JP2005331520A - フィクスチャの電気長を求める方法、フィクスチャの電気長を求めるプログラム、および、電子測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィクスチャの電気長を求める
【解決手段】
電子測定装置と被測定物との間に接続されるフィクスチャの電気長を求める方法であって、電子測定装置とフィクスチャとを接続し、ＤＵＴポートが開放または短絡されたフィクスチャの所定周波数範囲における位相特性を電子測定装置で測定し、周波数範囲内の第一の測定点における測定の結果から電気長を求め、測定結果の全てを電気長を用いて補正し、補正された測定結果が最大値を示す周波数と補正された測定結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する第二の測定点における測定結果から電気長を求めるか、または、第二の測定点における補正された測定結果から求められる残留電気長を電気長に加えることを特徴とする方法。
【選択図】図６

Description

本発明は、電子測定装置に接続されるフィクスチャの特性を求める技術に関する。

ネットワークアナライザで被測定物を測定する際に、補助的に用いられる装置の１つにフィクスチャ（治具）がある。フィクスチャは、例えば、ネットワークアナライザのポート形状と被測定物の端子形状が異なるなど、ネットワークアナライザに被測定物を直接接続できない時に用いられる。フィクスチャは少なからず電気的特性を有するので、ネットワークアナライザがフィクスチャを介して被測定物を測定する場合、その測定結果は被測定物の特性に加えてフィクスチャの特性を含んでいる。フィクスチャの特性は、測定結果の再現性など測定精度に大きな影響を及ぼす。そこで、測定結果からフィクスチャの特性を除去することが行われる。

ネットワークアナライザの各ポートに接続されるフィクスチャのそれぞれが、互いに独立しているとみなせる場合、１ポート校正法によりフィクスチャを特性化することができる（例えば、特許文献１を参照。）。しかし、被測定物が非同軸形の端子あるいはポートを有する時、１ポート校正法を使用できない場合がある。１ポート校正法はオープン標準器およびショート標準器およびロード標準器を必要とするが、これらの標準器のうちロード標準器は非同軸形で広帯域な特性を有するものの入手が難しいからである。そこで、１ポート校正法のようにフィクスチャを絶対的に特性化する代わりに、基準測定装置と実測定装置との相互関係を求めて、基準測定装置の測定結果に対する実測定装置の測定結果の再現性を向上させる試みもなされている（例えば、特許文献２を参照。）。

特開平１１−３８０５４号公報（第２〜３頁、図６および図７） 特開２００３−２４０８２７号公報 特開２００１−１３１８６号公報（第３頁、図７） 特開平８−１５３４８号公報 特開平８−２２６９４５号公報

従来技術によれば、非同軸系では、広帯域なロード標準器を入手することが困難なため、１ポート校正法による高精度な測定が望めない。また、相互関係を求める方法では、基準測定装置が変わる場合、新たに相互関係を求め直す手間が生じる。そこで、本発明は、同軸−非同軸形のフィクスチャの絶対的な特性を、ロードおよびロード標準器を用いずに求めることができる方法および装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、フィクスチャの特性を電気長成分と残留インピーダンス成分とに分け、それぞれの成分を求める方法または装置を提供するものである。

すなわち、本第一の発明は、電子測定装置と被測定物との間に接続されるフィクスチャの電気長を求める方法であって、前記被測定物を接続するための前記フィクスチャのポートを開放または短絡する第一のステップと、所定の周波数範囲における前記フィクスチャの位相特性を、前記電子測定装置で測定する第二のステップと、前記周波数範囲内の第一の測定点における前記測定の結果から前記電気長を求める第三のステップと、前記電気長を用いて前記測定結果の全てを補正する第四のステップと、前記補正された測定結果が最大値を示す周波数と前記補正された測定結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する第二の測定点における前記測定結果から前記電気長を求めるか、または、前記第二の測定点における前記補正された測定結果から求められる残留電気長を前記電気長に加える第五のステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本第二の発明は、本第一の発明の方法において、前記測定結果の全てを、前記第五のステップで得られた前記電気長を用いて補正する第六のステップをさらに含み、前記第六のステップにおける補正の結果のうち前記第二の測定点における値が所定範囲内もしくは所定値になるまで、前記第五のステップと前記第六のステップが交互に繰り返されることを特徴とするものである。

さらに、本第三の発明は、本第一の発明または本第二の発明の方法において、前記第一の測定点が、前記周波数範囲の中心周波数に対応する測定点、または、前記周波数範囲の高周波側端もしくは低周波側端の測定点であることを特徴とするものである。

またさらに、本第四の発明は、電子測定装置と被測定物との間に接続されるフィクスチャの電気長を求める方法であって、前記電子測定装置と前記フィクスチャとを接続する第一のステップと、前記被測定物を接続するための前記フィクスチャのポートを開放または短絡する第二のステップと、所定の周波数範囲における前記フィクスチャの群遅延特性を、前記電子測定装置で測定する第三のステップと、前記測定の結果が最大値を示す周波数と前記測定結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する測定点における前記測定結果から前記電気長を求める第四のステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本第五の発明は、電子測定装置と被測定物との間に接続されるフィクスチャの電気長を求める方法であって、前記電子測定装置に前記フィクスチャを接続するステップと、前記被測定物を接続するための前記フィクスチャのポートを開放または短絡するステップと、所定の周波数範囲における前記フィクスチャの位相特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、前記測定された位相についての近似直線の傾きから前記フィクスチャの電気長を求めるステップとを含み、前記測定された位相に対する前記近似直線の誤差の正の最大値の絶対値と、前記誤差の負の最大値の絶対値との差が所定値未満または実質的ゼロであることを特徴とするものである。

さらに、本第六の発明は、電子測定装置と被測定物との間に接続されるフィクスチャの電気長を求める方法であって、前記電子測定装置に前記フィクスチャを接続するステップと、前記被測定物を接続するための前記フィクスチャのポートを開放または短絡するステップと、所定の周波数範囲における前記フィクスチャの群遅延特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、前記測定された群遅延の最大値と最小値との中間値から前記電気長を求めるステップとを含むことを特徴とするものである。

またさらに、本第一の発明乃至本第六の発明のいずれかの方法において、前記開放が、前記被測定物の電極間隔で開放されることを特徴とするものである。

また、本第八の発明は、電子測定装置または前記電子測定装置を制御する装置に、被測定物を接続するためのポートが開放または短絡されたフィクスチャの所定の周波数範囲における位相特性を、前記電子測定装置で測定する第一のステップと、前記周波数範囲内の第一の測定点における前記測定の結果から前記電気長を求める第二のステップと、前記電気長を用いて前記測定結果の全てを補正する第三のステップと、前記補正された測定結果が最大値を示す周波数と前記補正された測定結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する第二の測定点における前記測定結果から前記電気長を求めるか、または、前記第二の測定点における前記補正された測定結果から求められる残留電気長を前記電気長に加える第四のステップとを実行させるプログラムである。

さらに、本第九の発明は、本第八の発明のプログラムにおいて、前記電子測定装置または前記制御装置に、前記測定結果の全てを、前記第六のステップで得られた前記電気長を用いて補正する第七のステップをさらに実行させ、前記第六のステップにおける補正の結果のうち前記第二の測定点における値が所定範囲内もしくは所定値になるまで、前記第六のステップと前記第七のステップが交互に繰り返されることを特徴とするものである。

またさらに、本第十の発明は、本第八の発明または本第九の発明のプログラムにおいて、前記第一の測定点が、前記周波数範囲の中心周波数に対応する測定点、または、前記周波数範囲の高周波側端もしくは低周波側端の測定点であることを特徴とするものである。

また、本第十一の発明は、電子測定装置または前記電子測定装置を制御する装置に、被測定物を接続するためのポートが開放または短絡されたフィクスチャの所定の周波数範囲における群遅延特性を、前記電子測定装置で測定する第一のステップと、前記測定の結果が最大値を示す周波数と前記測定結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する測定点における前記測定結果から前記電気長を求める第二のステップとを実行させるプログラムである。

さらに、本第十二の発明は、電子測定装置または前記電子測定装置を制御する装置に、被測定物を接続するためのポートが開放または短絡されたフィクスチャの所定の周波数範囲における位相特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、前記測定された位相についての近似直線の傾きから前記フィクスチャの電気長を求めるステップとを実行させ、前記測定された位相に対する前記近似直線の誤差の正の最大値の絶対値と、前記誤差の負の最大値の絶対値との差が所定値未満または実質的ゼロであることを特徴とするものである。

またさらに、本第十三の発明は、電子測定装置または前記電子測定装置を制御する装置に、被測定物を接続するためのポートが開放または短絡されたフィクスチャの所定の周波数範囲における群遅延特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、前記測定された群遅延の最大値と最小値との中間値から前記電気長を求めるステップとを実行させるプログラムである。

また、本第十四の発明は、本第八の発明乃至本第十三の発明のいずれかのプログラムにおいて、前記開放が、前記被測定物の電極間隔で開放されることを特徴とするものである。

さらに、本第十五の発明は、本第八の発明乃至本第十四の発明のいずれかのプログラムを実行する制御装置が内蔵されるか、外部接続されることを特徴とする電子測定装置である。

またさらに、本第十六の発明は、ネットワークアナライザと被測定物との間に接続され、対称性を有するフィクスチャの網特性を求める方法であって、前記ポートが短絡された前記フィクスチャの網特性を前記ネットワークアナライザで測定して第一の網特性を取得するステップと、前記ポートが開放された前記フィクスチャの網特性を前記ネットワークアナライザで測定して第二の網特性を取得するステップと、事前に測定された前記フィクスチャの電気長または前記フィクスチャの電気長の定義値を用いて、前記第一の網特性および前記第二の網特性をそれぞれ補正するステップと、前記フィクスチャの対称性を利用して、前記補正された第一の網特性と前記補正された第二の網特性とから演算により前記フィクスチャの残留インピーダンス成分の網特性を求めるステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本第十七の発明は、本十六の発明の方法において、前記残留インピーダンス成分の網特性を求めるステップを、次式に基づき実施する、

ただし、

ことを特徴とするものである。

さらに、本第十八の発明は、本第十五の発明または本第十六の発明の方法において、前記開放が、前記被測定物の電極間隔で開放されることを特徴とするものである。

またさらに、本第十九の発明は、電子測定装置または前記電子測定装置を制御する装置に、被測定物を接続するためのポートが開放または短絡されたフィクスチャの電気長を求めるステップと、前記ポートが短絡された前記フィクスチャの網特性を前記ネットワークアナライザで測定して第一の網特性を取得するステップと、前記ポートが開放された前記フィクスチャの網特性を前記ネットワークアナライザで測定して第二の網特性を取得するステップと、事前に測定された前記フィクスチャの電気長または前記フィクスチャの電気長の定義値を用いて、前記第一の網特性および前記第二の網特性をそれぞれ補正するステップと、前記フィクスチャの対称性を利用して、前記補正された第一の網特性と前記補正された第二の網特性とから演算により前記フィクスチャの残留インピーダンス成分の網特性を求めるステップとを実行させるプログラムである。

また、本第二十の発明は、本十九の発明のプログラムにおいて、前記残留インピーダンス成分の網特性を求めるステップを、次式に基づき実施する、

ただし、

ことを特徴とするものである。

さらに、本第二十一の発明は、本第十九の発明または本第二十の発明のプログラムにおいて、前記開放が、前記被測定物の電極間隔で開放されることを特徴とするものである。

またさらに、本第十九の発明は、本第十六の発明乃至本第二十一の発明のプログラムを実行する制御装置が内蔵されるか、外部接続されることを特徴とするネットワークアナライザである。
なお、フィクスチャの網特性は、回路パラメータからなる回路行列により特徴づけられるものである。

本発明によれば、ロードおよびロード標準器を用いずに、フィクスチャの絶対的な特性を求めることができる。これにより、フィクスチャに起因する誤差を測定結果から除去することができる。その結果、例えば、ネットワークアナライザにおける測定において、従来に比べて、被測定物の真の特性により近い値を求めることができる。また、本発明によれば、フィクスチャの電気長を従来に比べて高精度に求めることができる。

本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しながら、以下に説明する。本発明の実施形態は、測定システム１０００である。まず、はじめに測定システム１０００の構成について説明する。ここで、図１を参照する。図１は、電子測定装置の一例であるネットワークアナライザ１００を含む測定システム１０００を示す図である。ネットワークアナライザ１００は、測定部１１０と、演算制御部１２０と、メモリ１３０と、インタフェース部１４０とを備える。測定部１１０、演算制御部１２０、メモリ１３０、および、インタフェース部１４０は、バス１５０を介して、互いに接続されている。測定部１１０は、同軸形の測定ポート１１１、１１２および１１３を備える。測定部１１０は、これらの測定ポートを介して接続される被測定物の特性を測定する装置である。以下、被測定物をＤＵＴと称する。本実施形態において、測定ポートの数は３つであるが、これに限定される訳ではなく、１つでも、２つでも、あるいは、４つ以上であっても良い。演算制御部１２０は、バス１５０を介して接続される測定部１１０などを制御し、また、補正処理やパラメータ変換などの数値演算処理を実施する装置である。演算制御部１２０は、例えば、ＣＰＵやＤＳＰなどで構成される。メモリ１３０は、半導体メモリやハードディスクドライブなどのような、いわゆる記憶装置であって、データやプログラムが格納される。インタフェース部１４０は、ネットワークアナライザ１００と外部装置、または、ネットワークアナライザ１００とオペレータとの入出力を行う装置である。バス１５０は、制御やデータ転送のための信号線である。

ネットワークアナライザ１００は、同軸形の測定ケーブル２１０、２２０および２３０を介して、フィクスチャ３００が接続されている。測定ケーブル２１０は、ネットワークアナライザの測定ポートと同じ特性インピーダンスを有し、両端に同軸コネクタ２１１および２１２を備える。測定ケーブル２２０は、両端に同軸コネクタ２２１および２２２を備える。測定ケーブル２３０は、両端に同軸コネクタ２３１および２３２を備える。

フィクスチャ３００は、対称性を有する、同軸−非同軸形のフィクスチャである。つまり、フィクスチャ３００は、同軸系と非同軸系を双方向に変換する装置である。フィクスチャ３００は、同軸形の測定器ポート３１１、３１２および３１３と、非同軸形のＤＵＴポート３２１、３２２および３２３を備える。ＤＵＴポート３２１、３２２および３２３は、ＤＵＴ４００が接続される。なお、各測定器ポート間（３１１−３１２、３１１−３１３、３１２−３１３）のアイソレーションは、各測定器ポート（３１１、３１２、３１３）に関連するフィクスチャ３００の一部を独立して特性化できる程度に、高いものとする。

次に、上記のように構成された測定システム１０００において、フィクスチャ３００を特性化し、フィクスチャ３００を介して測定したＤＵＴ４００の測定結果をフィクスチャ３００の特性化結果で補正する手順について、以下に説明する。なお、測定結果は、測定値と同義に使われる。

まず、フィクスチャ３００の特性化方法の概念について述べる。本発明は、同軸系の校正面と非同軸系の測定面との間の装置をフィクスチャとし、そのフィクスチャを特性化する。ここで、図２を参照する。図２は、フィクスチャ３００のみを示す図である。上記のように、各測定器ポート間のアイソレーションは十分に高いので、フィクスチャ３００を、電気的に互いに独立したフィクスチャ３００ａおよび３００ｂおよび３００ｃの集合体と見なすことができる。そこで、本発明は、フィクスチャ３００ａおよび３００ｂおよび３００ｃのそれぞれを個別に特性化する。ここで、図３を参照する。図３は、フィクスチャ３００ａに関連する測定系のみを示した図である。図３における測定系は図１の一部であるので、図中の各構成要素の説明は省略する。図３において、コネクタ２１２と測定器ポート３１１との境界面Ｐ_１は同軸系であり、ＤＵＴポート３２１とＤＵＴ４００との境界面Ｐ_２は非同軸系である。次に、図４を参照する。図４は、図３の一部であって、フィクスチャ３００ａがモデル化されている。本発明では、フィクスチャ３００ａの特性を、電気長成分Ｓ_Ｄと、電気長以外の成分である残留インピーダンス成分Ｓ_Ｚとに分けて、それぞれを測定する。フィクスチャ３００ａの全体的な特性Ｓ_Ｆは、電気長成分Ｓ_Ｄと残留インピーダンス成分Ｓ_Ｚとの合成により表現される。図４において、Ｓ_ＤおよびＳ_Ｚは、Ｓパラメータ行列である。また、Ｓ_１１、Ｓ_１２、Ｓ_２１、Ｓ_２２は、Ｓパラメータである。さらに、θは、ある周波数における移相量、言い換えれば、ある周波数において電気長が通過信号に挿入する位相量である。上記の作業を、フィクスチャ３００ａ、３００ｂおよび３００ｃについて行うと、フィクスチャ３００の全体的な特性が明らかになる。以上が、フィクスチャ３００の特性化方法の概念である。

次に、フィクスチャ３００ａの特性化と測定結果の補正の手順について説明する。以下、図３、図４および図５を参照する。図５は、全体的な流れを示すフローチャートである。図５のフローチャートにおける各工程の処理は、メモリ１３０に格納されるプログラムを演算制御部１２０が実行して測定部１１０やメモリ１３０やインタフェース部１４０などを制御することにより為されるものである。

まず、境界面Ｐ_２において１ポート校正によりベクトル校正を行う（ステップＳ１０）。具体的には、オープン標準器およびショート標準器およびロード標準器を順番にコネクタ２１２に接続し、測定部１１０に反射測定を実施させ、得られた３つの測定結果を基に演算制御部１２０に誤差モデルを解かせて、補正用のデータを得る。得られた補正用データはメモリ１３０に格納される。これにより、境界面Ｐ_２は、校正面となる。次に、フィクスチャ３００ａの電気長成分Ｓ_Ｄを求める（ステップＳ２０）。ここで求められる電気長成分Ｓ_Ｄは、残留インピーダンス成分Ｓ_Ｚの周波数−位相特性に現れるリップルが０°（開放時）または１８０°（短絡時）を中心にして振幅するような値（または行列）、または、残留インピーダンス成分Ｓ_Ｚの周波数−群遅延特性に現れるリップルがゼロ秒を中心にして振幅するような値（または行列）が求められる。このリップルは、ネットワークアナライザ１００からの進行波と測定面Ｐ_２からの反射波が干渉することにより生じるものである。ネットワークアナライザ１００内における方向性結合器（不図示）の不完全性もリップルを生じさせる要因である。次に、フィクスチャ３００ａの残留インピーダンス成分Ｓ_Ｚを求める（ステップＳ３０）。なお、フィクスチャ３００ａの全体的な特性Ｓ_Ｆは、電気長成分Ｓ_Ｄと残留インピーダンス成分Ｓ_Ｚとの合成により表現される。このようにして得られたフィクスチャ３００ａの特性は、以後の測定結果を補正するためのデータに反映される（ステップＳ４０）。具体的には、ディエンベディング機能やポート延長補正機能で用いられる補正用データとして、フィクスチャ３００ａの特性Ｓ_Ｆ（もしくはＳ_ＤとＳ_Ｚのそれぞれ）がメモリ１３０に書き込まれる。または、校正時に作成された補正用データにフィクスチャ３００ａの特性Ｓ_Ｆ（もしくはＳ_ＤとＳ_Ｚのそれぞれ）を合成する。そして、フィクスチャ３００ａを介して測定されるＤＵＴ４００の特性を測定部１１０に測定させ、演算制御部１２０に上記の補正用データに基づいて測定結果を補正させる（ステップＳ５０）。その結果、ＤＵＴ４００の真の特性により近い値が求められる。なお、フィクスチャ３００ａの全体的な特性Ｓ_Ｆを求めることが目的である場合、つまり、フィクスチャ３００ａの電気長成分Ｓ_Ｄの正確な値を必要としない場合、ステップ２０でフィクスチャ３００ａの電気長成分Ｓ_Ｄを実測する代わりに、フィクスチャ３００の設計情報からフィクスチャ３００ａの電気長成分Ｓ_Ｄの定義値を導出し、それをフィクスチャ３００ａの電気長成分Ｓ_Ｄとしても、ステップ２０以後の処理を実施しても良い。さて、上記の一連の処理（ステップＳ１０〜ステップＳ５０）は、フィクスチャ３００ａのみならず、フィクスチャ３００ｂおよび３００ｃについても実施される。フィクスチャ３００ｂおよび３００ｃについても実施する場合、対象となるＤＵＴポートが、フィクスチャ３００ａについて実施する場合とは異なるが、そのような変更は当業者であれば容易に想像されるので、ここでは詳述しない。

次に、ステップＳ２０の処理について詳述する。以下、図３、図４および図６を参照する。図６は、ステップＳ２０における処理の流れを示すフローチャートである。図６のフローチャートにおける各工程の処理は、メモリ１３０に格納されるプログラムを演算制御部１２０が実行して測定部１１０やメモリ１３０やインタフェース部１４０などを制御することにより為されるものである。

まず、ＤＵＴポート３２１を開放または短絡し、測定部１１０に反射測定を実施させてフィクスチャ３００ａの周波数−位相特性を求め、測定結果をメモリ１３０に格納させる（ステップＳ２１ａ）。ここで、開放は、何も接続しない単なる開放である。さらに、開放は、ＤＵＴポートに接続される被測定物の電極間隔で開放されることが望ましい。なお、ＤＵＴポートの電極間隔が被測定物の電極間隔よりも大きい場合、被測定物の電極間隔と同じ間隔に配置された電極を有するデバイスが、開放のためにＤＵＴポートに接続される。また、短絡は、最短距離で電気的に接続することをいう。さらに、短絡によって生じるインダクタンス成分をできるだけ小さくすることが望ましい。これら開放および短絡の定義は、本明細書全体において有効とする。なお、フィクスチャ３００ａの周波数−位相特性を測定する周波数範囲は、前述のステップＳ５０（不図示）で測定されるＤＵＴ４００の測定周波数範囲を含む。次に、演算制御部１２０により、メモリ１３０に格納された測定結果を参照して、位相特性を測定した周波数範囲の中心周波数に対応する測定点における測定結果から電気長成分Ｓ_Ｄを求める（ステップＳ２２ａ）。中心周波数に対応する測定点は、中心周波数を有する測定点、または、中心周波数より低く中心周波数に最も近い周波数を有する測定点、もしくは、中心周波数より高く中心周波数に最も近い周波数を有する測定点のいずれかである。中心周波数における測定結果を周波数微分し、さらに２で割ると、電気長を時間で表す群遅延が得られる。反射測定では電気長成分が２倍に見えるので、どこかの段階で測定結果を半分にする必要がある。そして、補正用データがＳパラメータ行列である場合、電気長成分Ｓ_Ｄは、以下のように表現される。ここで、θは、ある周波数ｆにおける位相シフト量であって、上記の群遅延の値に２πｆを乗じたものである。

なお、補正用データが時間値であれば、電気長成分Ｓ_Ｄは上記の群遅延値で表現される。このようにして得られた電気長成分Ｓ_Ｄは、メモリ１３０に格納される。次に、演算制御部１２０により、ステップＳ２２ａで求めた電気長成分Ｓ_Ｄを用いて、メモリ１３０に格納されている測定結果をポート延長補正する（ステップＳ２３ａ）。この時、ポート延長補正は、全測定点の測定結果に対して施される。なお、ポート延長補正は、測定結果から電気長に起因する位相シフトを除去する補正である。測定結果はそのまま維持され、補正結果が新たにメモリ１３０に格納される。次に、演算制御部１２０により、補正結果が最大値を示す周波数と補正結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する測定点おける測定結果から電気長成分Ｓ_Ｄを求める（ステップＳ２４ａ）。電気長成分Ｓ_Ｄの求め方は、ステップＳ２２ａと同じである。中間周波数に対応する測定点は、中間周波数を有する測定点、または、中間周波数より低く中間周波数に最も近い周波数を有する測定点、もしくは、中間周波数より高く中間周波数に最も近い周波数を有する測定点のいずれかである。メモリ１３０内の電気長成分Ｓ_Ｄは、新たに得られた電気長成分Ｓ_Ｄによって上書きされる。次に、演算制御部１２０により、ステップＳ２４ａで求めた電気長を用いて、メモリ１３０に格納されている測定結果をポート延長補正する（ステップＳ２５ａ）。この時、ポート延長補正は、全測定点の測定結果に対して施される。メモリ１３０内の測定結果は、そのまま維持される。また、メモリ１３０の補正結果は、新たに得られた補正結果によって上書きされる。そして、中間周波数に対応する測定点における測定結果が所定範囲内または所定値になるまで、ステップＳ２４ａとステップＳ２５ａは交互に繰り返し実施される（ステップＳ２６ａ）。ここで、所定値は、ＤＵＴポート３２１が開放される時は０°であり、ＤＵＴポート３２１が短絡される時は１８０°である。また、所定範囲は、上記の所定値を中心とする範囲である。所定範囲は、例えば、ＤＵＴポート３２１が開放される時、−０．１°〜０．１°に設定される。なお、ステップＳ２４ａにおいて、中間周波数に対応する測定点おける測定結果から直接的に電気長成分Ｓ_Ｄを求める代わりに、中間周波数に対応する測定点おける補正結果から残留電気長を求めて電気長成分Ｓ_Ｄに加え、新たな電気長成分Ｓ_Ｄとすることもできる。なお、残留電気長とは、補正してもなお、ゼロならずに残っている電気長をいう。

以上に説明したステップＳ２０の一連の処理は、測定結果のグラフにおいて、図７Ａから図７Ｄで示される変化を生じさせる。図７Ａ〜図７Ｄは、ＤＵＴポート３２１が開放された時のフィクスチャ３００ａの周波数−位相特性の測定結果を示す図である。図７Ａから図７Ｄにおいて、横軸は周波数であり、縦軸は位相である。また、両軸ともに、リニアスケールで表示されている。さて、図７Ａにおいて、Ｍ_１は、測定周波数範囲の中心周波数を示すマーカーである。ステップＳ２３ａの処理により、マーカーＭ_１は、位相値ゼロを示す横軸上に移動する。その結果を示した図が、図７Ｂである。つまり、図７Ｂは、周波数−位相特性の測定結果を補正した結果を示す図である。次に、図７Ｃを参照する。図７Ｃは、図７Ｂと同じく、周波数−位相特性の測定結果を補正した結果を示す図である。ただし、表示されているマーカーが図７Ｂと異なる。図７Ｃにおいて、Ｍ_２は、補正結果の最大値を示すマーカーである。また、Ｍ_３は、補正結果の最小値を示すマーカーである。さらに、Ｍ_４は、マーカーＭ_２とマーカーＭ_３との中間周波数を示すマーカーである。ステップＳ２５ａの処理により、マーカーＭ_４は、位相値ゼロを示す横軸上に移動する。その結果を示した図が、図７Ｄである。以上が、ステップＳ２０に関する説明である。

次に、ステップＳ３０の処理について詳述する。以下、図３、図４および図８を参照する。図８は、ステップＳ３０における処理の流れを示すフローチャートである。図８のフローチャートにおける各工程の処理は、メモリ１３０に格納されるプログラムを演算制御部１２０が実行して測定部１１０やメモリ１３０やインタフェース部１４０などを制御することにより為されるものである。

まず、ＤＵＴポート３２１が短絡されたフィクスチャ３００ａの網特性を測定部１１０に測定させる（ステップＳ３１）。次に、ＤＵＴポート３２１が開放されたフィクスチャ３００ａの網特性を測定部１１０に測定させる（ステップＳ３２）。ステップＳ３１とステップＳ３２における測定は、反射測定である。なお、ステップＳ３１とステップＳ３２は実施する順番が入れ替わっても良い。また、ステップＳ２０において、周波数−位相特性を測定しているので、その測定結果を、ステップＳ３１またはステップＳ３２のいずれかで流用することができる。一般的なネットワークアナライザの場合、ステップＳ３１およびステップＳ３２において、網特性の測定結果として、それぞれ４つのＳパラメータが取得される。次に、ステップＳ２０で得られた電気長Ｓ_Ｄに基づいて、ＤＵＴポート３２１開放時のフィクスチャ３００ａの測定結果、および、ＤＵＴポート３２１短絡時のフィクスチャ３００ａの測定結果を、それぞれポート延長補正する。次に、それらの補正結果に基づき、演算制御部１２０に次式を計算させ、フィクスチャ３００ａの残留インピーダンス成分Ｓ_Ｚを求める。

ただし、

得られた残留インピーダンス成分Ｓ_Ｚは、メモリ１３０に格納される。以上が、ステップＳ３０に関する説明である。

上述した実施形態は、幾つかの変形が可能である。例えば、ステップＳ２２ａにおいて、中心周波数に対応する測定点における測定結果から電気長成分Ｓ_Ｄを求め、ステップＳ２３ａにおいて、電気長成分Ｓ_Ｄにより位相特性の測定結果を補正している。これらの工程では、中心周波数に対応する測定点に限らず、測定周波数範囲の任意の測定点を参照することができる。ただし、取り扱いの容易さの観点から考えると、中心周波数に対応する測定点以外には、測定周波数範囲の低周波側端または高周波側端の測定点が好適であろう。

また、ステップＳ２０には、次の３つの代替え手順がある。まず、ステップＳ２０の第一の代替え例について説明する。ここで、図３、図４および図９を参照する。図９は、ステップＳ２０の第一の代替え例における処理の流れを示すフローチャートである。図９のフローチャートにおける各工程の処理は、メモリ１３０に格納されるプログラムを演算制御部１２０が実行して測定部１１０やメモリ１３０やインタフェース部１４０などを制御することにより為されるものである。

まず、ＤＵＴポート３２１を開放または短絡し、測定部１１０に反射測定を実施させてフィクスチャ３００ａの周波数−位相特性を求め、測定結果をメモリ１３０に格納させる（ステップＳ２１ｂ）。また、フィクスチャ３００ａの周波数−位相特性を測定する周波数範囲は、ステップＳ５０で測定されるＤＵＴ４００の測定周波数範囲を含む。次に、演算制御部１２０により、メモリ１３０に格納された測定結果を近似する直線（近似直線）を求め、近似直線の傾きから電気長成分Ｓ_Ｄを求める（ステップＳ２２ｂ）。この時、測定結果に対する近似直線の誤差の正の最大値の絶対値と、誤差の負の最大値の絶対値との差が所定値未満または実質的ゼロとなるような近似直線が求められる。また、電気長成分Ｓ_Ｄは、近似直線の傾きの半値である。以上が、第一の代替え例に関する説明である。

次に、ステップＳ２０の第二の代替え例について説明する。ここで、図３、図４および図１０を参照する。図１０は、ステップＳ２０の第二の代替え例における処理の流れを示すフローチャートである。図１０のフローチャートにおける各工程の処理は、メモリ１３０に格納されるプログラムを演算制御部１２０が実行して測定部１１０やメモリ１３０やインタフェース部１４０などを制御することにより為されるものである。

まず、ＤＵＴポート３２１を開放または短絡し、測定部１１０に反射測定を実施させてフィクスチャ３００ａの周波数−群遅延特性を求め、測定結果をメモリ１３０に格納させる（ステップＳ２１ｃ）。また、フィクスチャ３００ａの周波数−群遅延特性を測定する周波数範囲は、ステップＳ５０で測定されるＤＵＴ４００の測定周波数範囲を含む。次に、演算制御部１２０により、メモリ１３０に格納された測定結果の最大値と最小値との中間値から電気長成分Ｓ_Ｄを求める（ステップＳ２２ｃ）。なお、電気長成分Ｓ_Ｄは、上記中間値の半値である。以上が、第二の代替え例に関する説明である。

次に、ステップＳ２０の第三の代替え例について説明する。ここで、図３、図４および図１１を参照する。図１１は、ステップＳ２０の第三の代替え例における処理の流れを示すフローチャートである。図１１のフローチャートにおける各工程の処理は、メモリ１３０に格納されるプログラムを演算制御部１２０が実行して測定部１１０やメモリ１３０やインタフェース部１４０などを制御することにより為されるものである。

まず、ＤＵＴポート３２１を開放または短絡し、測定部１１０に反射測定を実施させてフィクスチャ３００ａの周波数−群遅延特性を求め、測定結果をメモリ１３０に格納させる（ステップＳ２１ｄ）。また、フィクスチャ３００ａの周波数−群遅延特性を測定する周波数範囲は、ステップＳ５０で測定されるＤＵＴ４００の測定周波数範囲を含む。次に、演算制御部１２０により、補正結果が最大値を示す周波数と補正結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する測定点おける測定結果から電気長成分Ｓ_Ｄを求める（ステップＳ２２ｄ）。中間周波数に対応する測定点は、中間周波数を有する測定点、または、中間周波数より低く中間周波数に最も近い周波数を有する測定点、もしくは、中間周波数より高く中間周波数に最も近い周波数を有する測定点のいずれかである。また、電気長成分Ｓ_Ｄは、中間周波数に対応する測定点おける測定結果の半値である。補正用データがＳパラメータ行列である場合、電気長成分Ｓ_Ｄは、以下のように表現される。ここで、θは、ある周波数ｆにおける位相シフト量であって、測定結果である群遅延の値に２πｆを乗じたものである。

なお、補正用データが時間値であれば、電気長成分Ｓ_Ｄは測定結果そのままで表現される。このようにして得られた電気長成分Ｓ_Ｄは、メモリ１３０に格納される。以上が、第三の代替え例に関する説明である。

上記のように電気長成分Ｓ_Ｄは、位相特性の結果からも群遅延特性の結果からも求めることができる。ここで、図１２を参照する。図１２は、周波数−位相特性と周波数−群遅延特性の実測結果を示すグラフである。図において、位相のグラフは、僅かにノイズが重畳されている。一方、群遅延のグラフは、激しく振れている。この状態は、群遅延が位相を周波数微分した値であることに由来する。動きが激しいノイズは、微分されることによって、増幅されてしまうのである。群遅延のグラフにおけるこのように大きな振れは、正しい電気長成分Ｚ_Ｄを求めにくくする。従って、測定系に内在するノイズ量が大きい場合、周波数−位相特性から電気長成分Ｚ_Ｄを求める方法が好ましい。

さて、本実施形態ではネットワークアナライザが自立して動作しているが、ネットワークアナライザが外部装置に制御されるように本実施形態を変形することもできる。ここで、図１３を参照する。図１３は、測定システム２０００を示す図である。図１３において、図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。図１３において、ネットワークアナライザ１００は、コンピュータなどの外部制御装置５００と接続されている。外部制御装置５００は、演算制御部５２０と、メモリ５３０と、インタフェース部５４０とを備える。演算制御部５２０、メモリ５３０、および、インタフェース部５４０は、バス５５０を介して、互いに接続されている。演算制御部５２０は、バス５５０を介して接続されるメモリ５３０などを制御し、また、数値演算処理を実施する装置である。演算制御部５２０は、例えば、ＣＰＵやＤＳＰなどで構成される。メモリ５３０は、半導体メモリやハードディスクドライブなどのような、いわゆる記憶装置であって、データやプログラムが格納される。インタフェース部５４０は、外部制御装置５００と外部装置、または、外部制御装置５００とオペレータとの入出力を行う装置である。バス５５０は、制御やデータ転送のための信号線である。インタフェース部１４０とインタフェース部５４０とが通信し、演算制御部５２０に演算制御部１２０の役割を代行させ、メモリ５３０にメモリ１３０の役割を代行させる。以上のように構成されたシステム２０００は、例えば、演算制御部１４０の処理能力が貧弱である場合に適している。

最後に、本発明の効果を明らかにするための実測結果を示す。ここで、図１４を参照する。図１４は、コンデンサの共振周波数付近の測定結果を示すものである。図１４には、３つの測定結果が示されている。１つは、インピーダンスアナライザでの測定結果である。残りの２つは、ネットワークアナライザでの測定結果である。また、ネットワークアナライザの測定結果のうちの１つは、補正されたもの、すなわち、本発明技術により求められたフィクスチャの特性が除去されたものである。図を見て明らかなように、補正により、フィクスチャの真の特性に近い値が得られる。

本発明の方法および装置は、非同軸測定系において顕著な効果を奏するが、同軸測定系においても適用可能である。すなわち、同軸形オープンと同軸形ショートを用いて、フィクスチャの特性を求めることもできる。また、電気長を測定する方法は、周波数−位相測定または周波数−群遅延測定が可能な測定器であれば、ネットワークアナライザ以外の他の電子測定装置にも適用できる。さらに、電気長を測定する方法は、ＤＵＴなどのような、フィクスチャ以外の装置の電気長を求める場合に対しても適用可能である。その場合、フィクスチャ以外の装置の一端を開放または短絡して測定すれば良い。さらに、本発明において回路パラメータは、Ｓパラメータに限定されず、例えば、Ｔパラメータなど他の回路パラメータであっても良い。

測定システム１０００の構成を示すブロック図である。 フィクスチャ３００ａを示す図である。 フィクスチャ３００ａに関する測定系を示す図である。 図３において、フィクスチャ３００ａをモデル化した図である。 フィクスチャ３００ａの特性化と測定結果の補正についての概略手順を示すフロ−チャートである。 電気長成分Ｓ_Ｄを求める手順を示すフローチャートである。 フィクスチャ３００ａの周波数−位相特性の測定結果を示す図である。 フィクスチャ３００ａの周波数−位相特性の補正された測定結果を示す図である。 フィクスチャ３００ａの周波数−位相特性の補正された測定結果を示す図である。 フィクスチャ３００ａの周波数−位相特性の補正された測定結果を示す図である。 残留インピーダンス成分Ｓ_Ｚを求める手順を示すフローチャートである。 ステップＳ２０の第一の代替え例を示すフローチャートである。 ステップＳ２０の第二の代替え例を示すフローチャートである。 ステップＳ２０の第三の代替え例を示すフローチャートである。 位相特性と群遅延特性の実測値の比較例を示すグラフである。 測定システム２０００の構成を示すブロック図である。 インピーダンス測定の結果を比較する図である。

符号の説明

１００ ネットワークアナライザ
１１０ 測定部
１１１，１１２，１１３ 測定ポート
１２０，５２０ 演算制御部
１３０，５３０ メモリ
１４０，５４０ インタフェース部
１４０ 演算制御部
１５０ バス
２１０，２２０，２３０ 測定ケーブル
２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２ 同軸コネクタ
３００ フィクスチャ
３１１，３１２，３１３ 測定器ポート
３２１，３２２，３２３ ＤＵＴポート
４００ 被測定物（ＤＵＴ）
５００ 外部制御装置
１０００，２０００ 測定システム

Claims (15)

1. 電子測定装置と被測定物との間に接続されるフィクスチャの電気長を求める方法であって、
   前記被測定物を接続するための前記フィクスチャのポートを開放または短絡する第一のステップと、
   所定の周波数範囲における前記フィクスチャの位相特性を、前記電子測定装置で測定する第二のステップと、
   前記周波数範囲内の第一の測定点における前記測定の結果から前記電気長を求める第三のステップと、
   前記測定結果の全てを、前記電気長を用いて補正する第四のステップと、
   前記補正された測定結果が最大値を示す周波数と前記補正された測定結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する第二の測定点における前記測定結果から前記電気長を求めるか、または、前記第二の測定点における前記補正された測定結果から求められる残留電気長を前記電気長に加える第五のステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記測定結果の全てを、前記第五のステップで得られた前記電気長を用いて補正する第六のステップをさらに含み、
   前記第六のステップにおける補正の結果のうち前記第二の測定点における値が所定範囲内もしくは所定値になるまで、前記第五のステップと前記第六のステップが交互に繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第一の測定点が、前記周波数範囲の中心周波数に対応する測定点、または、前記周波数範囲の高周波側端もしくは低周波側端の測定点、であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 電子測定装置と被測定物との間に接続されるフィクスチャの電気長を求める方法であって、
   前記被測定物を接続するための前記フィクスチャのポートを開放または短絡するステップと、
   所定の周波数範囲における前記フィクスチャの群遅延特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、
   前記測定の結果が最大値を示す周波数と前記測定結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する測定点における前記測定結果から前記電気長を求めるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
5. 電子測定装置と被測定物との間に接続されるフィクスチャの電気長を求める方法であって、
   前記被測定物を接続するための前記フィクスチャのポートを開放または短絡するステップと、
   所定の周波数範囲における前記フィクスチャの位相特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、
   前記測定された位相についての近似直線の傾きから前記フィクスチャの電気長を求めるステップと、
   を含み、
   前記測定された位相に対する前記近似直線の誤差の正の最大値の絶対値と、前記誤差の負の最大値の絶対値との差が所定値未満または実質的ゼロである、
   ことを特徴とする方法。
6. 電子測定装置と被測定物との間に接続されるフィクスチャの電気長を求める方法であって、
   前記被測定物を接続するための前記フィクスチャのポートを開放または短絡するステップと、
   所定の周波数範囲における前記フィクスチャの群遅延特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、
   前記測定された群遅延の最大値と最小値との中間値から前記電気長を求めるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
7. 前記開放が、前記被測定物の電極間隔で開放されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 電子測定装置または前記電子測定装置を制御する装置に、
   被測定物を接続するためのポートが開放または短絡されたフィクスチャの所定の周波数範囲における位相特性を、前記電子測定装置で測定する第一のステップと、
   前記周波数範囲内の第一の測定点における前記測定の結果から前記電気長を求める第二のステップと、
   前記測定結果の全てを、前記電気長を用いて補正する第三のステップと、
   前記補正された測定結果が最大値を示す周波数と前記補正された測定結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する第二の測定点における前記測定結果から前記電気長を求めるか、または、前記第二の測定点における前記補正された測定結果から求められる残留電気長を前記電気長に加える第四のステップと、
   を実行させるプログラム。
9. 前記電子測定装置または前記制御装置に、
   前記測定結果の全てを、前記第六のステップで得られた前記電気長を用いて補正する第七のステップをさらに実行させ、
   前記第六のステップにおける補正の結果のうち前記第二の測定点における値が所定範囲内もしくは所定値になるまで、前記第六のステップと前記第七のステップが交互に繰り返されることを特徴とする請求項８に記載のプログラム。
10. 前記第一の測定点が、前記周波数範囲の中心周波数に対応する測定点、または、前記周波数範囲の高周波側端もしくは低周波側端の測定点、であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のプログラム。
11. 電子測定装置または前記電子測定装置を制御する装置に、
    被測定物を接続するためのポートが開放または短絡されたフィクスチャの所定の周波数範囲における群遅延特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、
    前記測定の結果が最大値を示す周波数と前記測定結果が最小値を示す周波数との中間周波数に対応する測定点における前記測定結果から前記電気長を求めるステップと、
    を実行させるプログラム。
12. 電子測定装置または前記電子測定装置を制御する装置に、
    被測定物を接続するためのポートが開放または短絡されたフィクスチャの所定の周波数範囲における位相特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、
    前記測定された位相についての近似直線の傾きから前記フィクスチャの電気長を求めるステップと、
    を実行させ、
    前記測定された位相に対する前記近似直線の誤差の正の最大値の絶対値と、前記誤差の負の最大値の絶対値との差が所定値未満または実質的ゼロである、
    ことを特徴とするプログラム。
13. 電子測定装置または前記電子測定装置を制御する装置に、
    被測定物を接続するためのポートが開放または短絡されたフィクスチャの所定の周波数範囲における群遅延特性を、前記電子測定装置で測定するステップと、
    前記測定された群遅延の最大値と最小値との中間値から前記電気長を求めるステップと、
    を実行させるプログラム。
14. 前記開放が、前記被測定物の電極間隔で開放されることを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれかに記載のプログラム。
15. 請求項８乃至請求項１４のいずれかに記載のプログラムを実行する制御装置が内蔵されるか、外部接続されることを特徴とする電子測定装置。
    

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