DE19755659A1 - Anordnung zum Kalibrieren eines Netzwerkanalysators zur industriellen Serienmessung von n-Tor-Netzwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei der industriellen Serienmessung von Netzwerken mit mehreren n Toren, beispielsweise von Mobilfunk-Basisstation und dergleichen Hochfrequenzmodulen werden im Prüffeld vektorielle Netzwerkanalysatoren benutzt, deren m Meßtore (m = 1, 2, 3 . . . m) dazu über eine Meßschaltmatrix mit den n Toren des zu vermessenden Netzwerks verbunden werden. Auf diese Weise kann mit einem beispielsweise nur zwei Meßtore (m = 2) aufweisenden Netzwerkanalysator und einer Meßschaltmatrix, die zwei Netzwerkanalysator- Anschlußtore und n Meßtore (n = 1, 2, 3 . . . n) aufweist, im Prüffeld ein solches n Tore aufweisendes Netzwerk vermessen werden. Dazu ist es nur erforderlich, die Meßschaltmatrix entsprechend einem durch das jeweils zu vermessende Netzwerk vorgegebenen Meßprogramm so zu steuern, daß nacheinander immer m der n-Tore des Netzwerks mit den m Meßtoren des Netzwerkanalysators verbunden sind.

Netzwerkanalysatoren müssen vor der eigentlichen Objektmessung kalibriert werden. Dazu gibt es schon die verschiedenartigsten Vorschläge (siehe beispielsweise Schiek, "Grundlagen der Systemfehlerkorrektur von Netzwerkanalysatoren", Juli 1995). Die Anwendung dieser bekannten Kalibrierverfahren bei einer oben beschriebenen Meßschaltung zur industriellen Serienmessung von n-Tor-Netzwerken ist relativ aufwendig und vor allem zeitraubend, da an die n Meßtore der Meßschaltmatrix je nach dem verwendeten Kalibrierverfahren jeweils nacheinander mehrere Kalibrierstandards angeschaltet werden müssen. Dieser Kalibriervorgang kann mehrere Stunden dauern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kalibrieranordnung aufzuzeigen, mit der die Kalibrierung eines in solchen Meßschaltungen zur industriellen Serienmessung benutzten Netzwerkanalysators vereinfacht und vor allem schneller durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird es durch die zusätzliche Kalibrierschaltmatrix möglich, die eigentliche Kalibrierung an nur m Kalibrierstandard-Anschlußtoren durchzuführen und die Kalibrierebene anschließend dann auf die Ebene der größeren Anzahl von n Meßtoren zu verschieben, der Kalibriervorgang wird also wesentlich einfacher und kann dadurch auch wesentlich schneller durchgeführt werden. Für die Kalibrierung ist nur noch ein Bruchteil der Zeit erforderlich, die bisher zur Kalibrierung eines Netzwerkanalysators in solchen Meßschaltungen erforderlich war. Die Kalibrierung kann in einigen Minuten abgeschlossen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für das Vermessen eines Drei-Tor-Netzwerkes mittels eines Reflektometers mit einem Meßtor.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit einem zwei Meßtore aufweisenden Netzwerkanalysators zum Messen eines Drei-Tor-Netzwerkes.

Die Anordnung nach Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Prinzip zur automatischen Kalibrierung eines vektoriellen Netzwerkanalysators (NWA) mit m Meßtoren, und zwar zum Messen von Netzwerken mit n Toren (m = 1, 2, 3 . . . m; n = 1, 2, 3 . . . n). n soll größer gleich m sein. Die m Tore des NWA sind an eine (Meß-)Schaltmatrix angeschlossen, die diese auf eine Auswahl von m aus n Toren des Meßobjekts durchschaltet. Im allgemeinen Fall kann jedes der m NWA-Anschlußtore auf jedes der n Meßtore durchgeschaltet werden, woraus sich n!/(n-m)! Schaltmöglichkeiten ergeben. Wenn man voraussetzt, daß der m-Tor-Netzwerkanalysator in der Lage ist, die vollständige systemfehlerkorrigierte m-Tor-Streumatrix eines Meßobjekts zu bestimmen, sind aber nur k = n!/(n-m)!m! = (m aus n) Schaltmöglichkeiten erforderlich, um die vollständige n-Tor-Streumatrix des Netzwerks zu messen. Dabei müssen gemäß der Definition der Streuparameter die (n-m) nicht durchgeschalteten Meßtore jedes Schaltzustands über die Meßschaltmatrix mit dem Bezugswellenwiderstand abgeschlossen werden.

Zur Kalibrierung der n Meßtore der Meßschaltmatrix werden diese an n Tore einer Kalibrierschaltmatrix angeschlossen, die die von der Meßschaltmatrix aktivierten (m aus n) Tore wieder auf m Tore durchschaltet. Im einfachsten Fall sind Meß- und Kalibrierschaltmatrix gleichartig und werden in gleicher Weise angesteuert. Die n Tore der Kalibrierschaltmatrix sollen als Referenztore und die m Tore als Kalibrierstandard- Anschlußtore bezeichnet werden. An den Kalibrierstandard-Anschlußtoren der Kalibrierschaltmatrix kann man nun entweder eine manuelle Systemfehlerkalibrierung durchführen oder eine Vorrichtung zur automatischen m-Tor-Kalibrierung anbringen, beispielsweise nach DP 44 01 068.

Im letzteren Fall ist für jede Schaltmöglichkeit eine automatische Kalibrierung möglich, ohne daß manuelle Veränderungen an der Meßanordnung erforderlich sind. Diese Kalibrierungen sind zunächst auf die die Kalibrierstandard-Anschlußtore der Kalibrierschaltmatrix bzw. die Bezugstore der automatischen Kalibriervorrichtung bezogen. Setzt man jedoch die Zweitorparameter der Kalibrierschaltmatrix sowie gegebenenfalls der automatischen Kalibriervorrichtung als bekannt voraus, so läßt sich für jeden Schaltzustand das entsprechenden 2m-Tor-Transformationsnetzwerk mit Hilfe des bekannten De-Embedding-Verfahrens rechnerisch eliminieren und man erhält k Korrekturdatensätze, die auf die n-Tor-Meßebene bezogen sind. Obwohl das beschriebende Verfahren zusammen mit einer automatischen Kalibriervorrichtung besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann, ist es nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Der wesentliche neue Gedanke ist vielmehr die Abbildung einer beliebigen (m aus n) Auswahl von Meßtoren auf m Kalibrierstandard-Anschlußtore und die anschließende Verschiebung der Kalibrierebene auf die ursprüngliche Meßtor-Auswahl.

Fig. 2 zeigt das einfachste Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung unter Verwendung eines nur ein Meßtor aufweisenden Reflektormeters (m = 1), und zwar zum Vermessen eines Drei-Tor-Kopplers (n = 3). Für diese Meßaufgabe ist ein entsprechender 1 auf 3 HF-Multiplexer erforderlich, der von seinem Anschlußtor wahlweise auf drei getrennte Meßtore durchschaltbar ist. Die nicht durchgeschalteten Tore werden mit dem Bezugswellenwiderstand abgeschlossen. Dieser Multiplexer wird im folgenden Meßmultiplexer genannt. Um das oben beschriebene Verfahren anwenden zu können, benötigt man einen zweiten 1 auf 3-Multiplexer, der eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist und der im folgenden als Kalibriermultiplexer bezeichnet wird. Des weiteren soll ein automatisch schaltbarer Eintorstandard vorhanden sein. Dieser muß, damit man eine vollständige Eintorkalibrierung durchführen kann, mindestens drei bekannte und reproduzierbare Reflexionszustände annehmen können.

Für die Verschiebung der Kalibrierebene ist die Kenntnis der Zweitorparameter eines jeden durchgeschalteten Signalwegs des Kalibriermultiplexers erforderlich. Falls diese nicht vorliegen, kann man sie auch in bekannter Weise mit dem vorhandenen Reflektometer messen, wie dies z. B. in der DE-OS 196 06 986 beschrieben ist.

Dazu kalibriert man das Reflektometer an seinem Meßtor, die Korrekturwerte werden in Form von Transmissionsparametern als "äußere" Kalibrierung gespeichert. Dann wird das Kalibrierstandard-Anschlußtor des Kalibriermultiplexers an das Meßtor angeschlossen und in jeder Schaltstellung eine weitere Eintorkalibrierung am jeweils durchgeschalteten Referenztor durchgeführt. Die dabei erhaltenen Korrekturwerte speichert man ebenfalls in Form von T-Parametern als "innere" Kalibrierungen. Indem man nun die "inneren" T-Matrizen mit der Inversen der "äußeren" multipliziert, erhält man die Zweitorparameter der Signalwege im Multiplexer alleine.

Um nun das Reflektometer mit angeschlossenem Meßmultiplexer für die eigentliche Meßaufgabe zu kalibrieren, werden die drei Meßtore des Meßmultiplexers mit den drei Referenztoren des Kalibriermultiplexers verbunden, der automatische Eintorstandard wird an das NWA-Anschlußtor des Kalibriermultiplexers angeschlossen. Die Signalwege von Meß- und Kalibriermultiplexer sind immer so durchgeschaltet, daß das Reflektometer mit dem automatischen Kalibrierstandard verbunden ist. Man führt nun in allen drei Schaltstellungen eine automatische Eintorkalibrierung bezüglich des Kalibrierstandard- Anschlußtors des Kalibriermultiplexers durch. Mit Hilfe des De-Embedding-Verfahrens kann der Kalibriermultiplexer aus den drei Korrekturdatensätzen eliminiert werden, wodurch sich die Kalibrierebenen an die Meßtore des Meßmultiplexers verschieben. Nun kann man anstelle des Kalibriermultiplexers den Dreitorkoppler anschließen und vermessen.

Im zweiten Beispiel nach Fig. 3 ist das Meßobjekt ebenfalls ein Dreitorkoppler, jedoch sollen jetzt auch die Transmissionsparameter gemessen werden. Dazu ist ein bidirektionaler Zweitor-Netzwerkanalysator mit vollständiger Zweitor- Systemfehlerkorrektur und eine 2 auf 3-HF-Schaltmatrix vorhanden. Diese Schaltmatrix ist so aufgebaut, daß die beiden NWA-Anschlußtore auf zwei der drei Meßtore durchgeschaltet werden. Um eine vollständige Dreitor-Streumatrix bestimmen zu können, sind k = (2 aus 3) = 3 verschiedene Schaltzustände notwendig. Weiterhin stehen noch eine identisch zur Meßmatrix aufgebaute Kalibrierschaltmatrix mit hoher Wiederholgenauigkeit sowie eine automatische Zweitor-Kalibriervorrichtung zur Verfügung.

Zur Kalibrierung werden diese Komponenten gemäß Fig. 3 zusammengeschaltet. Für die Verschiebung der Kalibrierebene muß man das (2m = 4)-Tor-Transformationsnetzwerk zwischen den Bezugstoren der automatischen Kalibrierung und den Meßtoren der Meßschaltmatrix kennen. Ohne Berücksichtigung von Übersprechern läßt sich dieses Viertor für jeden Schaltzustand der Kalibrierschaltmatrix durch ein Paar von Zweitoren ersetzen. Gegebenenfalls können auch in diesem Fall die Zweitore mit Hilfe eines bekannten Meßverfahrens bestimmt werden.

Zwischen den Bezugstoren der automatischen Kalibrierung stellt man eine Durchverbindung her und führt in allen drei Schaltzuständen eine Transferkalibrierung durch. Schließlich werden die bekannten Signalweg-Zweitore rechnerisch aus den Korrekturdaten eliminiert und man hat einen bezüglich der Meßtore der Meßschaltmatrix kalibrierten Dreitor-Netzwerkanalysator.

Claims (5)

1. Anordnung zum Kalibrieren eines Netzwerkanalysators mit m Meßtoren, der in einer Meßschaltung zur industriellen Serienmessung von n-Tor-Netzwerken benutzt wird und dessen m Meßtore dazu über eine Meßschaltmatrix mit m Netzwerkanalysator- Anschlußtoren und n Meßtoren (n ≧ m) mit dem Netzwerk verbindbar sind, wobei die Meßschaltmatrix entsprechend einem durch das zu vermessende Netzwerk vorgegebenen Meßprogramm so gesteuert ist, daß nacheinander immer m der n Tore des Netzwerks mit den m Meßtoren des Netzwerkanalysators verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Kalibrieren anstelle eines Netzwerks eine Kalibrierschaltmatrix mit n Referenztoren und m Kalibrierstandard-Anschlußtoren verwendet wird, deren n Referenztore an die n Meßtore der Meßschaltmatrix angeschlossen sind, wobei diese Kalibrierschaltmatrix die gleichen Schaltmöglichkeiten aufweist und nach dem gleichen Schaltprogramm schaltbar ist wie die Meßschaltmatrix und die charakteristischen Daten (S- bzw. T-Parameter) der verschiedenen möglichen Schaltwege zwischen den n Referenztoren und den m Kalibrierstandard-Anschlußtoren dieser Kalibrierschaltmatrix bekannt sind,
und daß an den m Kalibrierstandard-Anschlußtoren dieser Kalibrierschaltmatrix nacheinander in an sich bekannter Weise Kalibrierstandards angeschlossen werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierung mittels der Kalibrierstandards nach einem an sich bekannten automatischen Kalibrierverfahren erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die charakterischen Daten der Schaltwege der Kalibrierschaltmatrix durch ein bekanntes Netzwerksimulationsprogramm berechnet oder nach einem bekannten Meßverfahren gemessen werden.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierschaltmatrix so aufgebaut ist, daß sie eine hohe Wiederholgenauigkeit in den einzelnen Schaltzuständen aufweist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzwerkanalysator nur zwei Meßtore (m = 2) und die Meßschaltmatrix n (n = 2 oder mehr) Meßtore aufweist und die Kalibrierschaltmatrix entsprechend n Referenztore und nur zwei Kalibrierstandard-Anschlußtore aufweist.