KR20080032223A

KR20080032223A - 피검체의 산란 계수의 측정방법 및 측정장치

Info

Publication number: KR20080032223A
Application number: KR1020087004315A
Authority: KR
Inventors: 타이치 모리; 가쿠 카미타니
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-04-14
Also published as: WO2007029495A1; EP1939637A1; JP4941304B2; CN101258412B; US20080211515A1; US7592818B2; KR100956503B1; CN101258412A; EP1939637A4; JPWO2007029495A1

Abstract

피검체의 산란 계수의 벡터 측정을 실질적으로 스칼라 측정기에 의해 실시하며, 측정기의 규모를 작게 할 수 있으면서, 비용을 저감할 수 있는 측정방법 및 측정장치를 제공한다.

피검체에 신호를 인가하는 신호원(1)과, 피검체의 반사파 혹은 투과파를 스칼라값으로서 측정하는 스칼라 측정기(5,13)와, 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여, 미리 관계값이 값 매겨진 3개의 다른 벡터 신호를 각각 중첩하는 중첩 신호계를 구비한 측정계를 준비한다. 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 3개의 벡터 신호를 중첩하여, 각 중첩 신호를 스칼라 측정기(5,13)에 의하여 각각 스칼라값으로서 측정한다. 3개의 벡터 신호의 값 매겨진 관계값을 이용하여, 측정된 3개의 스칼라값을 1개의 벡터값으로 변환하여, 피검체의 산란 계수를 얻는다.

피검체, 산란 계수, 반사파, 투과파, 스칼라값, 벡터값, 측정방법, 측정장치

Description

피검체의 산란 계수의 측정방법 및 측정장치{METHOD AND DEVICE FOR MEASURING SCATTERING COEFFICIENT OF EXAMINEE}

본 발명은 전자 디바이스 등의 피검체(DUT)의 산란 계수를 벡터 측정하기 위한 측정방법 및 측정장치에 관한 것이다.

고주파 전자회로의 동작 주파수가 점점 고주파화하여, 회로에 이용되는 전자 디바이스도 고주파 영역에서 정확한 전기 특성을 측정하지 않으면 안되게 되고 있다. 고주파 측정 항목 중, 중요한 것으로서 반사 계수와 전달 계수가 있다. 반사 계수란, DUT에 인가(印加)하는 입사파(入射波)에 대한 DUT로부터 반사해 온 반사파의 비(比)이다. 또한, 전달 계수란, DUT에 인가하는 입사파에 대한 DUT를 투과해 온 투과파의 비이다. 이들은 모두 벡터값(또는 복소수량)이다. 그러나, 실제 사용상은 이들의 진폭 정보(스칼라값)만이 중요한 경우가 많다.

DUT의 반사파나 투과파를 측정계(測定係)에서 관측한 경우, 통상은 이들에는 측정계의 오차를 많이 포함한다. 측정계의 오차를 관측량으로부터 제거함으로써 DUT의 참된 특성이 얻어지는데, 이것에는 반사파나 투과파를 벡터값으로서 관측(벡터 측정)하는 것이 필요하다. 이들의 진폭 정보(스칼라값)만을 관측하고 있는 경우는 측정계의 오차를 정확하게 제거하는 것은 불가능하다. 즉, 실제 사용상은 반사 계수나 전달 계수의 진폭만이 중요하더라도, 이들을 정확하게 측정하려면 벡터값이 필요하다.

밀리파(millimeter wave)대 이상의 고주파 특성의 벡터 측정에는, 벡터 네트워크 애널라이저(VNA)가 일반적으로 사용된다. VNA는 DUT의 산란 계수(반사 계수, 전달 계수 등) 행렬을 구하기 위해, DUT에 측정 신호를 인가하여, 반사파와 투과파 각각의 측정 신호에 대한 진폭비와 위상차를 측정한다. 즉, VNA는 신호원에 벡터 검파기를 조합하여 이루어지는 측정기이다. 종래의 VNA는 벡터 검파기의 구성으로서, 중요한 부분은 국부 발진기와 믹서로 이루어지는 PLL(Phase Locked Loop) 회로를 이용한 헤테로다인 검파(heterodyne detection)방식을 채용하고 있다.

그러나, VNA의 구성에서는, 측정 주파수가 높아짐에 따라 PLL 회로의 국부 발진기와 믹서의 단수가 늘어나는 것 등에 의해, 가격이 현저하게 상승하는 문제가 있다. 더불어, 주파수가 높아짐에 따라 주파수 변환시의 손실 및 측정 신호 순도의 저하를 초래하여, 고정밀도 측정이 곤란해지는 문제도 있다.

비특허문헌 1에서는, 입사파 및 반사파에 대하여 4개의 전력 측정을 행하는 측정계를 구축하여 전력 측정을 행하고, 측정계의 시스템 파라미터를 이용하여 상기 4개의 전력 측정값으로부터 위상차를 도출하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법으로는, 주파수가 높아짐에 따라 고정밀도의 측정이 곤란해지는 위상차를, 전자파 계측에 있어서 기본 측정량이면서, 계측 정밀도가 주파수에 거의 의존하지 않는 전력값이라고 하는 스칼라값의 계측을 기초로 구하는 것으로, VNA에 있어서의 상기 결점을 해소할 수 있다. 그러나, 반사 측정을 행할 때, 4개의 전력을 4개의 전력 측정기로 측정할 필요가 있기 때문에, 측정기 전체의 규모가 커져, 비용도 든다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 1은 기본적인 측정 원리는 비특허문헌 1과 동일하지만, 전력 측정값을 4개에서 5개로 늘려, 입사파와 반사파의 진폭비를 비교 가능하게 함으로써 측정 정밀도를 향상시킨 것이다. 이 방법으로는, 반사 측정을 행할 때, 5개의 전력을 5개의 전력 측정기로 측정하기 때문에, 측정기 전체의 규모는 더욱 커져 비용도 든다.

[비특허문헌 1] G.F.Engen, "The six-port reflectometer: An alternative network analyzer", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. MTT-25, no.12, pp lO75-1080, Dec.1977.

[특허문헌 1] 일본국 특허 제3540797호 공보

그리하여, 본 발명의 바람직한 실시형태의 목적은 피검체의 산란 계수의 벡터 측정을 실질적으로 스칼라 측정기에 의해 실시하며, 측정기의 규모가 작으면서, 비용을 저감할 수 있는 측정방법 및 측정장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 제1의 실시형태는 피검체의 산란 계수의 벡터 측정을 행하는 측정방법에 있어서, 상기 피검체에 신호를 인가하는 신호원과, 상기 피검체의 반사파 혹은 투과파를 스칼라값으로서 측정하는 스칼라 측정기와, 상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 적어도 3개의 다른 벡터 신호를 각각 중첩(重疊)하는 중첩 신호계를 구비한 측정계를 준비하는 제1의 스텝과, 상기 적어도 3개의 벡터 신호의 관계값을 벡터값으로서 값 매김하는 제2의 스텝과, 상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 상기 적어도 3개의 벡터 신호를 중첩하여, 각 중첩 신호를 상기 스칼라 측정기에 의해 각각 스칼라값으로서 측정하는 제3의 스텝과, 상기 제2의 스텝에서 얻어진 관계값을 이용하여, 상기 제3의 스텝에서 측정된 적어도 3개의 스칼라값을 적어도 1개의 벡터값으로 변환하여, 피검체의 산란 계수를 구하는 제4의 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 측정방법이다.

본 발명의 바람직한 제2의 실시형태는 피검체의 산란 계수의 벡터 측정을 행하는 측정장치에 있어서, 상기 피검체에 신호를 인가하는 신호원과, 상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여, 서로의 관계값이 벡터값으로서 값 매겨진 적어도 3개의 다른 벡터 신호를 각각 중첩하는 중첩 신호계와, 상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 상기 적어도 3개의 벡터 신호를 중첩한 중첩 신호를 각각 스칼라값으로서 측정하는 스칼라 측정기와, 상기 적어도 3개의 벡터 신호의 값 매겨진 관계값을 이용하여, 상기 스칼라 측정기로 측정된 적어도 3개의 스칼라값을 적어도 1개의 벡터값으로 변환하여, 피검체의 산란 계수를 구하는 변환 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 측정장치이다.

본 발명의 기본 개념은 DUT의 반사파 및/또는 투과파를 측정할 때, 측정계의 상태가 다른 적어도 3회의 스칼라 측정을 행하고, 얻어진 적어도 3개의 스칼라값으로부터 벡터값, 즉 산란 계수를 수학적으로 구하는 것이다. 상기 측정을 실시하기 위해, 적어도 3개의 다른 벡터 신호를 반사파 및/또는 투과파에 중첩할 수 있도록, 전환 가능한 신호 경로를 가지는 측정계를 준비한다. 각 벡터 신호의 관계값을 미리 벡터적으로 값 매김 해 둔다. 여기서, 중첩할 수 있는 벡터 신호로서는, 예를 들면 방향성 오차나 누설 오차가 있는데, 각 벡터 신호의 위상이나 절대 위치를 값 매김할 필요는 없으며, 그 상호 관계를 알면 된다. 다음으로, 상기 측정계를 이용하여, DUT에 대하여 3개의 벡터 신호를 전환한 경우의 반사파 및/또는 투과파를 스칼라 측정함으로써, DUT에 의한 반사파 및/또는 투과파와 벡터 신호의 중첩 신호를 스칼라값으로서 측정할 수 있다. 이 중첩 스칼라 측정값과 3개의 벡터 신호의 관계값으로부터, DUT의 반사 계수(벡터값) 또는 전달 계수(벡터값)를 계산으로 구할 수 있다.

본 발명은 3개의 벡터 신호의 값 매겨진 관계값(벡터값)과, 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 3개의 벡터 신호를 중첩한 중첩 신호를 스칼라값으로서 측정한 측정값으로부터, 1개의 산란 계수(벡터값)를 구하는 것이다. 이 산란 계수는 복소 평면에 있어서 값 매겨진 관계값에 대응한 중심과, 측정된 스칼라값에 대응한 반경을 가지는 3개의 원의 교점으로서 얻어지는데, 실제로는 측정 오차 등에 의해 3개의 원이 1점에서 교차하지 않고, 복수의 교점이 발생할 가능성이 있다. 그 경우에는, 예를 들면 소정의 원 내에 위치하는 3개의 교점의 중심을 구하는 등 하여, 최종적인 산란 계수(벡터값)를 구할 수 있다.

본 발명에서는, 3개의 벡터 신호(예를 들면 방향성 오차나 누설 오차)의 관계값을 벡터적으로 값 매김 해 둘 필요가 있는데, 그 때문에 벡터 측정기(예를 들면 VNA)를 이용해도 되며, 후술하는 바와 같은 독자적인 교정 순서를 밟음으로써 스칼라 측정기만을 이용하여 도출하는 것도 가능하다. 3개의 벡터 신호의 관계값의 값 매김은 본 측정장치의 제작시에 1회만 실시하면 되며, 그 후의 DUT의 측정시에는 값 매겨진 관계값을 이용하면 된다. DUT가 변경되어도, 값 매김을 다시 할 필요는 없다.

본 발명은 주파수에 거의 의존하지 않는, 기본적이며 저렴한 측정인 스칼라값 측정(파워 미터나 파워 센서에 의한 전력 측정, 전압계에 의한 전압 측정, 전류계에 의한 전류측정)에 의해, 실질적으로 고주파 영역에서의 반사파 및/또는 투과파의 벡터적인 측정값(산란 계수)이 얻어지는 것을 명백하게 한 것이다. 여기서, 스칼라 측정을 행하는 스칼라 측정기는 전력, 전압 또는 전류의 진폭 정보(진폭의 크기)만을 측정하는 측정기이다. 다품종/소량생산이 많은 고주파 디바이스에 있어서는, 본 발명에 의한 저렴한 측정기라면, 디바이스마다 이것을 구비하는 것이 가능해지므로, 순서 바꿈 등의 공정의 부담을 작게 할 수 있다. 상기의 특징은 측정계의 미묘한 조정이 요구되는 밀리파대 이상의 고주파 측정에 있어서, 측정 재현성의 확보에 매우 큰 효과를 가져온다. 또한, 본 발명은 기본적으로 열 측정인 전력 측정이 가능한 한, 측정 시스템의 가격 상승을 억제하면서 벡터 오차 보정이 가능하다. 본 발명의 수법은 믹서나 샘플러에 의한 승산형(乘算型)의 위상 검출법이 아닌, 부하 변동시의 측정값 변화를 이용한 가산형(加算型)의 위상 검출법이기 때문에, 본질적으로 입력 대역폭에 한도가 없다. 그 때문에, 광(光)의 주파수 영역까지 확장할 수 있는 가능성이 있다.

피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여, 적어도 3개의 벡터 신호를 중첩시킬 때, 적어도 3개의 방향성 오차 또는 누설 오차와, 이들 오차를 선택적으로 전환하는 방향성 오차 전환 수단 또는 누설 오차 전환 수단을 마련함으로써, 3개의 상태를 용이하게 얻을 수 있다. 그리고, 3개의 상태의 측정값을 얻기 위해, 각 상태마다 스칼라 측정기를 준비할 필요는 없고, 1대로 족하다. 그 때문에, 비특허문헌 1이나 특허문헌 1과 같은 다수의 전력 측정기를 필요로 하는 시스템과는 달리, 측정장치 전체의 규모를 작게 할 수 있고, 비용도 저감할 수 있다.

반사 계수 측정계는 신호원과 DUT를 연결하는 측정 신호 경로의 도중에 커플러(coupler)(방향성 결합기)를 마련하여, 커플러에 의해 측정 신호 경로와 결합된 다른 신호 경로의 한쪽의 포트에 적어도 3개의 상태로 전환 가능한 방향성 오차를 장착하여, 다른 쪽의 포트에 반사파 측정용 스칼라 측정기를 접속함으로써, 간단하게 구성할 수 있다. 한편, 전달 계수 측정계는 신호원과 투과파 측정용 스칼라 측정기 사이에, DUT를 가지는 신호 경로와, 적어도 3개의 상태로 전환 가능한 누설 오차를 가지는 신호 경로를 병렬로 접속함으로써, 간단히 구성할 수 있다. 또한, 반사 계수 측정계와 전달 계수 측정계를 조합하여, 1패스 2포트 측정계를 구성할 수도 있으며, 스위치로 신호원을 전환함으로써, 풀 2포트 측정계, 풀 3포트 측정계 등을 구성할 수도 있다. 그 경우, DUT를 측정계에 접속한 상태로, 전환 수단에 의해 방향성 오차 및 누설 오차를 전환함으로써, 반사 계수 및 전달 계수 양쪽의 산란 계수를 동시에 측정할 수 있다.

상술의 설명에서는, 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여, 적어도 3개의 벡터 신호를 중첩시키는 방법에 대하여 설명하였는데, 2개의 벡터 신호를 중첩시키는 방법을 이용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 중첩 신호인 벡터 신호가 2개밖에 없기 때문에, 기본적으로는 벡터값이 2개 도출되므로, 피검체의 산란 계수(벡터값)를 하나로 구할 수 없다. 그러나, 미리 피검체의 산란 계수의 개략 특성을 알고 있다면, 변환된 2개의 벡터값으로부터 한쪽만을 선택할 수 있으므로, 그 값으로부터 피검체의 산란 계수를 구할 수 있다. 또한, 2개의 도출된 벡터값이 모두 피검체 시료의 기준 특성의 범위 내(예를 들면 양품(良品) 범위 내)에 들어가지 않는 경우는 양산(量産) 선별시에 불량품으로 판단할 수 있다. 이 방법은, 3회의 스칼라 측정을 필요로 하는 상술의 예에 비하여, 2회의 스칼라 측정으로 끝나기 때문에, 산란 계수 도출에 드는 시간이 단축된다.

<발명의 효과>

이상과 같이, 본 발명의 제1의 실시형태에서는, DUT의 반사파 및/또는 투과파를 측정할 때, 측정계의 상태가 다른 적어도 3회의 스칼라값 측정을 행하고, 얻어진 적어도 3개의 스칼라값 측정값으로부터 산란 계수를 수학적으로 구하는 것이다. 즉, 주파수에 거의 의존하지 않는 기본적이며 저렴한 측정인 스칼라값 측정에 의해, 실질적으로 고주파 영역에서의 반사파 및/또는 투과파의 각 산란 계수를 얻을 수 있기 때문에, VNA와 같이 측정 주파수가 높아짐에 따라 가격이 현저하게 상승하는 문제가 없으면서, 주파수가 높아짐에 따라 주파수 변환시의 손실 및 측정 신호 순도의 저하를 초래할 일도 없다. 또한, 종래의 전력 측정기를 이용한 벡터 측정법에 비해서도, 스칼라 측정기의 개수를 줄일 수 있기 때문에, 측정장치 전체의 규모를 작게 할 수 있고, 비용도 저감할 수 있다.

본 발명의 제2의 실시형태에서는, DUT의 반사파 및/또는 투과파에 2개의 벡터 신호를 중첩하여, 각 중첩 신호를 스칼라 측정기에 의해 각각 스칼라값으로서 측정하고, 이들 2개의 스칼라값을 2개의 벡터 신호의 관계값을 이용하여 2개의 벡터값으로 변환하여, 이 중 한쪽의 벡터값으로부터 피검체의 산란 계수를 구할 수 있으므로, 스칼라 측정 회수를 적게 할 수 있어, 측정 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반사 계수를 측정하기 위한 회로도이다.

도 2는 반사 손실 측정의 오차 모델도이다.

도 3은 3개의 스칼라 측정값과 방향성 오차로부터 벡터 측정값을 도출하는 방법을 설명하는 도면이다.

도 4는 값 매겨진 3개의 방향성 오차를 나타내는 스미스 차트(Smith chart)이다.

도 5는 DUT의 반사파와 방향성 오차의 반사파의 중첩 신호를 스칼라 측정한 스미스 차트이다.

도 6은 본 발명의 제2실시형태에 따른 전달 계수를 측정하기 위한 회로도이다.

도 7은 본 발명의 제3실시형태에 따른 반사 측정계와 전달 측정계를 조합한 1패스 2포트 측정 시스템의 예를 나타내는 회로도이다.

도 8은 본 발명의 제4실시형태에 따른 반사 측정계와 전달 측정계를 조합한 풀 2포트 측정 시스템의 예를 나타내는 회로도이다.

도 9는 벡터 측정기로 측정한 3개의 방향성 오차의 관계값을 나타내는 스미스 차트이다.

도 10은 방향성 오차가 다른 3개의 경우에 있어서의 DUT 스칼라 측정값을 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명방법을 이용하여 계산한 DUT의 벡터 측정값(진폭)을 나타내는 도면이다.

도 12는 본 발명방법을 이용하여 계산한 DUT의 벡터 측정값을 나타내는 스미스 차트이다.

도 13은 본 발명방법에 의한 DUT의 측정값(Γ_D)과 교정된 VNA를 이용한 DUT의 측정값(Γ_A)의 진폭을 비교한 그래프이다.

도 14는 본 발명방법에 의한 DUT의 측정값(Γ_D)과 교정된 VNA를 이용한 DUT의 측정값(Γ_A)을 비교한 스미스 차트이다.

도 15는 본 발명의 제5실시형태에 있어서, 스칼라 측정기에 의해 3개의 방향성 오차의 관계값을 구하는 방법을 복소 평면으로 나타낸 도면이다.

도 16은 본 발명의 제6실시형태에 따른 반사 계수를 측정하기 위한 회로도이다.

도 17은 본 발명의 제6실시형태에 있어서, 도출된 피검체의 2개의 벡터 측정값과, 기지(旣知) 특성을 플롯(plot)한 스미스 차트를 나타낸다.

도 18은 본 발명의 제6실시형태의 한쪽의 측정값으로부터 구한 DUT의 진폭 및 스미스 차트를 나타내는 도면이다.

도 19는 본 발명의 제6실시형태의 다른 쪽의 측정값으로부터 구한 DUT의 진폭 및 스미스 차트를 나타내는 도면이다.

도 20은 본 발명의 제6실시형태의 참값(true value)을 선택하기 위한 기지의 DUT의 진폭 및 스미스 차트를 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명의 바람직한 실시의 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

<바람직한 실시형태 1>

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시형태인 DUT의 반사 계수 측정장치를 나타낸다. 발진기로 이루어지는 신호원(1)이 발생한 측정 신호는 측정 신호 경로(2)를 통과하여 DUT에 인가된다. 측정 신호 경로(2)의 도중에는, 이 신호 경로(2)를 흐르는 신호의 일부를 분리하는 커플러(3)가 마련되어 있다. 커플러(3)에 의해 측정 신호 경로(2)와 결합된 오차 신호 경로(4)의 신호원측의 포트에는, 반사파를 스칼라값으로서 측정하는 파워 미터 등의 전력 측정기(5)가 접속되어 있으며, 오차 신호 경로(4)의 DUT측의 포트에는 방향성 전환 스위치(6)를 통하여 3종류의 방향성 오차(7a~7c)가 접속되어 있다. 방향성 오차(7a~7c)는 반사의 위상이 서로 다른 것으로서, 미리 그 방향성 오차의 관계값(상대적인 벡터값)을 구해 둔다.

도 2는 반사 손실 측정의 오차 모델을 나타낸다. 여기서, S_11A는 DUT의 반사 손실, S_llM은 반사 손실의 측정값, E_DF는 방향성 오차, E_RF는 반사 주파수 응답 오차, E_SF는 소스 매치 오차를 각각 나타낸다. 도 2의 오차 모델로부터, 피검체의 반사 손실(S_11A)과 측정값(S_11M)의 관계는 다음과 같이 된다.

여기서, 많은 DUT에 있어서 측정해야 할 반사 손실(S_11A)은 약 -15㏈~-20㏈정도이며, 또한 E_SF는 프로브(probe)의 편입에 의해 -20㏈~-25㏈정도까지 작게 할 수 있다. 따라서, E_SFS_11A는 -35㏈~-45㏈로 측정 신호 레벨 O㏈에 비하여 매우 작은 값이 되므로, 다음 식과 같이 근사(近似)하여도 지장 없다.

수학식 2 중의 E_RF에 의한 오차에 대해서는, 미리 값 매겨진 DUT의 스칼라 측정값으로부터 보정 계수를 구함으로써 보정할 수 있는데, 방향성 오차(E_DF)에 대해서는 통상의 스칼라 측정으로는 보정을 행할 수 없다. 그리하여, 본 발명에서는, 스칼라 측정이면서 방향성 오차(E_DF)의 보정을 행하기 위해, 하기의 각 스텝을 실시 한다. 또한, 실제로는 S_11M으로부터 E_DF를 제거한 Γ_T를 얻을 수 있다면, Γ_T는 벡터 측정값으로 되어 있으므로, 통상의 오차 제거 순서를 밟음으로써, E_RF와 E_SF의 오차를 제거할 수 있다. 즉, 상기의 가정은 반드시 필요한 것은 아니며, E_SFS_11A를 무시할 수 없더라도, 본 발명을 적용할 수 있다.

다음으로, DUT의 반사 계수 측정방법에 대하여 설명한다.

-방향성 오차의 값 매김-

3개의 방향성 오차(7a~7c)의 관계값(E_DF1,E_DF2,E_DF3)을 구하기 위해, 예를 들면 교정이 끝난 VNA로 실측해도 되며, VNA로 측정을 행하지 않아도, 후술하는 바와 같은 독자적인 교정 순서에 의해 3개의 방향성 오차의 벡터 관계값을 얻을 수 있다. 예를 들면 2포트 VNA를 이용하여 3개의 방향성 오차의 관계값을 구하는 경우에는, VNA와 더불어 무반사 종단(終端)을 준비한다. 그리고, 도 1의 신호원측에 VNA의 포트(1)를, DUT측에 무반사 종단을, 전력 측정기측에 VNA의 포트(2)를 접속한다. 이 상태에서, 방향성 전환 스위치(6)를 3위치로 전환했을 때의 전달 계수의 3개의 측정값(S₂₁)이 3개의 방향성 오차의 관계값이 된다. 이렇게 하여 값 매겨진 3개의 방향성 오차는 한번 측정장치를 제조하면 통상은 변화하지 않는 것이므로, 측정장치 제조시에 값 매김으로써, 이후 이 값을 계속하여 사용하는 것이 가능하며, 따라서 상기 측정장치를 사용하는 디바이스 양산 공정에서는, VNA가 불필요하다.

-스칼라 측정-

방향성 오차(7a~7c)의 값 매김을 종료한 후, 도 1에 나타내는 측정장치에 DUT를 접속하여 반사 측정을 행한다. 즉, 방향성 전환 스위치(6)를 전환했을 때의 3상태에 있어서의 반사파의 전력값(스칼라값)을 전력 측정기(5)에 의해 측정한다. 측정된 측정값은 도 1에 나타내는 DUT의 반사파(Rl)와 방향성 오차(7a~7c)의 반사파(R2)의 중첩 신호의 진폭이다.

-스칼라값으로부터 벡터값에의 변환-

미리 값 매겨진 방향성 오차의 3개의 벡터값(E_DF1,E_DF2,E_DF3)과, 상기 스칼라 측정에 의해 측정된 3개의 전력값(│Γ_m1│,│Γ_m2│,│Γ_m3│)을 이용하여, 1개의 벡터값 즉 DUT의 반사 계수(Γ_T)로 변환한다. 그 변환식의 도출에 대하여, 이하에 설명한다.

벡터값의 실수부(實數部)와 허수부(虛數部)를 각각 첨자 x, y를 붙여서 나타내면, (E_DF1,E_DF2,E_DF3) 및 Γ_T는 이하와 같이 된다.

E_DF1=(E_DF1x,E_DF1y)

E_DF2=(E_DF2x,E_DF2y)

E_DF3=(E_DF3x,E_DF3y)

Γ_T=(Γ_Tx,Γ_Ty)

각각 3개의 방향성 오차(E_DF1,E_DF2,E_DF3)와, 3개의 DUT의 반사 계수 스칼라 측 정값(│Γ_m1│,│Γ_m2│,│Γ_m3│)과, 방향성 오차를 제거한 벡터 측정값(Γ_T)의 관계식은 벡터 측정값(Γ_T)이 취할 수 있는 값을 (x,y)로 하면, 벡터 측정값에 방향성 오차를 더한 점의 진폭이 반사 계수 스칼라 측정값이기 때문에, 수학식 3~수학식 5로 표현된다.

이하에, 수학식 3~5를 동시에 만족하는 벡터 측정값(Γ_T)이 존재한다고 하는 가정을 근거로, 이 3개의 방정식을 만족하는 벡터 측정값(Γ_T)을 도출한다. 통상의 방법으로 이 3개의 연립 방정식을 풀면, 4개의 해(解)가 얻어지고, 일치하는 2개의 해가 벡터 측정값(Γ_T)이 된다. 그러나, 이 방법에서는 4개의 해를 얻기 위한 계산량이 방대하기 때문에, 계산기의 반올림 등으로 오차를 증대하기 쉽다. 그 때문에, 이하에 설명하는 기하학적인 방법을 이용하여 벡터 측정값(Γ_T)을 도출하였다.

수학식 3~5는 도 3에 나타내는 바와 같이 좌표(x-E_DFx,y-E_DFy)를 중심으로 하는 반경 │Γ_m│의 3개의 원으로 간주할 수 있다. 또한 "수학식 3~5를 동시에 만족하는 벡터 측정값(Γ_T)이 존재한다"고 하는 가정으로부터, 이 3개의 원에 있어서의 공통의 교점이 존재하고, 그 교점이 벡터 측정값(Γ_T)이 된다. 그러므로, 도 3에 나타내는 바와 같이 벡터 측정값(Γ_T)은 각각 2개의 원의 교점을 통과하는 직선(예를 들면, 수학식 3, 4의 원의 교점을 통과하는 직선과, 수학식 3, 5의 원의 교점을 통과하는 직선)의 방정식을 2개 도출하여, 그 직선의 교점을 구함으로써 도출할 수 있다.

2개의 직선의 방정식을 이하에 나타낸다.

(수학식 3)-(수학식 4)로부터

(수학식 3)-(수학식 5)로부터

2개의 직선의 방정식인 수학식 6, 7로부터 교점의 좌표(Γ_Tx,Γ_Ty)를 도출하면, 수학식 8, 수학식 9가 된다.

이상으로부터, 3개의 DUT의 반사 계수 스칼라 측정값(│Γ_m1│,│Γ_m2│,│Γ_m3│)으로부터 방향성 오차를 제거한 벡터 측정값(Γ_Tx,Γ_Ty)을 도출할 수 있었다.

상기 설명에서는, DUT의 반사 계수(Γ_Tx,Γ_Ty)를 수학식을 이용하여 구한 예에 대하여 설명하였는데, 다음으로 스미스 차트를 이용하여 설명한다. 도 4는 값 매겨진 3개의 방향성 오차(7a~7c)의 관계값(E_DF1,E_DF2,E_DF3)을 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 3개의 벡터(E_DF1,E_DF2,E_DF3)는 전력 측정기(6)의 측정 오차 이상으로 서로 떨어져 있는 것이 좋다. 여기서는, 값 매김시에 DUT측에 무반사 종단을 접속했기 때문에, 50Ω을 중점으로 하는 3개의 벡터로 나타나는데, 무반사 종단 이외의 것을 접속한 경우에는, 중점은 50Ω이 되지 않는다. 어떠한 경우이든, 3개의 방향성 오 차를 정량화하면 된다.

도 5는 도 1에 나타내는 측정장치에 DUT를 접속하고, 방향성 전환 스위치(6)를 3위치로 전환했을 때의 전력 측정기(5)에 의한 측정값(스칼라값)을 나타낸 것이다. 측정값은 그 크기를 반경으로 하는 3개의 동심원(r=│S_11M1│,r=│S_11M2│,r=│S_11M3│)으로 나타난다. 여기서, 도 4에서 구한 3개의 방향성 오차 벡터(E_DF1,E_DF2,E_DF3)를 만족하면서, 도 5에서 얻어진 스칼라값을 만족하는 벡터(S_11M1,S_11M2,S_11M3)의 조합을 구한다. 즉, 도 4에서 구한 3개의 방향성 오차 벡터의 정점을 연결하는 삼각형과 합동이면서, 그 정점이 3개의 동심원상에 위치하는 벡터의 조합을 구한다. 도 4의 삼각형을 도 5의 삼각형에 포개기 위한 벡터(S_11A)가 DUT의 반사 계수이다.

<바람직한 실시형태 2>

도 6은 본 발명의 바람직한 제2실시형태인 DUT의 전달 계수 측정장치를 나타낸다. 신호원(1)이 발생한 측정 신호는 파워 스플리터(power splitter)(8)에 의해 측정 신호 경로(9)와 오차 신호 경로(10)로 분기된다. 측정 신호 경로(9)에 들어간 한쪽의 측정 신호는 DUT에 인가되고, 오차 신호 경로(10)에 들어간 다른 쪽의 측정 신호는 누설 전환 스위치(11)를 통하여 3개의 누설 오차(12a~12c)의 어느 하나에 인가된다. DUT의 투과파와 누설 오차(12a~12c)의 투과파는 중첩되고, 중첩 신호는 전력 측정기(13)에 의해 전력값(스칼라값)으로서 측정된다. 누설 오차(12a~12c)는 투과파의 위상이 서로 다른 것으로, 미리 그 누설 오차의 관계값(상대적인 벡터값)을 구해 둔다.

다음으로, DUT의 전달 계수 측정방법에 대하여 설명한다.

-누설 오차의 값 매김-

상술의 3개의 누설 오차(12a~12c)의 관계값(E_XF1,E_XF2,E_XF3)을 구하기 위해, 예를 들면 교정이 끝난 VNA로 실측해도 되며, VNA로 측정하지 않아도, 후술하는 바와 같은 독자적인 교정 순서에 의해 누설 오차를 3종류로 변화시킨 각각의 상태의 누설 오차의 벡터값의 관계값을 얻을 수 있다. 예를 들면 2포트 VNA를 이용하여 3개의 누설 오차의 관계값을 구하는 경우에는, 도 6의 신호원측에 VNA의 포트(1)을, 전력 측정기측에 VNA의 포트(2)를 접속하여, 누설 전환 스위치(11)를 3위치로 전환했을 때의 전달 계수의 3개의 측정값(S₂₁)이 3개의 누설 오차의 관계값이 된다. 또한, DUT를 접속하는 측정 단자간은 오픈 상태로 해도 되며, 각각에 무반사 종단을 접속해도 된다. 이렇게 하여 값 매긴 3개의 누설 오차의 관계값은 측정장치를 제조할 때에 한번 구해 두면, DUT의 측정시에는 이 값을 계속해서 사용할 수 있다.

-스칼라 측정-

누설 오차(12a~12c)의 값 매김을 종료한 후, 도 6에 나타내는 측정장치에 DUT를 접속하여 측정을 행한다. 즉, 누설 전환 스위치(11)를 전환했을 때의 3상태에 있어서의 투과파의 전력값(스칼라값)을 전력 측정기(13)에 의해 측정한다. 측정된 측정값은 도 6에 나타내는 DUT의 투과파(T1)와 누설 오차(12a~12c)의 투과 파(T2)의 중첩 신호의 진폭이다.

-스칼라값으로부터 벡터값에의 변환-

미리 값 매겨진 누설 오차의 3개의 벡터값과, 상기 스칼라 측정에 의해 측정된 3개의 전력값을 이용하여, DUT의 전달 계수(T_T)로 변환한다. 전달 계수(T_T)의 실수부와 허수부를 각각 첨자 x, y를 붙여서 (T_Tx,T_Ty)로 나타내면, 변환식은 이하의 수학식으로 표현된다.

여기서, │T_m1│,│T_m2│,│T_m3│은 누설 전환 스위치(11)를 3위치로 전환했을 때의 측정값(전력값)으로서, (E_XF1x,E_XF1y), (E_XF2x,E_XF2y), (E_XF3x,E_XF3y)는 3개의 누설 오차(12a~12c)의 관계값(E_XF1,E_XF2,E_XF3)의 실수부와 허수부에 각각 첨자 x, y를 붙여서 나타낸 것이다.

이상의 계산을 행함으로써, 3개의 스칼라 측정값으로부터 1개의 벡터 측정값 이 얻어지게 되고, 이 값은 VNA가 통상 믹서에 의해 검출하는 벡터 측정값과 등가(等價)의 측정값이다. 이상과 같이 도출된 DUT의 벡터 측정값에 있어서의 측정계의 오차는 벡터 측정값이 얻어져 있기 때문에, VNA로 행해지는 통상의 교정의 순서를 밟음으로써 제거할 수 있다. 예를 들면 SOL 교정(Short, Open, Load의 교정 기준을 이용하는 교정방법)을 행함으로써, 측정값으로부터 측정계의 오차의 영향을 제거하여, DUT의 참값을 얻을 수 있다.

<바람직한 실시형태 3>

도 7은 도 1에 나타내는 반사 측정계와 도 6의 전달 측정계를 조합한 1패스 2포트 측정 시스템의 예를 나타낸다. 신호원(1)이 발생한 측정 신호는 파워 스플리터(8)에 의해 분기되고, 한쪽의 측정 신호는 DUT에 인가되며, 다른 쪽의 측정 신호는 누설 전환 스위치(11)를 통하여 3개의 누설 오차(12a~12c)의 어느 하나에 인가된다. DUT의 투과파와 누설 오차(12a~12c)의 투과파의 중첩 신호는 전력 측정기(13)에 의해 전력값(스칼라값)으로서 측정된다. DUT를 접속한 신호 경로(2)의 도중에는 커플러(3)가 마련되고, 커플러(3)에 의해 신호 경로(2)와 결합된 다른 신호 경로의 신호원측의 포트에는, 반사파의 전력값으로서 측정하는 전력 측정기(5)가 접속되며, DUT측의 포트에는 방향성 전환 스위치(6)를 통하여 3개의 방향성 오차(7a~7c)가 접속되어 있다. 방향성 전환 스위치(6)를 3위치로 전환하면서 전력 측정기(5)에 의해 전력값을 측정하고, 누설 전환 스위치(11)를 3위치로 전환하면서 전력 측정기(13)에 의해 전력값을 측정한다. 이들 측정값으로부터 수학식 8, 9 및 수학식 10, 11을 이용하여 DUT의 반사 계수(Γ_T) 및 전달 계수(T_T)를 구할 수 있다.

<바람직한 실시형태 4>

도 8은 도 1에 나타내는 반사 측정계와 도 6의 전달 측정계를 조합한 풀 2포트 측정 시스템의 예를 나타낸다. 이 측정 시스템에서는, DUT의 양단에 접속되는 신호 경로에 전환 스위치(14)를 마련하여, 이들 스위치(14)에 의해 DUT의 방향을 변경할 수 있게 되어 있는 점을 제외하고, 그 밖의 구성은 도 7과 같기 때문에, 동일 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다. 이 실시형태에서는, 전환 스위치(14)의 전환에 의해 DUT의 방향을 바꾸어 측정할 수 있어, 풀 2포트의 측정이 가능해진다.

-실험예-

여기서, 반사 측정에 있어서의 본 발명의 실험예를 나타낸다. 여기서는, 스칼라 측정기로서 VNA 측정값의 진폭 정보만을 이용하여 스칼라 측정값으로 하기로 한다. 실제의 측정계에서는, 스칼라 측정기는 저렴한 파워 미터나 파워 센서를 이용하는 것이 일반적이지만, 본 실험예에서는 진폭 정보만으로부터 벡터 측정값이 얻어진다고 하는 본 발명의 특징을 증명하기 위해, 동일한 측정기를 이용한다. 즉, 같은 측정기를 이용하는 한 측정기의 측정값의 기계 오차(instrumental error) 등은 있을 수 없으며, 본 발명이 효과를 나타내면, 진폭 정보만으로부터 VNA의 측정값과 완전히 같은 측정값이 얻어질 것이므로, 이것으로 본 발명의 유효성을 증명하고자 하는 것이다.

실험 조건을 이하에 나타낸다. 본 발명을 이용한 측정값과 비교하는 측정값 은 교정된 VNA의 측정값으로 한다.

피검체: 동축(同軸) 커넥터 접속의 CPW 전송로에 표면 실장 디바이스를 접속한 것

벡터 측정기: E8364B(Agilent Technologies)

스칼라 측정기: E8364B(Agilent Technologies)(측정값의 진폭 정보만)

주파수 범위: 34㎓~42㎓

데이터수: 801점

IF 대역폭: 100㎐(평균화 처리 없음)

커플러: Ka 밴드(26.5㎓~40㎓) 도파관(導波管) 10㏈ 커플러

방향성 오차: 3개의 오프셋 쇼트(offset short)(λg=0, 1/6, 1/3@38㎓)

도 9에 벡터 측정기로 측정한 38㎓에 있어서의 3개의 방향성 오차의 관계값(E_DFl,E_DF2,E_DF3)을 나타낸다. 도 10에 방향성 오차가 다른 3개의 경우에 있어서의 DUT 스칼라 측정값을 나타낸다. 도 11, 도 12는 도 9, 도 10의 측정값을 수학식 8, 수학식 9에 대입하여 계산한 후의 DUT의 측정값(진폭)과 벡터 측정값을 나타낸다. 도 12에서는 3개의 스칼라 측정값으로부터 위상 정보를 포함한 벡터 측정값이 얻어져 있는 것이 나타나 있다.

도 11, 도 12의 측정값은 측정계의 오차도 포함하고 있다. 그 때문에, 벡터 오차 보정을 행하기 위해 마찬가지로 본 발명의 측정계를 이용하여 표준기의 측정을 행하고, 도 11, 도 12의 측정값을 보정하여 DUT의 벡터 측정값(Γ_D)을 산출하였 다. 도 13, 도 14에 본 발명방법에 의한 DUT의 측정값(Γ_D)과 교정된 VNA를 이용한 DUT의 측정값(Γ_A)을 비교한 그래프를 나타낸다. 도 13, 도 14로부터 명백하듯이, 양쪽의 측정값은 대부분 일치하고 있어, 본 발명이 정확한 벡터 측정방법인 것을 알 수 있다.

<바람직한 실시형태 5>

-스칼라 측정기에 의해 3개의 방향성 오차의 관계값을 구하는 방법-

여기서, VNA를 이용하지 않고 스칼라 측정기에 의해 3개의 방향성 오차의 관계값을 구하는 방법에 대하여 설명한다. 우선, 각각 다른 반사 계수를 가지는 2종류의 DUT(각각 m, n)를 도 1에 나타내는 측정장치에 접속하여, 각각 3개의 방향성 오차의 상태에 있어서 측정한다. 본 순서에서는, 3개의 방향성 오차의 상호 관계를 알면 충분하고, 위상이나 절대 위치는 문제가 되지 않으므로, 간단하기 때문에, 가령 1개째의 DUT(m)의 1개째의 방향성 오차 상태에 있어서의 측정값은 위상이 0°라고 하자. 이 때의 복소 평면상에서의 위치는 도 15의 Γ_m1과 같이 된다. 이에 대하여, 2개째 및 3개째의 방향성 오차 상태에 있어서의 측정값의 복소 평면상에서의 위치는 예를 들면 도 15의 Γ_m2, Γ_m3과 같이 된다. 여기서, 관측값은 스칼라값이므로, 이들 점의 실제의 위치는 모르며, 단지 중심이 원점이며 반경이 │Γ_m2│, │Γ_m3│인 원주상의 어딘가에 이들 점이 존재할 것이라는 것만을 알고 있는 것에 불과하다. 그리하여, 가령 Γ_m1로부터 이들 점에의 각도가 θ₁, θ₂라고 하자. 당연히, θ₁, θ₂는 이 시점에서는 미지량(未知量)이다.

다음으로, 2개째의 DUT(n)의 1개째의 방향성 오차 상태에 있어서의 측정값(Γ_n1)이 Γ_m1에 대하여 위상이 Φ만큼 벗어나 있다고 하면, 도 15와 같이 된다. 또한, Γ_n1에 대하여, Γ_n2, Γ_n3은, 방향성 오차의 상호 관계는 앞의 경우와 같기 때문에 각도는 θ₁, θ₂일 것이며, 동시에 각각은 중심이 원점이며 반경이 │Γ_n2│, │Γ_n3│인 원주(파선으로 나타냄)상에 있을 것이기 때문에, 도 15와 같이 각각의 위치가 결정된다.

그런데, 가령 θ₁, θ₂, Φ가 올바르게 선택되어 있으면, 방향성 오차는 DUT에 따르지 않고 일정한 이상, Γ_m1~Γ_m3이 만드는 삼각형과 Γ_n1~Γ_n3이 만드는 삼각형은 합동이 된다. 그리하여, 이들 삼각형이 합동이 되도록(실제로는 측정 오차 등의 영향이 있기 때문에 가장 합동에 가까워 지도록) θ₁, θ₂, Φ를 선택함으로써, 3개의 방향성 오차의 관계값이 구해진다.

보다 구체적으로는, 다음과 같이 된다.

(x₀,y₀)을 통과하고, 기울기가 θ인 직선은 다음 식으로 부여된다.

sinθ(x-x₀)-cosθ(y-y₀)=0

중심이 원점이며 반경이 r인 원은 다음 식으로 부여된다.

x²+y²=r²

상기 직선과 원의 교점(x,y)은 다음과 같다.

x=x₀sin²θ-y₀cosθsinθ±cosθ√{r²-(x₀sinθ-y₀cosθ)²}

y=y₀cos²θ-x₀cosθsinθ±sinθ√{r²-(x₀sinθ-y₀cosθ)²}

우선, θ₁, θ₂, Φ에 적당한 값을 가정한다.

Γ_m1의 좌표는 (│Γ_m1│,0)으로 부여된다.

Γ_m2의 좌표는 (x₀,y₀)을 Γ_m1의 좌표로 하고, 반경(r)을 │Γ_m2│로 하고, 기울기(θ)를 θ₁로 하여 구할 수 있다.

Γ_m3의 좌표는 Γ_m2와 동일하게 구할 수 있다.

Γ_n1의 좌표는 (│Γ_n1│cosΦ,│Γ_n1│sinΦ)로 부여된다.

Γ_n2의 좌표는 Γ_m2와 동일하게 구할 수 있다.

Γ_n3의 좌표는 Γ_m3과 동일하게 구할 수 있다.

이상 얻어진 좌표로부터, 이하의 식에 의해 추정 오차(E)를 구한다.

E=│Γ_n1-Γ_m1│²+│Γ_n2-Γ_m2│²

적당한 최적화 알고리즘에 의해 θ₁, θ₂, Φ를 변화시켜, 상기 E가 최소가 되는 θ₁, θ₂, Φ를 구한다. 이렇게 하여 얻어진 θ₁, θ₂, Φ에 대한 Γ_m1, Γ_m2, Γ_m3을 3개의 방향성 오차의 관계값으로 하면 된다. 또한, 3개의 방향성 오차의 관계값을 얻은 후에, 통상의 1포트 교정을 행하는 것이 필요하다.

이상과 같이 VNA를 사용하지 않고, 스칼라 측정기만으로 3개의 방향성 오차의 관계값을 얻을 수 있으므로, 어떠한 원인으로 측정장치의 상태가 변한 경우 등에도, VNA를 사용하지 않고 다시 올바른 3개의 방향성 오차의 관계값을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 측정장치를 사용하는 양산 공정 자체에서 측정장치의 교정을 행할 수 있기 때문에, 이상 발생시의 복구 등이 용이해진다. 또한, 원래부터 VNA가 불필요하므로, VNA를 소유하고 있지 않은 경우에도 벡터 측정을 실시할 수 있다. 더불어, VNA가 대응하고 있지 않은 고주파 영역에서도 벡터 측정을 실현할 수 있는 이점도 있다.

<바람직한 실시형태 6>

도 16은 중첩되는 벡터 신호가 2개인 경우의 반사 측정계를 나타낸다. 도 1과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다.

이 실시형태의 경우, 중첩 신호인 방향성 오차 성분이 2개밖에 없기 때문에, 기본적으로는 벡터값이 2개 도출되므로, DUT의 반사 신호의 벡터값을 하나로 구할 수 없다. 그러나, 양산에 있어서의 선별 등에서는, 설계시 및 개발시의 DUT의 특성으로부터 추정하여 옳다고 생각되는 쪽을 선택함으로써, DUT의 반사 신호의 벡터값을 구하는 것이 가능하다.

도 16과 같은 반사 측정계의 경우, 2개의 방법성 오차(E_DF1,E_DF2)를 전환하여, 스칼라 측정기에 의해 측정된 DUT의 2개의 전력값(│Γ_m1│,│Γ_m2│)은 수학식 3 및 수학식 4와 같이 된다. 이들 전력값으로부터, 방향성 오차를 제거한 DUT의 반사 신호의 벡터값은 수학식 12~14에 나타내는 바와 같이, (x₁,y₁), (x₂,y₂)의 2개가 도출된다.

이 경우, 각 주파수점에 있어서, 도 17에 나타내는 바와 같이 스미스 차트상에는 (x₁,y₁), (x₂,y₂)의 2개의 벡터 측정값이 플롯되게 된다. 양산에 있어서는, 거의 같은 특성을 가지는 피검체의 측정을 행하는 것이 통례이다. 그때, 피검체의 특성이 기지이면(시뮬레이션값이어도 됨), 이번 측정계를 이용해도, 피검체의 2개의 벡터값으로부터 피검체와 동종의 기지 특성에 가까운 것을 선택함으로써, 피검체의 특성을 추정할 수 있다.

벡터값의 선택방법에 대하여, 이하에 설명한다.

도 17에 있어서, 측정한 피검체와 같은 특성을 가지며, 어떠한 방법으로 값이 기지인 피검체의 특성(a,b)을 플롯한다. 이 예에서는 명백하게 (x₂,y₂) 쪽이 기지 특성(a,b)에 가깝기 때문에, (x₂,y₂)의 값이 올바르다고 추정할 수 있지만, 실제로는 이하와 같은 비교 처리를 행하는 것이 좋다. 즉, (a,b)에 대한 (x₁,y₁)의 거리(d₁)와 (x₂,y₂)의 거리(d₂)는 다음 식으로 표현된다.

d₁과 d₂를 비교하여, 값이 작은 쪽의 벡터값, 즉 (a,b)에 가까운 쪽이 올바른 측정값이라고 추정할 수 있다.

다음으로, 수학식 12~14를 이용하여 실제로 벡터값의 도출을 행한 실험 결과를 나타낸다. 실험 조건은 이하와 같으며, 방향성 오차로서 2개의 오프셋 쇼트를 이용하였다.

피검체 시료: 동축 커넥터 접속의 CPW 전송로에 표면 실장 디바이스를 접속한 것

벡터 측정기: E8364B(Agilent Technologies)

주파수 범위: 34㎓~42㎓

데이터수: 801점

IF 대역폭: 100㎐(평균화 처리 없음)

커플러: Ka 밴드(26.5㎓~40㎓) 도파관 10㏈ 커플러

방향성 오차: 2개의 오프셋 쇼트(λg=0, 1/6@38㎓)

수학식 12, 14 및 수학식 13, 14를 이용하여 피검체 시료의 진폭 및 벡터값을 도출한 결과를 각각 도 18 및 도 19에 나타낸다. 도 20은 미리 구해진 기지의 동종류의 피검체 시료의 특성이다. 도 18, 도 19 중 도 20에 가까운 값을 선택하면, 그것이 측정한 피검체 시료의 벡터값이라고 추정할 수 있다. 이번에는 도 20에 가까운 값은 모두 도 18의 값, 즉 수학식 12, 14를 이용하여 도출한 값으로 되어 있기 때문에, 도 18이 피험체 시료의 진폭 및 벡터값이라고 추정할 수 있다.

상기 설명에서는, 2개의 방향성 오차를 전환하여 DUT의 반사 계수를 측정하는 예에 대하여 설명하였는데, 2개의 누설 오차를 전환하여 DUT의 전달 계수를 측정하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 예를 들면 도 6에 있어서의 3개의 누설 오차(12a~12c) 중의 2개를 이용하면 된다.

종래의 VNA의 구성을 이용하여 반사파 및 투과파의 벡터 측정을 하는 경우, 주파수가 높아짐으로써 측정 시스템의 가격이 현저하게 상승함과 동시에 고정밀도 측정이 곤란해지는데, 본 발명에 의하면, 거의 주파수에 의존하지 않는 기본적이면서 저렴한 측정인 전력 측정에 의해 벡터 측정을 실시할 수 있다. 즉, 3개의 스칼라 측정값만을 이용하여 반사파 및 투과파의 벡터 측정이 가능하므로, 주파수가 높아져도 전력 측정이 가능한 한, 측정기 가격의 상승을 억제하면서, 고정밀도 측정을 실현하는 벡터 오차 보정이 가능해진다고 하는 효과가 얻어진다. 따라서, 종래의 VNA가 고가이기 때문에 특성 선별 공정의 비용이 증대하는 밀리파대 이상의 고주파 상품에 있어서, 본 발명을 이용한 고정밀도이면서 저렴한 측정기로 바꿈으로써, 벡터 측정에 관한 대폭의 비용 절감을 기대할 수 있다. 또한, 다품종·소량생산의 품종이 많은 밀리파대 이상의 고주파 상품에 있어서는, 본 발명에 의한 저렴한 측정기라면 상품마다 이것을 구비하는 것이 가능해지므로, 공정의 순서 바꿈 등의 공정의 부담을 적게 할 수 있다. 측정계의 미묘한 조정이 요구되는 밀리파대 이상의 측정 공정에 있어서는, 상기 특징은 상품 측정의 정밀도·신뢰성을 확보하는 효과가 크다.

Claims

피검체의 산란 계수의 벡터 측정을 행하는 측정방법에 있어서,

상기 피검체에 신호를 인가하는 신호원과, 상기 피검체의 반사파 혹은 투과파를 스칼라값으로서 측정하는 스칼라 측정기와, 상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 적어도 3개의 다른 벡터 신호를 각각 중첩하는 중첩 신호계를 구비한 측정계를 준비하는 제1의 스텝과,

상기 적어도 3개의 벡터 신호의 관계값을 벡터값으로서 값 매김하는 제2의 스텝과,

상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 상기 적어도 3개의 벡터 신호를 중첩하여, 각 중첩 신호를 상기 스칼라 측정기에 의해 각각 스칼라값으로서 측정하는 제3의 스텝과,

상기 제2의 스텝에서 얻어진 관계값을 이용하여, 상기 제3의 스텝에서 측정된 적어도 3개의 스칼라값을 적어도 1개의 벡터값으로 변환하여, 피검체의 산란 계수를 구하는 제4의 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 측정방법.
제1항에 있어서, 상기 중첩 신호계는 상기 피검체의 반사파에 대하여 중첩 되는 적어도 3개의 방향성 오차 벡터 신호를 발생하는 적어도 3개의 방향성 오차와, 이들 방향성 오차를 전환하는 방향성 전환 수단을 구비하고, 상기 제3의 스텝에서 변환되는 벡터값은 반사 계수인 것을 특징으로 하는 측정방법.
제1항에 있어서, 상기 중첩 신호계는 상기 피검체의 투과파에 대하여 중첩 되는 적어도 3개의 누설 오차 벡터 신호를 발생하는 적어도 3개의 누설 오차와, 이들 누설 오차를 전환하는 누설 전환 수단을 구비하고, 상기 제3의 스텝에서 변환되는 벡터값은 전달 계수인 것을 특징으로 하는 측정방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 벡터 신호는 상기 스칼라 측정기의 측정 정밀도 이상으로 서로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 측정방법.
피검체의 산란 계수의 벡터 측정을 행하는 측정장치에 있어서,

상기 피검체에 신호를 인가하는 신호원과,

상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여, 서로의 관계값이 벡터값으로서 값 매겨진 적어도 3개의 다른 벡터 신호를 각각 중첩하는 중첩 신호계와,

상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 상기 적어도 3개의 벡터 신호를 중첩한 중첩 신호를, 각각 스칼라값으로서 측정하는 스칼라 측정기와,

상기 적어도 3개의 벡터 신호의 값 매겨진 관계값을 이용하여, 상기 스칼라 측정기로 측정된 적어도 3개의 스칼라값을 적어도 1개의 벡터값으로 변환하여, 피검체의 산란 계수를 구하는 변환 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제5항에 있어서, 상기 중첩 신호계는 상기 피검체의 반사파에 대하여 중첩 되는 적어도 3개의 방향성 오차 벡터 신호를 발생하는 적어도 3개의 방향성 오차와, 이들 방향성 오차를 전환하는 방향성 오차 전환 수단을 구비하고, 상기 변환 수단이 변환하는 벡터값은 반사 계수인 것을 특징으로 하는 측정장치.
제5항에 있어서, 상기 중첩 신호계는 상기 피검체의 투과파에 대하여 중첩 되는 적어도 3개의 누설 오차 벡터 신호를 발생하는 적어도 3개의 누설 오차와, 이들 누설 오차를 전환하는 누설 오차 전환 수단을 구비하고, 상기 변환 수단이 변환하는 벡터값은 전달 계수인 것을 특징으로 하는 측정장치.
제5항에 있어서, 상기 중첩 신호계는 상기 피검체의 반사파에 대하여 중첩되는 적어도 3개의 방향성 오차 벡터 신호를 발생하는 적어도 3개의 방향성 오차와, 이들 방향성 오차를 전환하는 방향성 오차 전환 수단과, 상기 피검체의 투과파에 대하여 중첩되는 적어도 3개의 누설 오차 벡터 신호를 발생하는 적어도 3개의 누설 오차와, 이들 누설 오차를 전환하는 누설 오차 전환 수단을 구비하고,

상기 스칼라 측정기는 상기 피검체의 반사파에 대하여 상기 적어도 3개의 방향성 오차 벡터 신호를 중첩한 중첩 신호를 각각 스칼라값으로서 측정하는 반사파 측정용 스칼라 측정기와, 상기 피검체의 투과파에 대하여 상기 적어도 3개의 누설 오차 벡터 신호를 중첩한 중첩 신호를 각각 스칼라값으로서 측정하는 투과파 측정용 스칼라 측정기로 구성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
피검체의 산란 계수의 벡터 측정을 행하는 측정방법에 있어서,

상기 피검체에 신호를 인가하는 신호원과, 상기 피검체의 반사파 혹은 투과파를 스칼라값으로서 측정하는 스칼라 측정기와, 상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 2개의 다른 벡터 신호를 각각 중첩하는 중첩 신호계를 구비한 측정계를 준비하는 제1의 스텝과,

상기 2개의 벡터 신호의 관계값을 벡터값으로서 값 매김하는 제2의 스텝과,

상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 상기 2개의 벡터 신호를 중첩 하여, 각 중첩 신호를 상기 스칼라 측정기에 의해 각각 스칼라값으로서 측정하는 제3의 스텝과,

상기 제2의 스텝에서 얻어진 관계값을 이용하여, 상기 제3의 스텝에서 측정된 2개의 스칼라값을 2개의 벡터값으로 변환하여, 이 중의 벡터값으로부터 피검체의 산란 계수를 구하는 제4의 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 측정방법.
피검체의 산란 계수의 벡터 측정을 행하는 측정장치에 있어서,

상기 피검체에 신호를 인가하는 신호원과,

상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여, 서로의 관계값이 벡터값으로서 값 매겨진 2개의 다른 벡터 신호를 각각 중첩하는 중첩 신호계와,

상기 피검체의 반사파 혹은 투과파에 대하여 상기 2개의 벡터 신호를 중첩한 중첩 신호를 각각 스칼라값으로서 측정하는 스칼라 측정기와,

상기 2개의 벡터 신호의 값 매겨진 관계값을 이용하여, 상기 스칼라 측정기로 측정된 2개의 스칼라값을 2개의 벡터값으로 변환하여, 이 중 한쪽의 벡터값으로부터 피검체의 산란 계수를 구하는 변환 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 측정장치.