B. einem Tor P1 (gekoppelt mit dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10), wenn das DUT 12 an einem anderen Tor getrieben wird, wie z. B. dem Tor P2 (gekoppelt mit dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10) bestimmt werden basierend auf einer Leistungskalibrierung von Tor 1, die eine Leistungsmessung nur an Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 umfasst, und eine Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen Tor 1 und Tor 2 des Mehrtor-VNA 10. Bei einem weiteren Beispiel kann Leistung, die an dem Tor P2 des DUT 12 auftrifft, wobei der Mehrtor-VNA 10 das Tor 2 des DUT 12 treibt, bestimmt werden basierend auf der Leistungskalibrierung des Tors 1 und der Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen Tor 1 und Tor 2.
Schritt 22 des in 2 gezeigten Leistungskalibrierungsverfahrens 20 umfasst das Durchführen einer Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen ein oder mehreren Paaren der Tore 1-4 des Mehrtor-VNA 10. Obwohl die Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen jeder Anzahl von Toren des Mehrtor-VNA 10 vorgesehen sein kann, ist zu Darstellungszwecken ein Beispiel vorgesehen, bei dem die Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen Toren des Mehrtor-VNA 10 durchgeführt wird, die als Tor 1 und Tor 2 bezeichnet sind.
Die Zweitor-S-Parameterkalibrierung von Schritt 22 legt 12 Fehlerkorrekturterme fest, die dem Tor 1 und Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 und einem DUT 12 zugeordnet sind, das zwischen Tor 1 und Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt ist. Die Fehlerkorrekturterme sind typischerweise frequenzabhängige Terme mit Größen und Phasenkomponenten, und können unter Verwendung jeder geeigneten Zweitor-S-Parameterkalibrierungstechnik erhalten werden. Ein Beispiel einer Zweitor-S-Parameterkalibrierungstechnik ist beschrieben in Network Analyzer Basics 1997 Back to Basics Seminar, von Ballo, David, Hewlett-Packard Company, HP Literature Nr. 5.965-7.008E, Seiten 1-68, Januar 1997, obwohl auf dem Gebiet der Netzanalysatoren bekannt sind viele andere Zweitor-S-Parameterkalibrierungstechniken. Die Zweitor-S-Parameterkalibrierung kann auch ein Teilsatz einer Mehrtor-S-Parameterkalibrierung für drei oder mehr Tore des Mehrtor-VNA 10 sein.
Die Fehlerkorrekturterme und Signale, die der Zweitor-S-Parameterkalibrierung zugeordnet sind, sind mit Signalflussdiagrammen dargestellt, eine graphische Technik, die ebenfalls auf dem Gebiet der Vektornetzanalysatoren bekannt ist. 3A zeigt ein Signalflussdiagramm 30F eines Vorwärtsfehlerkorrekturmodells für den Mehrtor-VNR 10 und das DUT 12, das sechs Vorwärtsfehlerkorrekturterme und zugeordnete Signale a₀, b₀, b₃ umfasst, die typischerweise frequenzabhängig sind und Größen- und Phasenkomponenten haben. Die sechs Vorwärtsfehlerkorrekturterme sind in Tabelle 1 aufgelistet.
Tabelle 1

e₀₀: = Vorwärtsrichtwirkung
e₁₁: = Vorwärts-Tor-1-Anpassung
(e₁₀e₁₁): = Vorwärtsreflexionsverfolgung
(e₁₀e₃₂): = Vorwärtsübertragungsverfolgung
e₂₂: = Vorwärts-Tor-2-Anpassung
e₃₀: = Vorwärtsleckverlust

3B zeigt ein Signalflussdiagramm 30R eines Rückwärtsfehlerkorrekturmodells für den VNA und das DUT, das sechs Rückwärtsfehlerkorrekturterme und zugeordnete Signale b'₀, a'₁, b'₁, b'₂, a'₂, b'₃, a'₃ umfasst, die typischerweise frequenzabhängig sind und Größen- und Phasenkomponenten aufweisen. Die sechs Rückwärtsfehlerkorrekturterme sind in Tabelle 2 aufgelistet.
Tabelle 2

e'₃₃: = Rückwärtsrichtwirkung
e'₁₁: = Rückwärts-Tor-1-Anpassung
(e'₂₃e'₃₂): = Rückwärtsreflexionsverfolgung
(e'₂₃e'₀₁): = Rückwärtsübertragungsverfolgung
e'₂₂: = Rückwärts-Tor-2-Anpassung
e'₀₃: = Rückwärtsleckverlust

Schritt 24 des Leistungskalibrierungsverfahrens 20 (in 2 gezeigt) umfasst das Durchführen einer Leistungskalibrierung von einem der Tore in dem Paar von Toren des Mehrtor-VNA 10, die in der Zweitor-S-Parameterkalibrierung enthalten sind, die bei Schritt 22 durchgeführt wird. Wenn beispielsweise eine S-Parameterkalibrierung zwischen Tor 2 und Tor 3 des Mehrtor-VNA 10 bei Schritt 22 durchgeführt wird, kann Leistungskalibrierung bei Tor 2 oder Tor 3 des Mehrtor-VNA 10 durchgeführt werden. Für Darstellungszwecke wird Leistungskalibrierung für das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 durchgeführt, bei dem Beispiel, bei dem die Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen Tor 1 und Tor 2 durchgeführt wird.
4A zeigt ein Beispiel einer Konfiguration, die für Leistungskalibrierung des Tors 1 in Schritt 24 geeignet ist, wobei ein Leistungsmessgerät 14 mit dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt ist, um Signale zu messen, die durch das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 geliefert werden. Obwohl die Leistungskalibrierung unter Verwendung jeder geeigneten Technik durchgeführt werden kann, umfasst die Leistungskalibrierung typischerweise das Einstellen der Leistung eines Kalibrierungssignals, das durch das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 geliefert wird, auf eine Leistung, die innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, wie z. B. des Messbereichs des Leistungsmessgeräts 14. Die Leistungskalibrierung umfasst dann das Erfassen einer gekoppelten Version des Kalibrierungssignals a₀ in dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10, und das Messen einer Leistung P_inc des Kalibrierungssignals, das durch das Tor 1 geliefert wird, wobei das Leistungsmessgerät 14 mit dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt ist. Ein Signalflussdiagramm 40 (in 4B gezeigt) zeigt Fehlerkorrekturterme und Signale, die der Leistungskalibrierung des Tors 1 des Mehrtor-VNA 10 zugeordnet sind, die bei Schritt 24 durchgeführt wird. Masons Gewinnregel, die auf dem Gebiet der Vektornetzanalysatoren bekannt ist und beispielsweise beschrieben ist in Feedback Theory-Further Properties of Signal Flow Graphs, S. J. Mason Proc. IRE, Bd. 44, Nr. 7, S. 920-926, Juli 1956, kann an das Signalflussdiagramm 40 angelegt werden, um eine Beziehung für die Leistung zu liefern, die durch das Leistungsmessgerät 14 gemessen wird, die in Gleichung (1) angezeigt ist. Pinc = (|a0|2·|e10|2)/|1 – Γ(PM)·e11|2 (1)
Der Term Γ_(PM), der in der Gleichung 1 und in dem Signalflussdiagramm 40 vorliegt, stellt die Eingangsanpassung des Leistungsmessgeräts 14 dar. Der Fehlerkorrekturterm e₁₀ stellt den Quellenverfolgungsfehler für Tor 1 dar, und der Fehlerterm e₁₁ stellt die Vorwärtsanpassung für das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 dar. Die Eingangsanpassung des Leistungsmessgeräts Γ_(PM) wird typischerweise unter Verwendung des Mehrtor-VNA 10 gemessen, oder als Ergebnis einer Kalibrierung des Leistungsmessgeräts 14 geliefert. Die Vorwärts-Tor-1-Anpassung e₁₁ (in Tabelle 1 gezeigt) wird festgelegt als ein Ergebnis der bei Schritt 22 durchgeführten 2-Tor-S-Parameterkalibrierung. Das Lösen der Gleichung (1) für die Größe des Fehlerverfolgungsfehlers |e₁₀| für das Tor 1 ergibt die Gleichung (2). |e10| = (Pinc)½·|1 – Γ(PM)·e11|/|a0| (2)
Von der bei Schritt 22 durchgeführten Zweitor-S-Parameterkalibrierung und der bei Schritt 24 durchgeführten Leistungskalibrierung kann die Leistung an verschiedenen Toren des VNA 10 und des DUT 12 bestimmt werden. Beispielsweise wird bei Schritt 26 des Leistungskalibrierungsverfahrens 20 die Leistung, die durch das DUT 12 an ein Tor geliefert wird, wie z. B. das Tor P1, bestimmt. Bei einem Beispiel ergibt sich die Leistung, die bei Schritt 26 bestimmt wurde, von dem DUT 12, das an einem anderen Tor getrieben wird, wie z. B. dem Tor P2, wobei das DUT 12 mit dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt ist. Bei einem weiteren Beispiel liefert das DUT 12 Leistung an das Tor P1, das unabhängig von den anderen Toren P2-P4 des Mehrtor-VNA 10 ist.
Bei dem Beispiel, bei dem die Zweitor-S-Parameterkalibrierung (Schritt 22) zwischen Tor 1 und Tor 2 durchgeführt wird, wobei die Leistungskalibrierung (Schritt 24) bei Tor 1 durchgeführt wird, und wobei ein Tor P1 und ein Tor P2 des DUT 12 zwischen dem Tor 1 bzw. dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt sind, umfasst der Schritt 26 das Erfassen einer gekoppelten Version eines Signals b₀ in dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10, wobei das Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 das Tor P2 des DUT 12 treibt und das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 das Signal von dem Tor P1 des DUT 12 empfängt.
5 zeigt ein Signalflussdiagramm 50, das den Leistungen zugeordnet ist, die gemäß den Schritten 26 bis 29 des Leistungskalibrierungsverfahrens 20 bestimmt werden. Masons Gewinnregel kann an das Signalflussdiagramm 40 angelegt werden, um eine Beziehung (Gleichung 3) für eine gekoppelte Version des Signals b₀ zu liefern, das in Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 erfasst wird. Das Signal b₀ wird in Form von S-Parametern S₁₁, S₁₂, S₂₁, S₂₂ des DUT 12, einer gekoppelten Version a₃ des Signals, das durch das Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 geliefert wird, und Fehlerkorrekturtermen, die als Ergebnis der bei Schritt 22 durchgeführten Zweitor-S-Parameterkalibrierung festgelegt werden, ausgedrückt. Die gekoppelte Version des Signals a₃, die durch das Tor 2 geliefert wird, kann in dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 erfasst werden. b0 = (e'01 e'23S12/Δ·e'03)a3 (3)
Bei Gleichung 3 ist der Term Δ = (1 – e'₁₁ Γ'₁)(1 – S₂₂e'₂₂) und der Term Γ'₁ = S₁₁S₂₁e'₂₂S₁₂/(1 – S₂₂e'₂₂). Der Term Γ'₁, der den Reflexionskoeffizienten des DUT 12 an dem Tor P1 darstellt, kann auch gemessen werden mit dem Tor P1 des DUT 12 gekoppelt mit dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10, ohne sich auf eine Messung der S-Parameter des DUT 12 verlassen.
Die Leistung P_Z0, die das DUT 12 an eine angepasste Last Z₀ an dem Tor P1 des DUT 12 liefert, wird gemäß Gleichung (4) festgelegt. Obwohl die typischerweise nicht perfekte Last des Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 mit dem Tor P1 des DUT 12 gekoppelt ist, um die Leistung bei Schritt 26 zu bestimmen, stellt die Leistung P_Z0, die das DUT 12 an eine angepasste Last Z₀ an dem Tor P1 liefert, die Leistung dar, die das DUT 12 an eine angepasste Last Z₀ liefern würde, wäre die angepasste Last Z₀ mit dem Tor P1 des DUT 12 gekoppelt. PZ0 = |(1 – e'11Γ'1)|2|(b0/a3) – e'03|2|a3|2/|e'01| (4)
Die Fehlerkorrekturterme e'₁₁ und e'₀₃ in Gleichung (4) werden als Folge der bei Schritt 22 durchgeführten Zweitor-S-Parameterkalibrierung festgelegt. Die Signale a₃, b₀ und b₀/a₃ können in den entsprechenden Toren des Mehrtor-VNA 10 als gekoppelte Versionen von Signalen erfasst werden, die an den Toren 1, 2 des Mehrtor-VNA 10 geliefert und empfangen werden. Der vorher definierte Reflexionsterm Γ'₁ wird typischerweise von der Rückwärts-Tor-2-Anpassung und den S-Parametern des DUT 12 bestimmt, die durch den Mehrtor-VNA 10 gemessen werden und unter Verwendung der Fehlerkorrekturterme korrigiert werden, die durch eine oder mehr Zweitor-S-Parameterkalibrierungen geliefert werden, wie sie beispielsweise bei Schritt 22 durchgeführt werden. Der Term |e'₀₁| in Gleichung (4), der die Größe des Empfängerverfolgungsfehlers für Tor 1 darstellt, kann von einer Gleichung (5) bestimmt werden, die beschrieben ist in Formulations of the Basic Vector Network Analyzer Error Model Including Switch Terms, von Roger B. Marks, 50^th ARFTG Conference Digest, Dezember 1997, Seiten 115-126. (e10e32)(e'23e'01) = [(e'23e'32) + e'33(e22 – e'22)][(e10e01) + e00(e'11 – e11)] (5)
Das Neugruppieren der Terme in Gleichung (5) liefert eine Gleichung (6) für den Empfängerverfolgungsfehler e'₀₁ für das Tor 1. (e'01) = {[(e10e01) + e00(e'11 – e11)]/e10·{[(e'23e'32) + e'33(e22 – e'22)]/(e32)(e'23)} (6)
Die Terme e₁₀, e₀₁, e₀₀, e'₁₁, e₁₁ und e₁₀ in Gleichung (6) sind Fehlerkorrekturterme, die dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 zugeordnet sind, während die Terme e'₂₃, e'₃₂, e'₃₃, e₂₂, e'₂₂, e₃₂ und e'₂₃ Fehlerkorrekturterme sind, die dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 zugeordnet sind. Der Empfängerverfolgungsfehler e'₀₁ für das Tor 1 hängt nur von dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 ab. Folglich kann der Term {[(e'₂₃e'₃₂) + e'₃₃(e₂₂ – e'₂₂)]/(e₃₂)(e'₂₃)} in Gleichung (6) gleich eins gesetzt werden, Wie dieser Bestimmung in Gleichung (6) kann die Größe des Empfängerverfolgungsfehlers |e'₀₁| für das Tor 1 gemäß der Gleichung (7) festgelegt werden. |e'01| = |[(e10e01 + e00(e'11 – e11)]/|e10| (7)
Die Vorwärtsreflexionsverfolgung e₁₀e₀₁ die Vorwärtsrichtwirkung e₀₀, die Rückwärtslastanpassung e'₁₁ und die Vorwärtsquellenanpassung e₁₁ werden als Folge des bei Schritt 22 durchgeführten Zweitor-S-Parameterkalibrierung festgelegt. Die Größe des Fehlerverfolgungsfehlers für das Tor 1 |e10| wird durch die Gleichung (2) festgelegt. Folglich sind die Terme in der Gleichung (7) verfügbar zum Liefern der Größe des Empfängerverfolgungsfehlers für das Tor 1, |e'₀₁|. Sobald die Größe des Empfängerverfolgungsfehlers für das Tor 1, |e'₀₁| bestimmt ist, sind die Terme in Gleichung (4) verfügbar, um die Leistung P_Z0 zu bestimmen, die durch das DUT 12 an die Last Z₀ an dem Tor P1 geliefert wird.
Bei Messanwendungen, bei denen der Rückwärtsleckverlustfehler e'₀₃ in Gleichung (4) vernachlässigbar ist, kann die Leistung P_Z0, die das DUT 12 an die Last Z₀ liefert, bei Schritt 26 bestimmt werden, ohne die gekoppelte Version a₃ des Signals zu erfassen, das durch das Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 geliefert wird. Der Rückwärtsleckverlustfehler e'₀₃ in Gleichung (4) ist vernachlässigbar, beispielsweise wenn das DUT 12 ein Mischer ist mit Toren, die zwischen dem Tor 1 und dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt sind, und das Signal an dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 bei einer anderen Frequenz ist als das Signals an dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10. Wenn das DUT 12 eine Signalquelle ist, die frequenzmäßig verriegelt ist, oder anderweitig auf das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 bezogen ist, kann der Rückwärtsleckverlustfehler e'₀₃ ebenfalls vernachlässigbar sein.
Die Größe des Empfängerverfolgungsfehlers für Tor 1, |e'₀₁|, bestimmt bei Schritt 26, kann verwendet werden, um andere Leistungen an ihren Toren des DUT 12 zu bestimmen. Bei Schritt 28, der optional in dem Leistungskalibrierungsverfahren 20 enthalten ist, kann die Leistung |a₂|², die an dem Tor P2 des DUT 12 einfällt, bestimmt werden mit dem Tor P2 gekoppelt mit und getrieben durch das Tor 2 des Mehrtor-VNA 10. Eine Beziehung für die Leistung |a₂|² wird in Gleichung (8) geliefert. |a2|2 = (|a3|·|e'23|2)/|1 – Γ2·e'22|2 (8)
In Gleichung (8) ist die Größe des Quellenverfolgungsfehlers für das Tor 2 |e'₂₃| = |e'₂₃e'₀₁|/|e'₀₁|. Der Term a₃, der in dem Signalflussdiagramm 50 gezeigt ist, kann in dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 als eine gekoppelte Version des Signals erfasst werden, das durch das Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 geliefert wird. Dieses erfasste Signal liefert den Term |a₃| in Gleichung (8). Die Größe des Quellenverfolgungsfehlers für das Tor 2, |e'₂₃|, kann bestimmt werden von der Rückwärtsübertragungsverfolgung e'₂₃e'₀₁, die als ein Ergebnis der bei Schritt 22 durchgeführten Zweitor-S-Parameterkalibrierung geliefert wird, und die Größe des Empfängerverfolgungsfehlers für das Tor 1, |e'₀₁|, der bei Schritt 26 bestimmt wird. Der Term Γ₂ in Gleichung (8) stellt den Reflexionskoeffizienten des Tors P2 des DUT 12 dar, wobei das Tor P2 des DUT 12 mit dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt ist. Der Reflexionskoeffizient Γ₂ für das Tor P2 kann über eine Eintor-S-Parameterkalibrierung des Tors 2 des Mehrtor-VNA 10 korrigiert werden, wobei die Eintor-S-Parameterkalibrierung typischerweise von der bei Schritt 22 durchgeführten Zweitor-S-Parameterkalibrierung abgeleitet wird. Alle der Terme in der Gleichung (8) sind von den Schritten 22 bis 26 des Leistungskalibrierungsverfahrens 20 verfügbar, um die einfallende Leistung |a₂|² an dem Tor P2 des DUT 12 festzulegen. Das Tor P2 kann das einzige Tor des DUT 12 sein, wenn das DUT 12 beispielsweise eine Eintorvorrichtung ist, oder das Tor P2 kann ein Tor eines DUT 12 sein, das mehrere Tore hat.
Die Leistung P_Z02, die durch das DUT 12 an eine angepasste Last Z₀ geliefert wird, die mit dem Tor P2 des DUT 12 gekoppelt ist, kann ebenfalls gemäß Schritt 29 bestimmt werden, der optional in dem Leistungskalibrierungsverfahren 20 enthalten ist. Die Leistung P_Z ₀₂ ist durch die Gleichung (9) angezeigt. PZ 02 = |(1 – e22Γ2)|2|(b3/a0) – e30|2|a0|2/|e32|2 (9)
In der Gleichung (9) sind Γ'₂ = S₂₂ + S₁₂e₁₁S₂₁/(1 – S₁₁e₁₁) und |e₃₂| = |e₃₂e₁₀|/|e₁₀|. Der Vorwärtsübertragungsverfolgungsfehler e₃₂·e₁₀, der in dem Term |e₃₂| enthalten ist, wird festgelegt als ein Ergebnis der bei Schritt 22 geführ ten Zweitor-S-Parameterkalibrierung, und die Größe des Quellenverfolgungsfehlers für das Tor 1, |e₁₀| wird als ein Ergebnis der bei Schritt 24 durchgeführten Leistungskalibrierung festgelegt. Bei einem Beispiel ergibt sich die Leistung P_Z02 die bei Schritt 29 bestimmt wird, von dem DUT 12, das an einem anderen Tor getrieben wird, wie z. B. dem Tor P1, mit dem Tor P1 des DUT 12 gekoppelt mit dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10. Bei einem anderen Beispiel liefert das DUT 12 ein Signal an dem Tor P2, das unabhängig ist von den anderen Toren des Mehrtor-VNA 10.
Bei dem Beispiel, bei dem die Zweitor-S-Parameterkalibrierung (Schritt 22) zwischen Tor 1 und Tor 2 durchgeführt wird, wobei die Leistungskalibrierung (Schritt 24) bei Tor P1 durchgeführt wird, und wobei ein Tor P1 und das Tor P2 der DUT 12 zwischen dem Tor 1 und dem Tor 2 der Mehrtor-VNA 10 gekoppelt sind, umfasst Schritt 29 das Erfassen einer gekoppelten Version a₀ eines Signals, das durch das Tor 1 der Mehrtor-VNA 10 geliefert wird, in dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10, um das Tor P1 des DUT 12 zu treiben. Bei diesem Beispiel umfasst Schritt 29 auf das Erfassen einer gekoppelten Version b₃ eines Signals, das durch das Tor P2 des DUT 12 empfangen wird, in dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10.
Bei Messanwendungen, bei denen der Vorwärtsleckverlustfehler e₃ in Gleichung (9) vernachlässigbar ist, kann die Leistung P_Z0 _2, die das DUT 12 an die Last Z₀ liefert, bei Schritt 29 bestimmt werden, ohne die gekoppelte Version a₀ des Signals zu erfassen, das durch das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 geliefert wird. Der Vorwärtsleckverlustfehler e₃₀ in Gleichung (9) ist vernachlässigbar, beispielsweise wenn das DUT 12 ein Mischer ist mit Toren, die zwischen dem Tor 1 und dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt sind, und das Signal an dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 bei einer anderen Frequenz ist als das Signal an dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10. Wenn das DUT 12 eine Signalquelle ist, die frequenzmäßig verriegelt ist, oder anderweitig auf das Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 bezogen ist, kann der Vorwärtsleckverlustfehler e₃₀ vernachlässigbar sein.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel des Leistungskalibrierungsverfahrens 20 umfasst die bei Schritt 24 durchgeführte Leistungskalibrierung das Anlegen eines Kalibrierungssignals mit einer gemessenen, bekannten oder anderweitig festgelegten Leistung P_CAL an das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10. Bei einem Beispiel wird das Kalibrierungssignal durch eine Signalquelle mit einer angepassten Ausgangsimpedanz geliefert, wobei die Signalquelle frequenzmäßig verriegelt oder anderweitig auf das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 bezogen ist. Bei einem weiteren Beispiel wird das Kalibrierungssignal durch das Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 an das Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 geliefert, wobei eine angepasste Ausgangsimpedanz durch ein Dämpfungsglied an dem Tor 2 erreicht wird, und wobei die Leistung des Kalibrierungssignals durch ein Leistungsmessgerät 14 gemessen wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Leistungskalibrierung bei Schritt 24 dann das Messen einer gekoppelten Version b₀, des Kalibrierungssignals, das an das Tor 1 geliefert wird, in dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10. Die Größe des Empfängerverfolgungsfehlers für das Tor 1, |e'₀₁| kann dann gemäß der Gleichung (10) festgelegt werden. |e'01| = |b0|/(Pinc)½ (10)
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel des Leistungskalibrierungsverfahrens 20 kann die Leistung P_Z0, die DUT 12 an eine angepasste Last Z₀ an dem Tor P1 liefert, bestimmt bei Schritt 26, auf der Basis der Gleichung (4) festgelegt werden, und die Leistung |a₂|², die an dem Tor P2 des DUT 12 einfällt, kann auf der Basis der Gleichung (8) bestimmt werden. Die Leistung P_Z02, die durch das DUT 12 an eine angepasste Last Z₀ geliefert wird, die mit dem Tor P2 des DUT 12 gekoppelt ist, kann gemäß der Gleichung (9) bestimmt werden, wobei die Gleichung (7) verwendet werden kann, um die Größe des Quellenverfolgungsfehlers für das Tor 1, |e₁₀| festzulegen, der in dem Term |e₃₂| in Gleichung (9) vorliegt. Die Leistung P_P1, die auf dem Tor P1 des DUT 12 einfällt, kann gemäß der Gleichung (11) festgelegt werden. PP1 = (|a0|2·|e10|2)/|1 – ΓP1·e11| (11)
In der Gleichung (11) stellt der Term T_P1 den Eingangsreflexionskoeffizienten des Tors P1 des DUT 12 dar. Die Größe des Quellenverfolgungsfehlers für das Tor 1, |e₁₀|,der ebenfalls in Gleichung (11) vorliegt, kann unter Verwendung der Gleichung (7) festgelegt werden.
Bei den Ausführungsbeispielen des Leistungskalibrierungsverfahrens 20 ist ein Beispiel vorgesehen, bei dem die bei Schritt 22 durchgeführte Zweitor-S-Parameterkalibrierung bestimmt ist, um zwischen dem Tor 1 und dem Tor 2 des Mehrtor-VNA 10 zu liegen, und die Leistungskalibrierung, die bei Schritt 24 durchgeführt wird, ist bestimmt, um an dem Tor 1 des Mehrtor-VNA 10 zu sein. Diese Bestimmungen sind Beispiele zu Darstellungszwecken. Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung stellen Tor 1 und Tor 2 jedes Paar von Toren des Mehrtor-VNA 10 dar, und die Leistungskalibrierung an dem Tor 1 stellt eine Leistungskalibrierung an jedem der Tore in dem Paar von Toren des Mehrtor-VNA 10 dar, zwischen denen die S-Parameterkalibrierung durchgeführt wurde. Das Tor P1 und das Tor P2 stellen jedes Paar von Toren des DUT 12 dar, die mit entsprechenden Toren des Mehrtor-VNA 10 gekoppelt sind, wobei das DUT 12 ein oder mehrere Tore aufweist.

Claims

Leistungskalibrierungsverfahren für einen Mehrtor-Vektornetzanalysator VNA (10), das folgende Schritte umfasst: Durchführen (22) einer Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen einem ersten Tor des VNA (10) und einem zweiten Tor des VNA (10); Durchführen (24) einer Leistungskalibrierung nur an dem ersten Tor des VNA (10); und Bestimmen (26) einer Leistung, die durch ein erstes Tor eines Testobjekts DUT (12) geliefert wird, das mit dem ersten Tor des VNA (10) gekoppelt ist, basierend auf der Zweitor-S-Parameterkalibrierung, die zwischen einem ersten Tor des VNA (10) und einem zweiten Tor des VNA (10) durchgeführt wird, wobei die Leistungskalibrierung nur an dem ersten Tor des VNA (10) durchgeführt wird, einem Reflexionskoeffizienten des ersten Tor des DUT (12) und einer Erfassung einer gekoppelten Version eines Signals, das durch das erste Tor des VNA (10) empfangen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Bestimmen der Leistung, die durch das erste Tor des DUT (12) geliefert wird, eine Erfassung einer gekoppelten Version eines Signals umfasst, das durch das zweite Tor des VNA (10) geliefert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Leistung, die durch das erste Tor des DUT (12) geliefert wird, eine angepasste Last ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Durchführen der Leistungskalibrierung an dem ersten Tor des VNA (10) das Einstellen der Leistung eines Kalibrierungssignals, das durch das erste Tor des VNA (10) geliefert wird, innerhalb eines bestimmten Leistungsbereichs, das Erfassen einer gekoppelten Version des Kalibrierungssignals in dem ersten Tor des VNA (10) und das Messen der Leistung des Kalibrierungssignals nur an dem ersten Tor des VNA (10) umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Durchführen der Leistungskalibrierung an dem ersten Tor des VNA (10) das Liefern eines Kalibrierungssignals mit einem festgelegten Leistungspegel an das erste Tor des VNA (10), und das Erfassen einer gekoppelten Version des Kalibrierungssignals in dem ersten Tor des VNA (10) umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das DUT (12) ein zweites Tor aufweist, das mit dem zweiten Tor des VNA (10) gekoppelt ist und durch ein Signal getrieben wird, das durch das zweite Tor des VNA (10) geliefert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner das Bestimmen einer Leistung umfasst, die an einem zweiten Tor des DUT (12) einfällt, wobei das zweite Tor des VNA (10) ein Signal liefert, um das zweite Tor des DUT (12) zu treiben, basierend auf dem Erfassen einer gekoppelten Version des Signals, das durch das zweite Tor des VNA (10) geliefert wird, einem Reflexionskoeffizienten des zweiten Tors des DUT (12) und einer Rückwärtsanpassung des zweiten Tors des VNA (10), die durch die Zweitor-S-Parameterkalibrierung festgelegt wird.
Leistungskalibrierungsverfahren für einen Mehrtor-Vektornetzanalysatar VNA (10), das folgende Schritte umfasst; Durchführen einer Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen einem ersten Tor des (VNA) (10) und dem zweiten Tor des VNA (10), um eine Reihe von Fehlerkorrekturtermen festzulegen; Durchführen einer Leistungskalibrierung an nur dem ersten Tor des VNA (10); Koppeln eines Testobjekts (DUT) (12) mit dem ersten Tor des VNA (10); und Bestimmen einer Leistung, die durch ein DUT (12) an einem Tor des DUT (12) geliefert wird, das mit dem ersten Tor des VNA (10) gekoppelt ist, basierend auf der Reihe von Fehlerkorrekturtermen, einer Größe eines Empfängerverfolgungsfehlers für das erste Tor des VNA (10), die von der Größe eines Quellenverfolgungsfehlers für das erste Tor des VNA (10) festgelegt wird, einem Reflexionskoeffizienten des Tors des DUT (12), das mit dem ersten Tor des VNA (10) gekoppelt ist, und einer Erfassung einer gekoppelten Version eines Signals, das durch das erste Tor des VNA (10) empfangen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner das Koppeln eines Tors des DUT (12), das nicht mit dem ersten Tor des VNA (10) gekoppelt ist, mit dem zweiten Tor des VNA (10) umfasst, wobei das zweite Tor des VNA (10) ein Signal liefert, um das Tor des DUT (12) zu treiben, das mit dem zweiten Tor des VNA (10) gekoppelt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner das Erfassen einer gekoppelten Version eines Signals umfasst, das durch das zweite Tor der VNR (10) geliefert wird, um das Tor des DUT (12) zu treiben, das mit dem zweiten Tor des VNA (10) gekoppelt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Leistung, die durch das DUT (12) an dem Tor des DUT (12) geliefert wird, das mit dem ersten Tor des VNA (10) gekoppelt ist, die Leistung zu einer angepassten Last ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das Durchführen der Leistungskalibrierung nur an dem ersten Tor des VNA (10) das Einstellen der Leistung eines Kalibrierungssignals, das durch das erste Tor des VNA (10) geliefert wird, innerhalb eines bestimmten Leistungsbereichs, das Erfassen einer gekoppelten Version des Kalibrierungssignals in dem ersten Tor des VNA (10) und das Messen der Leistung des Kalibrierungssignals an dem ersten Tor des VNA (10) umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem das Durchführen der Leistungskalibrierung an nur dem ersten Tor des VNA (10) das Liefern eines Kalibrierungssignals mit einem festgelegten Leistungspegel an das erste Tor des VNA (10), und das Erfassen einer gekoppelten Version des Kalibrierungssignals in dem ersten Tor des VNA (10) umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, das ferner das Bestimmen einer Leistung umfasst, die an einem Tor des DUT (12) einfällt, das mit dem zweiten Tor des VNA (10) gekoppelt ist, basierend auf dem Erfassen einer gekoppelten Version des Signals, das durch das zweite Tor des VNA (10) geliefert wird, einem Reflexionskoeffizienten des zweiten Tors des DUT (12), einer Größe eines Quellenverfolgungsfehlers für das zweite Tor des VNR (10), und einer Rückwärtsanpassung des zweiten Tors des VNA (10), die gemäß Reihen von Fehlerkorrekturtermen festgelegt wird.
Leistungskalibrierungsverfahren für einen Mehrtor-Netzanalysator VNA (10), das folgende Schritte umfasst: Durchführen einer Zweitor-S-Parameterkalibrierung zwischen einem ersten Tor des VNA (10) und dem zweiten Tor des VNA (10), um eine Reihe von Fehlerkorrekturtermen festzulegen; Durchführen einer Leistungskalibrierung, die eine Leistungsmessung an nur dem ersten Tor des VNA (10) umfasst; Koppeln eines Testobjekts (DUT) (12) mit dem zweiten Tor des VNA (10); und Bestimmen einer Leistung, die an einem Tor des DUT (12) einfällt, das mit dem zweiten Tor des VNA (10) gekoppelt ist, das ein Signal liefert, um das zweite Tor des DUT (12) zu treiben, basierend auf dem Erfassen einer gekoppelten Version des Signals, das durch das zweite Tor des VNA (10) geliefert wird, einem Reflexionskoeffizienten des Tors des DUT (12), das mit dem zweiten Tor des VNA (10) gekoppelt ist, und einer Rückwärtsanpassung des zweiten Tors des VNA (10), die gemäß den Reihen von Fehlerkorrekturtermen festgelegt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Durchführen der Leistungskalibrierung an nur dem ersten Tor des VNA (10) das Einstellen der Leistung eines Kalibrierungssignals, das durch das erste Tor des VNA (10) geliefert wird, innerhalb eines bestimmten Leistungsbereichs, das Erfassen einer gekoppelten Version des Kalibrierungssignals in dem ersten Tor des VNA (10), das Messen der Leistung des Kalibrierungssignals an dem ersten Tor des VNA (10) und das Bestimmen der Größe eines Quellenverfolgungsfehlers für das erste Tor des VNA (10) umfasst.