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Die Erfindung betrifft eine Anordnung
laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Bei der industriellen Serienmessung
von Netzwerken mit mehreren n Toren, beispielsweise von Mobilfunk-Basisstationen
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 nur zwei Meßtore (m = 2) aufweisenden
Netzwerkanalysator und einer Meßschaltmatrix,
die zwei Netzwerkanalysator-Anschlußtore und n = 10 oder 20 Meßtore 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.
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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.
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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.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von
einer Anordnung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen
kennzeichnende Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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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.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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1 zeigt
das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel für das Vermessen
eines Drei-Tor-Netzwerkes mittels eines Reflektometers mit einem
Meßtor.
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3 zeigt
eine Anordnung mit einem zwei Meßtore aufweisenden Netzwerkanalysators
zum Messen eines Drei-Tor-Netzwerkes.
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Die Anordnung nach 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.
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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
DE 44 01 068 A1 .
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im zweiten Beispiel nach 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.
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Zur Kalibrierung werden diese Komponenten gemäß 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.
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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.