JP4709841B2 - マルチポート・ネットワークアナライザの校正を検証する方法および関連する校正ユニット - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前文によるマルチポート・ネットワークアナライザの校正を検証する方法および校正ユニットに関する。

被測定物の伝送および反射係数の測定を実行する前に、ベクトルネットワークアナライザが最初に校正される必要がある。これに関しては、係数測定（この測定から誤差項が計算され、この測定によって、システム補正を被測定器の実際測定において実現できる）が、３つ以上の公知の相互に異なる校正標準器を用いて実行される。例えば、測定ポートに連続的に接続されるオープン、ショート、マッチまたはスルー標準器が、校正標準器として使用される。これらの校正標準器は、例えば、基板上に形成できるか、あるいは、それぞれのケーブル接続が横方向に突き出るハウジングの内部に配置できることは公知である。校正のために、固定寸法の校正標準器を有するこの種の校正ユニットは、ジャックおよびケーブルを介して、ネットワークアナライザの対応する測定ポートに接続される。このとき、校正手順はコンピュータ制御によって自動的に実行できる。

米国特許第５，５７８，９３２号によると、この種の校正標準器は切換可能複素インピーダンスとして実現でき、および、切換によって様々な異なる校正標準器を実現できることは公知である。

ネットワークアナライザの校正が完了後、適切には、校正の検証が実行される。実際には、この目的には、測定ポートに接続され、かつそれを用いて対応する係数測定が実行される、いわゆるＴ−チェッカーが使用される。

米国特許第５，５７８，９３２号明細書

しかしながら、３つ以上の測定ポートを有するネットワークアナライザについては、この種のＴ−チェッカーは極めて不都合であり、また、多数のねじ接続が必要とされ、付随する接続誤差発生の可能性があるので、誤差を受けやすい。校正に切換可能インピーダンスを使用する２ポートのネットワークアナライザの場合、米国特許第５，５７８，９３２号から、同一標準器が、校正についての検証に使用できることは公知である。しかし、これに関しては、ケーブル布線による誤差（ジャックにおける接続の入れ替わりまたは誤った電気接続）は検出できない上に、この誤りは実際には頻繁に発生する。公知の方法によれば、校正から検証への移行の間にジャックは切り離しされないため、完全な検証は不可能である。

本発明の目的はマルチポート・ネットワークアナライザの校正を完全に検証する方法を提供することである。本発明の別の目的は、この方法を簡単に実行できる上記目的に適する校正ユニットを提供することである。

上記目的は請求項１の前文による方法に基づいて、それの特徴とする形態によって達成される。校正ユニットについての解決方法は、請求項３に明記されている。校正ユニットの設計に関する有利な別の実施形態は残りの従属請求項に明記されている。

本発明によれば、同一の校正ユニットは、前の校正のために使用されたのと同様に検証に使用される。この場合には、ネットワークアナライザに至る接続ケーブルの接続を入れ替えることだけが必要とされ、これにより、前の校正と対比することによって校正ユニットの異なる校正標準器（それぞれ、異なるオープン、異なるショート、異なるマッチまたは異なるスルー標準器）がネットワークアナライザの各測定ポートに接続されるようにする。本発明の方法では、校正のために前に使用されたジャック接続は、検証のために完全に切り離され、校正ユニットの回転後に再接続される必要がある。したがって、ジャックにおける接続の入れ替わりまたは誤った電気接続などのケーブル布線誤差も検証において検出される。したがって、本発明の方法を用いることにより、本発明の方法が使用される校正標準器の誤差だけでなくジャックの不具合およびケーブル布線の誤りも検出する、言い換えると、ネットワークアナライザの実際の基準レベルに至るまでの全てにパラメータを検出する理由から、マルチポート・ネットワークアナライザの前の校正の完全な検証を提供することが初めて可能になる。

本発明による方法は、３つ以上のポートを有するネットワークアナライザに特に適する。さらに、特に簡単で小型の校正ユニットが４ポート・ネットワークアナライザについても得られる。このユニットでは、校正ポートがそれぞれペアでハウジングから横方向に突き出しており、校正ユニットは検証のために単に回転させ、その後、接続ケーブルを同一側からネットワークアナライザに再接続する。これらの接続は片側で入れ替える必要があるだけである（図６および７による例示的実施形態）。この種の校正ユニットはさらに、校正のために２つの対向接続を用い、検証のために別の２つの対向接続を用いることによって、２ポート・ネットワークアナライザの検証にも有利に使用できる。本発明による方法はさらに、５つ以上の測定ポートを有するネットワークアナライザ、例えば８ポート・ネットワークアナライザにも適する。この場合に使用される校正ユニットは、例えばこの目的に適する異なる形状を備え、例えば、ハウジングは５側面、６側面、または８側面を有してもよい。

本発明を、４ポート・ネットワークアナライザの例示的実施形態の概略図を参照して以下に詳細に説明する。

図１は校正のための４つの測定ポート１、２、３および４を有するベクトルネットワークアナライザＶＮＡの概略図を示し、これらのポートはケーブルを介して校正ユニットＫＥの接続部Ａ、Ｂ、ＣおよびＤに接続される。これらの接続部Ａ〜Ｄは、例えばハウジングＥから外部に突き出るジャックとして設計されており、ハウジングの内部の校正標準器に接続されているが、詳細には示されていない。各接続部Ａ〜Ｄは、電気スイッチを通してオープン、ショート、マッチまたはスルー標準器のいずれかに接続され、これらの標準器は他の接続部に接続されている。

これらの電気スイッチは、制御接続を介する特定の校正プログラムに従って、ネットワークアナライザＶＮＡによって制御されるが、ここでは示されていない。ネットワークアナライザＶＮＡは、これらの校正標準器を４つの校正接続部Ａ〜Ｄに制御して連続的に接続することにより、校正される。被測定器の後続の測定に必要とされる誤差補正データは校正データから決定され、ネットワークアナライザに記憶される。

同一の標準器は、先に校正のために使用されたのと同様に、ネットワークアナライザの校正に続く検証のための検証標準器としても使用される。これが可能になるのは、これらの標準器を入れ替えて、前の校正と対比することによって検証のためにネットワークアナライザの各測定ポートに異なる校正標準器（実際には、それぞれ、異なるオープン、異なるショート、異なるマッチ、および全体で６つの可能なスルー標準器の異なる１つ）が接続されるようにする場合である。本発明によれば、これは校正ポートＡ〜Ｄを入れ替えるだけで簡単に達成される。この目的のために、ネットワークアナライザの測定ポートまたは校正ユニットＫＥのそれぞれの接続部の数Ｎに応じて、全体で１／２・Ｎ・（Ｎ−１）の置換がある。４ポート・ネットワークアナライザおよび４つの校正接続部Ａ〜Ｄを有する校正ユニットＫＥについては、したがって、全体で６つの置換があり、図１では、校正ユニットＫＥを時計方向に回転することにより第１置換を実現する。図２〜５は別の４つの置換を示し、図では、校正ユニットは基準軸Ｓ回りの回転可能に構成される。

図１によれば、検証Ｖについては、校正ポートＡ〜Ｄの４つの接続が切り離され、次に、校正ユニットが時計方向に、校正位置Ｋから検証位置Ｖに回転される。次に、ネットワークアナライザＶＮＡの接続１〜４が接続部Ａ〜Ｄの前の配分状態に再接続される。ネットワークアナライザと校正ユニットとの間の接続ケーブルの位置は、校正位置Ｋおよび検証位置Ｖにおけるのと同一位置に維持され、この結果、ケーブルの異なる曲げ半径または他の実効電気的長さに起因する誤差が生じることがない。同じことは、校正ユニットを反時計方向に回転させるか、あるいは２つ以上の校正ポート分（例えば、３つのポート分）左または右に回転することによって達成できる（第２の置換）。

検証のために校正ユニットＫＥを回転させることによって、異なる校正標準器をネットワークアナライザの測定ポートに接続する他の４つの可能性は、図２〜５に示されるとおり、校正接続部Ａ〜Ｄの反転および反転軸Ｓ回りの回転（回転矢印Ｓ’で示される）、およびその後の接続ペアの１つの接続の入れ替えにより達成される。図２では、校正ユニットは位置Ｋから位置Ｖに回転され、接続部ＤとＣとが入れ替えられる。図３による例示的実施形態においては、回転後に接続部ＡとＢだけが入れ替えられる。図４および５では、２つの矢印でそれぞれ示されるとおり、回転後に接続部ＤとＢとが入れ替えられ、他の場合には、接続部ＡとＣとが入れ替えられる。これに関しては、参照符号１〜４で示されるネットワークアナライザとのケーブル接続は、一般に変更なく維持される。

図５は特に適する構成を示し、その詳細は図６および７に示されている。図６および７によるこの例示的実施形態では、校正ユニットは矩形ハウジングＥから成り、図６における位置では、２つの接続部ＡおよびＣは左側面から横方向に突き出ており、２つの接続部ＢおよびＤは右側面から横方向に突き出ている。上側面には、図６における位置では、ハウジングＥは文字「Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ（校正）」および図５で用いられたケーブル割当てが記載され、接続部Ａ〜Ｄは上側面の１、２、３および４で表記されている。

検証においては、校正ユニットＫＥは図６における位置から図７の位置に回転され、この結果、背面側が上面に現れる。元の状態の背面側には、校正ユニットは「Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ（検証）」と表記され、関連する接続ケーブルの接続用の参照符号１〜４が付されており、この回転された位置では、接続部ＡおよびＣがハウジングＥの右側面から突き出し、接続部ＢおよびＤが左側面から突き出している。

校正ユニットＫＥの前面側および背面側の文字表記の結果として、ユーザは校正から検証に誤りなく切り換えできる。必要とされることは、単に接続部Ａ〜Ｄの全てを切り離し、校正ユニットを回転させて、表記された順にケーブルを再度接続するだけである。このとき、例の左側面における接続は変更されずに維持され、右側面の接続は入れ替えられる。接続の入れ替えはまた、左側面でも実行でき、このときは、右側面の接続は変更されずに維持される。これに関してはさらに、ネットワークアナライザと校正ユニットとの間の接続は実質的に同一に維持され、これにより、高周波数においても、ケーブルの曲げ半径または実効長さの変化から生じる測定誤差の危険性を回避する。

ＶＮＡにおける後続の測定作業に依存して、検証のために全ての校正標準器を接続することは必ずしも必要とされない。多くの場合、ＯＳＭＴ標準器の一部だけを、例えば、圧力接続でなく反射標準器だけを接続するだけで十分である。最後に指定される特殊な場合は、置換の選択における追加の自由度に関連する。スルー標準器は考慮に入れる必要がないため、図５における接続部ＡとＣの入れ替えは必要とされない。

ベクトルネットワークアナライザおよび校正ユニットを示す図である。 校正および検証のためのある１つの構成の校正ユニットを示す図である。 校正および検証のためのある１つの構成の校正ユニットを示す図である。 校正および検証のためのある１つの構成の校正ユニットを示す図である。 校正および検証のためのある１つの構成の校正ユニットを示す図である。 校正および検証のためのある１つの構成の校正ユニットを示す図である。 校正および検証のためのある１つの構成の校正ユニットを示す図である。

符号の説明

１，２，３，４ 測定ポート
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 接続部
ＫＥ 校正ユニット
Ｋ 校正位置
Ｖ 検証位置
Ｓ 基準軸（反転軸）
Ｅ 矩形ハウジング

Claims (4)

1. マルチポート・ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の複数の測定ポートに接続された複数の検証標準器（Ｖ）から伝送係数および／または反射係数を測定することによって、前記マルチポート・ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の校正を検証する方法であって、
   校正ユニット（ＫＥ）を校正のために使用し、前記校正ユニットは前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の測定ポート数に対応する数の校正ポートを備え、当該測定ポートのそれぞれに異なる校正標準器をそれぞれ接続する、方法において、
   校正に予め使用した前記校正ユニット（ＫＥ）の前記校正標準器（Ｋ）を前記検証標準器（Ｖ）として使用し、
   当該検証のため、前記校正ユニット（ＫＥ）の前記校正標準器が、先の校正時と比較して、それぞれ異なる前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の前記測定ポートに接続されるように、前記校正ユニット（ＫＥ）の前記校正ポートと前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の前記測定ポートとの接続を入れ替えることを特徴とする方法。
2. ４ポート・ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）のための請求項１に記載の方法であって、
   前記校正標準器を収容するハウジング（Ｅ）から横方向に突き出る４つの校正ポートを有する校正ユニット（ＫＥ）を校正のために使用する、方法において、
   検証のために前記校正ポートと前記測定ポートとの接続を入れ替えるために、横に突き出る校正ポートを有する前記ハウジング（Ｅ）を単に回転させることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２による方法を特に実行するための校正ユニットであって、
   ハウジング（Ｅ）を有し、
   前記ハウジングから前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の前記測定ポートの数に対応する複数の校正ポート接続部が横方向に突き出し、
   前記校正ポート接続部に対して、前記ハウジング（Ｅ）の内部に置かれた校正標準器を、特定の制御プログラムに従ってスイッチ素子によって接続および切り離しできる、校正ユニットにおいて、
   ハウジング（Ｅ）の外部には、ハウジングから横方向に突き出る前記各校正ポート接続部に割り当てられて、校正時に前記各校正ポート接続部に接続すべき前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の前記各測定ポートを特定する文字と、検証時に前記各校正ポート接続部に接続すべき前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の前記各測定ポートを特定する文字と、が表記されている、ことを特徴とする、校正ユニット。
4. ４ポート・ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）のための請求項３に記載の校正ユニットであって、
   それぞれ２つの校正ポート接続部（Ａ、ＣおよびそれぞれＢ、Ｄ）が前記ハウジング（Ｅ）の両側面から横方向に突き出ており、
   校正の場合は、
   前記ハウジング（Ｅ）は上側面を上面の位置に置き、
   左側面から突き出る２つの接続部（Ａ、Ｃ）を前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の第１ケーブル対（１、３）に接続し、
   右側面から突き出る２つの接続部（Ｂ、Ｄ）を前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の第２ケーブル対（２、４）に接続し、
   一方、検証の場合は、
   前記ハウジング（Ｅ）は回転され、上側面を底面の位置に置き、
   左側面から突き出る２つの接続部（Ｂ、Ｄ）を前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の第１ケーブル対（１、３）に接続し、
   右側面から突き出る２つの接続部（Ａ、Ｃ）を前記ネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の第２ケーブル対（２、４）に接続し、
   この場合、前記第１（１、３）ケーブル対と第２（２、４）ケーブル対とを入れ替えることを特徴とする、校正ユニット。

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