JP7066943B2

JP7066943B2 - ベクトル・ネットワーク・アナライザ

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Publication number: JP7066943B2
Application number: JP2016158637A
Authority: JP
Inventors: アレキサンダー・クラウスカ
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: JP2017075932A; EP4012424A1; US20170045603A1; CN106468739A; EP3130930A1; US20220099782A1; US11946994B2

Description

本発明は、概して、ベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）のような電気試験測定装置に関する。

トラッキング・ジェネレータ又はベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）のような従来の装置では、複数の位相の安定した被試験デバイス（ＤＵＴ）の反射や伝達の測定を行う必要がある。位相の安定を確実にするため、単一又は複数の信号発生装置又はレシーバが、共通の局部発振器（ＬＯ）を共用する。そのシステムの校正は、外部の反射標準器（例えば、ＳＯＬＴ（Short-Open-Load-Thru）、ＴＲＬ（Thru-Reflect-Line）、ＳＯＬＲ（Short-Open-Load-Reciprocal）など、非特許文献１参照）を用いて実行され、これは、校正時点と測定時点の間の一貫した位相に依存している。

図１は、複数のレシーバ１１０及び１１２と、共用信号１２５（例えば、制御プロセッサ１２０からＬＯ１１６によって）を有する従来のベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）又はトラッキング・ジェネレータの例１００を示すブロック図である。この例では、共通ソース（Source：信号源、信号発生装置）ＬＯ１１６が、共用信号１２５を、複数のレシーバ１１０及び１１２夫々への基準信号として加えて、無線周波数（ＲＦ）ブジッリ１０６への注入信号（injection 信号）として、そして続いて伝送ライン１０４を介して負荷１０２へと供給する。レシーバ１１０は、ＲＦブリッジ１６０から反射（ＲＥＦＬ）ポート信号１０７ａも受ける。レシーバ１１２は、ＲＦブリッジ１６０から基準（ＲＥＦ）ポート信号１０７ｂも受ける。

２つの信号（例えば、ブリッジの基準及び反射ポート）を測定する２つのレシーバ１１０及び１１２を示しているが、もっと複雑なマルチ・チャンネルのブリッジ、カプラ又はネットワークからの多数の信号を測定するのに、任意の個数の複数レシーバを利用しても良いことに注意すべきである。パスがスイッチされるときに、ブリッジのローディング（loading）が乱されないようなやり方で位相の安定したスイッチが接続されるならば、単一のレシーバで多数のレシーバを省くこともできる。

図２は、単一のレシーバ２１０と共用信号２２５（例えば、制御プロセッサ２２０からＬＯ２１６によって）とを有する従来のＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの例２００を示すブロック図である。図１に示したＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータ１００と同様に、共通ソースＬＯ２１６は、共用信号２２５を、レシーバ２１０への基準信号として供給するのに加えて、無線周波数（ＲＦ）ブジッリ２０６への注入信号（injection signal）として、続いて伝送ライン２０４を介して負荷２０２へと供給する。スイッチング回路２０９は、ＲＦブリッジ２０６から、反射（ＲＥＦＬ）ポート信号２０７ａ及び基準（ＲＥＦ）ポート信号２０７ｂを受ける。スイッチング回路２０９は、信号２０７ａ及び２０７ｂのいずれかをレシーバ２１０へ供給する。一般に、共用信号は、ブリッジ自身の刺激信号か、又は、ソース内で位相が安定する方法で生成されるＬＯでも良い。

特開２００３－２７９６０９号公報特開２００４－１９８４１５号公報

「3-9-1ネットワークアナライザ」、日本電気計測器工業会、技術解説、特に「１測定原理」及び「４校正」におけるSOLT（Short-Open-load-Thru）による校正手法の説明、［online］、［２０２１年３月２３日検索］、インターネット<URL: https://www.jemima.or.jp/tech/3-09-01.html>

コスト低減とハードウェアの単純化のため、共通のシンセサイザ（synthesizer）構造を共用するよりは、レシーバと信号発生装置については、位相が同相ではないが周波数の安定したＬＯソースを利用するのが望ましいであろう。一般的なＶＮＡには、その信号発生ポート上に種々の形式の反射ブリッジ又はカプラ配置がある。信号発生装置から結合された基準信号は、レシーバに配信されるが、ａｒｃｓｉｎ（Ｖ_ｒｅｆ／Ｖ_ｎｏｒｍ）の反射係数に比例する位相エラーがあり、レシーバに対する基準信号発生装置の位相を、信号発生装置とレシーバ間の共通ＬＯシステムの位相が同相なことに頼らずに、この基準ポートだけから得るのを困難にしている。

本発明の実施形態としては、大まかに言えば、ベクトル・ネットワーク・アナライザがあり、これは、外部の負荷の状態に影響されずに、信号発生装置とレシーバ間の相対的な位相測定を可能とするために、追加の信号パスを利用する。こうした実施形態によれば、レシーバ及び信号発生装置が、相対的には不安定な独立した局部発振器（ＬＯ）を、ネットワーク応答の位相の安定した測定で利用することを効果的に可能にできる。これは、単一のレシーバ及び信号発生装置が、それらの相対的な位相を確立するのを効果的に可能にするか、又は、複数のレシーバ及び複数の信号発生装置を含む実施形態では、それらの相対的な位相を確立するのを効果的に可能にする。

図１は、複数のレシーバ及び共用信号を有する従来のベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）又はトラッキング・ジェネレータの例のブロック図である。図２は、単一のレシーバ及び共用信号を有する従来のＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの例のブロック図である。図３は、本発明のある実施形態による校正パスを有するＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの例を示すブロック図である。図４は、本発明のある実施形態による共通の信号発生装置ソースを有するＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの例を示すブロック図である。図５は、本発明のある実施形態による、共通基準信号によって同期される複数のレシーバを有するＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの第１例を示すブロック図である。図６は、本発明のある実施形態による、共通基準信号によって同期される複数のレシーバを有するＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの第２例を示すブロック図である。図７は、本発明のある実施形態による、単一のレシーバによって同期される複数のソースを有するＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの例を示すブロック図である。

本発明の実施形態としては、校正パスを有するベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）のような電気試験測定装置がある。こうした実施形態には、レシーバ中に独立したソース（Source：信号源、信号発生装置）があり、このソースによれば、ブリッジ測定において、より高い安定性及び精度が可能になる。また、受信シンセサイザ又はソース・シンセサイザのいずれかにおける可変の静的位相オフセットが、測定において検出され、エラー項として除去される。更に、低コストで広帯域をカバーする単一の集積回路（ＩＣ）に組み入れられたシンセサイザを利用可能なため、コストを低減できる。

図３は、負荷３０２と、伝送ライン３０４と、反射ポート信号３０７ａ及び基準ポート信号３０７ｂをスイッチング回路３０９に供給する無線周波数（ＲＦ）ブリッジ３０６と、そして、校正パスとを有する、本発明のある実施形態によるＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの第１例３００を示すブロック図である。この例では、独立したソース信号３２５（例えば、信号発生装置３２１、ＬＯ３１７及びスイッチ３１４によって）と、レシーバ・ソース基準信号３２６とが、ソース信号と直列に示された、受信チャンネルにランダムな位相オフセットを与える位相シフタ（移相器）３１５と共に示されている。これらソース信号の夫々は、共通の基準信号に位相ロックされ、共通の制御プロセッサ３２０で制御され、そして、ソース信号の位相は既知ではない。レシーバ３１０は、２つのブリッジ信号のいずれか、上記ソース、又は内部的な終端にスイッチされる。単一のレシーバ３１０を示しているが、同様の実施を用いて、複数のレシーバを同期させても良いことに注意すべきである。

この例では、信号チャンネルの信号発生装置３２１には、単一の反射ブリッジ／カプラ３０６のマグニチュード及び位相を検知する単一のチャンネル・レシーバがあって、例えば、１ポートＶＮＡにおいて利用される。信号発生装置３２１及びレシーバ３１０は、連続波又は変調信号のいずれかを使っても良い。レシーバ（単数又は複数）は、夫々独立の局部発振器を、例えば、独立の位相で、持つように構成されても良い。図２の例と比較すると、ＬＯ３１６は、図２の共通ソースＬＯ２１６と同様に、制御プロセッサ３２０の制御に基づいて、図２の共用信号２２５と同様のソース信号であるＬＯ信号３２４をレシーバ３１０に常に供給している一方で、共用信号２２５とは異なり、ＲＦブリッジ３０６には、ＬＯ信号３２４を供給していない。即ち、ＬＯ信号３２４は、共用のソース信号ではなく、レシーバ個別のソース信号という点で、図２の共用信号２２５と異なる。そこで、ソース信号３２５の位相シフタ３１５における位相オフセットは、「ソース基準パス」のレシーバ・ソース基準信号３２６をサンプリングすることによって、求めるようにしても良い。ここで、Ｓ１は、スイッチか、又は、カップリング若しくは電力分配ネットワークかのいずれかに言及したものとしても良い。単一ブリッジ・ポート又はマルチ・ブリッジ・ポートからの信号をサンプルするのに単一のレシーバを利用する実施形態では、全てのスイッチ位置で、スイッチが、上記ブリッジに一貫した負荷を与えるように設計されても良い。これは、例えば、信号パスのアッテネーション、インピーダンス・マッチング、増幅によるバッファ処理、終端スイッチ・ネットワークを利用して実現されても良い。

図４は、本発明のある実施形態による共通の信号発生ソース（例えば、制御プロセッサ４２０からＬＯ４１７によって）を有するＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの例４００を示すブロック図である。この例では、複数のレシーバ４１０、４１１及び４１２が、独立したＬＯ４１０ａ、４１１ａ及び４１２ａを夫々有し、複数の位相オフセットが、共通の基準信号に同期される。この観点において、複数のソース基準信号が、カプラ／電力分配回路網４４５によって分配される。別の実施形態では、カプラ／電力分配回路網４４５の代わりに、スイッチで実現される。

この例では、レシーバ４１０～４１２及び信号発生装置（Generators）は、「ソース基準」信号にスイッチして、相対的な位相を測定し、同じ周波数に夫々合わせることによって、位相同期できる。ソースとレシーバ間の周波数オフセットは、これら信号がレシーバ４１０～４１２の処理帯域幅内であれば、調節できる。レシーバ４１０～４１２は、一般に、スーパーヘテロダイン、ホモダイン、ダイレクト・コンバージョン又は同様のレシーバ手法を用いるアナログ又はデジタル・レシーバであることに注意されたい。単一又は複数のＬＯ信号は、各レシーバによって生成しても良い。例えば、ＬＯ１（４１０ａ）は、実際は、３つのＬＯ信号（例えば、３ステージ型スーパーヘテロダイン・コンバータ用のＬＯ１ａ、ＬＯ１ｂ及びＬＯ１ｃ）であっても良い。信号発生装置は、ダイレクト・ソース（直接的な信号源：例えば、ＶＣＯ及びＰＬＬ、ダイレクト・デジタル・ソース又はダイレクト・アナログ・ソース）か、又は、インダイレクト・ソース（間接的な信号源：例えば、１つの局部発振器及びベースバンド信号、又は、複数の局部発振器及びベースバンド信号を用いる）かのいずれかであって、変調か又は連続波かのいずれかのベースバンド信号によるものであっても良い。

図５は、本発明のある実施形態による、共通基準信号によって同期される複数のレシーバを有するＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの第１例５００を示すブロック図である。この例では、単一の制御プロセッサ５２０が、ランダムな位相オフセットを有する独立したＬＯ５１０ａ、５１１ａ及び５１２ａを夫々有する複数のレシーバ５１０、５１１及び５１２を制御できる。Ｎ個のソース基準信号は、単一の信号発生装置５１７から配信される。図では、単純化したソースを示しているが、このソースは、インダイレクト・ソース（間接的な信号源：例えば、１つの局部発振器及びベースバンド信号、又は、複数の局部発振器及びベースバンド信号を用いる）であって、変調か又は連続波かのいずれかのベースバンド信号によるものであるか、又は、ＶＣＯ及びＰＬＬ、ダイレクト・デジタル・ソース又はダイレクト・アナログ・ソースのようなダイレクト・ソース（直接的な信号源）であっても良い。

図６は、本発明のある実施形態による、共通の基準信号によって同期される複数のレシーバ（例えば、スペクトラム・アナライザ）を有するＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの第２例６００を示すブロック図である。この例では、同期回路６０１は、信号ソース（Ｇｅｎ１）６１７と、共通基準クロック６１８（例えば、これは、ｎ個の外部スペクトラム・アナライザ６１０、６１１及び６１２を同期する１０ＭＨｚ１．．．１０ＭＨｚＮの出力信号を生成する）と、基準信号発生装置「Ｇｅｎ１」６１７を同期させる１０ＭＨｚ又は他の適切な信号と、スペクトラム・アナライザの各ＲＦ入力それぞれのための信号配信及びスイッチング回路６１０ｂ、６１１ｂ及び６１２ｂと、Ｎ個のＲＦ入力とから構成される。信号１から信号ｎの制御プロセッサ６２０への入力としては、いくつかのＵＳＢデータ信号か、ＵＳＢ／ＰＸＩ／ＶＸＩ等のような任意の他の共通データ・バスであっても良い。

図７は、本発明のある実施形態による、単一のレシーバ７１０によって同期される複数のソース７１０ａ、７１１ａ及び７１２ａを有するＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータの例７００を示すブロック図である。この例では、信号発生装置のチャンネルのＳＰＤＴ（Single pole、dual throw）スイッチ７１０ｂ、７１１ｂ及び７１２ｂが、パスがオープンの場合に、内部的に終端された形態であるとしても良い。スイッチング中のブリッジの応答の安定性は、バッファ、増幅、アッテネーション、又は他の適切な機構を用いて改善されても良い。信号１は、変調又は連続波信号としても良い。ソース（信号発生装置）は、ヘテロダイン・ソースからなるダイレクト・ソースとしても良い。各信号発生装置の位相オフセットは、他のものに対して、例えば、共通のレシーバ７１０によって、検知されても良い。信号セレクタ７４５は、複数のソース基準信号の１つをレシーバ７１０に供給する。

図示した実施形態を参照しながら、本発明の原理を記述し、説明してきたが、こうした原理から離れることなく、図示した実施形態の構成や細部を変更したり、望ましい形態に組み合わせても良いことが理解できよう。先の説明では、特定の実施形態に絞って説明しているが、別の構成も考えられる。

特に、「本発明の実施形態によると」といった表現を本願では用いているが、こうした言い回しは、大まかに言って基準となる実施形態として可能であることを意味し、特定の実施形態の構成に限定することを意図するものではない。本願で用いているように、これら用語は、別の実施形態に組み合わせ可能な同じ又は異なる実施形態に言及するものである。

従って、本願で説明した実施形態は、幅広い種々の組み替えの観点から、この詳細な説明や添付の資料は、単に説明の都合によるものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。例えば、本発明の概念は、次のように記述しても良い。

本発明の概念１は、ベクトル・ネットワーク・アナライザであって、
制御プロセッサと、
上記制御プロセッサに結合された複数のレシーバであって、上記制御プロセッサからの共通信号発生ソースを有する複数の上記レシーバと、
複数のソース基準信号の夫々を対応する複数の上記レシーバの１つに分配するよう構成されるカプラ／電力分配回路網と
を具えている。

本発明の概念２は、上記概念１のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、複数の上記レシーバの夫々は、独立した局部発振器（ＬＯ）を有している。

本発明の概念３は、上記概念２のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、少なくとも１つの独立したＬＯが、複数のＬＯ信号を生成するよう構成される。

本発明の概念４は、上記概念１のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、複数の上記レシーバの夫々は、スーパーヘテロダイン・レシーバ、ホモダイン・レシーバ及びダイレクト・コンバージョン・レシーバからなるグループの中の１つである。

本発明の概念５は、上記概念１のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、このとき、上記共通信号発生ソースは、ダイレクト・ソースである。

本発明の概念６は、上記概念５のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記ダイレクト・ソースは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）及び位相ロック・ループ（ＰＬＬ）からなるグループの中の１つである。

本発明の概念７は、上記概念５のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記ダイレクト・ソースは、ダイレクト・デジタル・ソース及びダイレクト・アナログ・ソースからなるグループの中の１つである。

本発明の概念８は、上記概念１のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記共通信号発生ソースは、インダイレクト・ソースである。

本発明の概念９は、上記概念８のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記インダイレクト・ソースは、ベースバンド信号を用いた単一のＬＯ及びベースバンド信号を用いた複数のＬＯからなるグループの中の１つである。

本発明の概念１０は、ベクトル・ネットワーク・アナライザであって、
制御プロセッサと、
上記制御プロセッサに結合されたレシーバと、
上記レシーバと結合されたスイッチング回路と、
上記スイッチング回路と結合された無線周波数（ＲＦ）ブリッジと、
上記ＲＦブリッジと結合された伝送ラインであって、負荷と結合されるよう構成される上記伝送ラインと、
上記ＲＦブリッジと結合された信号発生装置と
を具えている。

本発明の概念１１は、上記概念１０のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記ＲＦブリッジは、複数の基準信号を上記スイッチング回路に供給するよう構成される。

本発明の概念１２は、上記概念１０のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記信号発生装置は、ソース信号を上記ＲＦブリッジに供給するよう構成される。

本発明の概念１３は、上記概念１０のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記レシーバに結合された局部発振器（ＬＯ）を更に具えている。

本発明の概念１４は、上記概念１０のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記信号発生装置に結合された局部発振器（ＬＯ）を更に具えている。

本発明の概念１５は、上記概念１４のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記信号発生装置に結合され、上記ＲＦブリッジ及び上記レシーバ間で切り替えるように構成されるスイッチを更に具えている。

本発明の概念１６は、上記概念１４のベクトル・ネットワーク・アナライザであって、上記制御プロセッサが、上記信号発生装置を共通基準信号に位相ロックするよう構成されている。

３００ＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータ
３０２負荷
３０６ＲＦブリッジ
３０７ａ反射ポート信号（ＲＥＦＬ）
３０７ｂ基準ポート信号（ＲＥＦ）
３０９スイッチング回路
３１０レシーバ
３１４スイッチ
３１５位相シフタ
３１７局部発振器
３２０制御プロセッサ
３２１信号チャンネル発生装置
３２４レシーバ個別ＬＯ信号（レシーバ個別ソース信号）
３２５ソース信号
３２６レシーバ・ソース基準信号
４００ＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータ
４０６－１ＲＦブリッジ１
４０６－ｎＲＦブリッジ n
４１０レシーバ
４１１レシーバ
４１２レシーバ
４１０ａ局部発振器
４１１ａ局部発振器
４１２ａ局部発振器
４１０ｂスイッチ
４１１ｂスイッチ
４１２ｂスイッチ
４１５位相シフタ
４１７局部発振器
４２０制御プロセッサ
４４５カプラ／電力分配回路網
５００ＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータ
５１０レシーバ
５１１レシーバ
５１２レシーバ
５１５位相シフタ
５２０制御プロセッサ
５４５カプラ／電力分配回路網
６００ＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータ
６１０外部スペクトラム・アナライザ
６１１外部スペクトラム・アナライザ
６１２外部スペクトラム・アナライザ
６１０ｂスイッチング回路
６１１ｂスイッチング回路
６１２ｂスイッチング回路
６２０制御プロセッサ
６４５カプラ／電力分配回路網
７００ＶＮＡ又はトラッキング・ジェネレータ
７１０レシーバ
７１０ａ局部発振器
７１１ａ局部発振器
７１２ａ局部発振器
７１０ｂスイッチング回路
７１１ｂスイッチング回路
７１２ｂスイッチング回路
７２０制御プロセッサ
７４５Ｎ入力信号セレクタ

Claims

制御プロセッサと、
レシーバ個別ソース信号を生成する信号源を夫々有し、上記制御プロセッサで制御される複数のレシーバと、
上記制御プロセッサで制御されて共通ソース信号を生成する共通信号発生ソースと、
負荷に結合されると共に上記共通ソース信号を受けて、測定時に複数の上記レシーバに出力信号を供給する無線周波数ブリッジと、
上記測定時に上記無線周波数ブリッジに上記共通ソース信号を供給すると共に、校正時に、上記共通ソース信号を複数の上記レシーバに分配するよう構成されるカプラ／電力分配回路網と
を具え、
上記制御プロセッサが、上記校正時に、上記レシーバ個別ソース信号と上記共通ソース信号の位相を一致させるよう構成されるベクトル・ネットワーク・アナライザ。