JPS62240870A - テスト機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、高周波電気装置について電気測定を行なう
のに適したテスト機器に関する。本発明：よ、無線周波
数またはマイクロ波周波数の範囲における動作を意図す
るものである。

（従来の技術） 無線周波数（ＲＦ）及びマイクロ波用部品の特性を調べ
るのに使われる最も強力な手法の１つは、敗乱パラメー
タ（Ｓ−パラメータ）モデルである。

このモデルでは、ＲＦ装置が各種の入出力端子を備えた
“ブラックボックス″として扱われる。各対の端子は゛
′ポート”と称される。当該装置の性能は、１つのボー
トに電波を加え、この電波によって各ポートに生じる出
現波を記録することで定量化される。各電波間の関係が
、Ｓ−パラメータ行列と呼ばれる複素係数の行列の形で
表わされる。

こうした複素係数は、必要な電波を分離してそれらの間
の複雑な関係を評価する回路網アナライザによって測定
される。可変周波数発振器の周波数が特定の周波数帯域
にわたって制！ＩＩされる自動化回路網アナライザも開
発されている。これらのアナライザは非常に複雑で、入
射波と反射波をサンプルする方向性結合器またはブリッ
ジを具備する。そして、各サンプルの比がとられ、入射
波と反射波の大きさ及び位相を求める。約５００ＫＩＩ
ｚより高い周波数では位相角を直接測定できないので、
それは実施上複雑な過程となる。つまり、測定する前に
、ＲＦサンプルを適切な周波数へ変換しなければならな
い。振巾と位相の関係を正確に維持しながら周波数を変
換するのは、困難であるとともに高価につく。このよう
なヘテロゲイン方式で使われるミキサやサンプラの特性
は、極度に線形でなければならない。

（発明が解決しようとする問題点） ６ポート回路網アナライザとして知られる機器は、振巾
測定に依拠するもので位相情報を測定する必要がなく、
比較的前車なＲＦ回路を使え、６ポート回路網アナライ
ザを正確に較正できる。しかし従来知られているように
、かかる機器は厳しい動作上の欠点を有する；っまり遅
く、使用が厄介で、熟練のオペレータを必要とする実験
室用のａ器として主に見なされてきた。被テスト装置（
ＤＩＪＴ）の特性を充分に調べるためには、２重構成の
６ポート回路網アナライザを使う必要がある。ＤＵＴは
その特性が両ポートへ同時に加えられる電力に対し独立
でなければならいからである。

この点は一般に、受動装置についてのみ当てはまる。つ
まり、非定型の動作条件のため、増「［１器の測定は信
頼できないものとなる。増巾器が増巾する代りに発振し
てしまう可能性は強い。また、ＤＵＴを含む信号ループ
を通ってＲＦ′ｒＡ信号が循環するのを防ぐのに方向性
アイソレータが必要なため、広帯域の動作は不可能であ
る。

本発明は、改良されたテストａ器を改良しようとするも
のである。

この発明の第１の特徴によれば、テスト機器は、被テス
ト装置に接続可能なそれぞれのテストポートを有する２
つの６ポート回路網；上記テストポートの一方にだけ接
続され、該テストポートに高周波信号を加える共通の高
周波信号源；及び該高周波信号を基準信号として両方の
６ポート回路網へ同時に直接供給する手段；を具備する
。

この発明の第２の特徴によれば、テス）Ｊｆｆｉ器は、
被テスト装置に接続可能なそれぞれのテストポートを有
する２つの６ポート回路網；上記テストポートへ切換可
能に接続され、テストポートの一方または他方にだけ高
周波信号を随意加える共通の高周波信号源；及び該高周
波信号を基準信号として両方の６ポート回路網へ同時に
供給する手段；を具備する。

上記の構成は狭帯域の部品を用いる必要を取り除き、非
常に広い周波数範囲にわたって自動的にテスト機器を使
用可能とする。

以下、本発明を添付の図面を参照しながら一例としてさ
らに説明する。

（実施例） 前述したように、本発明では一対の６ポート回路網を用
いる。“６ボート”という用語は回路網アナライザの型
式分類から出た用語であり、前述したような４ボートを
持つ従来のへテロダイン型に対して、１ポートの装置を
測定するのに用いる６ボートを待ったアナライザを意味
する。従来の４ボートはそれぞれ次のために使われる；
（１）ＲＦ！から被テスト装置（ＤＵＴ）へ加えられる
入射（３号；　（ｉ＋）　Ｄ　ＵＴへの入射波の出力サ
ンプル“ａ　”　；（ｉｉｉ）　ＤＵＴからの反射波の
出力サンプル“ｂ”；及び（ｉｖ）ＤＵＴが接続される
テストポート。６ポート反射計の場合、６つのボートは
それぞれ次のために使われる；（ｉ）ＲＦ源から被テス
ト装置に加えられる入射信号；（ｉｉ）テストポート；
　（ｉｉｉ　）主に信号１　ａｌから成るサンプル；及
び　（ｉｖ）　、（ｖ）　、（ｖｉ）信号“ａ゛とｂ°
の異なった組み合せサンプル。但し、ａ＋と　“ｂ゛　
は先に定義した通り。

被テスト装置（ＤＵＴ）２に接続された６ポート回路″
ｆＡ１を含む簡単なシステムが第１図に示してあり、Ｒ
ＦｒＡ３がテスト信号を供給する。

各ボートについての６ポート方程式は次のように表わせ
る： 、も（Ｆｉ　＋　ｊＧ）　−１１゜ １″−γ＋ｊｘ＝　　−一−−−−−−−−−Σ　ｌｌ
　、　Ｐ。

但しＰｌは１番目のボートに接続された電力計の読取値
で、ボートＰ３は“ａ゛ベクトルけをサンプルする。パ
ラメータ「は次式で定義される二人側波（ｂ） 上記方程式の導関数は、Ｃ，Ａ、　１ｌｏｅｒの論文「
６ボート及び８ボートのジャンクションを用いた能動及
び受動回路パラメータの測定Ｊ　、ＮＢＳ　Ｔａｃｈｎ
。

Ｎｏｔｅ　６７３．１９７５に示しである。

６ポート反射計の較正は、上記の形の幾つかの連立方程
式を解（ことを含む。既知の異なったＤＵＴがテストポ
ートに配置され、電力計の読取値が記録され、それに基
づいて１１個の未知係数を求めることができる。

Ｇ、　　Ｆ、　Ｅｎｇｅｎ＋　ＩＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　
ＮＴＴ−２６、Ｎｏ、　１２ｐｐ　９５１〜９５７．１
９７８年１２月によって、６ポート回路網の較正を２段
階に分けることが提案されている。第１段階は“６ボー
トから４ポートへの縮小”で、６ボートの内部制約を確
立する。これらの内部制約は１１個のうち５個の係数を
説明するもので、“６番目のボート”はあいまいになる
解の選択を決定するためにだけ可入されたものだが他の
ボートに一定の指示を与えねばならないことから生じる
。この第１段階は、多くの未知の成端に関する電流計測
定値を読み取ることによって実施できる。較正の第２段
階は、ヘテロゲイン式回路網アナライザの４ポート反射
計を較正するのに使われるのと同じである。たの段階で
は３つの基準を用いて、残り６個の係数を求める。

特に優れた理論的性能を与える６ポート回路網の一例が
第２図に示してあり、これはボートＰ３〜Ｐ６から現わ
れる“ａ”及び“ｂ”波の組み合せについてを効な選択
を与える。つまりこれらの組み合せは、測定系に固有な
不確実性を最小に保持する。第２図は、理論上ぼり理想
的な性能を与えられるハイブリッド結合器を用いた回路
構成を示している。この構成はＧ、　　Ｆ、　Ｅｎｇｅ
ｎにより、［マイクロ波測定の６ポート手法を実施する
ための改良回路Ｊ　、ＩＥＥＴｒａｎｓ、　ＭＴＴ　−
２５Ｎｏ、　１２．１９８７年１２月　ｐｐ１０８０〜
１Ｏ８３で提案された。

第２図には、ＲＦ源３と被テスト装置（ＤＵＴ）２の他
、４つの相互に接続されたハイブリッド結合器１１．１
２．１３．１４から成る６ポート回路網が示しである。

各ハイブリッド結合器は、２つの入力ボート１５．１６
と２つの出力ポート１７．１８を有する４ポート装置で
、入力ポート１５に加わる人力信号が等しく分割され、
入力電力の半分が各出力ポート１７．１８から現われる
とともに（内部損は無視する）、出力ポート１８の信号
が出力ポート１７の信号より９０°だけ遅れるように構
成されている。この点は、第３図の上方左隅に模式的に
表わしである。逆に、人力ボート１６に加わる信号は２
つの出力ポート１７と１８の間で等しく分割されるが、
出力ボート１７の信号の方が出力ポート１８の信号より
９０’だけ遅れる。ハイブリッド結合器を横切って正味
の位相遅れは生じないと通常仮定するが、実際にはそう
ならず、図示のごとき相互に接続されたハイブリッド結
合器の構成において相殺される。

６ポート回路網の４つの出力ポート２１．２２．２３．
２４の各々に、２つの入力ポート２５．２６への信号印
加から生じ、反射波すと入射波ａを図中に示した割合で
含む出力信号値が示しである。但し、ｒ’＝ｂ／ａ、６
ポート回路網の通常の表示Ｐ１〜Ｐ６も第２図に示しで
ある。

２つの６ポート回路網を使えば、２ボートＤＯＴの振ｒ
１１及び位相特性を振巾の測定だけから推定可能になる
。これまで、２型彫６ボート回路網アナライザの使用は
重大な欠点を伴なっていた。１つの欠点は前述した通り
で、すなわちＤＵＴはその特性が人出力ボートへ同時に
加わる電力と独立であるようなものでなければならない
。別の欠点は、Ｓ−パラメータを決定する較正手順が、
２つのテストポート（ＤＵＴが接続されるボート）での
２の電波間に３つ以−ヒでしかも再現可能な関係を与え
るため、切換可能移相器及び切換可能減衰器の使用を含
むことである。また広帯域の動作では、多くの狭帯域精
度の直線基’ｊ”　Ｒｇが必要とされる。

さらに、２つの６ポート回路網の間とＤＵＴを通じて電
力が１回より多くＷｊ環するのを防ぐため、狭帯域のア
イソレータを設けることが不可欠である。

狭帯域の部品または基準器を用いる必要がなく、上記の
欠点を１１イ消して広帯域の動作を可能とする本発明の
一実施例が第３図に示しである。

第３図を参照すると、２つの６ポート回路網４０．４１
が２つのテストポート４２．４３にそれぞれ接続され、
テスト動作時雨ボート間にＤＵＴ２が接続される。各回
路＊４０．４１は第２図に示したのと同じ形で、２つの
６ｄＢ方向方向性器４４．４５が図示のごと（接続され
ている。これらの方向性結合器４４．４５は別の１６ｄ
Ｂ方向性結合器６０と、スイッチング回路！１ｆｆ４８
と、成端発生器４６の一部を形成する電力分割器４９と
を介して、所要周波数の励起信号を発生するＲＦ源３に
連結され、成端発生器４６が両回路′ｆＦ４４０．４１
を較正するのに使われる。方向性結合器６０で分割され
た入射電力の一部が負の帰還信号としてＲＦ　源３に戻
され、ＲＦ’Ｆ２Ｏ３力電力レベルを制御する。ＲＦ源
の周波数が広帯域にわたって掃引されるときに生じる電
力の変化を補償するため、帰還ループ内に制御回路（不
図示）が含まれている。

スイッチング回路網４８は３つの相互に接続されたハイ
ブリッド結合器５０．５１．５２で構成され、両結合器
５０．５１の各第４ボートが通常の方法により整合負荷
５３で成端されるとともに、３ｄＢＪ衰器５４が結合器
５２の２つの入力ポートの各々に介設されている。また
スイッチング回路！１４４８は、結合器５０または５１
のいずれかをＲＦ源３に接続可能なスイッチ装置５５も
具備する。成端発生器４６は可変移相器５６と可変減衰
器５７を有し、これらが出力ポート５８に現われるＲＦ
源信号の位相及び大きさを変えるのに使われる。

テスト動作時、ＲＦ源３からの電力がテストポート４２
または４３のどちらかを介して被テスト装置に与えられ
、入射波と反射波が方向性結合器４４．４５を介して６
ポート回路網４０．４１に導かれる。両回路網４０．４
１の４つの出力ポート覧現われる電力がそれぞれ測定さ
れ、（第２図に示した）各式が計算されてＤＵＴ２の特
性を求める。

スイッチング回路ｍ４８は、スイッチ位置に関わりなく
　（つまりテストポート４２．４３のどちらがＲＦ源３
から電力を受けているかに関わりなく）２つの６ポート
回路網４０．４１が方向性結合器５２を介してＲＦ電力
のサンプルを受は取り、両６ボート回路網が同時に動作
するように構成されている。スイッチ装置５５の非再現
性による影嘗を最少限とするためスイッチング回路網４
８の後方でサンプルが取り出され、非再現性の影響は所
望パラメータの計算時に割り出すことができる。

スイッチング回路網４８の構成は能動装置であるｒ）Ｕ
Ｔが整合負荷の下で動作するのを可能とするので、増ｒ
ｌＪ器測定において何らの問題も生じない。

従って、アイソレータを必要とせず、広帯域の動作が可
能である。

２つの６ポート回路網はベクトル電圧計型である：すな
わちベクトル電圧計が２つのベクトル電圧のベクトル比
を求める。各６ポート回路網は（第２図の２５．２６に
対応した）２つの入力ポートを有し、そこでの２つの信
号が一緒に割り出される。スイッチ装置５５が第３図に
示した順位置にあるとき、６ポート回路￥１４４０がテ
ストポート４２でＤＯＴ２の反射波を測定し、６ポート
回路網４１がテストポート４３でＤＯＴ２の透過波を測
定する。スイッチ装置５５が逆の位置に移動されると、
６ポート回路１ｉ１４１がテストポート４３で反射波を
測定し、６ポート回路′ｌＩ４４０がテストポート４２
で透過波を測定する。従って、６ポート回路網が正確に
較正されていれば、４つの散乱パラメータ（Ｓ−パラメ
ータ）を全て個々に測定可能である。

正しい較正を行なうため、任意の成端発生器４６が使わ
れる。

２型彫６ボート回路網の較正は、２つの段階で実行され
る。第１段階では、６ポート回路網が４ポート回路網に
縮小される、すなわち未知係数の数が４ポート回路網に
対応した数に減少される。

第３図に示した回路において、反射または透過いずれの
測定に使われるかに関わりなく、削減定数は特定の６ポ
ート回路網について一定のま＼とななる。

６ポート回路網は較正で考慮すべき１２個のエラー路を
有し、第３図に示した回路はＲＦ源信号の基準サンプル
を２つの６ポート回路網へ送るのに使われるハイブリッ
ド結合器５０．５１．５２の構成に付随した余分のリー
ク路を有する。これらのリーク路は成端発生器４６を用
いて励起され、定量化される。電力分割器４９がＲＦ源
からの電力を、一方における２つの６ポート回路網と他
方における切換可能移相器及び切換可能減衰器との間に
分割する。

発明の第１に述べた特徴によれば、ＲＦ倍信号常に同じ
テストポートへ供給されるのでスイッチ装置５５を省略
できるが、結合器５２からの基準信号は各々同じくそれ
ぞれの６ポート回路網４０゜４１に供給される。この構
成は、テストの手順中ＤＵＴ２への接続を繰り返し反転
する必要があるため、使用上や５不便である。

【図面の簡単な説明】

第１図は説明系統図； 第２図は６ポートネツトワークの系統図；及び第３図は
発明の実施例を示す系統図である。 １；４０．４１・・・６ポート回路網、２・・・被テス
ト装置（ＤＯＴ）、 ３・・・高周波信号源、 ２１．２２．２３．２４・・・出力ポート（検出器）、 ４２．４３・・・テストポート、 ４４．４５・・・方向性結合器、 ４６・・・成端発生器、 ４８・・・結合手段（スイッチング回路網）、５０．５
１．５２・・・電力分割器（ハイブリッド結合器）、 ５４・・・電力減衰器、 ５５・　・　・スイッチ、 ５６・・・可変移相器、 ５７・・・可変減衰器。 図面の浄８（内容１コ堅Ｔな１） 第３図 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示　　　昭和６２年特許願第７９７４号　
句へ２、発明の名称　　　　テ　ス　ト　機　器３、補
正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　マルコーニ　インストルメンツ　リミテッド
４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被テスト装置に接続可能なそれぞれのテストポート
   を有する２つの６ポート回路網；上記テストポートの一
   方にだけ接続され、該テストポートに高周波信号を加え
   る共通の高周波信号源及び該高周波信号を基準信号とし
   て両方の６ポート回路網へ同時に直接供給する手段；を
   具備したテスト機器。 ２、被テスト装置に接続可能なそれぞれのテストポート
   を有する２つの６ポート回路網；上記テストポートへ切
   換可能に接続され、テストポートの一方または他方にだ
   け高周波信号を随意加える共通の高周波信号源；及び該
   高周波信号を基準信号として両方の６ポート回路網へ同
   時に供給する手段；を具備したテスト機器。 ３、前記手段が高周波信号源へ切換可能に接続される２
   つの電力分割器を具備し、各電力分割器の一出力がそれ
   ぞれのテストポートに接続され、各電力分割器の他方の
   出力が電力減衰器を介して両方の６ポート回路網に接続
   された特許請求の範囲第２項記載のテスト機器。 ４、前記電力分割器がハイブリッド結合器であり、同時
   操作式の二路スイッチが設けられて高周波信号源へ切換
   可能に接続し、該スイッチが高周波信号源に接続されな
   い方の電力分割器の入力に特性インピーダンスを接続す
   るように動作する特許請求の範囲第３項記載のテスト機
   器。 ５、前記手段が前記電力減衰器を介して前記２つのハイ
   ブリッド結合器へそれぞれ接続された２つの入力を有す
   る第３のハイブリッド結合器を含む特許請求の範囲第４
   項記載のテスト機器。 ６、各テストポートが、６ポート回路網への入射電力を
   所定の割合で振り分ける方向性結合器を介して、高周波
   信号源とそれぞれの６ポート回路網に接続された特許請
   求の範囲第２項ないし第５項のいずれか１項に記載のテ
   スト機器。