JP2009068932A - Method and apparatus for measuring system parameter of linear multi-port, measuring method using vector network analyzer, and program - Google Patents

Method and apparatus for measuring system parameter of linear multi-port, measuring method using vector network analyzer, and program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a computation time of a system parameter corresponding to a 5-port connection, a 6-port connection or the like used in a vector network analyzer (VNA) etc. , and simplify the configuration of its measuring circuit. <P>SOLUTION: The system parameter is required to measure a DUT (Device Under Test) by using the VNA. In a conventional method, a complicated procedure such as a well-known integral calculus is needed, since the system parameter is computed from center-point positions and radii of three circles on a complex plane at the input port complex amplitude ratio W=a2/a1. In this method, the computation is carried out based on intersection points of the three circles on the complex plane of a system parameter k. For example, three waves having phases shifted from another by 120° are sequentially input to an input port of the 5-port connection, and the system parameter is computed based on an output power value which is normalized by a predetermined reference power. The computation is made simple in comparison with the conventional integral calculus, and no phase shifter is needed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高周波領域(特に、マイクロ波帯、ミリ波帯、サブミリ波帯)や光領域(赤外線、可視光線、紫外線)において、信号の振幅比と位相差を測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring a signal amplitude ratio and a phase difference in a high frequency region (particularly, a microwave band, a millimeter wave band, a submillimeter wave band) and an optical region (infrared ray, visible ray, ultraviolet ray).

高周波領域で動作するデバイス、回路や機器の研究及び開発にとって、当該デバイス、回路や機器の入出力信号間の位相差を測定することは不可欠なことである。従来からVNA(Vector Network Analyzer:ベクトルネットワークアナライザ)がその役割を果たしてきた。VNAは、DUT(Device Under Test:被測定デバイス)の入射波と反射波、または入射波と透過波の振幅比と位相差(Sパラメータ:散乱行列要素)を測定するための装置である。   For research and development of devices, circuits, and devices that operate in a high frequency region, it is essential to measure the phase difference between input and output signals of the devices, circuits, and devices. Conventionally, VNA (Vector Network Analyzer) has played its role. The VNA is a device for measuring an amplitude ratio and a phase difference (S parameter: scattering matrix element) of an incident wave and a reflected wave, or an incident wave and a transmitted wave of a DUT (Device Under Test).

米国特許第4104583号 6ポート型リフレクトメータ(Six-Port Reflectometer)が開示されている。これは、校正により得られるシステム固有のハードウェア情報(校正パラメータ)と、複数の電力測定値(スカラー量)から、2つの波の振幅比と位相差(ベクトル量)を導出するものである。この装置及びこれを用いた測定方法によれば、従来方式では周波数が高くなるに従って高精度な測定が困難となる位相差を、電磁波計測において基本測定量であり、かつ、計測精度が周波数に殆ど依存しない、電力値というスカラー量の計測を基に求めることができる。特許文献1記載の技術によれば、従来の高精度なハードウェアの要請から開放され、4つの電力測定と、ハードウェアの不完全さを校正と呼ばれるソフトウェア(システムパラメータ)で補正することが特徴である。U.S. Pat. No. 4,104,583 discloses a six-port reflectometer. This is to derive the amplitude ratio and phase difference (vector quantity) of two waves from hardware information (calibration parameters) specific to the system obtained by calibration and a plurality of power measurement values (scalar quantities). According to this apparatus and a measurement method using the same, the phase difference, which is difficult to measure with high accuracy as the frequency increases in the conventional method, is a basic measurement amount in electromagnetic wave measurement, and the measurement accuracy is almost equal to the frequency. It can be obtained based on the measurement of the scalar value, which is an independent power value. According to the technique described in Patent Document 1, it is freed from the demand for conventional high-precision hardware, and is characterized in that four power measurements and hardware imperfections are corrected by software (system parameters) called calibration. It is.

リフレクトメータとは、ひとつの波(信号)に関して、その入射波と出射波を比較するための装置である。   The reflectometer is a device for comparing the incident wave and the outgoing wave with respect to one wave (signal).

本願発明者は、6ポート型リフレクトメータを、1個の複素反射係数未知の可動負荷校正器と、1個の複素反射係数既知の標準器のみで高精度に校正できる方式を考案した。さらに、上記方式を発展させて6ポート型コリレータ(Six-Port based Wave-Correlator)を考案した。6ポート型コリレータは、2つの入力ポートに入力された波a1、a2の複素振幅比W=a2/a1を、残り4つのポートの電力値から算出することができるように構成してある。6ポート型コリレータの校正操作は、移相器(Phase Shifter)の任意の位置から1周期分動かしながら、各ステップにおける電力値を求めるだけで済み、比較的簡単である。   The inventor of the present application has devised a method capable of calibrating a 6-port type reflectometer with high accuracy using only one movable load calibrator with unknown complex reflection coefficient and one standard with known complex reflection coefficient. Furthermore, the above system was developed and a 6-port correlator (Six-Port based Wave-Correlator) was devised. The 6-port correlator is configured so that the complex amplitude ratio W = a2 / a1 of the waves a1 and a2 input to the two input ports can be calculated from the power values of the remaining four ports. The calibration operation of the 6-port type correlator is relatively simple because it is only necessary to obtain the power value at each step while moving it for one cycle from an arbitrary position of the phase shifter (Phase Shifter).

コリレータ(Wave-Correlator)とは、独立した2つの波(周波数は同じ)についてこれらを比較すること、すなわち複素振幅比を計測する装置である。   A correlator (Wave-Correlator) is a device that compares two independent waves (having the same frequency), that is, measures a complex amplitude ratio.

6ポート型コリレータによれば、6ポート型リフレクトメータでは、独立した2つの波の情報を計測に使用できるとともに、6ポート型リフレクトメータの校正操作よりも簡単であるために校正精度が向上するという利点が生じる。   According to the 6-port correlator, the 6-port reflectometer can use information of two independent waves for measurement, and the calibration accuracy is improved because it is simpler than the calibration operation of the 6-port reflectometer. Benefits arise.

しかしながら、6ポート型コリレータによる実際の計測では、2つのポートに入力される独立した2つの波の振幅のバランスが崩れると測定精度が悪くなるという問題がある。この点を改良すべく、本願発明者は7ポート型コリレータを考案した(特許文献2)。   However, in the actual measurement by the 6-port type correlator, there is a problem that the measurement accuracy deteriorates when the balance of the amplitude of the two independent waves input to the two ports is lost. In order to improve this point, the present inventor has devised a 7-port correlator (Patent Document 2).

特開2003−215183号公報 1つの波の振幅値をモニターするポート(基準ポート)に加え、もう1つの波の基準ポートを追加した。これにより独立した2つの波の振幅のバランスを保ちつつ計測を行うことができるようになった。7ポート型コリレータは、2つの6ポート型コリレータを組み合わせたものに相当する。JP, 2003-215183, A In addition to a port (reference port) for monitoring the amplitude value of one wave, another wave reference port was added. As a result, measurement can be performed while maintaining the balance between the amplitudes of two independent waves. The 7-port correlator corresponds to a combination of two 6-port correlators.

他に関連する先行技術として、下記特許文献3及び4がある。
特開2005−221375号公報 公知のコリレータを使用することで、2つの波(電磁波)の複素振幅比を高精度に求めることができるが、これには厳密な校正手順と測定結果から複素振幅比を計算する手順が必要である。しかしながら、公知のコリレータを使用してBPSK(Binary Phase Shift Keying)復調器あるいはQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)復調器を構成する場合、位相差が判れば十分である。このような用途に適する、簡単な校正と電力値(電圧値)の比較から直接位相差を測定する方式を開示する。 特開2005−326308号公報 VNAの校正は、数種類の標準器(ショート、オープン、負荷、スルー、ライン等)を接続することによって行われているが、校正手順が複雑であるという問題がある。また、校正時に数種類の標準器の接続と取外しが必要であり、そのために測定精度低下の問題が発生していた。これらの問題を解決することのできる、複素反射係数が既知の1ポート可変負荷装置が開示されている。
Other related arts include Patent Documents 3 and 4 below.
JP, 2005-221375, A By using a well-known correlator, the complex amplitude ratio of two waves (electromagnetic waves) can be obtained with high accuracy. A procedure to calculate is needed. However, when a BPSK (Binary Phase Shift Keying) demodulator or a QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) demodulator is configured using a known correlator, it is sufficient to know the phase difference. A method for directly measuring the phase difference from simple calibration and comparison of power values (voltage values) suitable for such applications is disclosed. JP, 2005-326308, A Although calibration of VNA is performed by connecting several kinds of standard devices (short, open, load, through, line, etc.), there is a problem that a calibration procedure is complicated. Also, it is necessary to connect and remove several types of standard devices during calibration, which causes a problem of reduced measurement accuracy. A one-port variable load device with a known complex reflection coefficient that can solve these problems is disclosed.

従来のVNAの改良に関する先行技術として、下記特許文献5がある。
特開2006−112893号公報 高周波計測システムの主流となっているVNAの校正方法は、校正時に数種類の標準器の接続と取り外しが必要であり、人為的ミスが発生する原因となっており、測定精度低下の問題が発生していた。この問題を解決することのできる、1つの移相器と、1つの複素反射係数既知の標準器のみで構成するVNAが開示されている。
As a prior art regarding improvement of the conventional VNA, there is Patent Document 5 below.
The calibration method for VNA, which is the mainstream of high-frequency measurement systems, requires the connection and removal of several types of standard devices during calibration, and causes human error. There was a problem of reduced accuracy. A VNA that can solve this problem and includes only one phase shifter and one standard device with a known complex reflection coefficient is disclosed.

6ポート接合を使用した従来のVNAでは、その校正のためのシステムパラメータ(校正パラメータ)が非常に多かった。このため、校正の作業が煩雑となり非常に手間を要するとともに、人為的ミスの発生する原因ともなっていた。   In a conventional VNA using a 6-port junction, there are very many system parameters (calibration parameters) for calibration. For this reason, the calibration work is complicated, requiring a lot of labor, and causes human error.

従来、システムパラメータを積分校正法により求めていた。積分校正法は、少なくとも一周期分位相を変化させながら各ポートの電力を測定し、その結果得られたグラフについてそのn次高調波の複素フーリエ係数を計算し、この複素フーリエ係数に基づき上記校正パラメータを決定するものである。積分校正法の原理上、VNAに移相器を設ける必要があり、構成が複雑になっていた。また、システムパラメータを求める際にフーリエ変換を行うのでその処理に時間を要した。   Conventionally, system parameters have been obtained by an integral calibration method. In the integral calibration method, the power of each port is measured while changing the phase by at least one period, the complex Fourier coefficient of the nth harmonic is calculated for the graph obtained as a result, and the calibration is performed based on the complex Fourier coefficient. The parameter is determined. Due to the principle of the integral calibration method, it is necessary to provide a phase shifter in the VNA, and the configuration is complicated. Further, since the Fourier transform is performed when obtaining the system parameters, it takes time for the processing.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、システムパラメータの大幅な削減を実現するとともに、構成の簡略化及び処理の高速化が可能な、ベクトルネットワークアナライザを用いた測定方法並びにプログラム、及び、前記システムパラメータの測定方法及び装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and realizes a measurement method and program using a vector network analyzer capable of greatly reducing system parameters and simplifying the configuration and speeding up the processing, and An object of the present invention is to provide a method and apparatus for measuring the system parameters.

この発明は、5ポート接合や6ポート接合などの2つの入力ポートと3つ以上の出力ポートを備える線形回路であって各出力ポートから出てくる波が前記2つの入力ポートに入る波の線形式で表される線形回路(以下、「線形マルチポート」と記す)に関して、前記線形マルチポートに固有の値であるシステムパラメータを測定する方法であって、
互いに位相が異なる第1の波、第2の波及び第3の波を用意し、前記線形マルチポートの一方の入力ポート1に予め定められた波(以下、「基準波a1」と記す)を入れ、他方の入力ポート2に前記第1の波、第2の波又は第3の波のいずれか(以下、「測定波a2」と記す)を入れたときの、前記基準波a1に対する前記第1の波、第2の波、第3の波の複素振幅比をそれぞれW0、W1、W2(ただし、W=a2/a1)に設定する位相設定ステップと、
前記線形マルチポートの一方の入力ポート1に前記基準波a1を入れるとともに、他方の入力ポート2を整合終端する基準電力測定準備ステップと、
前記線形マルチポートの各出力ポートの電力を測定し、それらを基準電力P3r、P4r、P5r・・・とする基準電力測定ステップと、
前記他方の入力ポート2の整合終端を外し、前記他方の入力ポート2に前記第1の波、第2の波、第3の波を順次加え、それぞれの波に対応する各出力ポートの電力{P30、P40、P50・・・}{P31、P41、P51・・・}{P32、P42、P52・・・}を順次測定する電力測定ステップと、
前記第1の波、第2の波、第3の波に対応して測定された前記各出力ポートの電力{P30、P40、P50・・・}{P31、P41、P51・・・}{P32、P42、P52・・・}を前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化する正規化ステップと、
正規化された前記各出力ポートの電力、及び、前記複素振幅比W0、W1、W2に基づき前記システムパラメータkhを計算するか、又は、正規化された前記各出力ポートの電力、前記第1の波と第2の波の位相差ψ01及び前記第1の波と第3の波の位相差ψ02に基づき前記システムパラメータkhの比hkiを計算することのいずれかを行うシステムパラメータ計算ステップと、を備えるものである。
The present invention is a linear circuit having two input ports such as a 5-port junction and a 6-port junction and three or more output ports, and a wave line in which a wave coming out from each output port enters the two input ports. A method for measuring a system parameter, which is a value specific to the linear multiport, with respect to a linear circuit expressed in a form (hereinafter referred to as “linear multiport”),
A first wave, a second wave, and a third wave having different phases are prepared, and a predetermined wave (hereinafter referred to as “reference wave a1”) is set in one input port 1 of the linear multiport. The first wave, the second wave, or the third wave (hereinafter referred to as “measurement wave a2”) when the other input port 2 is put into the first wave, the first wave with respect to the reference wave a1. A phase setting step for setting the complex amplitude ratios of the first wave, the second wave, and the third wave to W0, W1, and W2 (W = a2 / a1), respectively;
A reference power measurement preparation step of putting the reference wave a1 into one input port 1 of the linear multi-port and matching-terminating the other input port 2;
A reference power measurement step of measuring the power of each output port of the linear multi-port and setting them as reference powers P3r, P4r, P5r,
The matching termination of the other input port 2 is removed, the first wave, the second wave, and the third wave are sequentially added to the other input port 2, and the power of each output port corresponding to each wave { P30, P40, P50... {P31, P41, P51...} {P32, P42, P52.
The power {P30, P40, P50...} {P31, P41, P51...} {P32 measured for the first wave, the second wave, and the third wave. , P42, P52...} With the reference powers P3r, P4r, P5r.
The system parameter kh is calculated based on the normalized power of each output port and the complex amplitude ratios W0, W1, and W2, or the normalized power of each output port, the first Calculating a ratio hki of the system parameters kh based on the phase difference ψ01 between the wave and the second wave and the phase difference ψ02 between the first wave and the third wave; It is to be prepared.

この発明は、線形マルチポートに固有の値であるシステムパラメータを測定する方法であって、
前記線形マルチポートの一方の入力ポート1に基準波a1を入れるとともに、他方の入力ポート2を整合終端する基準電力測定準備ステップと、
前記線形マルチポートの各出力ポートの電力を測定し、それらを基準電力P3r、P4r、P5r・・・とする基準電力測定ステップと、
前記他方の入力ポート2の整合終端を外し、前記他方の入力ポート2にショートの標準器を接続し、そのときの第1の反射波に対する各出力ポートの電力{P30、P40、P50・・・}を測定するとともに、測定された当該電力を前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化する第1電力測定正規化ステップと、
前記他方の入力ポート2に第1固定移相器を接続し、さらにこれにショートの標準器を接続し、そのときの第2の反射波に対する各出力ポートの電力{P31、P41、P51・・・}を測定するとともに、測定された当該電力を前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化する第2電力測定正規化ステップと、
前記他方の入力ポート2に第1固定移相器及びこれに直列に接続された第2固定移相器を接続し、さらにこれにショートの標準器を接続し、そのときの第3の反射波に対する各出力ポートの電力{P32、P42、P52・・・}を測定するとともに、測定された当該電力を前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化する第3電力測定正規化ステップと、
正規化された前記各出力ポートの電力、及び、前記第1の反射波、第2の反射波、第3の反射波の反射係数Γ0、Γ1、Γ2に基づき前記システムパラメータkhを計算するか、又は、正規化された前記各出力ポートの電力、前記第1の反射波と前記第2の反射波の位相差ψ01及び前記第1の反射波と前記第3の反射波の位相差ψ02に基づき前記システムパラメータkhの比hkiを計算することのいずれかを行うシステムパラメータ計算ステップと、を備えるものである。
The present invention is a method for measuring a system parameter that is a value inherent to a linear multiport, comprising:
A reference power measurement preparation step of putting a reference wave a1 into one input port 1 of the linear multi-port and matching-terminating the other input port 2;
A reference power measurement step of measuring the power of each output port of the linear multi-port and setting them as reference powers P3r, P4r, P5r,
The matching termination of the other input port 2 is removed, a short standard is connected to the other input port 2, and the power of each output port with respect to the first reflected wave at that time {P30, P40, P50. } And normalizing the measured power with the reference powers P3r, P4r, P5r,...
A first fixed phase shifter is connected to the other input port 2, and a short standard is connected to this, and the power of each output port with respect to the second reflected wave at that time {P31, P41, P51,. A second power measurement normalization step that normalizes the measured power with the reference powers P3r, P4r, P5r,.
A first fixed phase shifter and a second fixed phase shifter connected in series to the other input port 2 are connected to the other input port 2, and a short standard is connected to the second fixed phase shifter. And a third power measurement normalizing step for measuring the power {P32, P42, P52...} Of each output port with respect to and normalizing the measured power with the reference powers P3r, P4r, P5r. ,
Calculating the system parameter kh based on the normalized power of each output port and the reflection coefficients Γ0, Γ1, and Γ2 of the first reflected wave, the second reflected wave, and the third reflected wave; Or based on the normalized power of each output port, the phase difference ψ01 between the first reflected wave and the second reflected wave, and the phase difference ψ02 between the first reflected wave and the third reflected wave And a system parameter calculation step for performing any one of calculating the ratio hki of the system parameters kh.

例えば、前記システムパラメータ計算ステップは、下記の式(19)により前記システムパラメータkhを計算する。

Figure 2009068932
Figure 2009068932
For example, in the system parameter calculation step, the system parameter kh is calculated by the following equation (19).
Figure 2009068932
Figure 2009068932

例えば、前記システムパラメータ計算ステップは、下記の式(20−1)により前記システムパラメータkhの比hkiを計算する。

Figure 2009068932
For example, in the system parameter calculation step, the ratio hki of the system parameters kh is calculated by the following equation (20-1).
Figure 2009068932

この発明に係る線形マルチポートのシステムパラメータ測定装置は、マイクロ波帯、ミリ波帯、サブミリ波帯や赤外線、可視光線、紫外線などの高周波信号を発生する電源と、前記電源の出力を少なくとも2つに分配する電力分配器と、前記電力分配器で分配された一方の波を受け、当該波に少なくとも2つの位相差ψ01又はψ02を加えて出力する可変位相装置と、システムパラメータを計算する処理部とを備え、
測定対象である線形マルチポートの一方の入力ポート1は、前記電力分配器で分配された他方の波を受け、他方の入力ポート2は、前記可変位相装置から波を受け、
前記処理部は、前記線形マルチポートの出力ポートの電力、及び、前記位相差ψ01及びψ02に基づき、システムパラメータkh又は前記システムパラメータkhの比hkiを計算する、ものである。
A linear multi-port system parameter measuring apparatus according to the present invention includes at least two power supplies for generating a high frequency signal such as a microwave band, a millimeter wave band, a submillimeter wave band, infrared rays, visible rays, and ultraviolet rays, and outputs of the power sources. A power divider that distributes to the power, a variable phase device that receives one of the waves distributed by the power distributor, adds at least two phase differences ψ01 or ψ02 to the wave, and outputs the wave, and a processing unit that calculates system parameters And
One input port 1 of the linear multi-port to be measured receives the other wave distributed by the power distributor, and the other input port 2 receives the wave from the variable phase device,
The processing unit calculates the system parameter kh or the ratio hki of the system parameters kh based on the power of the output port of the linear multi-port and the phase differences ψ01 and ψ02.

この発明は、線形マルチポートに固有の値であるシステムパラメータを測定する方法であって、
前記線形マルチポートの一方の入力ポート1に波を入れるとともに、他方の入力ポート2を整合終端する基準電力測定準備ステップと、
前記線形マルチポートの各出力ポートの電力を測定し、それらを基準電力P3r、P4r、P5r・・・とする基準電力測定ステップと、
前記他方の入力ポート2の整合終端を外し、前記他方の入力ポート2に波を入れ、各出力ポートの電力{P3、P4、P5・・・}を測定する電力測定ステップと、
測定された前記各出力ポートの電力{P3、P4、P5・・・}を前記基準電力P3r、P4r、P5rで正規化する正規化ステップと、
前記他方の入力ポート2に入る波の位相を変化させる移相ステップと、
前記電力測定ステップ、前記正規化ステップ及び前記移相ステップを複数回繰り返し、得られた複数の正規化電力に基づき、前記他方の入力ポート2に入る波の位相を変数とする前記各出力ポートの電力の関数を特定する関数特定ステップと、
特定された前記関数を積分することにより、システムパラメータkh又は前記システムパラメータkhの比hkiを計算するシステムパラメータ計算ステップと、を備えるものである。
The present invention is a method for measuring a system parameter that is a value inherent to a linear multiport, comprising:
A reference power measurement preparation step for applying a wave to one input port 1 of the linear multi-port and matching termination of the other input port 2;
A reference power measurement step of measuring the power of each output port of the linear multi-port and setting them as reference powers P3r, P4r, P5r,
A power measuring step of removing the matching termination of the other input port 2, applying a wave to the other input port 2, and measuring the power {P 3, P 4, P 5.
A normalization step of normalizing the measured power {P3, P4, P5...} Of each output port with the reference powers P3r, P4r, P5r;
A phase shifting step of changing the phase of the wave entering the other input port 2;
The power measurement step, the normalization step, and the phase shift step are repeated a plurality of times, and based on the obtained normalized powers, the phase of the wave entering the other input port 2 is used as a variable. A function identification step for identifying a power function;
A system parameter calculation step of calculating a system parameter kh or a ratio hki of the system parameters kh by integrating the identified function.

例えば、前記システムパラメータ計算ステップは、下記の式(24)により前記システムパラメータkhの比hkiを計算する。

Figure 2009068932
For example, in the system parameter calculation step, the ratio hki of the system parameters kh is calculated by the following equation (24).
Figure 2009068932

この発明は、マイクロ波帯、ミリ波帯、サブミリ波帯や赤外線、可視光線、紫外線などの高周波信号を発生する電源からの波を2つに分け、一方を、2つの入力ポートと3つ以上の出力ポートを備える線形マルチポートの入力ポート1に、他方を被測定デバイスに入力するとともに、前記被測定デバイスを通過した波又は前記被測定デバイスで反射された波を前記線形マルチポートの入力ポート2に入れ、この状態で前記線形マルチポートの3つ以上の電力計測用の出力ポートそれぞれの検波出力を測定し、その結果に基づき前記被測定デバイスに関するベクトル量を測定するベクトルネットワークアナライザを用いた測定方法であって、
各出力ポートの電力P3d、P4d、P5d・・・を測定し、これを予め測定しておいた基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化するか、又は、出力ポートのいずれかひとつを基準としたときの他の3つの出力ポートの電力比3P4d、3P5d、3P6d・・・を測定することのいずれかを行うDUT測定ステップと、
前記被測定デバイスに代えて、通過特性又は反射特性が既知である標準器を接続し、前記標準器に関して、各出力ポートの電力P3s、P4s、P5s・・・を測定し、これを予め測定しておいた前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化するか、又は、出力ポートのいずれかひとつを基準としたときの他の3つの出力ポートの電力比3P4s、3P5s、3P6s・・・を測定することのいずれかを行う標準器測定ステップと、
正規化された前記電力又は前記電力比と、前記予め与えられた前記線形マルチポートのシステムパラメータkh又はシステムパラメータ比hkiとに基づき、前記被測定デバイスと前記標準器それぞれに関して前記ポート1に入る基準波a1と前記ポート2に入る測定波a2の複素振幅比Wd及びWsを計算するとともに、それらの比sWd=Wd/Wsを計算する複素振幅比計算ステップと、
前記比sWdと前記標準器のSパラメータに基づき前記被測定デバイスのSパラメータを計算するSパラメータ計算ステップと、を備えるものである。
The present invention divides a wave from a power source that generates a high frequency signal such as a microwave band, a millimeter wave band, a submillimeter wave band, an infrared ray, a visible ray, and an ultraviolet ray into two, one of which is two input ports and three or more. The input port 1 of the linear multiport having the output port is input to the device under test, and the wave passing through the device under test or the wave reflected by the device under test is input to the linear multiport In this state, the detection output of each of the three or more output ports for power measurement of the linear multi-port is measured, and a vector network analyzer that measures the vector quantity related to the device under test based on the result is used. A measuring method,
Measure the power P3d, P4d, P5d... Of each output port and normalize it with the pre-measured reference powers P3r, P4r, P5r... Or either one of the output ports. A DUT measurement step for measuring one of the power ratios 3P4d, 3P5d, 3P6d,... Of the other three output ports as a reference;
Instead of the device to be measured, a standard device whose transmission characteristic or reflection characteristic is known is connected, and the power P3s, P4s, P5s... Of each output port is measured with respect to the standard device, and this is measured in advance. Normalized with the reference powers P3r, P4r, P5r, etc., or the power ratio of the other three output ports when any one of the output ports is used as a reference 3P4s, 3P5s, 3P6s,. A standard measurement step that performs any of the following:
Based on the normalized power or the power ratio and the pre-determined system parameter kh or system parameter ratio hki of the linear multi-port, a criterion that enters the port 1 for the device under test and the standard device respectively. Calculating a complex amplitude ratio Wd and Ws between the wave a1 and the measurement wave a2 entering the port 2, and calculating a ratio sWd = Wd / Ws between them,
And an S parameter calculation step of calculating an S parameter of the device under measurement based on the ratio sWd and the S parameter of the standard device.

例えば、前記線形マルチポートは、5ポート接合であり、
前記複素振幅比計算ステップは、下記の式(14)により前記比sWdを計算する。

Figure 2009068932
For example, the linear multiport is a 5-port junction;
In the complex amplitude ratio calculation step, the ratio sWd is calculated by the following equation (14).
Figure 2009068932

例えば、前記線形マルチポートは、6ポート接合であり、
前記複素振幅比計算ステップは、下記の式(616)により前記複素振幅比Wd及びWsを計算する。

Figure 2009068932
For example, the linear multi-port is a 6-port junction,
In the complex amplitude ratio calculation step, the complex amplitude ratios Wd and Ws are calculated by the following equation (616).
Figure 2009068932

この発明は、マイクロ波帯、ミリ波帯、サブミリ波帯や赤外線、可視光線、紫外線などの高周波信号を発生する電源からの波を2つに分け、一方を、2つの入力ポートと3つ以上の出力ポートを備える線形マルチポートの入力ポート1に、他方を被測定デバイスに入力するとともに、前記被測定デバイスを通過した波又は前記被測定デバイスで反射された波を前記線形マルチポートの入力ポート2に入れ、この状態で前記線形マルチポートの3つ以上の電力計測用の出力ポートそれぞれの検波出力を測定し、その結果に基づき前記被測定デバイスに関するベクトル量を測定するベクトルネットワークアナライザを用いた測定方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
各出力ポートの電力P3d、P4d、P5d・・・を測定し、これを予め測定しておいた基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化するか、又は、出力ポートのいずれかひとつを基準としたときの他の3つの出力ポートの電力比3P4d、3P5d、3P6d・・・を測定することのいずれかを行うDUT測定ステップと、
前記被測定デバイスに代えて、通過特性又は反射特性が既知である標準器を接続したとき、前記標準器に関して、各出力ポートの電力P3s、P4s、P5s・・・を測定し、これを予め測定しておいた前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化するか、又は、出力ポートのいずれかひとつを基準としたときの他の3つの出力ポートの電力比3P4s、3P5s、3P6s・・・を測定することのいずれかを行う標準器測定ステップと、
正規化された前記電力又は前記電力比と、前記予め与えられた前記線形マルチポートのシステムパラメータkh又はシステムパラメータ比hkiとに基づき、前記被測定デバイスと前記標準器それぞれに関して前記ポート1に入る基準波a1と前記ポート2に入る測定波a2の複素振幅比Wd及びWsを計算するとともに、それらの比sWd=Wd/Wsを計算する複素振幅比計算ステップと、
前記比sWdと前記標準器のSパラメータに基づき前記被測定デバイスのSパラメータを計算するSパラメータ計算ステップと、をコンピュータに実行させるものである。
The present invention divides a wave from a power source that generates a high frequency signal such as a microwave band, a millimeter wave band, a submillimeter wave band, an infrared ray, a visible ray, and an ultraviolet ray into two, one of which is two input ports and three or more. The input port 1 of the linear multiport having the output port is input to the device under test, and the wave passing through the device under test or the wave reflected by the device under test is input to the linear multiport In this state, the detection output of each of the three or more output ports for power measurement of the linear multi-port is measured, and a vector network analyzer that measures the vector quantity related to the device under test based on the result is used. A program for causing a computer to execute a measurement method,
Measure the power P3d, P4d, P5d... Of each output port and normalize it with the pre-measured reference powers P3r, P4r, P5r... Or either one of the output ports. A DUT measurement step for measuring one of the power ratios 3P4d, 3P5d, 3P6d,... Of the other three output ports as a reference;
When a standard device with known transmission characteristics or reflection characteristics is connected instead of the device under test, the power P3s, P4s, P5s,... Of each output port is measured for the standard device, and this is measured in advance. Normalize with the reference powers P3r, P4r, P5r, etc., or power ratios of the other three output ports when any one of the output ports is used as a reference 3P4s, 3P5s, 3P6s .. a standard measurement step for measuring one of
Based on the normalized power or the power ratio and the pre-determined system parameter kh or system parameter ratio hki of the linear multi-port, a criterion that enters the port 1 for the device under test and the standard device respectively. Calculating a complex amplitude ratio Wd and Ws between the wave a1 and the measurement wave a2 entering the port 2, and calculating a ratio sWd = Wd / Ws between them,
An S parameter calculation step of calculating an S parameter of the device under measurement based on the ratio sWd and the S parameter of the standard device is executed by a computer.

この発明に係るプログラムは、例えば、記録媒体に記録される。
媒体には、例えば、EPROMデバイス、フラッシュメモリデバイス、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、CD(CD−ROM、Video−CDを含む)、DVD(DVD−Video、DVD−ROM、DVD−RAMを含む)、ROMカートリッジ、バッテリバックアップ付きのRAMメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性RAMカートリッジ等を含む。
The program according to the present invention is recorded on a recording medium, for example.
Examples of the medium include EPROM device, flash memory device, flexible disk, hard disk, magnetic tape, magneto-optical disk, CD (including CD-ROM and Video-CD), DVD (DVD-Video, DVD-ROM, DVD- RAM), ROM cartridge, RAM memory cartridge with battery backup, flash memory cartridge, nonvolatile RAM cartridge, and the like.

媒体とは、何等かの物理的手段により情報(主にデジタルデータ、プログラム)が記録されているものであって、コンピュータ、専用プロセッサ等の処理装置に所定の機能を行わせることができるものである。   A medium is a medium in which information (mainly digital data, a program) is recorded by some physical means, and allows a processing device such as a computer or a dedicated processor to perform a predetermined function. is there.

以下、次の順番で説明を加える。
1.システムパラメータの測定方法
1.1 5ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法
1.2 5ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法(積分法)
1.3 6ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法
1.4 Nポート接合を用いたリフレクトメータのシステムパラメータの測定方法
2.DUTの測定方法
2.1 5ポートコリレータを用いたVNA及びこれを用いた測定方法
2.1.1 測定システムの説明
2.1.2 DUTのSパラメータの測定手順の説明
2.2 6ポートコリレータを用いたVNA及びこれを用いた測定方法
3.本件の計測理論
3.1 5ポートコリレータ
3.1.1 5ポートコリレータの原理
3.1.2 5ポートコリレータによるDUTのSパラメータの測定
3.1.3 システムパラメータの線形解
3.1.4 システムパラメータの積分解
3.2 6ポートコリレータ
3.3 リフレクトメータ
Hereinafter, description will be added in the following order.
1. System Parameter Measurement Method 1.1 Correlator System Parameter Measurement Method Using 5-Port Junction 1.2 Correlator System Parameter Measurement Method Using 5-Port Junction (Integration Method)
1.3 Method of measuring system parameters of correlator using 6-port junction 1.4 Method of measuring system parameters of reflectometer using N-port junction DUT measurement method 2.1 VNA using 5-port correlator and measurement method using the same 2.1.1 Description of measurement system 2.1.2 Description of DUT S-parameter measurement procedure 2.2 6-port correlator 2. A VNA using the above and a measuring method using the same. 3.1 Measurement Theory of the Case 3.1 5 Port Correlator 3.1.1 Principle of 5 Port Correlator 3.1.2 Measurement of DUT S-parameters with 5 Port Correlator 3.1.3 Linear Solution of System Parameters 3.1.4 System parameter product decomposition 3.2 6-port correlator 3.3 Reflectometer

1.システムパラメータの測定方法 1. Measuring system parameters

1.1 5ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法
コリレータ(Wave-Correlator)とは、独立した2つの波(周波数は同じ)についてこれらを比較するもの、すなわちそれらの複素振幅比を計測する装置である。
1.1 Correlator system parameter measurement method using 5-port junction Correlator (Wave-Correlator) compares two independent waves (with the same frequency), that is, measures their complex amplitude ratio It is a device to do.

5ポート接合を用いたコリレータとは、2つの入力ポートと3つの出力ポートを備える5ポート接合により上記計測を行う装置である。5ポート接合は線形マルチポート(線形回路)のひとつであり、3つの出力ポートの出力波が2つの入力ポートからの入力波の一次式で表される回路である。すなわち、上記コリレータは、2つの入力ポートに入る正弦波の大きさと位相の相互関係を、3つの出力ポートから出る波の電力値から測定する線形回路システムである。   A correlator using a 5-port junction is a device that performs the above measurement by a 5-port junction including two input ports and three output ports. The 5-port junction is one of linear multi-ports (linear circuits), and is a circuit in which output waves of three output ports are expressed by a linear expression of input waves from two input ports. That is, the correlator is a linear circuit system that measures the correlation between the magnitude and phase of a sine wave entering two input ports from the power values of the waves exiting from three output ports.

5ポート接合の一例を、図1に示す。図中、5PJは5ポート接合を示す。Qは公知の90°ハイブリッド、PDは公知の分配器である。ポート1及びポート2は入力ポートである。3〜5は電力計測用のポートである。90°ハイブリッドとは、一方の側のひとつのポートに高周波信号を入力すると、その高周波信号の半分の振幅の高周波信号が反対側の対向するポートに出力され、残りの半分が反対側の他方のポートに出力され、前記対向するポートと前記他方のポートとの高周波信号の位相差が90°となるというものである。   An example of a 5-port junction is shown in FIG. In the figure, 5PJ indicates a 5-port junction. Q is a known 90 ° hybrid, and PD is a known distributor. Port 1 and port 2 are input ports. 3 to 5 are power measurement ports. In the 90 ° hybrid, when a high-frequency signal is input to one port on one side, a high-frequency signal having half the amplitude of the high-frequency signal is output to the opposite port on the opposite side, and the other half is on the other port on the opposite side. The phase difference of the high-frequency signal output to the port and the opposite port and the other port is 90 °.

5ポート接合5PJの動作については後に詳述する(「3.1.1 5ポートコリレータの原理」の項参照)。   The operation of the 5-port junction 5PJ will be described later in detail (see “3.1.1 Principle of 5-port correlator”).

5ポート接合5PJを備えるコリレータを用いて計測を行うには、各出力ポートの波の電力値を計測するとともに、電力値とシステムパラメータを所定の数式に代入し計算する。システムパラメータとは、5ポート接合5PJに固有の値である。具体的には、2つの入力ポートと3つの出力ポートの間の関係を記述する一次式の係数の比である。システムパラメータは、測定に先立ち予め求めておく必要がある。   In order to perform measurement using a correlator having a 5-port junction 5PJ, the power value of the wave at each output port is measured, and the power value and system parameters are substituted into a predetermined mathematical formula. The system parameter is a value unique to the 5-port junction 5PJ. Specifically, it is the ratio of the coefficients of a linear expression describing the relationship between two input ports and three output ports. System parameters need to be obtained in advance prior to measurement.

図2は、5ポート接合5PJを用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法のフローチャートである。以下、図2を参照しつつ測定方法について説明を加える。   FIG. 2 is a flowchart of a method for measuring a system parameter of a correlator using a 5-port junction 5PJ. Hereinafter, the measurement method will be described with reference to FIG.

(1)振幅が等しく位相が異なる3つの波(第1の波、第2の波及び第3の波)を設定する。5ポート接合の入力ポート1に基準波a1を入れ、入力ポート2に第1の波、第2の波及び第3の波(測定波a2)をそれぞれ順番に入れたときの、基準波a1に対する第1の波、第2の波又は第3の波の複素振幅比をそれぞれW0、W1、W2(ただし、W=a2/a1)と設定する(図2のSTEP1)。例えば、波W0を移相量の異なる固定移相器にそれぞれ通すことでW1、 W2を得ることができる。
なお、以下の説明では、誤解のおそれがない範囲において、第1の波、第2の波及び第3の波をそれぞれ波W0、波W1、波W2と記すことにする。図面の記載についても同様である。
(1) Three waves (the first wave, the second wave, and the third wave) having the same amplitude and different phases are set. A reference wave a1 is input to the input port 1 of the 5-port junction, and the first wave, the second wave, and the third wave (measurement wave a2) are sequentially input to the input port 2 with respect to the reference wave a1. The complex amplitude ratios of the first wave, the second wave, and the third wave are set as W0, W1, and W2 (W = a2 / a1), respectively (STEP 1 in FIG. 2). For example, W1 and W2 can be obtained by passing the wave W0 through fixed phase shifters having different phase shift amounts.
In the following description, the first wave, the second wave, and the third wave are referred to as a wave W0, a wave W1, and a wave W2, respectively, within a range where there is no possibility of misunderstanding. The same applies to the description of the drawings.

(2)5ポート接合5PJの一方の入力ポート(例えばポート1)に基準波a1を入れる(同図のSTEP2)。他方の入力ポート(例えばポート2)は整合終端し、当該入力ポートに入る波をゼロにする(同図のSTEP2)。 (2) The reference wave a1 is input to one input port (for example, port 1) of the 5-port junction 5PJ (STEP 2 in the figure). The other input port (for example, port 2) is terminated in a matching manner, and the wave entering the input port is set to zero (STEP 2 in the figure).

(3)上記(2)の状態で、各出力ポートの電力を測定し、その結果を{P3r、P4r、P5r}とする(添字の3、4、5はそれぞれ出力ポート3、4、5に対応している、以下同様)。これらを基準電力とする(同図のSTEP3)。 (3) In the state of (2) above, the power of each output port is measured, and the result is {P3r, P4r, P5r} (subscripts 3, 4, and 5 are assigned to output ports 3, 4, and 5, respectively) Corresponding, and so on) These are used as the reference power (STEP 3 in the figure).

(4)ポート2の整合終端を外す(同図のSTEP4)。 (4) Remove the matching termination of port 2 (STEP 4 in the figure).

(5)5ポート接合5PJのポート2に、測定波a2として波W0を入れる。 (5) The wave W0 is input to the port 2 of the 5-port junction 5PJ as the measurement wave a2.

(6)上記(5)の状態で、各出力ポートの電力を測定し、その結果を{P30、P40、P50}とする(同図のSTEP6)。 (6) In the state of (5) above, the power of each output port is measured, and the result is {P30, P40, P50} (STEP 6 in the figure).

(7)5ポート接合5PJのポート2に測定波a2として波W1を入れる。ただし、波W1は、波W0と振幅が等しく、かつ、位相が異なる波である。例えば、波W1は、波W0よりも遅れているとし、その位相差を−ψ01(ψ01は正の実数)とする。当該波の複素振幅比W1は次式で表される。ただし、0W1=W1/W0である。 (7) The wave W1 is input as the measurement wave a2 to the port 2 of the 5-port junction 5PJ. However, the wave W1 is a wave having the same amplitude and a different phase as the wave W0. For example, it is assumed that the wave W1 is delayed from the wave W0, and the phase difference is −ψ01 (ψ01 is a positive real number). The complex amplitude ratio W1 of the wave is expressed by the following equation. However, 0W1 = W1 / W0.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

(8)上記(7)の状態で、各出力ポートの電力を測定し、その結果を{P31、P41、P51}とする(同図のSTEP6)。 (8) In the state of (7) above, the power of each output port is measured, and the result is {P31, P41, P51} (STEP 6 in the figure).

(9)5ポート接合5PJのポート2に測定波a2として波W2を入れる。ただし、波W2は、波W0と振幅が等しく、かつ、位相が異なる波である。波W2は、波W1とも位相が異なる。例えば、波W2は、波W0よりも遅れているとし、その位相差を−ψ02(ψ02は正の実数で、ψ01≠ψ02)とする。当該波の複素振幅比W2は次式で表される。ただし、0W2=W2/W0である。 (9) The wave W2 is input as the measurement wave a2 to the port 2 of the 5-port junction 5PJ. However, the wave W2 is a wave having the same amplitude and a different phase as the wave W0. The wave W2 is different in phase from the wave W1. For example, it is assumed that the wave W2 is behind the wave W0, and the phase difference is −ψ02 (ψ02 is a positive real number, ψ01 ≠ ψ02). The complex amplitude ratio W2 of the wave is expressed by the following equation. However, 0W2 = W2 / W0.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

(10)上記(9)の状態で、各出力ポートの電力を測定し、その結果を{P32、P42、P52}とする(同図のSTEP6)。 (10) In the state of (9), the power of each output port is measured, and the result is set to {P32, P42, P52} (STEP 6 in the figure).

(11)上記{P30、P40、P50}{P31、P41、P51}{P32、P42、P52}を、それぞれ基準電力{P3r、P4r、P5r}で割る(同図のSTEP7)。その結果を正規化ポート電力とする。/Ph0=Ph0÷Phr(h=3,4,5)、/Ph1=Ph1÷Phr(h=3,4,5)、/Ph2=Ph2÷Phr(h=3,4,5)である。ただし、/Ph0は、記号Ph0について上付バーが付されていることを示す。以下の説明においても同様に、記号「/」は「上付きバー」を表すことにする。 (11) Divide {P30, P40, P50} {P31, P41, P51} {P32, P42, P52} by the reference power {P3r, P4r, P5r}, respectively (STEP 7 in the figure). The result is the normalized port power. / Ph0 = Ph0 / Phr (h = 3,4,5), / Ph1 = Ph1 / Phr (h = 3,4,5), / Ph2 = Ph2 / Phr (h = 3,4,5). However, / Ph0 indicates that a superscript bar is attached to the symbol Ph0. Similarly, in the following description, the symbol “/” represents “superscript bar”.

(12)次式に従い、システムパラメータ比hkiを計算する(同図のSTEP10)。ここで例えば、h=3、i=4,5とする。 (12) The system parameter ratio hki is calculated according to the following equation (STEP 10 in the figure). Here, for example, h = 3 and i = 4,5.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

以上の(1)〜(12)の手順により、5ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータを測定することができる。   The system parameters of the correlator using the 5-port junction can be measured by the above procedures (1) to (12).

図3に、上述した測定方法を実行するための測定回路の例を示す。
図3において、VSは、所定の周波数の信号を供給する電源(信号源)である。PDは、電源VSからの波を2つに分配する電力分配器である。なお、図示しないが、図3の装置は、出力ポートの電力を測定するための検波器、検波器の出力を増幅する増幅器、増幅器の出力を受け、その出力(すなわち5ポート接合5PJの3個の出力ポートP3〜P5の検波出力)に基づきシステムパラメータを計算するパソコン(コンピュータ)を備えていてもよい。
FIG. 3 shows an example of a measurement circuit for executing the measurement method described above.
In FIG. 3, VS is a power source (signal source) that supplies a signal of a predetermined frequency. The PD is a power distributor that distributes waves from the power supply VS into two. Although not shown, the apparatus shown in FIG. 3 receives a detector for measuring the power at the output port, an amplifier for amplifying the output of the detector, and the output of the amplifier (that is, three of the five-port junction 5PJ). (A detection output of the output ports P3 to P5) may be provided with a personal computer (computer) that calculates system parameters.

図3の装置は、さらに、2つの固定移相器FPS1及びFPS2と、それらをオンオフするスイッチSWを備える。これらは可変位相装置VPを構成する。スイッチSWはロータリー式スイッチであり、接点u、v、wのいずれかを選択する。接点uは固定位相器FPS1の入力すなわち電力分配器PDの出力に接続され、接点vは固定位相器FPS1の出力(固定位相器FPS2の入力)に接続され、接点wは固定位相器FPS2の出力に接続されている。スイッチSWのコモンは可変位相装置VPの出力であり、5ポート接合5PJの入力ポート2に接続される。固定位相器FPS1とFPS2の移相量はそれぞれψ1とψ2であり、それらは直列に接続されている。したがって、スイッチSWの選択により、移相量=0(接点u)、移相量=−ψ1(接点v)、移相量=−(ψ1+ψ2)(接点w)のいずれかを選択できる。   The apparatus of FIG. 3 further includes two fixed phase shifters FPS1 and FPS2 and a switch SW for turning them on and off. These constitute the variable phase device VP. The switch SW is a rotary switch and selects one of the contacts u, v, and w. The contact u is connected to the input of the fixed phase shifter FPS1, that is, the output of the power distributor PD, the contact v is connected to the output of the fixed phase shifter FPS1 (input of the fixed phase shifter FPS2), and the contact w is the output of the fixed phase shifter FPS2. It is connected to the. The common of the switch SW is the output of the variable phase device VP and is connected to the input port 2 of the 5-port junction 5PJ. The phase shift amounts of the fixed phase shifters FPS1 and FPS2 are ψ1 and ψ2, respectively, and they are connected in series. Therefore, by selecting the switch SW, one of phase shift amount = 0 (contact point u), phase shift amount = −ψ1 (contact point v), and phase shift amount = − (ψ1 + ψ2) (contact point w) can be selected.

接点v、wの位置では、次のようになる。   At the positions of the contacts v and w, the following occurs.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

固定移相器の周波数特性によりψ1、ψ2は一定にはならないので、別途、標準計測器でその移相量を正確に測定しておく必要がある。システムパラメータ決定行列式の正則性が保たれる条件で0W1、0W2を選べばよいが、絶対値が1、位相差が120°、240°に近いことが望ましい。   Since ψ1 and ψ2 are not constant due to the frequency characteristics of the fixed phase shifter, it is necessary to accurately measure the amount of phase shift with a standard measuring instrument. Although it is sufficient to select 0W1 and 0W2 under the condition that the regularity of the system parameter determination determinant is maintained, it is desirable that the absolute value is 1 and the phase difference is close to 120 ° and 240 °.

図3のスイッチSWをu、v、wと順番に切り換えつつ、図2のSTEP6の測定を行えばよい。   The measurement of STEP 6 in FIG. 2 may be performed while switching the switch SW in FIG. 3 in order of u, v, and w.

前述した、5ポート接合5PJを用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法について補足する。   It supplements about the measuring method of the system parameter of the correlator using 5 port junction 5PJ mentioned above.

上記(3)で正規化用基準電力を測定する際に、図3において、5ポート接合5PJのポート2に標準器としての整合終端を接続し、ポートMを整合終端、ポートRからポート1に基準電力(たとえば0dBm)を加え、ポート出力P3r、P4r、P5rを測定する。これ以降のポート電力測定において、前記基準電力は一定に保つことが望ましい。   When the normalization reference power is measured in (3) above, in FIG. 3, a matching termination as a standard device is connected to port 2 of the 5-port junction 5PJ, port M is matched termination, and port R is changed to port 1 A reference power (for example, 0 dBm) is applied, and port outputs P3r, P4r, and P5r are measured. In the subsequent port power measurement, it is desirable to keep the reference power constant.

そして、中心周波数でほぼ120°遅れ位相の固定移相器FPS1及びFPS2を使用する。移相器FPS1及びFPS2の周波数対位相特性を使用可能な測定器(標準のVNA)で測定し保存しておく。   Then, fixed phase shifters FPS1 and FPS2 having a phase delayed by approximately 120 ° at the center frequency are used. The frequency vs. phase characteristics of the phase shifters FPS1 and FPS2 are measured and stored with a usable measuring instrument (standard VNA).

この測定方法によれば、公知の積分校正法を使用することなくシステムパラメータを求めることができるので、VNAに移相器を設ける必要がなくなり、VNAの構成を簡単にすることができる。また、フーリエ変換処理が不要であるので、処理時間も短くできる。   According to this measurement method, system parameters can be obtained without using a known integral calibration method, so that it is not necessary to provide a phase shifter in the VNA, and the configuration of the VNA can be simplified. In addition, since the Fourier transform process is unnecessary, the processing time can be shortened.

1.2 5ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法(積分法)
図4は、積分法を実行するための測定回路の例を示す。図4において、図3と同一相当部分には同一符号を付して、その説明は省略する。
1.2 Correlator system parameter measurement method using 5-port junction (integration method)
FIG. 4 shows an example of a measurement circuit for executing the integration method. 4, parts that are the same as those in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図4において、DC1及びDC2は方向性結合器である。方向性結合器DC1の一方の側の2つの端は第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2に接続され、他方の側の1つの端は2ポートの供試デバイス(Device Under Test:以下「DUT」と記す)の一方の端に接続され、残りの一端は終端されている。方向性結合器DC2も同様である。SW1は、移相器PSからの波を2つの方向性結合器DC1又はDC2のいずれかに入れるスイッチである。SW2は、2つの方向性結合器DC1又はDC2のいずれかを選択し、選択された方からの波を5ポート接合5PJのポート2へ送るスイッチである。   In FIG. 4, DC1 and DC2 are directional couplers. Two ends on one side of the directional coupler DC1 are connected to the first switch SW1 and the second switch SW2, and one end on the other side is a two-port device under test (hereinafter referred to as “DUT”). And the other end is terminated. The same applies to the directional coupler DC2. SW1 is a switch that puts the wave from the phase shifter PS into either of the two directional couplers DC1 or DC2. SW2 is a switch that selects either one of the two directional couplers DC1 or DC2 and sends a wave from the selected one to port 2 of the 5-port junction 5PJ.

第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、方向性結合器DC1及びDC2は、DUTの4つのSパラメータ(S11、S12、S21、S22)をそれぞれ計測するための接続を実現する切換機構(後に詳しく説明)を構成する。   The first switch SW1, the second switch SW2, and the directional couplers DC1 and DC2 are switching mechanisms that realize connections for measuring the four S parameters (S11, S12, S21, and S22) of the DUT (described in detail later). ).

図4の装置は、電力分配器PDと第1スイッチSW1の入力端の間に移相器PSを備える。移相器(phase shifter)PSは、2つの波の間の位相関係を変えるのに用いられるものである。この装置を用いてシステムパラメータを測定する。   The apparatus of FIG. 4 includes a phase shifter PS between the power distributor PD and the input terminal of the first switch SW1. A phase shifter PS is used to change the phase relationship between two waves. System parameters are measured using this device.

図5は、積分法のフローチャートである。以下、図5を参照しつつ測定方法について説明を加える。   FIG. 5 is a flowchart of the integration method. Hereinafter, the measurement method will be described with reference to FIG.

(1)5ポート接合5PJのポート1に予め定められた基準波を入れる。ポート2は整合終端し、当該入力ポートに入る波をゼロにする(図5のSTEP11)。 (1) A predetermined reference wave is input to port 1 of the 5-port junction 5PJ. Port 2 is matched and terminated, and the wave entering the input port is set to zero (STEP 11 in FIG. 5).

(2)上記(1)の状態で、各出力ポートの電力を測定し、その結果を{P3r、P4r、P5r}とする。これらを基準電力とする(同図のSTEP12)。 (2) In the state (1), the power of each output port is measured, and the result is {P3r, P4r, P5r}. These are used as the reference power (STEP 12 in the figure).

(3)ポート2の整合終端を外す(同図のSTEP13)。 (3) Remove the matching termination of port 2 (STEP 13 in the figure).

(4)ポート1及び2に信号を加える(同図のSTEP14)。 (4) A signal is applied to ports 1 and 2 (STEP 14 in the figure).

(5)上記(4)の状態で移相器PSを、任意の始動位置θcから離散的に変化させる(同図のSTEP18)。 (5) In the state of (4) above, the phase shifter PS is discretely changed from an arbitrary starting position θc (STEP 18 in the figure).

(6)ポート電力P3、 P4、 P5を測定し、それぞれP3r、 P4r、 P5rで正規化する(同図のSTEP16)。 (6) The port powers P3, P4, and P5 are measured and normalized by P3r, P4r, and P5r, respectively (STEP 16 in the figure).

(7)上記(5)(6)を繰り返す(同図のSTEP17)。繰り返しの回数は、Curve Fittingにより関数が特定できる程度であり、実際は数回で済む。 (7) Repeat (5) and (6) above (STEP 17 in the figure). The number of iterations is such that a function can be specified by Curve Fitting, and in fact, only a few times are sufficient.

(8)上記手順で得られた測定データに基づきCurve Fittingにより関数を確定する(同図のSTEP19)。Curve Fittingは公知の手法であり、その説明は省略する。 (8) A function is determined by Curve Fitting based on the measurement data obtained by the above procedure (STEP 19 in the figure). Curve Fitting is a well-known technique and will not be described.

関数は次式で与えられ、その振幅、位相、オフセット量を特定できれば関数は確定する。関数形が分かっているので測定誤差を含めて得られた数点のデータでfittingが終了する。   The function is given by the following equation. If the amplitude, phase, and offset amount can be specified, the function is determined. Since the function form is known, the fitting ends with several points of data obtained including the measurement error.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

(9)次式に従い、上記(8)で確定した関数/Ph(θ)の積分計算を行うことで、システムパラメータhki(h=3、i=4、5)を計算する(同図のSTEP20、この式は後述の式(24)と同じものである)。 (9) The system parameter hki (h = 3, i = 4, 5) is calculated by performing integral calculation of the function / Ph (θ) determined in the above (8) according to the following equation (STEP 20 in the figure). This equation is the same as equation (24) described later).

Figure 2009068932
Figure 2009068932

正規化電力と指数関数の積/Ph(θ)exp j(θ−θc)の数値積分演算は、移相器の始動位置で/Ph(θc)exp j(0)、以下順次、/Ph(θc+δ)exp j(δ)、/Ph(θc+2δ)exp j(2δ)、・・・となるので、積分開始位置を任意に設定することができる。   The numerical integration operation of the product of normalized power and exponential function / Ph (θ) exp j (θ−θc) is / Ph (θc) exp j (0) at the start position of the phase shifter, and so on. Since θc + δ) exp j (δ), / Ph (θc + 2δ) exp j (2δ),..., the integration start position can be arbitrarily set.

1.3 6ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法
線形マルチポート(線形回路)として6ポート接合を備える場合でも、出力ポートがひとつ増える点を除き、5ポート接合の場合と同様の手順及び計算式でシステムパラメータを測定することができる。6ポート接合のシステムパラメータは、5ポート接合の場合と同様に、3ki=ki/k3(i=4,5,6)と表される。
1.3 Method for measuring system parameters of correlator using 6-port junction Even if 6-port junction is provided as a linear multi-port (linear circuit), the procedure is the same as in the case of 5-port junction except that one output port is added. And system parameters can be measured by calculation formulas. The system parameters of the 6-port junction are expressed as 3ki = ki / k3 (i = 4, 5, 6) as in the case of the 5-port junction.

6ポート接合の一例を、図6に示す。図中、6PJは6ポート接合を示す。Qは公知の90°ハイブリッド、Zは整合終端である。   An example of a 6-port junction is shown in FIG. In the figure, 6PJ indicates a 6-port junction. Q is a known 90 ° hybrid, and Z is a matched termination.

Nポート接合についても同様のことが言え、5ポート接合の場合と同様の手順及び計算式でシステムパラメータを測定することができる。   The same is true for the N-port junction, and the system parameters can be measured by the same procedure and calculation formula as in the case of the 5-port junction.

1.4 Nポート接合を用いたリフレクトメータのシステムパラメータの測定方法
リフレクトメータ(reflectometer)とは、ひとつの波(信号)に関して、その入射波と出射波を比較するための装置である。
1.4 Method for Measuring System Parameters of Reflectometer Using N-Port Junction A reflectometer is a device for comparing incident waves and outgoing waves of one wave (signal).

Nポートリフレクトメータ(N-port reflectometer)は、Nポート接合のポート1に信号源、ポート2にDUTを接続し、ポート2から出る波と入る波の複素振幅比を、DUTの反射係数として、残りのN−2個のポート電力値から測定するシステムである。DUTに入る波をb2、DUTから出る反射波をa2とすると、その複素反射係数Γ=a2/b2である。   N-port reflectometer (N-port reflectometer) has a signal source connected to port 1 of N-port junction and a DUT connected to port 2, and the complex amplitude ratio of the wave coming out of port 2 and the wave coming in is taken as the reflection coefficient of DUT. The system measures from the remaining N-2 port power values. If the wave entering the DUT is b2 and the reflected wave exiting the DUT is a2, the complex reflection coefficient Γ = a2 / b2.

Nポート接合には、上述した5ポート接合や6ポート接合が含まれる。Nポート接合は、(N−2)の出力ポートの出力波が2つの入力ポートからの入力波の一次式で表されるという線形マルチポート(線形回路)である。   The N port junction includes the above-described 5-port junction and 6-port junction. The N-port junction is a linear multi-port (linear circuit) in which the output wave of the (N-2) output port is expressed by a linear expression of the input waves from the two input ports.

Nポート接合を備えるリフレクトメータを用いて計測を行うには、各出力ポートの波の電力値を計測するとともに、電力値とシステムパラメータを所定の数式に代入し計算する。システムパラメータは、測定に先立ち予め求めておく必要があるが、上述のコリレータと同様に求めることができる。すなわち、コリレータにおける複素振幅比Wを、複素反射係数Γに置き換えれば、リフレクトメータでも同様に扱うことができる(詳しくは「3.3 リフレクトメータ」参照)。   In order to perform measurement using a reflectometer having an N-port junction, the power value of the wave at each output port is measured, and the power value and the system parameter are substituted into a predetermined mathematical formula. The system parameter needs to be obtained in advance prior to measurement, but can be obtained in the same manner as the above-described correlator. That is, if the complex amplitude ratio W in the correlator is replaced with the complex reflection coefficient Γ, the reflectometer can handle the same (refer to “3.3 Reflectometer” for details).

図7は、Nポート接合を用いたリフレクトメータのシステムパラメータの測定方法のフローチャートである。以下、図7を参照しつつ測定方法について説明を加える。   FIG. 7 is a flowchart of a method for measuring a system parameter of a reflectometer using an N-port junction. Hereinafter, the measurement method will be described with reference to FIG.

(1)振幅が等しく位相が異なる3つの反射波(第1の反射波、第2の反射波及び第3の反射波)を設定するとともに、それらの反射係数をそれぞれΓ0、Γ1、Γ2に設定する(図7のSTEP1)。例えば、Nポート接合のポート2にショートの標準器を取り付けることで第1の反射波を設定し、ポート2に移相量ψ1の固定移相器とショートの標準器を取り付けることで第2の反射波を設定し、ポート2に移相量ψ1の固定移相器、移相量ψ2の固定移相器及びショートの標準器を取り付けることで第3の反射波を設定する。なお、コリレータ(例えば図3)の場合と異なり、ポート2から出て戻る波b2は、そこに接続された線路を往復するので移相量が2倍になることに注意する。
なお、以下の説明では、誤解のおそれがない範囲において、第1の反射波、第2の反射波及び第3の反射波をそれぞれ反射波Γ0、反射波Γ1、反射波Γ2と記すことにする。図面の記載についても同様である。
(1) Set three reflected waves with the same amplitude and different phases (first reflected wave, second reflected wave, and third reflected wave), and set their reflection coefficients to Γ0, Γ1, and Γ2, respectively. (STEP 1 in FIG. 7). For example, a first reflected wave is set by attaching a short standard device to the port 2 of the N port junction, and a second standard device is attached to the port 2 by attaching a fixed phase shifter with a phase shift amount ψ1 and a short standard device. A reflected wave is set, and a third reflected wave is set by attaching a fixed phase shifter with a phase shift amount ψ1, a fixed phase shifter with a phase shift amount ψ2 and a short standard to port 2. Note that, unlike the case of the correlator (for example, FIG. 3), the wave b2 returning from the port 2 reciprocates the line connected thereto, so that the amount of phase shift is doubled.
In the following description, the first reflected wave, the second reflected wave, and the third reflected wave are referred to as a reflected wave Γ0, a reflected wave Γ1, and a reflected wave Γ2, respectively, within a range where there is no possibility of misunderstanding. . The same applies to the description of the drawings.

(2)Nポート接合の一方の入力ポート(例えばポート1)に一定の波を入れる(同図のSTEP2)。他方の入力ポート(例えばポート2)は整合終端し、当該入力ポートに入る波をゼロにする(同図のSTEP2)。 (2) A constant wave is input to one input port (for example, port 1) of the N-port junction (STEP 2 in the figure). The other input port (for example, port 2) is terminated in a matching manner, and the wave entering the input port is set to zero (STEP 2 in the figure).

(3)上記(2)の状態で、各出力ポートの電力を測定し、その結果を{P3r、P4r、P5r、・・・}とする(添字の3、4、5、・・・はそれぞれ出力ポート3、4、5、・・・に対応している、以下同様)。これらを基準電力とする(同図のSTEP3)。 (3) In the state of (2) above, the power of each output port is measured, and the result is {P3r, P4r, P5r, ...} (subscripts 3, 4, 5,. Corresponding to the output ports 3, 4, 5,. These are used as the reference power (STEP 3 in the figure).

(4)ポート2の整合終端を外す(同図のSTEP4)。 (4) Remove the matching termination of port 2 (STEP 4 in the figure).

(5)Nポート接合のポート2にショートの標準器を接続する。ポート2に入る反射波(第1の反射波)の反射係数はΓ0である。 (5) Connect a short standard to port 2 of the N port junction. The reflection coefficient of the reflected wave entering the port 2 (first reflected wave) is Γ0.

(6)上記(5)の状態で、各出力ポートの電力を測定し、その結果を{P30、P40、P50、・・・}とする(同図のSTEP6)。 (6) In the state of (5) above, the power of each output port is measured, and the result is {P30, P40, P50,...} (STEP 6 in the figure).

(7)Nポート接合のポート2に固定移相器とショートの標準器を接続する。その移相量がψ1であるとき、ポート2に入る反射波Γ1は、反射波Γ0よりも2ψ1遅れている。 (7) Connect a fixed phase shifter and a short standard to port 2 of the N port junction. When the amount of phase shift is ψ1, the reflected wave Γ1 entering the port 2 is delayed by 2ψ1 from the reflected wave Γ0.

(8)上記(7)の状態で、各出力ポートの電力を測定し、その結果を{P31、P41、P51、・・・}とする(同図のSTEP6)。 (8) In the state of (7) above, the power of each output port is measured, and the result is {P31, P41, P51,...} (STEP 6 in the figure).

(9)Nポート接合のポート2に、2つの固定移相器とショートの標準器を接続する。その移相量がψ1+ψ2であるとき、ポート2に入る反射波Γ2は、反射波Γ0よりも2(ψ1+ψ2)だけ遅れている。 (9) Connect two fixed phase shifters and a short standard to port 2 of the N port junction. When the amount of phase shift is ψ1 + ψ2, the reflected wave Γ2 entering the port 2 is delayed by 2 (ψ1 + ψ2) from the reflected wave Γ0.

(10)上記(9)の状態で、各出力ポートの電力を測定し、その結果を{P32、P42、P52、・・・}とする(同図のSTEP6)。 (10) In the state of (9) above, the power of each output port is measured, and the result is {P32, P42, P52,...} (STEP 6 in the figure).

(11)上記{P30、P40、P50、・・・}{P31、P41、P51、・・・}{P32、P42、P52、・・・}を、それぞれ基準電力{P3r、P4r、P5r、・・・}で割る(同図のSTEP7)。その結果を正規化ポート電力とする。 (11) {P30, P40, P50, ...} {P31, P41, P51, ...} {P32, P42, P52, ...} are used as reference powers {P3r, P4r, P5r,. Divide by .. (STEP 7 in the figure). The result is the normalized port power.

(12)上述した式(20−1)に従い、システムパラメータhkiを計算する(同図のSTEP10)。ここで例えば、h=3、i=4,5,・・・とする。なお、上述したように、線路を往復するので移相量が2倍になることに注意する。例えば、図8の装置で測定した場合、式(20−1)におけるψ01、ψ02は、それぞれ、−2ψ1、−2(ψ1+ψ2)となる。 (12) The system parameter hki is calculated according to the above equation (20-1) (STEP 10 in the figure). Here, for example, h = 3, i = 4, 5,. Note that, as described above, the amount of phase shift is doubled because the line travels back and forth. For example, when measured with the apparatus of FIG. 8, ψ01 and ψ02 in the equation (20-1) are −2ψ1 and −2 (ψ1 + ψ2), respectively.

以上の(1)〜(12)の手順により、Nポート接合を用いたリフレクトメータのシステムパラメータを測定することができる。   The system parameters of the reflectometer using the N-port junction can be measured by the above procedures (1) to (12).

図8に、上述した測定方法を実行するための測定回路の例を示す。
図8において、図3と同一相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図8においては、電源VSからの波は、2つに分配されることなく、Nポート接合NPJのポート1に入力される。また、可変位相装置VPの一方の端にはショートの標準器が接続される。
FIG. 8 shows an example of a measurement circuit for executing the measurement method described above.
8, parts that are the same as those in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. In FIG. 8, the wave from the power supply VS is input to the port 1 of the N-port junction NPJ without being divided into two. In addition, a short standard device is connected to one end of the variable phase device VP.

スイッチSWの選択により、反射波の移相量を可変できる。接点uのときの移相量を基準(0)とすると、移相量=−2ψ1(接点v)、移相量=−2(ψ1+ψ2)(接点w)となる。   The amount of phase shift of the reflected wave can be varied by selecting the switch SW. If the phase shift amount at the point of contact u is the reference (0), the phase shift amount = −2ψ1 (contact point v) and the phase shift amount = −2 (ψ1 + ψ2) (contact point w).

図8のスイッチSWをu、v、wと順番に切り換えつつ、図7のSTEP6の測定を行えばよい。   The measurement of STEP 6 in FIG. 7 may be performed while switching the switch SW in FIG. 8 in order of u, v, and w.

2.DUTの測定方法
2.1 5ポートコリレータを用いたVNA及びこれを用いた測定方法
2.1.1 測定システムの説明
図9に、発明の実施の形態に係る高周波信号計測システム(ベクトルネットワークアナライザ Vector Network Analyzer:VNA)のブロック図を示す。これは、5ポート接合を用いた2ポートデバイス計測用ベクトルネットワークアナライザ装置である。
2. 2. Measurement method of DUT 2.1 VNA using 5-port correlator and measurement method using the same 2.1.1 Description of measurement system FIG. 9 shows a high-frequency signal measurement system (vector network analyzer Vector) according to an embodiment of the invention. A block diagram of Network Analyzer (VNA) is shown. This is a vector network analyzer device for 2-port device measurement using a 5-port junction.

VSは、所定の周波数の信号を供給する電源(信号源)である。
PDは、電源VSからの波を2つに分配する電力分配器である。
The VS is a power source (signal source) that supplies a signal having a predetermined frequency.
The PD is a power distributor that distributes waves from the power supply VS into two.

DETは、5ポート接合5PJの3個の出力ポート3〜5からの波をそれぞれ検波する検波器である。
AMPは、検波器DETの出力をそれぞれ増幅してパソコンPCに供給する増幅器である。
The DET is a detector that detects waves from the three output ports 3 to 5 of the 5-port junction 5PJ.
The AMP is an amplifier that amplifies the output of the detector DET and supplies the amplified output to the personal computer PC.

PCは、増幅器AMPの出力を受け、その出力(すなわち5ポート接合5PJの3個の出力ポートP3〜P5の検波出力)に基づき、DUTのSパラメータを求めるパソコン(コンピュータ)である。   The PC is a personal computer (computer) that receives the output of the amplifier AMP and obtains the S parameter of the DUT based on the output (that is, the detection output of the three output ports P3 to P5 of the 5-port junction 5PJ).

SW1は、電力分配器PDで分配された一方の波を2つの方向性結合器DC1又はDC2のいずれか一方へ送るスイッチである。スイッチSW1が一方を選択しているとき、選択されていない他方の側には図示しない整合負荷(無反射終端)が接続され、無用な反射が生じないようになっている。この点は、スイッチSW2についても同じである。   SW1 is a switch that sends one wave distributed by the power distributor PD to either one of the two directional couplers DC1 or DC2. When one of the switches SW1 is selected, a matching load (non-reflection termination) (not shown) is connected to the other side that is not selected, so that unnecessary reflection does not occur. This also applies to the switch SW2.

20は電源VS(電力分配器PD)、DUT、5ポート接合5PJのポートP2の間を所定の経路で接続する切換機構である。切換機構20は次のいずれかの動作を行う。
(1)DUTの一方のポートに電力分配器PDで分配された波のひとつを入れるとともに、当該ポートから出る波を5ポート接合5PJのポート2へ入れる。
(2)DUTの一方のポートに電力分配器PDで分配された波のひとつを入れるとともに、他方のポートから出る波を5ポート接合5PJのポート2へ入れる。
(3)DUTの前記他方のポートに電力分配器PDで分配された波のひとつを入れるとともに、前記一方のポートから出る波を5ポート接合5PJのポート2へ入れる。
(4)DUTの前記他方のポートに電力分配器PDで分配された波のひとつを入れるとともに、当該ポートから出る波を5ポート接合5PJのポート2へ入れる。
A switching mechanism 20 connects the power source VS (power distributor PD), the DUT, and the port P2 of the 5-port junction 5PJ through a predetermined path. The switching mechanism 20 performs one of the following operations.
(1) One of the waves distributed by the power distributor PD is input to one port of the DUT, and the wave output from the port is input to the port 2 of the 5-port junction 5PJ.
(2) One of the waves distributed by the power distributor PD is input to one port of the DUT, and the wave output from the other port is input to the port 2 of the 5-port junction 5PJ.
(3) One of the waves distributed by the power distributor PD is input to the other port of the DUT, and the wave output from the one port is input to the port 2 of the 5-port junction 5PJ.
(4) One of the waves distributed by the power distributor PD is input to the other port of the DUT, and the wave output from the port is input to the port 2 of the 5-port junction 5PJ.

切換機構20は、スイッチSW1、SW2、方向性結合器DC1、DC2を備える。
SW2は、2つの方向性結合器DC1又はDC2のいずれかを選択し、選択された方からの波を5ポート接合5PJのポート2へ送るスイッチである。
The switching mechanism 20 includes switches SW1 and SW2 and directional couplers DC1 and DC2.
SW2 is a switch that selects either one of the two directional couplers DC1 or DC2 and sends a wave from the selected one to port 2 of the 5-port junction 5PJ.

DC1及びDC2は方向性結合器である。方向性結合器DC1の一方の側の2つの端(図中の符号AとC)は第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2に接続され、他方の側の1つの端(図中の符号D)は2ポートの供試デバイスDUTの一方の端に接続され、残りの一端(図中の符号B)は終端されている。方向性結合器DC2も同様である。方向性結合器DC1及びDC2は、特定の方向に進行する波に対してのみ他の端を結合する装置である。反対方向に進行する波は除去される。図9の符号を参照すれば、A点からの入力はB点とD点に出力されるが、C点には出力されない(C点の入力についても同じ)。左右対称なので、D点からの入力は、A点とC点に出力される。   DC1 and DC2 are directional couplers. Two ends (reference numerals A and C in the figure) of one side of the directional coupler DC1 are connected to the first switch SW1 and the second switch SW2, and one end (reference numeral D in the figure) on the other side. Is connected to one end of a two-port device under test DUT, and the other end (symbol B in the figure) is terminated. The same applies to the directional coupler DC2. Directional couplers DC1 and DC2 are devices that couple the other ends only to waves traveling in a specific direction. Waves traveling in the opposite direction are eliminated. Referring to the reference numeral in FIG. 9, the input from point A is output to points B and D, but not to point C (the same applies to the input of point C). Since it is bilaterally symmetric, the input from point D is output to point A and point C.

第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、方向性結合器DC1及びDC2は、DUTの4つのSパラメータ(S11、S12、S21、S22)をそれぞれ計測するための接続を実現する切換機構20を構成する。具体的には、DUTの2つのポートをPA及びPBとしたとき、切換機構20は次の(1)〜(4)のいずれかの接続動作を行う。   The first switch SW1, the second switch SW2, and the directional couplers DC1 and DC2 constitute a switching mechanism 20 that realizes connections for measuring the four S parameters (S11, S12, S21, and S22) of the DUT. . Specifically, when the two ports of the DUT are PA and PB, the switching mechanism 20 performs any of the following connection operations (1) to (4).

(1)第1接続(図10参照)
S11を計測するために、第1スイッチSW1は、電力分配器PDからの波を方向性結合器DC1のC点(すなわちDUTのポートPA)に供給するとともに、第2スイッチSW2は、方向性結合器DC1のA点(すなわちDUTのポートPA)からの波を5ポート接合5PJのポート2に供給する。このとき、DUTのポートPBは第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の選択されていない端に接続されるが、前述のように、当該端には図示しない整合負荷(無反射終端)が接続されているので、ポートPBに入る波はない。
(1) First connection (see FIG. 10)
In order to measure S11, the first switch SW1 supplies the wave from the power distributor PD to the point C of the directional coupler DC1 (that is, the port PA of the DUT), and the second switch SW2 is directional coupled. A wave from point A of the unit DC1 (that is, port PA of the DUT) is supplied to port 2 of the 5-port junction 5PJ. At this time, the port PB of the DUT is connected to an unselected end of the first switch SW1 and the second switch SW2, but as described above, a matching load (non-reflective termination) (not shown) is connected to the end. Therefore, there is no wave entering port PB.

(2)第2接続(図11参照)
S12を計測するために、第1スイッチSW1は、電力分配器PDからの波を方向性結合器DC2のC点(すなわちDUTのポートPB)に供給するとともに、第2スイッチSW2は、方向性結合器DC1のA点(すなわちDUTのポートPA)からの波を5ポート接合5PJのポート2に供給する。
(2) Second connection (see FIG. 11)
In order to measure S12, the first switch SW1 supplies the wave from the power distributor PD to the point C of the directional coupler DC2 (that is, the port PB of the DUT), and the second switch SW2 is directional coupled. A wave from point A of the unit DC1 (that is, port PA of the DUT) is supplied to port 2 of the 5-port junction 5PJ.

(3)第3接続(図12参照)
S21を計測するために、第1スイッチSW1は、電力分配器PDからの波を方向性結合器DC1のC点(すなわちDUTのポートPA)に供給するとともに、第2スイッチSW2は、方向性結合器DC2のA点(すなわちDUTのポートPB)からの波を5ポート接合5PJのポート2に供給する。
(3) Third connection (see FIG. 12)
In order to measure S21, the first switch SW1 supplies the wave from the power distributor PD to the point C of the directional coupler DC1 (that is, the port PA of the DUT), and the second switch SW2 is directional coupled. A wave from point A of the unit DC2 (that is, port PB of the DUT) is supplied to port 2 of the 5-port junction 5PJ.

(4)第4接続(図13参照)
S22を計測するために、第1スイッチSW1は、電力分配器PDからの波を方向性結合器DC2のC点(すなわちDUTのポートPB)に供給するとともに、第2スイッチSW2は、方向性結合器DC2のA点(すなわちDUTのポートPB)からの波を5ポート接合5PJのポート2に供給する。このとき、DUTのポートPAは第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の選択されていない端に接続されるが、前述のように、当該端には図示しない整合負荷(無反射終端)が接続されているので、ポートPAに入る波はない。
(4) Fourth connection (see FIG. 13)
In order to measure S22, the first switch SW1 supplies the wave from the power distributor PD to the point C of the directional coupler DC2 (that is, the port PB of the DUT), and the second switch SW2 A wave from point A of the unit DC2 (that is, port PB of the DUT) is supplied to port 2 of the 5-port junction 5PJ. At this time, the port PA of the DUT is connected to the unselected end of the first switch SW1 and the second switch SW2, but as described above, a matching load (non-reflective termination) (not shown) is connected to the end. There is no wave entering port PA.

2.1.2 DUTのSパラメータの測定手順の説明
発明の実施の形態に係る装置を用いた測定方法について説明を加える。なお、上述の「1.1 5ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法」又は「1.2 5ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法(積分法)」に従いシステムパラメータ及び基準電力の測定は済んでいるものとする。
2.1.2 Description of DUT S Parameter Measurement Procedure A measurement method using the apparatus according to the embodiment of the invention will be described. It should be noted that the system parameters and the reference according to the above-mentioned “1.1 Measuring method of system parameters of correlator using 5-port junction” or “1.25 Measuring method of system parameters of correlator using 5-port junction (integration method)” It is assumed that the power measurement has been completed.

前述のように、DUTの接続には第1乃至第4接続の4通りがある。これらと、Sパラメータ及び使用する標準器の関係を図14に示す。   As described above, there are four types of DUT connection, the first to the fourth connection. FIG. 14 shows the relationship between these, the S parameter, and the standard used.

標準器にはショート(Short)とスルー(Thru)の2つがある。それらの等価回路とSパラメータを図15に示す。   There are two standard devices: Short and Thru. These equivalent circuits and S parameters are shown in FIG.

図15(a)はショートの標準器を示す。これは、入力した波を入力端へ位相反転・全反射するものである。そのSパラメータはS11=S22=−1、S12=S21=0である。   FIG. 15A shows a short standard. In this method, the input wave is phase-inverted and totally reflected to the input end. The S parameters are S11 = S22 = −1 and S12 = S21 = 0.

図15(b)はスルーの標準器を示す。これは、入力した波をそのまま他端へ伝送するものである。そのSパラメータはS11=S22=0、S12=S21=1である。   FIG. 15B shows a through standard. This transmits the input wave as it is to the other end. The S parameters are S11 = S22 = 0 and S12 = S21 = 1.

図14に示したように、DUTの接続を4通りに切り換え、それぞれについて各ポートの電力を測定する。まず、S11の測定について説明を加える。なお、S22の測定も同様であるので、その説明は割愛する。   As shown in FIG. 14, the DUT connection is switched in four ways, and the power of each port is measured for each. First, the measurement of S11 will be described. In addition, since the measurement of S22 is the same, the description is omitted.

図16は、S11の測定フローチャートを示す。なお、図16は一例であり、他の手順(例えば、DUTの測定後、DUTを標準器に取り替えるなど)で行ってもよい。   FIG. 16 shows a measurement flowchart of S11. Note that FIG. 16 is an example, and other procedures (for example, after the DUT is measured, the DUT may be replaced with a standard device) may be performed.

STEP21:切換機構20を、図14に示す第1接続とする。
STEP22:図9の切換機構20にショートの標準器を接続する。
STEP23:5ポート接合5PJの出力ポート3、4、5の電力{P3s, P4s, P5s}を測定する。ここで、sは標準器(standard)を示す。
STEP24:測定した電力{P3s, P4s, P5s}を正規化用基準電力{P3r, P4r, P5r}で正規化する。
STEP25:標準器を外して、代わりにDUTを接続する。
STEP26:5ポート接合5PJの出力ポート3、4、5の電力{P3d, P4d, P5d}を測定する。ここで、dはDUT(device)を示す。
STEP27:測定した電力{P3d, P4d, P5d}を正規化用基準電力{P3r, P4r, P5r}で正規化する。
STEP28:式(14)に基づきsWdを計算する(式の導出は「3.1.2 5ポートコリレータによるDUTのSパラメータの測定」参照)。
STEP 21: The switching mechanism 20 is set to the first connection shown in FIG.
STEP 22: A short standard device is connected to the switching mechanism 20 of FIG.
STEP 23: The power {P3s, P4s, P5s} of the output ports 3, 4, 5 of the 5-port junction 5PJ is measured. Here, s indicates a standard.
STEP 24: The measured power {P3s, P4s, P5s} is normalized with the normalization reference power {P3r, P4r, P5r}.
STEP25: Remove standard device and connect DUT instead.
STEP 26: The power {P3d, P4d, P5d} of the output ports 3, 4, 5 of the 5-port junction 5PJ is measured. Here, d indicates a DUT (device).
STEP 27: The measured power {P3d, P4d, P5d} is normalized with the normalization reference power {P3r, P4r, P5r}.
STEP 28: sWd is calculated based on the equation (14) (refer to “3.1.2 Measurement of S-parameter of DUT by 5-port correlator” for derivation of the equation).

Figure 2009068932
Figure 2009068932

STEP29:式(9)でSs=−1としてS11を計算する。 STEP 29: S11 is calculated with Ss = −1 in equation (9).

Figure 2009068932
Figure 2009068932

図17は、S21の測定フローチャートを示す。図16との相違点について説明を加える。なお、S12の測定も同様であるので、その説明は割愛する。
STEP21:切換機構20を、図14に示す第3接続とする。
STEP22:図9の切換機構20にスルーの標準器を接続する。
STEP29:式(9)でSs=1としてS21を計算する。
FIG. 17 shows a measurement flowchart of S21. Differences from FIG. 16 will be described. In addition, since the measurement of S12 is the same, the description is omitted.
STEP 21: The switching mechanism 20 is set to the third connection shown in FIG.
STEP 22: A through standard device is connected to the switching mechanism 20 of FIG.
STEP 29: S21 is calculated with Ss = 1 in equation (9).

上述の測定法によれば、DUTのSパラメータS11、 S12、 S21、 S22の測定において、当該測定のために決定すべきパラメータは2つの複素数(3k4、 3k5)であり、合計4つの実数値である。従来の6ポートコリレータを用いたVNAでは、システムパラメータは35個もあったが、発明の実施の形態によれば、その数を大幅に少なくできる。このため、校正の作業が簡単となり処理時間を短くできるとともに、人為的ミスの発生を抑制できる。   According to the measurement method described above, in the measurement of the S-parameters S11, S12, S21, and S22 of the DUT, the parameters to be determined for the measurement are two complex numbers (3k4, 3k5), and a total of four real values. is there. In a conventional VNA using a 6-port correlator, there are as many as 35 system parameters. However, according to the embodiment of the invention, the number can be greatly reduced. For this reason, the calibration work is simplified, the processing time can be shortened, and the occurrence of human error can be suppressed.

2.2 6ポートコリレータを用いたVNA及びこれを用いた測定方法
測定に用いる装置の回路は図9と同じであるので、その説明は省略する。切換機構20の接続と標準器の関係も図14及び図15と同じなので、それらの説明も省略する。
2.2 VNA using 6-port correlator and measurement method using the same The circuit of the apparatus used for measurement is the same as in FIG. Since the relationship between the connection of the switching mechanism 20 and the standard device is the same as in FIGS. 14 and 15, the description thereof is also omitted.

発明の実施の形態に係る装置を用いた測定方法について説明を加える。なお、上述の「1.3 6ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法」に従いシステムパラメータ及び基準電力の測定は済んでいるものとする。   The measurement method using the apparatus according to the embodiment of the invention will be described. It is assumed that the system parameters and the reference power have been measured according to the above-described “1.3 Method for Measuring System Parameters of Correlator Using 6-Port Junction”.

図14に示したように、DUTの接続を4通りに切り換え、それぞれについて各ポートの電力を測定する。まず、S11の測定について説明を加える。なお、S21,S12,S22の測定も同様であるので、その説明は割愛する。   As shown in FIG. 14, the DUT connection is switched in four ways, and the power of each port is measured for each. First, the measurement of S11 will be described. In addition, since the measurement of S21, S12, and S22 is the same, the description is omitted.

図18は、S11の測定フローチャートを示す。なお、図18は一例であり、他の手順(例えば、DUTの測定後、DUTを標準器に取り替えるなど)で行ってもよい。   FIG. 18 shows a measurement flowchart of S11. Note that FIG. 18 is an example, and other procedures (for example, after the DUT is measured, the DUT may be replaced with a standard device) may be performed.

STEP31:切換機構20を、図14に示す第1接続とする。
STEP32:図9の切換機構20にショートの標準器を接続する。
STEP33:6ポート接合6PJの出力ポート3、4、5、6の電力を測定し、ポート3を基準とする電力比{3P4s, 3P5s, 3P6s}を得る。ここで、sは標準器(standard)を示す。
STEP34:標準器を外して、代わりにDUTを接続する。
STEP35:6ポート接合6PJの出力ポート3、4、5、6の電力を測定し、ポート3を基準とする電力比{3P4d, 3P5d, 3P6d}を得る。ここで、dはDUT(device)を示す。
STEP36:式(616)に基づきWs及びWdを計算する(式の導出は「3.2 6ポートコリレータ」参照)。そして、sWd=Wd/Wsを計算する。
STEP 31: The switching mechanism 20 is set to the first connection shown in FIG.
STEP 32: A short standard device is connected to the switching mechanism 20 of FIG.
STEP 33: The power of the output ports 3, 4, 5, 6 of the 6-port junction 6PJ is measured, and the power ratio {3P4s, 3P5s, 3P6s} with respect to the port 3 is obtained. Here, s indicates a standard.
STEP 34: Remove the standard device and connect the DUT instead.
STEP 35: The power of the output ports 3, 4, 5, 6 of the 6-port junction 6PJ is measured, and the power ratio {3P4d, 3P5d, 3P6d} with respect to the port 3 is obtained. Here, d indicates a DUT (device).
STEP 36: Ws and Wd are calculated based on the equation (616) (refer to “3.2 6-port correlator” for derivation of the equation). Then, sWd = Wd / Ws is calculated.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

STEP37:式(621)でSs=−1としてS11を計算する。 STEP 37: S11 is calculated with Ss = -1 in the equation (621).

上述の測定法によれば、DUTのSパラメータS11、 S12、 S21、 S22の測定において、当該測定のために決定すべきパラメータは3つの複素数(3k4、3k5、3k6)であり、合計6つの実数値である。従来のシステムパラメータは35個もあったが、発明の実施の形態によれば、その数を大幅に少なくできる。   According to the measurement method described above, in the measurement of the S-parameters S11, S12, S21, and S22 of the DUT, the parameters to be determined for the measurement are three complex numbers (3k4, 3k5, and 3k6). It is a numerical value. Although there are 35 conventional system parameters, according to the embodiment of the invention, the number can be greatly reduced.

3.本件の計測理論
3.1 5ポートコリレータ
3.1.1 5ポートコリレータの原理
5ポートコリレータ(Five-port correlator)は、2つのポートに入る正弦波の大きさと位相の相互関係を、残りの3つのポートから出る電力値から測定する線形回路システムである。
図19の線形5ポート接合において、入力ポート1、2から入る波の複素振幅をa1、a2とすると、サイドアームポート3、4、5から出てくる波の電力は次のように書ける。
3. 3.1 Measurement Theory of this Case 3.1 5 Port Correlator 3.1.1 Principle of 5 Port Correlator The 5 port correlator is the correlation between the magnitude and phase of the sine wave entering the two ports. It is a linear circuit system that measures from the power value coming out of one port.
In the linear 5-port junction of FIG. 19, assuming that the complex amplitudes of the waves entering from the input ports 1 and 2 are a1 and a2, the power of the waves coming out from the side arm ports 3, 4 and 5 can be written as follows.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

ここで、Ah、Bhは5ポート接合固有の複素定数、αhは変換係数である。
コリレータでは、ポート1から入る波a1を基準波(Reference wave)、ポート2から入る波a2を測定波(Measurement wave)とし、基準波に対する測定波の複素振幅比Wを測定する。
そこで、図20のように、ポート2を整合終端して a2=0 とし、基準波入力のみのサイドアームポート電力を、基準ポート電力Phrと定義し、式(1)を次のように書き換える。
Here, Ah and Bh are complex constants inherent to the 5-port junction, and αh is a conversion coefficient.
The correlator measures the complex amplitude ratio W of the measurement wave with respect to the reference wave, using the wave a1 entering from the port 1 as a reference wave and the wave a2 entering from the port 2 as a measurement wave.
Therefore, as shown in FIG. 20, port 2 is matched and terminated, a2 = 0, the side arm port power with only the reference wave input is defined as reference port power Phr, and equation (1) is rewritten as follows.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

式(2)の正規化ポート電力を展開すると Expanding the normalized port power of equation (2)

Figure 2009068932
式(6)から、入力複素振幅比Wの線形解を与える方程式(7)、およびW平面上の円の方程式(8)が得られる。これらから、システムパラメータが既知であれば、サイドアーム正規化ポート電力の測定によって、基準波に対する測定波の大きさと位相が決定できる。
未知数Wの線形方程式は式(7)で与えられる。
Figure 2009068932
From equation (6), equation (7) that gives a linear solution of the input complex amplitude ratio W and equation (8) of the circle on the W plane are obtained. From these, if the system parameters are known, the magnitude and phase of the measurement wave relative to the reference wave can be determined by measuring the side arm normalized port power.
The linear equation of the unknown W is given by equation (7).

Figure 2009068932
Figure 2009068932

式(6)は複素数W平面上の円の方程式でもあり、式(8)のように変形できる。   Equation (6) is also an equation of a circle on the complex W plane, and can be transformed as Equation (8).

Figure 2009068932
Figure 2009068932

Wの線形解は3つの円の交点である。1点で交わる3つの円が与えられたとき、当該交点を算出するために3つの円の方程式からなる連立方程式を解く代わりに、3つの円から2つの円を抜き出した3つの組それぞれについて2つの円の2交点を通る直線を求め、得られた3つの直線の交点を求めるようにしてもよい。式(7)でのWの線形解は、そのようにして求められた3つの円のラジカルセンター(radical center)である。ラジカルセンターを与える式は公知である。   The linear solution of W is the intersection of three circles. When three circles intersecting at one point are given, instead of solving simultaneous equations consisting of three circle equations to calculate the intersection, 2 for each of the three pairs extracted from the three circles. A straight line passing through two intersections of two circles may be obtained, and an intersection of the three obtained straight lines may be obtained. The linear solution of W in equation (7) is the radical center of the three circles thus determined. The formulas that give radical centers are known.

3.1.2 5ポートコリレータによるDUTのSパラメータの測定
標準器との比較測定法について説明する。これは、2ポートDUTのSパラメータSdを、標準器のSパラメータSsと比較し測定する方法である。(図14参照)
3.1. 2 Measurement of DUT S-parameters using a 5-port correlator A comparative measurement method with a standard device will be described. In this method, the S parameter Sd of the 2-port DUT is compared with the S parameter Ss of the standard device and measured. (See Figure 14)

図9のように、信号源 (Source) の基準ポートR (Reference port 、出力信号bs1)を5ポートのポート1に、測定ポートM (Measurement port、出力信号bs2)を、DUTを含む切替機構20を介してポート2に接続する。ポート2へ入る測定波が2ポートDUTのSパラメータに比例(比例係数τ)するようにして、DUTと標準器それぞれのSパラメータをSd、 Ss、それらを接続したときのW をWd、 Wsとする(添え字d: device、 s: standard)。すると、式(9)が成立する。   As shown in FIG. 9, the reference port R (Reference port, output signal bs1) of the signal source (Source) is set to port 1 of 5 ports, the measurement port M (Measurement port, output signal bs2) is switched to a switching mechanism 20 including a DUT. Connect to port 2 via The measurement wave entering port 2 is proportional to the S-parameter of the 2-port DUT (proportional coefficient τ), and the S-parameters of the DUT and standard device are Sd and Ss, and W when they are connected is Wd and Ws. (Subscript d: device, s: standard). Then, Formula (9) is materialized.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

式(9)は、sWdがわかれば、これと標準器のSパラメータSsの積を求めることでDUTのSパラメータSdを計算できることを示す。そこで、標準器との比較測定法、すなわち、2ポートDUTのSパラメータSdを、標準器のSパラメータSsと比較して測定する方法について説明する。
テストセット(切換機構20)の伝達係数とDUTのSパラメータは式(10)〜(12)のようになる。
Equation (9) indicates that if sWd is known, the S parameter Sd of the DUT can be calculated by calculating the product of this and the S parameter Ss of the standard device. Therefore, a comparative measurement method with a standard device, that is, a method of measuring the S parameter Sd of the 2-port DUT by comparing it with the S parameter Ss of the standard device will be described.
The transmission coefficient of the test set (switching mechanism 20) and the S parameter of the DUT are as shown in equations (10) to (12).

Figure 2009068932
Figure 2009068932

式(7)より   From equation (7)

Figure 2009068932
Figure 2009068932

システムパラメータk3、 k4、 k5又はシステムパラメータ比3k4、 3k5がわかれば、式(14)によりsWd=Wd/Wsを計算することができ、式(9)によりsWdと標準器の既知のSパラメータSsの積が求めるべきDUTのSパラメータSdとなる。   If the system parameters k3, k4, k5 or the system parameter ratios 3k4, 3k5 are known, sWd = Wd / Ws can be calculated by equation (14), and sWd by the equation (9) and the known S parameter Ss of the standard device Is the SUT S parameter Sd of the DUT to be obtained.

この測定方法によれば、2ポートDUTのSパラメータ測定において同定すべきシステムパラメータは、2つの複素数(3k4、 3k5)、すなわち合計4つの実数値のみである。   According to this measurement method, the system parameters to be identified in the S-parameter measurement of the 2-port DUT are only two complex numbers (3k4, 3k5), that is, a total of four real values.

従来の6ポートコリレータを用いたVNAでは、システムパラメータは35個もあったが、発明の実施の形態によれば、その数を大幅に少なくできる。このため、校正の作業が簡単となり処理時間を短くできるとともに、人為的ミスの発生を抑制できる。   In a conventional VNA using a 6-port correlator, there are as many as 35 system parameters. However, according to the embodiment of the invention, the number can be greatly reduced. For this reason, the calibration work is simplified, the processing time can be shortened, and the occurrence of human error can be suppressed.

3.1.3 システムパラメータの線形解
正規化ポート電力の式(2)に着目すると、システムパラメータkhと入力複素振幅比Wがポート電力に対して果たす役割りは同じであることがわかる。したがって、システムパラメータkhと入力複素振幅比Wの立場を入れ替えることが出来る。
3.1.3 Linear Solution of System Parameters Focusing on the normalized port power equation (2), it can be seen that the role of the system parameter kh and the input complex amplitude ratio W on the port power is the same. Therefore, the positions of the system parameter kh and the input complex amplitude ratio W can be interchanged.

すなわち、システムパラメータkhを既知とすることでポート電力値から入力複素振幅比Wが測定できたのであるから、逆に、既知量Wを設定すればシステムパラメータkhを同定できることを示唆している。
式(2)で、h=3,4,5,W=Wn(n=0,1,2)とし次のように書き換える。
That is, since the input complex amplitude ratio W can be measured from the port power value by making the system parameter kh known, it is suggested that the system parameter kh can be identified by setting the known amount W.
In equation (2), h = 3, 4, 5, and W = Wn (n = 0, 1, 2) are rewritten as follows.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

式(16)は、ポートhのシステムパラメータである複素数kh平面上における中心点qn=−1/Wn、半径Rn=√/Ph/|Wn|の円の方程式である。   Equation (16) is an equation of a circle having a center point qn = −1 / Wn and a radius Rn = √ / Ph / | Wn | on the complex number kh plane which is a system parameter of the port h.

図21は、異なる Wn { W0, W1, W2 }に対応する、3つの円の交点としてシステムパラメータ kh が確定することを示している。特に、絶対値が等しく位相の異なる3つの Wn を設定すれば、3つの円の中心 {q0, q1, q2} は、複素数kh平面上の原点を中心とする円周上に、さらに、それらの位相差が120°であれば正三角形の頂点に配置される。実際の測定において誤差を小さくするためには、3つの円の中心は均等に分布していることが好ましいので、正三角形の頂点配置がよい。   FIG. 21 shows that the system parameter kh is determined as the intersection of three circles corresponding to different Wn {W0, W1, W2}. In particular, if three Wn having the same absolute value and different phases are set, the centers of the three circles {q0, q1, q2} will be placed on the circumference centered at the origin on the complex number kh plane, If the phase difference is 120 °, it is arranged at the apex of an equilateral triangle. In order to reduce the error in actual measurement, it is preferable that the centers of the three circles are evenly distributed.

再びサイドアームポート電力比の展開式(6)に着目し、3つの異なるWn( W0, W1, W2) をパラメータとしてkhの線形解を求める。   Focusing again on the expansion formula (6) of the side arm port power ratio, a linear solution of kh is obtained using three different Wn (W0, W1, W2) as parameters.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

任意の入力複素振幅比W0に対して相対値が既知である2つの0W1、0W2を設定すれば、システムパラメータ比が求められる。
ここで、0W1、0W2を次のように設定する。
If two 0W1 and 0W2 whose relative values are known are set for an arbitrary input complex amplitude ratio W0, the system parameter ratio can be obtained.
Here, 0W1 and 0W2 are set as follows.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

上記0W1、0W2を式(20)に代入すると次のようになる。   Substituting the above 0W1 and 0W2 into the equation (20) yields the following.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

上記式の右端の辺を展開すると、「1.1 5ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定方法」の計算で使用した式(20−1)が得られる。   When the right end side of the above expression is expanded, Expression (20-1) used in the calculation of “1.1 Method for Measuring System Parameters of Correlator Using 5-Port Junction” is obtained.

3.1.4 システムパラメータの積分解
5ポートコリレータの入力ポート1に信号源 (Source) の基準ポートR (Reference port)を接続し、測定ポートM (Measurement port) と入力ポート2との間に任意なDUTと移相器 PS を挿入して、入力複素振幅比Wを任意な一定値に設定する。移相器の遅れ位相角θに対してポート電力は周期的に変化するので、この周期性に着目してシステムパラメータを求める。
3.1.4 Product Parameter Decomposition Connect the reference port R (Reference port) of the signal source to the input port 1 of the 5-port correlator, and connect between the measurement port M (Measurement port) and the input port 2. An arbitrary DUT and a phase shifter PS are inserted, and the input complex amplitude ratio W is set to an arbitrary constant value. Since the port power periodically changes with respect to the lagging phase angle θ of the phase shifter, system parameters are obtained by paying attention to this periodicity.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

上記式は次のようになる。   The above formula is as follows.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

上記式によれば、/Ph(θ)は正弦波であり、高調波成分を含まない。そのため、/Ph(θ)を求めるためにはフーリエ変換のような複雑な演算は必要が無く、例えば、公知のCurve Fittingなどの簡単な方法を適用できる。フィッティングとは、モデルを表現する理論式に含まれるパラメータを変化させて、測定値に最もよく適合するようにする解析手法である。例えば、測定データをプロットし、それらのデータに最もよく一致するように上記式のパラメータを変化させる。関数形が分かっているので測定誤差を含めて得られた数点のデータでfittingが終了する。   According to the above equation, / Ph (θ) is a sine wave and does not include a harmonic component. Therefore, in order to obtain / Ph (θ), a complicated calculation such as Fourier transform is not necessary, and a simple method such as a known curve fitting can be applied. Fitting is an analysis method in which parameters included in a theoretical expression expressing a model are changed to best fit a measured value. For example, plot the measured data and change the parameters in the above formula to best match those data. Since the function form is known, the fitting ends with several points of data obtained including the measurement error.

移相器を任意の始動位置(θ=θc)から1波長(θ=2π)区間移動させ両辺にexp j(θ−θc)を乗じて積分すると   If the phase shifter is moved for one wavelength (θ = 2π) from an arbitrary starting position (θ = θc) and multiplied by exp j (θ−θc) on both sides,

Figure 2009068932
Figure 2009068932

したがって、システムパラメータ比決定式は式(24)となる。   Therefore, the system parameter ratio determining formula is expressed by formula (24).

Figure 2009068932
Figure 2009068932

システムパラメータ比hki(3k4、3k5)は5ポート固有の値であり、移相器の始動位置(θc)や入力ポートの複素振幅比Wの値に依存しない。   The system parameter ratio hki (3k4, 3k5) is a value unique to the five ports and does not depend on the starting position (θc) of the phase shifter or the value of the complex amplitude ratio W of the input port.

3.2 6ポートコリレータ
他の線形マルチポート(線形回路)である6ポート接合の場合でも、出力ポートがひとつ増える点を除き、5ポート接合の場合と同様の数式が成立する。例えば、上述の式(1)〜(5)が成立する。Nポート接合についても同様のことが言える。
3.2 6-port correlator Even in the case of 6-port junction, which is another linear multi-port (linear circuit), the same mathematical formula as in the case of 5-port junction is established except that one output port is added. For example, the above formulas (1) to (5) are established. The same can be said for the N-port junction.

6ポートコリレータでは、基準波の振幅変動が測定結果に与える効果をキャンセルするために、サイドアームポートの一つを基準専用ポートとして用いる。任意の一つのサイドアームポート電力Phに対する残りの3つのポート電力Piの比をhPiとすると、次の式(66)(67)が成立する。   In the 6-port correlator, one of the side arm ports is used as a reference dedicated port in order to cancel the effect of the amplitude fluctuation of the reference wave on the measurement result. When the ratio of the remaining three port powers Pi to any one side arm port power Ph is hPi, the following equations (66) and (67) are established.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

式(67)で定義したhPirは、基準電力の比として測定可能であり、既知量とする。
h=3, i=4,5,6 として式(66)を展開すると
The hPir defined by the equation (67) can be measured as a ratio of the reference power and is a known amount.
When formula (66) is expanded with h = 3, i = 4,5,6

Figure 2009068932
Figure 2009068932

式(68)は、式(69)のようなパラメータ変換によって、式(610)ように整理することができる。   Formula (68) can be rearranged as Formula (610) by parameter conversion like Formula (69).

Figure 2009068932
Figure 2009068932

式(610)から、入力複素振幅比Wの線形解を与える方程式(611)、およびW平面上の円の方程式(612)が得られる。これらから、システムパラメータが既知であれば、サイドアームポート電力の測定によって、基準波に対する測定波の大きさと位相が決定できる。   From equation (610), an equation (611) that gives a linear solution of the input complex amplitude ratio W and an equation (612) of a circle on the W plane are obtained. From these, if the system parameters are known, the magnitude and phase of the measurement wave relative to the reference wave can be determined by measuring the side arm port power.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

複素数W平面上で中心点 qi 、半径 Ri の円の方程式は次のようになる。   The equation of the circle with the center point qi and radius Ri on the complex W plane is as follows.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

W の線形解は3つの円のradical center となる。   The linear solution of W is a radical center of three circles.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

したがって、DUTのSパラメータは式(621)で表される(これは、5ポート接合の場合の式(9)(14)に対応する)。   Therefore, the S parameter of the DUT is expressed by the equation (621) (this corresponds to the equations (9) and (14) in the case of the 5-port junction).

Figure 2009068932
Figure 2009068932

システムパラメータ{k3,k4,k5,k6}は6ポート接合固有の値であり、テストセットの比例係数はシステムパラメータに無関係となるので、S11、S21、S12、S22の種別ごとにシステムパラメータを決める必要がない。   The system parameters {k3, k4, k5, k6} are values unique to the 6-port junction, and the proportionality coefficient of the test set is irrelevant to the system parameters. Therefore, the system parameters are determined for each type of S11, S21, S12, and S22. There is no need.

2ポートDUTのSパラメータ{S11, S21, S12, S22}測定において、決定すべきシステムパラメータは、3つの複素数{3k4、3k5、3k6}、すなわち合計6つの実数値である。   In measuring the S-parameters {S11, S21, S12, S22} of the 2-port DUT, the system parameters to be determined are three complex numbers {3k4, 3k5, 3k6}, that is, a total of six real values.

従来のシステムパラメータは35個もあったが、発明の実施の形態によれば、その数を大幅に少なくできる。このため、校正の作業が簡単となり処理時間を短くできるとともに、人為的ミスの発生を抑制できる。   Although there are 35 conventional system parameters, according to the embodiment of the invention, the number can be greatly reduced. For this reason, the calibration work is simplified, the processing time can be shortened, and the occurrence of human error can be suppressed.

システムパラメータの物理的意味について説明する。
システムパラメータkh(h=3、4、5、・・・)とは、正規化基準ポート出力で正規化した正規化測定波出力である。ここで、正規化基準ポート出力とは、ポート1から複素振幅1の基準波(a1=1)のみを入力したときサイドアームポートから出る波の複素振幅であり、正規化測定波出力とはポート2から複素振幅1の測定波(a2=1)のみを入力したときサイドアームポートから出る波の複素振幅である。
The physical meaning of system parameters will be described.
The system parameter kh (h = 3, 4, 5,...) Is a normalized measurement wave output normalized by the normalized reference port output. Here, the normalized reference port output is the complex amplitude of the wave output from the side arm port when only the reference wave with complex amplitude 1 (a1 = 1) is input from port 1, and the normalized measurement wave output is the port. 2 is a complex amplitude of a wave coming out from the side arm port when only a measurement wave having a complex amplitude of 1 (a2 = 1) is input.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

システムパラメータ比hki(h=3、i=4、5、・・・)とは、次式で示すように、基準波のポートh出力とポートi出力との比で正規化した、測定波のポートh出力とポートi出力との比である。   The system parameter ratio hki (h = 3, i = 4, 5,...) Is the measured wave normalized by the ratio of the reference wave port h output to the port i output, as shown in the following equation. It is the ratio of port h output to port i output.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

3.3 リフレクトメータ
リフレクトメータ(reflectometer)とは、ひとつの波(信号)に関して、その入射波と出射波を比較するための装置である。
3.3 Reflectometer A reflectometer is a device for comparing incident waves and outgoing waves of one wave (signal).

Nポートリフレクトメータ(N-port reflectometer)は、Nポート接合のポート1に信号源、ポート2にDUTを接続し、ポート2から出る波と入る波の複素振幅比を、DUTの反射係数として、残りのN−2個のポート電力値から測定するシステムである。   N-port reflectometer (N-port reflectometer) has a signal source connected to port 1 of N-port junction and a DUT connected to port 2, and the complex amplitude ratio of the wave coming out of port 2 and the wave coming in is taken as the reflection coefficient of DUT. The system measures from the remaining N-2 port power values.

図22において、ポート2から出る波、入る波の複素振幅をb2、a2とすると、サイドアームポートから出てくる波の電力は、a1をb2と置き換えることにより、5ポートの式(1)と同様に表される。DUTに入る波をb2、DUTから出る反射波をa2とすると、その複素反射係数はΓ=a2/b2である。   In FIG. 22, if the complex amplitudes of the wave coming out of port 2 and the incoming wave are b2 and a2, the power of the wave coming out of the side arm port can be expressed by the equation (1) for 5 ports by replacing a1 with b2. It is expressed similarly. If the wave entering the DUT is b2 and the reflected wave exiting the DUT is a2, the complex reflection coefficient is Γ = a2 / b2.

リフレクトメータでは、図23のように、ポート2を整合終端して a2=0 としたときのサイドアームポート電力を、基準ポート電力Phr、と定義し、式(1)を次のように書き換える。   In the reflectometer, as shown in FIG. 23, the side arm port power when the port 2 is matched and terminated and a2 = 0 is defined as the reference port power Phr, and Equation (1) is rewritten as follows.

Figure 2009068932
Figure 2009068932

コリレータにおける正規化ポート電力の基本式で、WをΓと読み替えれば、リフレクトメータの関係式が得られるので、ここで提案したシステムパラメータ同定法は、リフレクトメータにそのまま適用できる。   If W is replaced with Γ in the basic expression of normalized port power in the correlator, the relational expression of the reflectometer can be obtained. Therefore, the system parameter identification method proposed here can be directly applied to the reflectometer.

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.

5ポート接合の内部ブロック図である。It is an internal block diagram of 5 port joining. 5ポート接合を用いたコリレータのシステムパラメータの測定フローチャートである。It is a measurement flowchart of the system parameter of the correlator using 5 port junction. 5ポートコリレータの測定回路のブロック図である。It is a block diagram of the measurement circuit of a 5-port correlator. 積分法を実行するための測定回路のブロック図である。It is a block diagram of the measurement circuit for performing an integration method. 積分法の測定フローチャートである。It is a measurement flowchart of an integration method. 6ポート接合の内部ブロック図である。It is an internal block diagram of 6 port junction. Nポート接合を用いたリフレクトメータのシステムパラメータの測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the measuring method of the system parameter of the reflectometer using N port junction. リフレクトメータの測定回路のブロック図である。It is a block diagram of the measurement circuit of a reflectometer. ベクトルネットワークアナライザ(VNA)のブロック図である。It is a block diagram of a vector network analyzer (VNA). S11測定の回路接続を示す図である。It is a figure which shows the circuit connection of S11 measurement. S12測定の回路接続を示す図である。It is a figure which shows the circuit connection of S12 measurement. S21測定の回路接続を示す図である。It is a figure which shows the circuit connection of S21 measurement. S22測定の回路接続を示す図である。It is a figure which shows the circuit connection of S22 measurement. S11、S12、S21、S22と、それらの測定のための切換機構の接続及び使用する標準器の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of S11, S12, S21, S22, the connection of the switching mechanism for those measurements, and the standard device to be used. 図15(a)はショートの標準器のSパラメータを示し、図15(b)はスルーの標準器のSパラメータを示す。15A shows the S parameter of the short standard device, and FIG. 15B shows the S parameter of the through standard device. 5ポート接合を備えるVNAを用いたS11の測定フローチャートである。It is a measurement flowchart of S11 using VNA provided with 5 port junction. 5ポート接合を備えるVNAを用いたS21の測定フローチャートである。It is a measurement flowchart of S21 using VNA provided with 5 port junction. 6ポート接合を備えるVNAを用いたS11の測定フローチャートである。It is a measurement flowchart of S11 using VNA provided with 6 port junction. 5ポート接合の説明図である。It is explanatory drawing of 5 port joining. 5ポート接合の説明図(ポート2を整合終端)である。It is explanatory drawing (port 2 is a matching termination | terminus) of 5 port joining. システムパラメータの求め方の説明図である。It is explanatory drawing of how to obtain | require a system parameter. Nポート接合(リフレクトメータ)の説明図である。It is explanatory drawing of N port joining (reflectometer). Nポート接合の説明図(ポート2を整合終端)である。It is explanatory drawing (port 2 is a matching termination | terminus) of N port junction.

符号の説明Explanation of symbols

20 切換機構
5PJ 5ポート接合
6PJ 6ポート接合
AMP 増幅器
NPJ Nポート接合
DC1、DC2 方向性結合器
DET 検波器
DUT 被測定デバイス
FPS1、FPS2 固定移相器
PC パソコン
PD 電力分配器
PS 移相器
SW1、SW2 高周波スイッチ
VP 可変位相装置
VS 電源
20 switching mechanism 5PJ 5 port junction 6PJ 6 port junction AMP amplifier NPJ N port junction DC1, DC2 directional coupler DET detector DUT device under test FPS1, FPS2 fixed phase shifter PC personal computer PD power distributor PS phase shifter SW1, SW2 High frequency switch VP Variable phase device VS Power supply

Claims (12)

5ポート接合や6ポート接合などの2つの入力ポートと3つ以上の出力ポートを備える線形回路であって各出力ポートから出てくる波が前記2つの入力ポートに入る波の線形式で表される線形回路(以下、「線形マルチポート」と記す)に関して、前記線形マルチポートに固有の値であるシステムパラメータを測定する方法であって、
互いに位相が異なる第1の波、第2の波及び第3の波を用意し、前記線形マルチポートの一方の入力ポート1に予め定められた波(以下、「基準波a1」と記す)を入れ、他方の入力ポート2に前記第1の波、第2の波又は第3の波のいずれか(以下、「測定波a2」と記す)を入れたときの、前記基準波a1に対する前記第1の波、第2の波、第3の波の複素振幅比をそれぞれW0、W1、W2(ただし、W=a2/a1)に設定する位相設定ステップと、
前記線形マルチポートの一方の入力ポート1に前記基準波a1を入れるとともに、他方の入力ポート2を整合終端する基準電力測定準備ステップと、
前記線形マルチポートの各出力ポートの電力を測定し、それらを基準電力P3r、P4r、P5r・・・とする基準電力測定ステップと、
前記他方の入力ポート2の整合終端を外し、前記他方の入力ポート2に前記第1の波、第2の波、第3の波を順次加え、それぞれの波に対応する各出力ポートの電力{P30、P40、P50・・・}{P31、P41、P51・・・}{P32、P42、P52・・・}を順次測定する電力測定ステップと、
前記第1の波、第2の波、第3の波に対応して測定された前記各出力ポートの電力{P30、P40、P50・・・}{P31、P41、P51・・・}{P32、P42、P52・・・}を前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化する正規化ステップと、
正規化された前記各出力ポートの電力、及び、前記複素振幅比W0、W1、W2に基づき前記システムパラメータkhを計算するか、又は、正規化された前記各出力ポートの電力、前記第1の波と第2の波の位相差ψ01及び前記第1の波と第3の波の位相差ψ02に基づき前記システムパラメータkhの比hkiを計算することのいずれかを行うシステムパラメータ計算ステップと、を備える線形マルチポートのシステムパラメータ測定方法。
A linear circuit having two input ports, such as a 5-port junction and a 6-port junction, and three or more output ports, and a wave output from each output port is represented in a linear form of waves entering the two input ports. A system parameter, which is a value inherent to the linear multiport, for a linear circuit (hereinafter referred to as “linear multiport”),
A first wave, a second wave, and a third wave having different phases are prepared, and a predetermined wave (hereinafter referred to as “reference wave a1”) is set in one input port 1 of the linear multiport. The first wave, the second wave, or the third wave (hereinafter referred to as “measurement wave a2”) when the other input port 2 is put into the first wave, the first wave with respect to the reference wave a1. A phase setting step for setting the complex amplitude ratios of the first wave, the second wave, and the third wave to W0, W1, and W2 (W = a2 / a1), respectively;
A reference power measurement preparation step of putting the reference wave a1 into one input port 1 of the linear multi-port and matching-terminating the other input port 2;
A reference power measurement step of measuring the power of each output port of the linear multi-port and setting them as reference powers P3r, P4r, P5r,
The matching termination of the other input port 2 is removed, the first wave, the second wave, and the third wave are sequentially added to the other input port 2, and the power of each output port corresponding to each wave { P30, P40, P50... {P31, P41, P51...} {P32, P42, P52.
The power {P30, P40, P50...} {P31, P41, P51...} {P32 measured for the first wave, the second wave, and the third wave. , P42, P52...} With the reference powers P3r, P4r, P5r.
The system parameter kh is calculated based on the normalized power of each output port and the complex amplitude ratios W0, W1, and W2, or the normalized power of each output port, the first Calculating a ratio hki of the system parameters kh based on the phase difference ψ01 between the wave and the second wave and the phase difference ψ02 between the first wave and the third wave; A linear multi-port system parameter measurement method.
線形マルチポートに固有の値であるシステムパラメータを測定する方法であって、
前記線形マルチポートの一方の入力ポート1に基準波a1を入れるとともに、他方の入力ポート2を整合終端する基準電力測定準備ステップと、
前記線形マルチポートの各出力ポートの電力を測定し、それらを基準電力P3r、P4r、P5r・・・とする基準電力測定ステップと、
前記他方の入力ポート2の整合終端を外し、前記他方の入力ポート2にショートの標準器を接続し、そのときの第1の反射波に対する各出力ポートの電力{P30、P40、P50・・・}を測定するとともに、測定された当該電力を前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化する第1電力測定正規化ステップと、
前記他方の入力ポート2に第1固定移相器を接続し、さらにこれにショートの標準器を接続し、そのときの第2の反射波に対する各出力ポートの電力{P31、P41、P51・・・}を測定するとともに、測定された当該電力を前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化する第2電力測定正規化ステップと、
前記他方の入力ポート2に第1固定移相器及びこれに直列に接続された第2固定移相器を接続し、さらにこれにショートの標準器を接続し、そのときの第3の反射波に対する各出力ポートの電力{P32、P42、P52・・・}を測定するとともに、測定された当該電力を前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化する第3電力測定正規化ステップと、
正規化された前記各出力ポートの電力、及び、前記第1の反射波、第2の反射波、第3の反射波の反射係数Γ0、Γ1、Γ2に基づき前記システムパラメータkhを計算するか、又は、正規化された前記各出力ポートの電力、前記第1の反射波と前記第2の反射波の位相差ψ01及び前記第1の反射波と前記第3の反射波の位相差ψ02に基づき前記システムパラメータkhの比hkiを計算することのいずれかを行うシステムパラメータ計算ステップと、を備える線形マルチポートのシステムパラメータ測定方法。
A method for measuring a system parameter that is a value inherent to a linear multiport,
A reference power measurement preparation step of putting a reference wave a1 into one input port 1 of the linear multi-port and matching termination of the other input port 2;
A reference power measurement step of measuring the power of each output port of the linear multi-port and setting them as reference powers P3r, P4r, P5r,
The matching termination of the other input port 2 is removed, a short standard is connected to the other input port 2, and the power of each output port with respect to the first reflected wave at that time {P30, P40, P50. } And normalizing the measured power with the reference powers P3r, P4r, P5r,...
A first fixed phase shifter is connected to the other input port 2, and a short standard is connected to this, and the power of each output port with respect to the second reflected wave at that time {P31, P41, P51,. A second power measurement normalization step that normalizes the measured power with the reference powers P3r, P4r, P5r,.
A first fixed phase shifter and a second fixed phase shifter connected in series to the other input port 2 are connected to the other input port 2, and a short standard is connected to the second fixed phase shifter. And a third power measurement normalizing step for measuring the power {P32, P42, P52...} Of each output port with respect to and normalizing the measured power with the reference powers P3r, P4r, P5r. ,
Calculating the system parameter kh based on the normalized power of each output port and the reflection coefficients Γ0, Γ1, and Γ2 of the first reflected wave, the second reflected wave, and the third reflected wave; Or based on the normalized power of each output port, the phase difference ψ01 between the first reflected wave and the second reflected wave, and the phase difference ψ02 between the first reflected wave and the third reflected wave A system parameter calculation step for calculating one of the ratios hki of the system parameters kh, and a linear multiport system parameter measurement method.
前記システムパラメータ計算ステップは、下記の式(19)により前記システムパラメータkhを計算することを特徴とする請求項1記載の線形マルチポートのシステムパラメータ測定方法。
Figure 2009068932
The linear multi-port system parameter measurement method according to claim 1, wherein the system parameter calculation step calculates the system parameter kh according to the following equation (19).
Figure 2009068932
前記システムパラメータ計算ステップは、下記の式(19)により前記システムパラメータkhを計算することを特徴とする請求項2記載の線形マルチポートのシステムパラメータ測定方法。
Figure 2009068932
The system parameter measurement method according to claim 2, wherein the system parameter calculation step calculates the system parameter kh according to the following equation (19).
Figure 2009068932
前記システムパラメータ計算ステップは、下記の式(20−1)により前記システムパラメータkhの比hkiを計算することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の線形マルチポートのシステムパラメータ測定方法。
Figure 2009068932
3. The linear multi-port system parameter measurement method according to claim 1, wherein the system parameter calculation step calculates a ratio hki of the system parameters kh by the following equation (20-1).
Figure 2009068932
マイクロ波帯、ミリ波帯、サブミリ波帯や赤外線、可視光線、紫外線などの高周波信号を発生する電源と、前記電源の出力を少なくとも2つに分配する電力分配器と、前記電力分配器で分配された一方の波を受け、当該波に少なくとも2つの位相差ψ01又はψ02を加えて出力する可変位相装置と、システムパラメータを計算する処理部とを備え、
測定対象である線形マルチポートの一方の入力ポート1は、前記電力分配器で分配された他方の波を受け、他方の入力ポート2は、前記可変位相装置から波を受け、
前記処理部は、前記線形マルチポートの出力ポートの電力、及び、前記位相差ψ01及びψ02に基づき、システムパラメータkh又は前記システムパラメータkhの比hkiを計算する、ことを特徴とする線形マルチポートのシステムパラメータ測定装置。
A power source that generates a high-frequency signal such as a microwave band, a millimeter wave band, a sub-millimeter wave band, an infrared ray, a visible ray, and an ultraviolet ray, a power distributor that distributes at least two outputs of the power source, and a power distributor A variable phase device that receives and outputs at least two phase differences ψ01 or ψ02 to the wave, and a processing unit that calculates system parameters,
One input port 1 of the linear multi-port to be measured receives the other wave distributed by the power distributor, and the other input port 2 receives the wave from the variable phase device,
The processing unit calculates a system parameter kh or a ratio hki of the system parameters kh based on the power of the output port of the linear multiport and the phase differences ψ01 and ψ02. System parameter measuring device.
線形マルチポートに固有の値であるシステムパラメータを測定する方法であって、
前記線形マルチポートの一方の入力ポート1に波を入れるとともに、他方の入力ポート2を整合終端する基準電力測定準備ステップと、
前記線形マルチポートの各出力ポートの電力を測定し、それらを基準電力P3r、P4r、P5r・・・とする基準電力測定ステップと、
前記他方の入力ポート2の整合終端を外し、前記他方の入力ポート2に波を入れ、各出力ポートの電力{P3、P4、P5・・・}を測定する電力測定ステップと、
測定された前記各出力ポートの電力{P3、P4、P5・・・}を前記基準電力P3r、P4r、P5rで正規化する正規化ステップと、
前記他方の入力ポート2に入る波の位相を変化させる移相ステップと、
前記電力測定ステップ、前記正規化ステップ及び前記移相ステップを複数回繰り返し、得られた複数の正規化電力に基づき、前記他方の入力ポート2に入る波の位相を変数とする前記各出力ポートの電力の関数を特定する関数特定ステップと、
特定された前記関数を積分することにより、システムパラメータkh又は前記システムパラメータkhの比hkiを計算するシステムパラメータ計算ステップと、を備える線形マルチポートのシステムパラメータ測定方法。
A method for measuring a system parameter that is a value inherent to a linear multiport,
A reference power measurement preparation step for applying a wave to one input port 1 of the linear multi-port and matching termination of the other input port 2;
A reference power measurement step of measuring the power of each output port of the linear multi-port and setting them as reference powers P3r, P4r, P5r,.
A power measuring step of removing the matching termination of the other input port 2, applying a wave to the other input port 2, and measuring the power {P 3, P 4, P 5.
A normalizing step of normalizing the measured power {P3, P4, P5...} Of each output port with the reference powers P3r, P4r, P5r;
A phase shifting step of changing the phase of the wave entering the other input port 2;
The power measurement step, the normalization step, and the phase shift step are repeated a plurality of times, and based on the obtained normalized powers, the phase of the wave entering the other input port 2 is used as a variable. A function identification step for identifying a power function;
A system parameter calculation step of calculating a system parameter kh or a ratio hki of the system parameters kh by integrating the identified function, and a linear multi-port system parameter measurement method.
前記システムパラメータ計算ステップは、下記の式(24)により前記システムパラメータkhの比hkiを計算することを特徴とする請求項7記載の線形マルチポートのシステムパラメータ測定方法。
Figure 2009068932
8. The linear multi-port system parameter measuring method according to claim 7, wherein the system parameter calculating step calculates a ratio hki of the system parameters kh by the following equation (24).
Figure 2009068932
マイクロ波帯、ミリ波帯、サブミリ波帯や赤外線、可視光線、紫外線などの高周波信号を発生する電源からの波を2つに分け、一方を、2つの入力ポートと3つ以上の出力ポートを備える線形マルチポートの入力ポート1に、他方を被測定デバイスに入力するとともに、前記被測定デバイスを通過した波又は前記被測定デバイスで反射された波を前記線形マルチポートの入力ポート2に入れ、この状態で前記線形マルチポートの3つ以上の電力計測用の出力ポートそれぞれの検波出力を測定し、その結果に基づき前記被測定デバイスに関するベクトル量を測定するベクトルネットワークアナライザを用いた測定方法であって、
各出力ポートの電力P3d、P4d、P5d・・・を測定し、これを予め測定しておいた基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化するか、又は、出力ポートのいずれかひとつを基準としたときの他の3つの出力ポートの電力比3P4d、3P5d、3P6d・・・を測定することのいずれかを行うDUT測定ステップと、
前記被測定デバイスに代えて、通過特性又は反射特性が既知である標準器を接続し、前記標準器に関して、各出力ポートの電力P3s、P4s、P5s・・・を測定し、これを予め測定しておいた前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化するか、又は、出力ポートのいずれかひとつを基準としたときの他の3つの出力ポートの電力比3P4s、3P5s、3P6s・・・を測定することのいずれかを行う標準器測定ステップと、
正規化された前記電力又は前記電力比と、前記予め与えられた前記線形マルチポートのシステムパラメータkh又はシステムパラメータ比hkiとに基づき、前記被測定デバイスと前記標準器それぞれに関して前記ポート1に入る基準波a1と前記ポート2に入る測定波a2の複素振幅比Wd及びWsを計算するとともに、それらの比sWd=Wd/Wsを計算する複素振幅比計算ステップと、
前記比sWdと前記標準器のSパラメータに基づき前記被測定デバイスのSパラメータを計算するSパラメータ計算ステップと、を備えるベクトルネットワークアナライザを用いた測定方法。
Microwave, millimeter-wave, sub-millimeter-wave, and waves from power sources that generate high-frequency signals such as infrared rays, visible rays, and ultraviolet rays are divided into two. One is divided into two input ports and three or more output ports. The other input to the device under test is input to the input port 1 of the linear multiport, and the wave that has passed through the device under test or the wave reflected by the device under test is input to the input port 2 of the linear multiport, In this state, the detection output of each of the three or more output ports for power measurement of the linear multi-port is measured, and based on the measurement result, a vector network analyzer that measures a vector quantity related to the device under measurement is used. And
Measure the power P3d, P4d, P5d... Of each output port and normalize it with the pre-measured reference powers P3r, P4r, P5r... Or either one of the output ports. A DUT measurement step for measuring one of the power ratios 3P4d, 3P5d, 3P6d,... Of the other three output ports as a reference;
Instead of the device to be measured, a standard device whose transmission characteristic or reflection characteristic is known is connected, and the power P3s, P4s, P5s,... Of each output port is measured with respect to the standard device, and this is measured in advance. Normalized with the reference powers P3r, P4r, P5r, etc., or the power ratio of the other three output ports when any one of the output ports is used as a reference 3P4s, 3P5s, 3P6s,. A standard measurement step that performs any of the following:
Based on the normalized power or the power ratio and the pre-determined system parameter kh or system parameter ratio hki of the linear multi-port, a reference to enter the port 1 for the device under test and the standard respectively. Calculating a complex amplitude ratio Wd and Ws between the wave a1 and the measurement wave a2 entering the port 2, and calculating a ratio sWd = Wd / Ws between them,
A measurement method using a vector network analyzer comprising: an S parameter calculation step of calculating an S parameter of the device under measurement based on the ratio sWd and an S parameter of the standard device.
前記線形マルチポートは、5ポート接合であり、
前記複素振幅比計算ステップは、下記の式(14)により前記比sWdを計算することを特徴とする請求項9記載のベクトルネットワークアナライザを用いた測定方法。
Figure 2009068932
The linear multi-port is a 5-port junction;
10. The measurement method using a vector network analyzer according to claim 9, wherein in the complex amplitude ratio calculation step, the ratio sWd is calculated by the following equation (14).
Figure 2009068932
前記線形マルチポートは、6ポート接合であり、
前記複素振幅比計算ステップは、下記の式(616)により前記複素振幅比Wd及びWsを計算することを特徴とする請求項9記載のベクトルネットワークアナライザを用いた測定方法。
Figure 2009068932
The linear multiport is a 6-port junction;
10. The measurement method using a vector network analyzer according to claim 9, wherein the complex amplitude ratio calculation step calculates the complex amplitude ratios Wd and Ws by the following equation (616).
Figure 2009068932
マイクロ波帯、ミリ波帯、サブミリ波帯や赤外線、可視光線、紫外線などの高周波信号を発生する電源からの波を2つに分け、一方を、2つの入力ポートと3つ以上の出力ポートを備える線形マルチポートの入力ポート1に、他方を被測定デバイスに入力するとともに、前記被測定デバイスを通過した波又は前記被測定デバイスで反射された波を前記線形マルチポートの入力ポート2に入れ、この状態で前記線形マルチポートの3つ以上の電力計測用の出力ポートそれぞれの検波出力を測定し、その結果に基づき前記被測定デバイスに関するベクトル量を測定するベクトルネットワークアナライザを用いた測定方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
各出力ポートの電力P3d、P4d、P5d・・・を測定し、これを予め測定しておいた基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化するか、又は、出力ポートのいずれかひとつを基準としたときの他の3つの出力ポートの電力比3P4d、3P5d、3P6d・・・を測定することのいずれかを行うDUT測定ステップと、
前記被測定デバイスに代えて、通過特性又は反射特性が既知である標準器を接続したとき、前記標準器に関して、各出力ポートの電力P3s、P4s、P5s・・・を測定し、これを予め測定しておいた前記基準電力P3r、P4r、P5r・・・で正規化するか、又は、出力ポートのいずれかひとつを基準としたときの他の3つの出力ポートの電力比3P4s、3P5s、3P6s・・・を測定することのいずれかを行う標準器測定ステップと、
正規化された前記電力又は前記電力比と、前記予め与えられた前記線形マルチポートのシステムパラメータkh又はシステムパラメータ比hkiとに基づき、前記被測定デバイスと前記標準器それぞれに関して前記ポート1に入る基準波a1と前記ポート2に入る測定波a2の複素振幅比Wd及びWsを計算するとともに、それらの比sWd=Wd/Wsを計算する複素振幅比計算ステップと、
前記比sWdと前記標準器のSパラメータに基づき前記被測定デバイスのSパラメータを計算するSパラメータ計算ステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラム。
Microwave, millimeter-wave, sub-millimeter-wave, and waves from power sources that generate high-frequency signals such as infrared rays, visible rays, and ultraviolet rays are divided into two. One is divided into two input ports and three or more output ports. The other input to the device under test is input to the input port 1 of the linear multiport, and the wave that has passed through the device under test or the wave reflected by the device under test is input to the input port 2 of the linear multiport, In this state, the detection method of each of the three or more output ports for power measurement of the linear multi-port is measured, and a measurement method using a vector network analyzer that measures a vector quantity related to the device under test based on the result is calculated by a computer. A program to be executed,
Measure the power P3d, P4d, P5d... Of each output port and normalize it with the reference powers P3r, P4r, P5r... Previously measured, or either one of the output ports. A DUT measurement step for measuring one of the power ratios 3P4d, 3P5d, 3P6d,... Of the other three output ports as a reference;
When a standard device with known transmission characteristics or reflection characteristics is connected instead of the device under test, the power P3s, P4s, P5s,... Of each output port is measured for the standard device, and this is measured in advance. Normalize with the reference powers P3r, P4r, P5r, etc., or power ratios of the other three output ports when any one of the output ports is used as a reference 3P4s, 3P5s, 3P6s .. a standard measurement step for measuring one of
Based on the normalized power or the power ratio and the pre-determined system parameter kh or system parameter ratio hki of the linear multi-port, a reference to enter the port 1 for the device under test and the standard respectively. Calculating a complex amplitude ratio Wd and Ws between the wave a1 and the measurement wave a2 entering the port 2, and calculating a ratio sWd = Wd / Ws between them,
A program for causing a computer to execute an S parameter calculation step of calculating an S parameter of the device under measurement based on the ratio sWd and the S parameter of the standard device.
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