JP3490018B2

JP3490018B2 - 測定装置の校正方法

Info

Publication number: JP3490018B2
Application number: JP07712499A
Authority: JP
Inventors: 達也今泉; 幸広島方; 正愼高橋
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP2000275315A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ネットワーク・ア
ナライザ等の測定装置を用いて被測定物の各種特性を測
定する際に、測定器具による測定誤差を軽減し高確度の
測定を行うために行う測定装置の校正方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ネットワーク・アナライザ等の測
定装置を用いて被測定物の各種特性を測定する際には、
測定装置メーカー等から供給される校正用標準器（Cali
bration Standard）を用いた測定装置の校正が行われて
いる。この校正は、測定装置と被測定物を接続する測定
ケーブル等の測定器具による測定誤差の補正を行うもの
であり、被測定物の測定に先立ち行われる。この測定誤
差は、特に高周波領域における測定値に大きな影響を与
えるため、この誤差を補正する校正作業は重要である。

【０００３】前記校正用標準器は、所定の特性を有して
いる。この特性を表すものが校正用標準器の定義値と呼
ばれるものである。前記校正では、測定器具を用いて校
正用標準器の特性を測定し、この測定値と前記定義値と
を比較する。そして、この測定値と定義値との差から校
正用補正値を算出し、この校正用補正値を用いて測定装
置の校正を行う。被測定物の測定は、校正時の測定器具
及び校正を行った測定装置を用いて行われる。これによ
り、被測定物の各種特性を高確度に測定することができ
る。なお、ここで測定としては、例えば高周波部品や高
周波回路の伝送・反射特性等の測定である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記測定装
置、校正用標準器及び測定ケーブルの接続用端子は通常
同軸形状となっている。したがって、被測定物が表面実
装部品（Surface MountDevice：以下「ＳＭＤ」とい
う）等の部品である場合には、直接測定装置を接続する
ことができない。このため、ＳＭＤを測定装置に接続す
るために伝送線路変換具を用いる。この変換具は、同軸
伝送線路をマイクロストリップラインやコプレーナーラ
インに変換するものである。前記ＳＭＤは、この変換具
のマイクロストリップライン又はコプレーナーラインに
接続可能となっている。通常は、ＳＭＤをマイクロスト
リップライン又はコプレーナーラインに圧着させること
により接続する。

【０００５】このような変換具を用いた測定では、ＳＭ
Ｄ以外の伝送線路である変換具及び測定ケーブルによる
測定誤差を排除するように測定装置を校正する必要があ
る。しかしながら、前記校正用標準器も接続用端子が同
軸形状となっているため、変換具についての測定誤差を
排除することができない。これに対応するには、変換具
のストリップライン等に接続可能でＳＭＤと同形状の標
準器（以下ＳＭＤ型標準器という）を用意できればよ
い。すなわち、このＳＭＤ型標準器の定義値と測定値か
ら校正用補正値を求め、これに基づき測定装置の校正を
行えばよい。

【０００６】しかしながら、従来の標準器及び測定装置
では、標準器の定義値として、周波数特性に依存しない
一定の値や、周波数特性には依存するが極めて簡易的な
数式をもって表現した値を用いていた。すなわち、複雑
な周波数特性を有する定義値を用いた標準器及びこれに
対応する測定装置はなかった。このため、ＳＭＤ型標準
器は、その特性値が、前述したような周波数特性に依存
しない一定の値や、周波数特性には依存するが極めて簡
易的な数式で表現できるように作成する必要があった。
このようなＳＭＤ型標準器の作成は、形状の特殊性等か
ら非常に困難な作業であった。また、一般的に、標準器
の実際の特性値と定義値との間に誤差が生じると、この
誤差が被測定物の測定時に測定誤差として現出すること
になる。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、被測定物の形状等に
拘わらず測定器具による測定誤差を軽減し高確度の測定
を行うために行うことができる測定装置の校正方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、測定器具を介して被測定物を
測定装置に接続して行う所望の周波数帯域における被測
定物の特性測定において、この測定に先立ち、前記周波
数帯域において任意且つ既知の周波数特性を有する校正
用標準器を前記測定器具を介して測定装置に接続し、こ
の校正用標準器の周波数特性を測定して校正用標準器の
Ｓパラメータを取得し、この測定したＳパラメータ及び
前記校正用標準器の任意且つ既知の周波数特性を表すＳ
パラメータに基づき校正用補正値を算出し、この校正用
補正値に基づき前記測定器具を用いた被測定物の測定時
における測定装置の校正を行うことを特徴とする測定装
置の校正方法を提案する。

【０００９】本発明によれば、校正用標準器が有する任
意且つ既知の周波数特性を表すＳパラメータと、測定器
具を用いて測定した校正用標準器のＳパラメータとに基
づき校正用補正値を算出するので、校正用標準器として
複雑な特性を有するものを用いることができる。したが
って、種々の形状を有する校正用標準器及び測定器具を
用いることができるので、測定装置による測定対象物の
範囲がひろがる。また、校正の際には、校正用標準器が
有する既知の周波数特性を利用するので、従来の測定装
置や標準器に用いられていた標準器の定義値に関する表
現方法に制約を受けることなく、任意の特性を有する校
正用標準器を用いることが可能となる。したがって、高
確度の校正を行うことができる。

【００１０】本発明の好適な態様の一例として、請求項
２の発明では、請求項１記載の測定装置の校正方法にお
いて、前記校正用標準器のうち少なくとも測定装置に基
準負荷として接続する標準器は、前記周波数帯域におい
て任意の特性インピーダンス値を有することを特徴とす
るものを提案する。

【００１１】また、請求項３の発明では、請求項１又は
２何れか１項記載の測定装置の校正方法において、前記
被測定物は表面実装用の電子部品であることを特徴とす
るものを提案する。

【００１２】

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態にかかる測定
装置の校正方法について図１〜図７を参照して説明す
る。図１〜図３は測定装置の校正方法を説明する構成
図、図４は表面実装形状の被測定物を例示する外観斜視
図、図５は標準器専用治具の要部を説明する外観斜視
図、図６は標準器専用治具の要部を説明する断面図、図
７は測定装置の校正方法を説明するフローチャートであ
る。

【００１４】本実施の形態では、図３に示すように、ネ
ットワーク・アナライザ等の測定装置１０と、ＳＭＤ用
測定治具２０と、測定装置１０とＳＭＤ用測定治具２０
を接続する測定ケーブル３０とを用い、ＳＭＤである被
測定物４０の各種特性を所定の周波数範囲（例えば３０
ｋＨｚ〜６ＧＨｚ）にわたって測定するものとする。し
たがって、本実施の形態にかかる測定装置１０の校正方
法は、このような測定システムにおいて、被測定物４０
の特性測定が高確度となることを目的として行われるも
のである。なお、被測定物４０としては、例えば、図４
に示すような表面実装形状の積層フィルタ等である。こ
の被測定物４０は、信号用端子電極４１と接地用端子電
極４２を備えている。また、測定内容としては伝送特性
・反射特性の測定である。

【００１５】ここで、測定装置１０の測定端子１１は通
常同軸形状であるため、測定ケーブル３０の両端も同軸
形状のコネクタ３１が設けられている。ＳＭＤ用測定治
具２０は、同軸形状となっているコネクタ３１とＳＭＤ
である被測定物４０とを接続するための伝送経路変換具
である。このＳＭＤ測定治具２０は、誘電体基板２１
と、誘電体基板２１に形成されたマイクロストリップラ
イン２２とグランドパターン２３からなる。被測定物４
０を測定するには、被測定物４０の信号用端子電極４１
をマイクロストリップライン２２に圧着させ、接地用端
子電極４２をグランドパターン２３に圧着させればよ
い。

【００１６】測定装置１０の校正は、図１〜図３に示す
ように、前記測定システムに加え、測定装置１０と接続
する計算機５０と、標準器専用測定治具６０と、校正用
標準器７０とを用いて行われる。

【００１７】計算機５０は、測定装置１０からの送出さ
れる各種データを受信し、これらに基づき所定の計算を
行うとともに、さらに測定装置１０に対してデータを送
出するものである。

【００１８】標準器専用測定治具６０は、校正用標準器
７０の特性を取得する際に用いられるものである。この
標準器専用測定治具６０からなる測定系は、所定の周波
数範囲（例えば３０ｋＨｚ〜６ＧＨｚ）にわたり基準の
特性インピーダンス値（例えば５０Ω）を有しており、
挿入損失・反射が最小に抑えられるように予め作成され
ている。具体的には、標準器専用測定治具６０は、同軸
ケーブル６１の測定装置１０側に設けた前記測定端子１
１用のコネクタ６２と、同軸ケーブル６１の他端側に設
けたコネクタ６３とからなる。このコネクタ６３は、図
５及び図６に示すように、例えばＳＭＡ等のオス型同軸
コネクタと係合するようなメス型構造の同軸コネクタで
ある。すなわち、コネクタ６３は、円筒状の中心接触導
体６３ａと、外周にネジ山が形成された外側接触導体６
３ｂと、中心接触導体６３ａ及び外側接触導体６３ｂの
間に介在する絶縁体６３ｃを備えている。また、このコ
ネクタ６３の外側接触導体６３ｂの端面には段差が形成
されている。この段差は、段差形成面が同軸の中心付近
を通るように形成されている。さらに、中心接触導体６
２ａの内側には、測定ピン６４が挿脱自在に配置されて
いる。このような構造により、コネクタ６３にはオス型
の同軸コネクタが接続可能であるとともに、図５に示す
ように、端子電極を測定ピン６４及び外側接触導体６３
ｂに圧着させることによりＳＭＤ形状の部品や後述する
校正用標準器７０を接続可能としている。

【００１９】したがって、標準器専用測定治具６０に
は、測定装置１０のメーカ等から供給され同軸コネクタ
を備えた通常の標準器（ＬＯＡＤ，ＯＰＥＮ，ＳＨＯＲ
Ｔ，ＴＨＲＯＵＧＨの４種）が接続可能であるととも
に、後述するＳＭＤ形状の校正用標準器７０が接続可能
である。これにより、校正用標準器７０の特性取得に先
立ち、測定装置１０に標準器専用測定治具６０を接続し
た測定系について、通常の標準器を用いた校正作業を行
った後に校正用標準器７０の特性を測定すれば、校正用
標準器７０の正確な特性を得ることができる。すなわ
ち、校正用標準器７０の特性を既知なものとすることが
できる。

【００２０】校正用標準器７０は、ＳＭＤ用測定治具２
０と標準器専用測定治具６０の双方に装着可能な形状を
有している。通常は、被測定物４０とほぼ同一の形状を
有するように形成される。校正用標準器７０としては、
「ＬＯＡＤ」，「ＯＰＥＮ」，「ＳＨＯＲＴ」，「ＴＨ
ＲＯＵＧＨ」の４種類のものを用意する。また、校正用
標準器７０の特性は、所定の周波数範囲（例えば３０ｋ
Ｈｚ〜６ＧＨｚ）において任意の周波数特性を有するよ
うに作成されている。すなわち、従来の校正方法では、
測定装置の制約等により、その周波数特性が一定の値を
有するものや簡単な関数により表せるように標準器を作
成する必要があった。つまり標準器をモデル化する必要
があった。例えば、「ＬＯＡＤ」の標準器は、通常所定
の周波数範囲において一様な特性インピーダンスを有す
るものが使われていた。これに対して、本発明では、校
正用標準器７０の周波数特性は任意なものとすることが
できるので、その作成が容易である。

【００２１】このような装置を使用して行う測定装置１
０の測定方法について図７のフローチャートを参照して
説明する。まず、図１で示したように、測定装置１０に
標準器専用測定治具６０を接続するとともに予め通常の
標準器による校正作業を行っておく。そして、この標準
器専用測定治具６０に校正用標準器７０をセットし、所
定の周波数範囲にわたって校正用標準器７０のＳパラメ
ータを取得する。この取得データは、校正用標準器７０
の実際の特性を表す特性データとして計算機５０に転送
される（ステップＳ１）。

【００２２】次に、図２で示したように、標準器専用測
定治具６０に代えてＳＭＤ用測定治具２０及び測定ケー
ブル３０を接続する。そして、ＳＭＤ用測定治具２０に
前記校正用標準器７０をセットし、所定の周波数範囲に
わたって校正用標準器７０のＳパラメータを取得する。
この取得データは、校正用標準器７０の特性データに加
えてＳＭＤ用測定治具２０及び測定ケーブル３０からな
る測定系が有するものである。この取得データは、測定
データとして計算機５０に転送される（ステップＳ
２）。

【００２３】次に、計算機５０は、校正用標準器７０の
実際の特性を表す特性データと、ＳＭＤ用測定治具２０
及び測定ケーブル３０からなる測定系が有する誤差を含
む測定データとに基づき、補正データを算出する。具体
的には、所定の周波数範囲にわたって前記特性データと
測定データとの差分から補正データを求めればよい。

【００２４】最後に、図３で示したように、この補正デ
ータを測定装置１０に転送し、この補正データを校正用
データとして測定装置１０にセットすることにより測定
装置１０の校正が完了する（ステップＳ４）。

【００２５】以上のステップにより測定装置１０の校正
が完了するので、以降は測定装置１０、ＳＭＤ用測定治
具２０及び測定ケーブル３０を用いて被測定物４０の測
定を行えばよい（ステップＳ５）。

【００２６】なお、この校正作業は、「ＬＯＡＤ」，
「ＯＰＥＮ」，「ＳＨＯＲＴ」，「ＴＨＲＯＵＧＨ」と
いう全種類の校正用標準器７０を用いて実施する。

【００２７】このような校正方法が有効であることを図
８を参照して説明する。図８（ａ）では、ＳＭＤ型「Ｌ
ＯＡＤ」タイプの校正用標準器７０の特性データ（点
線）と、ＳＭＤ用測定治具２０及び測定ケーブル３０を
用いて同じ校正用標準器７０を測定して得たデータ（実
線）を表している。また、図８（ｂ）では、校正を行っ
た後に被測定物として前記校正用標準器７０を測定して
得たデータ（実線）を表している。なお、縦軸はリター
ンロス、横軸は周波数である。

【００２８】このグラフが示すように、校正後に校正用
標準器７０を測定して得られたデータが、校正用標準器
７０の特性データを正確に表していることを確認でき
る。すなわち、ＳＭＤ用測定治具２０及び測定ケーブル
３０からなる測定系の誤差を排除した高確度な測定が可
能であることがわかる。

【００２９】これを従来の校正方法と対比して説明する
（図９参照）。図９（ａ）において、点線はＳＭＤ型Ｌ
ＯＡＤタイプの標準器の持つ特性値を示し、実線は測定
ケーブル等の測定器具を用いて測定した結果、すなわち
標準器の特性と測定器具との特性が合成された特性を示
し、一点鎖線はネットワークアナライザ等の測定装置が
認識しているＬＯＡＤタイプ標準器の定義値を示してい
る。また、図９（ｂ）において、点線は前記標準器の持
つ特性値を示し、実線は校正を行った後に被測定物とし
て前記標準器を測定して得た特性値を表している。な
お、縦軸はリターンロス、横軸は周波数である。

【００３０】従来の校正方法では、標準器の実際の特性
データにかかわらず、標準器の定義値と標準器を測定し
て得た測定データに基づき校正を行っている。したがっ
て、本来校正後には測定データ（実線）が標準器の実際
の特性値を表すべきところが、図９（ｂ）に示すように
両者に誤差が生じていることがわかる。したがって、従
来定義（表現）ができないような任意の周波数特性を有
する標準器を用いた場合には、測定誤差が生じていた。
本発明では、前述したように、このような測定誤差が生
じないので高確度の測定が可能である。

【００３１】このように本実施の形態では、校正用標準
器７０が有する周波数特性と、ＳＭＤ用測定治具２０及
び測定ケーブル３０を用いて測定した校正用標準器７０
の測定値とに基づき校正用補正値を算出するので、校正
用標準器７０として複雑で任意な特性を有するものを用
いることができる。したがって、種々の形状を有する校
正用標準器７０及び測定器具を用いることができるの
で、測定装置１０による測定対象物の範囲がひろがる。
また、校正用標準器７０が有する既知の周波数特性を利
用するので、従来の測定装置や標準器に用いられていた
標準器の定義値に関する表現方法に制約を受けることな
く、任意の特性を有する校正用標準器７０を用いること
が可能となる。したがって、高確度の校正を行うことが
できる。

【００３２】なお、本実施の形態では校正用標準器７０
の周波数特性を既知なものとするために、標準器専用測
定治具６０を用いたが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。例えば、これら標準器又は治具の特性をシミ
ュレータなどにより特性を取得することにより既知なも
のとしてもよい。この場合には、計算により得られたＳ
パラメータデータをそのまま校正演算に使用することが
できる。

【００３３】また、本実施の形態では、測定装置１０の
具体例としてネットワーク・アナライザを用いたが、本
発明はこれに限定されるものではない。例えば、インピ
ーダンス・アナライザ等であってもよい。

【００３４】さらに、本実施の形態では、被測定物４０
としてＳＭＤを例示するとともに、測定器具としてＳＭ
Ｄ用測定治具２０及び測定ケーブル３０を例示したが、
本発明はこれに限定されるものではない。特に、被測定
物として通常用いられるような同軸形状の接続端子をも
たない場合には本発明は有用である。また、同軸形状の
接続端子を持つ被測定物に対しても本発明を適用するこ
とができる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
校正用標準器が有する任意且つ既知の周波数特性と、測
定器具を用いて測定した校正用標準器の測定値とに基づ
き校正用補正値を算出するので、校正用標準器として複
雑な特性を有するものを用いることができる。したがっ
て、種々の形状を有する校正用標準器及び測定器具を用
いることができるので、測定装置による測定対象物の範
囲がひろがる。また、校正用標準器が有する既知の周波
数特性を利用するので、従来の測定装置や標準器に用い
られていた標準器の定義値に関する表現方法に制約を受
けることなく、任意の特性を有する校正用標準器を用い
ることが可能となる。したがって、高確度の校正を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】測定装置の校正方法を説明する構成図

【図２】測定装置の校正方法を説明する構成図

【図３】測定装置の校正方法を説明する構成図

【図４】表面実装形状の被測定物を例示する外観斜視図

【図５】標準器専用治具の要部を説明する外観斜視図

【図６】標準器専用治具の要部を説明する断面図

【図７】測定装置の校正方法を説明するフローチャート

【図８】校正前後における校正用標準器の測定データを
表すグラフ

【図９】従来の校正方法を用いた校正前後における校正
用標準器の測定データを表すグラフ

【符号の説明】

１０…測定装置、２０…ＳＭＤ用測定治具、３０…測定
ケーブル、４０…被装邸物、５０…計算機、６０…標準
器専用測定治具、７０…校正用標準器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平10−253702（ＪＰ，Ａ) 特開平９−243688（ＪＰ，Ａ) 特開平８−15348（ＪＰ，Ａ) 特開平６−11540（ＪＰ，Ａ) 特開平１−224635（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−34171（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 35/00 - 35/04 G01R 31/28 - 31/3193 G01R 27/00 - 27/32 G01D 18/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測定器具を介して被測定物を測定装置に
接続して行う所望の周波数帯域における被測定物の特性
測定において、この測定に先立ち、前記周波数帯域において任意且つ既
知の周波数特性を有する校正用標準器を前記測定器具を
介して測定装置に接続し、この校正用標準器の周波数特
性を測定して校正用標準器のＳパラメータを取得し、こ
の測定したＳパラメータ及び前記校正用標準器の任意且
つ既知の周波数特性を表すＳパラメータに基づき校正用
補正値を算出し、この校正用補正値に基づき前記測定器
具を用いた被測定物の測定時における測定装置の校正を
行うことを特徴とする測定装置の校正方法。
【請求項２】前記校正用標準器のうち少なくとも測定
装置に基準負荷として接続する標準器は、前記周波数帯
域において任意の特性インピーダンス値を有することを
特徴とする請求項１記載の測定装置の校正方法。
【請求項３】前記被測定物は表面実装用の電子部品で
あることを特徴とする請求項１又は２何れか１項記載の
測定装置の校正方法。