NO331964B1

NO331964B1 - Simplified reflectometer for vector network analyzer

Info

Publication number: NO331964B1
Application number: NO20100972A
Authority: NO
Inventors: Karsten Husby; Bengt Holter; Jacob Kuhnle
Original assignee: Sinvent As
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-05-14
Also published as: NO20100972A1; WO2012002822A1

Abstract

Det presenteres et reflektometer for vektor nettverksanalysator, der reflektometeret omfatter signalkilde (1), impedans (8), kobler (3), kabel (9), måleport (4), og responsmottaker (7). Et signal fra nevnte signalkilde (1) kan i hovedsak flyte gjennom impedansen (8), gjennom kobleren (3), videre gjennom kabelen (9) og ut av måleporten (4). Reflekterte signaler fra måleporten (4) ledes via kobleren (3) til responsmottakeren (7). En klokkesynkroniseringslinje (6) er koplet mellom responsmottakeren (7) og kilden (1). Responsmottakeren (7) og kilden (1) synkroniseres ved bruk av nevnte klokkesynkroniseringslinje (6). Videre presenteres en vektor nettverksanalysator som innbefatter nevnte type reflektometer.A vector network analyzer reflectometer is presented, the reflectometer comprising signal source (1), impedance (8), coupler (3), cable (9), measurement port (4), and response receiver (7). A signal from said signal source (1) can mainly flow through the impedance (8), through the coupler (3), further through the cable (9) and out of the measuring port (4). Reflected signals from the measurement port (4) are passed through the coupler (3) to the response receiver (7). A clock synchronization line (6) is connected between the response receiver (7) and the source (1). The response receiver (7) and the source (1) are synchronized using said clock synchronization line (6). Furthermore, a vector network analyzer is presented which includes said type of reflectometer.

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt utstyr for å måle elektriske parametre. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen reflektometer som måler forholdet mellom reflektert bølge og innfallende bølge på elektroniske komponenter når komponentene utsettes for stimuli samt vektor nettverksanalysatorer der slike reflektometre anvendes. Konkret vedrører oppfinnelsen reflektometer og vektor nettverksanalysator ifølge de vedheftede kravene. The invention generally relates to equipment for measuring electrical parameters. More specifically, the invention relates to reflectometers that measure the ratio between reflected wave and incident wave on electronic components when the components are exposed to stimuli, as well as vector network analyzers where such reflectometers are used. Specifically, the invention relates to a reflectometer and vector network analyzer according to the attached claims.

Oppfinnelsens område Field of the invention

Reflektometer er vesentlige komponenter i vektor nettverksanalysatorer (VNA). Et reflektometer måler tradisjonelt forholdet mellom reflektert bølge og innfallende bølge på elektriske komponenter ved å utsette dem foret stimuli. Dette forhold beskrives som refleksjonsfaktoren. På denne måten vil slike målinger kunne gi en fullstendig beskrivelse av de elektriske parametre til et måleobjekt. En VNA inneholder typisk flere reflektometer, ett for hver port som VNA har, slik at måleobjekter med flere porter også kan karakteriseres fullstendig. I tillegg benytter VNA innebygde kalibreringsalgoritmer som fjerner alle systematiske feil. Reflectometers are essential components in vector network analyzers (VNA). A reflectometer traditionally measures the ratio between reflected wave and incident wave on electrical components by exposing them to stimuli. This ratio is described as the reflection factor. In this way, such measurements will be able to provide a complete description of the electrical parameters of a measurement object. A VNA typically contains several reflectometers, one for each port that the VNA has, so that measurement objects with several ports can also be fully characterized. In addition, VNA uses built-in calibration algorithms that remove all systematic errors.

Teknikkens stand State of the art

Med VNA som ble tatt i bruk på begynnelsen av 70-tallet kunne alle systematiske feil kalibreres bort gjennom en omfattende bruk av kalibreringsstandarder med både kjente og delvis ukjente elektriske parametre som beskrevet av Andrej Rumiantsev og Nick Ridler i "VNA Calibration" fra IEEE Microwave Magazine juni 2008. With the VNA that was introduced in the early 70s, all systematic errors could be calibrated out through the extensive use of calibration standards with both known and partially unknown electrical parameters as described by Andrej Rumiantsev and Nick Ridler in "VNA Calibration" from IEEE Microwave Magazine June 2008.

En tradisjonell 2-port VNA er et måleinstrument som typisk kan bestå av 2 reflektometre som da totalt kan inneholde 4 målemottakere. Det er også mulig at disse to reflektometer deler noen felles komponenter. For eksempel kan de dele signalkilde og innfallende bølge mottaker. En slik VNA sies da å ha 3 målemottakere der en av dem kalles for referansemottaker. Et eksempel på en eksisterende VNA er gitt i US patent 6920402 B2. Der utnyttes en referansemottaker og der fokuseres det på multiport VNA inkludert differensiell VNA for eksempel ved at responsmottakerne utnyttes på flere porter når antall porter er stort og større enn 2. Et annet eksempel er US patent 0290880 A1. A traditional 2-port VNA is a measuring instrument that can typically consist of 2 reflectometers which can then contain a total of 4 measuring receivers. It is also possible that these two reflectometers share some common components. For example, they can share signal source and incident wave receiver. Such a VNA is then said to have 3 measurement receivers where one of them is called the reference receiver. An example of an existing VNA is given in US patent 6920402 B2. There, a reference receiver is used and there the focus is on multiport VNA including differential VNA, for example by the response receivers being used on several ports when the number of ports is large and greater than 2. Another example is US patent 0290880 A1.

EP 0265073 A1 presenterer et nettverk med seks porter for å karakterisere en mikrobølge- eller radiofrekvensanordning som innbefatter en signalkilde som er i stand til å generere tre signaler med samme frekvens, men relative fasedifferanser, og som kombinerer hver av signalene med et som reflekteres eller sendes av anordningen. To tre-fase-kilder kan brukes i en dual seksports nettverksanordning. EP 0265073 A1 presents a six-port network for characterizing a microwave or radio frequency device comprising a signal source capable of generating three signals of the same frequency but relative phase differences, and combining each of the signals with one that is reflected or transmitted of the device. Two three-phase sources can be used in a dual sex-port network device.

US 2003/0125894 A1 presenterer en fremgangsmåte for å utvide dynamisk område og et testsystem med utvidet dynamisk område kompenserer for en kompresjons-effekt på de målte dataene forårsaket av at en mottakerkanal er komprimert. De målte dataene er størrelses- og fasedata. Fremgangsmåten omfatter å karakterisere kanaler basert på kompresjonsrespons og å kompensere for å korrigere for kompresjonseffekten. Testsystemet omfatter en mottakerkanal og et datamaskin-program som implementerer fremgangsmåten. US 2003/0125894 A1 presents a method for extending dynamic range and a test system with extended dynamic range compensates for a compression effect on the measured data caused by a receiver channel being compressed. The measured data is magnitude and phase data. The method involves characterizing channels based on compression response and compensating to correct for the compression effect. The test system comprises a receiver channel and a computer program that implements the method.

DE 102005058433 A1 presenterer en vektor nettverksanalysator med n måleporter for måling på et måleobjekt, der analysatoren har en signalgenerator og en måle-mottaker for å motta referansesignaler fra generatoren eller målesignaler som reflekteres eller sendes fra måleobjektet. Bare en mottaker er tilgjengelig. Den benytter usynkroniserte tastetidspunkter. I tillegg benyttes svitsjekretser og koblings-kretser for referansemålinger i en referansekanal. DE 102005058433 A1 presents a vector network analyzer with n measurement ports for measurement on a measurement object, where the analyzer has a signal generator and a measurement receiver to receive reference signals from the generator or measurement signals that are reflected or transmitted from the measurement object. Only one recipient is available. It uses unsynchronized key timings. In addition, switching circuits and switching circuits are used for reference measurements in a reference channel.

Blant problemene ved løsninger ifølge teknikkens stand er at det utføres måling av innfallende bølge eller referansesignal i en referansekanal. Dette medfører ulemper blant annet i form av kompleksitet, mengde utstyr, størrelse og pris. Among the problems with solutions according to the state of the art is that the incident wave or reference signal is measured in a reference channel. This entails disadvantages in terms of complexity, amount of equipment, size and price, among other things.

Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

En vesentlig egenskap ved foreliggende oppfinnelse er at innfallende bølge mottaker eller referansemottaker gjøres overflødig og derfor fjernes. Dette blir mulig dersom målt fase på responsmottaker (7) refereres til fase på signalet fra kilden (1) ved at de utveksler et tidssignal på synkroniseringslinjen (6). Dermed kan alle innfallende bølge mottakere eller referansemottakeren tas bort sammen med tilhørende kobler. Innfallende bølge som kommer fra kilden (1) kan da betraktes som en konstant vektor eller et signal med konstant fase og konstant amplitude. Dette signal er normalt ukjent, men det har ingen betydning fordi reflektometermålinger brukt for VNA som for eksempel 10- eller 12-term SOLT kalibrering er relative målinger. Dette gjelder også for selvkalibrerende teknikker som for eksempel TRL som kan benytte 7-term kalibrering og kalibreringsstandarder med noen ukjente parametre. Denne oppfinnelsen muliggjør derved forenklinger i hardware. An essential feature of the present invention is that the incident wave receiver or reference receiver is made redundant and therefore removed. This becomes possible if the measured phase on the response receiver (7) is referred to the phase of the signal from the source (1) by exchanging a time signal on the synchronization line (6). Thus, all incident wave receivers or the reference receiver can be removed together with associated connectors. The incident wave coming from the source (1) can then be considered a constant vector or a signal with constant phase and constant amplitude. This signal is normally unknown, but it has no significance because reflectometer measurements used for VNA such as 10- or 12-term SOLT calibration are relative measurements. This also applies to self-calibrating techniques such as TRL, which can use 7-term calibration and calibration standards with some unknown parameters. This invention thereby enables simplifications in hardware.

Foreliggende oppfinnelse vil påvirke hvordan mange av framtidens reflektometer for bruk i VNA vil bli bygget. For eksempel vil det bli mulig å inkludere en 2-port VNA i små håndholdte oscilloscop som allerede i dag har 2 målekanaler inkludert. Brukere av slike små håndholdte oscilloscop vil da oppleve en serie nye tjenester som før bare var tilgjengelige i større stasjonære VNA. De nye tjenestene vil inkludere meget nøyaktige impedansmålinger, filtermålinger, forsterkermålinger og tidsdomene reflektometermålinger for å nevne de viktigste applikasjonene. Lavkost oscilloskop med VNA kapabilitet vil da kunne tilby en målenøyaktighet som overgår det som i dag er mulig i oscilloskop fordi systematisk feil elimineres. Måleresultatene vil kunne bli presentert som S-parametre i frekvensplanet som ofte er det vanligste for RF ingeniører, men resultatene vil også kunne bli presentert i tidsplanet for eksempel som en impulsrespons eller sprangrespons som kan være fordelaktig for andre. The present invention will affect how many future reflectometers for use in VNA will be built. For example, it will be possible to include a 2-port VNA in small handheld oscilloscopes that already today have 2 measurement channels included. Users of such small hand-held oscilloscopes will then experience a series of new services that were previously only available in larger stationary VNAs. The new services will include highly accurate impedance measurements, filter measurements, amplifier measurements and time domain reflectometer measurements to name the most important applications. A low-cost oscilloscope with VNA capability will then be able to offer a measurement accuracy that exceeds what is currently possible in oscilloscopes because systematic error is eliminated. The measurement results will be able to be presented as S-parameters in the frequency plane, which is often the most common for RF engineers, but the results will also be able to be presented in the time plane, for example as an impulse response or jump response which may be beneficial for others.

Med denne oppfinnelse vil det også bli mulig å tilby til markedet VNA løsninger integrert sammen med standard PC utrustning. Kalibrering og presentasjon av måledata skjer i en PC mens reflektometrene plasseres på et data akkvisisjonskort. With this invention, it will also be possible to offer the market VNA solutions integrated together with standard PC equipment. Calibration and presentation of measurement data takes place in a PC while the reflectometers are placed on a data acquisition card.

Det vil være spesielt nyttig og enkelt med denne oppfinnelse å kunne realisere en full 2-port VNA som utnytter SOLT, Quick-SOLT og robust-SOLT. Et slikt instrument med båndbredde opp til noen GHz vil kunne få en meget bred anvendelighet innenfor audio anvendelser, radio anvendelser, RF anvendelser og linjetesting for å nevne noen. I tillegg vil det for en fagperson være mulig å benytte den samme oppfinnelse på enda høyere frekvenser, på flere måleporter og sammen med selvkalibrerende metoder som for eksempel TRL for å nevne en av de mest populære. It will be particularly useful and easy with this invention to be able to realize a full 2-port VNA that utilizes SOLT, Quick-SOLT and robust-SOLT. Such an instrument with a bandwidth of up to a few GHz will be able to have a very wide applicability within audio applications, radio applications, RF applications and line testing to name a few. In addition, it will be possible for a professional to use the same invention at even higher frequencies, on several measuring ports and together with self-calibrating methods such as TRL to name one of the most popular.

En målsetning med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et reflektometer som er forenklet i forhold til løsninger ifølge teknikkens stand. An objective of the present invention is to provide a reflectometer which is simplified in relation to solutions according to the state of the art.

Videre målsetninger med foreliggende oppfinnelse er å oppnå løsninger som er mer kompakte, lettere og enklere å integrere i andre løsninger. Further objectives of the present invention are to achieve solutions that are more compact, lighter and easier to integrate into other solutions.

Videre vil løsningene kunne tilby forbedret funksjonalitet og større kapasitet sett i forhold til kostnader, størrelse og kompleksitet. Furthermore, the solutions will be able to offer improved functionality and greater capacity in relation to costs, size and complexity.

Enda videre målsetninger er å forbedre løsninger der oppfinnelsen inngår ved for eksempel å gjøre disse mer kosteffektive etc. Even further objectives are to improve solutions where the invention is included by, for example, making these more cost-effective etc.

En ytterligere målsetning er å forenkle vektor nettverksanalysatorløsninger for måling på resiproke måleobjekter ved at det ikke er nødvendig å synkronisere reflektometrene for å måle absolutt fase eller forsinkelse mellom måleportene. A further objective is to simplify vector network analyzer solutions for measurement on reciprocal measurement objects by not needing to synchronize the reflectometers to measure absolute phase or delay between the measurement ports.

Nok en målsetning er å forbedre VNA løsninger ved å bruke samme komponent i flere reflektometre. Another goal is to improve VNA solutions by using the same component in several reflectometers.

Nok en fordel er det at målenøyaktigheten til reflektometrene vil kunne økes ved å benytte isolatorer for å isolere de potensielt ulineære komponentene kilder og svitsjer fra måleportene. Slike isolatorer vil både stabilisere impedansen og samtidig hindre reflekterte signaler fra porten (4) å danne ulineære signalprodukter i svitsj og kilde. Av gode isolatorer i denne sammenheng kan nevnes dempeledd, sirkulatorer og retningskoblere. Another advantage is that the measurement accuracy of the reflectometers can be increased by using insulators to isolate the potentially non-linear components sources and switches from the measurement ports. Such isolators will both stabilize the impedance and at the same time prevent reflected signals from the port (4) from forming non-linear signal products in the switch and source. Good insulators in this context include damping joints, circulators and directional couplers.

I tillegg vil ytterligere nøyaktighet oppnås ved å filtrere bort mulige foldingsprodukter. In addition, additional accuracy will be achieved by filtering out possible folding products.

Oppfinnelsen tillater også forenklinger i hardware ved å gjenbruke samme kilde på flere porter ved bruk av en svitsj. The invention also allows simplifications in hardware by reusing the same source on several ports using a switch.

Et sentralt aspekt ved oppfinnelsen er et reflektometer for vektor nettverksanalysator som omfatter signalkilde, impedans, kobler, kabel, måleport, og responsmottaker. Reflektometeret er anordnet slik at et signal fra signalkilden i hovedsak kan flyte gjennom impedansen, gjennom kobleren, videre gjennom kabelen og ut av måleporten, og at reflekterte signaler fra måleporten ledes via kobleren til responsmottakeren. Reflektometeret har en klokkesynkroniseringslinje som er koplet mellom responsmottakeren og kilden, og responsmottakeren og kilden synkroniseres ved bruk av klokkesynkroniseringslinjen. A central aspect of the invention is a reflectometer for vector network analyzer which includes signal source, impedance, connectors, cable, measurement port and response receiver. The reflectometer is arranged so that a signal from the signal source can essentially flow through the impedance, through the coupler, further through the cable and out of the measurement port, and that reflected signals from the measurement port are led via the coupler to the response receiver. The reflectometer has a clock sync line connected between the responder and the source, and the responder and source are synchronized using the clock sync line.

Et annet aspekt ved oppfinnelsen er at reflektometer omfatter et filter mellom kilden og responsmottakeren for å filtrere bort frekvenser som kan gi opphav til foldningsprodukter. Another aspect of the invention is that the reflectometer includes a filter between the source and the response receiver to filter out frequencies that can give rise to folding products.

Et ytterligere anntet aspekt er at reflektometer omfatter en isolator mellom kilden og kobleren for å bidra til at reflektometeret presenteres for en mest mulig konstant impedans og for å stabilisere kildesignalet. Denne isolatoren kan være et dempeledd, en sirkulator eller en retningskopler. A further other aspect is that the reflectometer comprises an isolator between the source and the coupler to contribute to the reflectometer being presented with the most constant impedance possible and to stabilize the source signal. This isolator can be an attenuator, a circulator or a directional coupler.

Et annet sentralt aspekt ved oppfinnelsen er en vektor nettverksanalysator som omfatter 2 eller flere reflektometre som beskrevet ovenfor. En slik vektor nettverksanalysator kan ha kilder som enten ikke sender samtidig eller med ortogonale signaler eller på forskjellige frekvenser, slik at signalene kan separeres av responsmottakerne. Another central aspect of the invention is a vector network analyzer comprising 2 or more reflectometers as described above. Such a vector network analyzer can have sources that either do not transmit simultaneously or with orthogonal signals or on different frequencies, so that the signals can be separated by the response receivers.

Et videre aspekt ved vektor nettverksanalysatoren er at minst 2 og i mange tilfeller alle, reflektometrene synkroniseres med hverandre ved bruk av klokkesynkroniseringslinjen mellom dem. A further aspect of the vector network analyzer is that at least 2, and in many cases all, of the reflectometers are synchronized with each other using the clock synchronization line between them.

Nok et aspekt er en vektor nettverksanalysator der reflektometrene ikke synkroniseres med hverandre ved bruk av klokkesynkroniseringslinjen mellom dem, men der vektor nettverksanalysatoren allikevel kan måle absolutt fase forutsatt at måleobjektet som koples til portene er resiprokt. Yet another aspect is a vector network analyzer where the reflectometers are not synchronized with each other using the clock synchronization line between them, but where the vector network analyzer can still measure absolute phase provided that the measurement object connected to the ports is reciprocal.

Vektor nettverksanalysatoren kan omfatte en svitsj som er anordnet slik at minst 2 reflektometre kan dele kilde. The vector network analyzer can comprise a switch which is arranged so that at least 2 reflectometers can share a source.

Kortfattet presentasjon av figurene Brief presentation of the figures

Figur 1 presenterer eksempel på error termer Figure 1 presents an example of error terms

Figur 2 viser et reflektometer ifølge oppfinnelsen Figure 2 shows a reflectometer according to the invention

Figur 3 presenterer en dobbel reflektometer VNA Figure 3 presents a double reflectometer VNA

Figur 4 presenterer en dobbel reflektometer VNA med utvidet synkroniseringslinje Figur 5 presenterer en dobbel reflektometer VNA med kombinert dempeledd/filter Figure 4 presents a double reflectometer VNA with extended synchronization line Figure 5 presents a double reflectometer VNA with combined attenuator/filter

Figur 6 presenterer en dobbel reflektometer VNA med svitsj Figure 6 presents a double reflectometer VNA with switch

Figur 7 presenterer en dobbel reflektometer VNA med svitsj og dempeledd Figure 7 presents a double reflectometer VNA with switch and damping link

Figur 8 presenterer en dobbel reflektometer VNA med svitsj, dempeledd og filter Figure 8 presents a double reflectometer VNA with switch, attenuator and filter

Figur 9 presenterer en multiport VNA Figure 9 presents a multiport VNA

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Detailed description of the invention

I det videre beskrives utførelsesformer ifølge oppfinnelsen i detalj med referanse til figurene. Før denne detaljerte beskrivelse, vil vi imidlertid gi en mer grunnleggende introduksjon som bidrar til å lette forståelsen av det som kommer videre. In what follows, embodiments according to the invention are described in detail with reference to the figures. Before this detailed description, however, we will provide a more basic introduction that helps facilitate the understanding of what comes next.

Et reflektometer måler refleksjonsfaktoren som forholdet mellom reflektert signal b og innfallende bølge a: A reflectometer measures the reflection factor as the ratio between reflected signal b and incident wave a:

Om refleksjonsfaktorene måles på alle måleporter når alle portene etter tur eksiteres med en innfallende bølge kan alle elektriske egenskaper ved en hvilket som helst multiport elektrisk krets måles. Ingen reflektometer kan gjøre dette alene uten systematiske feil. De systematiske feil kan betraktes som konstante avvik k både i amplitude og fase. Et reflektometer vil derfor i praksis måle: If the reflection factors are measured on all measuring ports when all the ports are excited in turn with an incident wave, all electrical properties of any multiport electrical circuit can be measured. No reflectometer can do this alone without systematic errors. The systematic errors can be regarded as constant deviations k in both amplitude and phase. A reflectometer will therefore in practice measure:

der k2er målefeil på reflektert signal, k3er målefeil på innfallende bølge og ki er resulterende målefeil på refleksjonsfaktoren. Kalibreringsstandarder og kalibreringsalgoritmer benyttes for å eliminere disse systematiske feil. Målt respons b+k2i responsmottaker (7) inneholder informasjon om måleobjektet enten det er en kjent kalibreringsstandard eller en ukjent krets. Målt signal i innfallende bølge mottaker a+k3vil ikke inneholde informasjon om måleobjektet om dette signalet er isolert fra måleporten. Om denne isoleringen utføres ved å benytte en power splitter måles ofte et referansesignal. Om isoleringen derimot utføres ved hjelp av en retningskobler måles det som ofte kalles innfallende bølge. Med 100% isolering blir målingen av innfallende bølge eller referansesignal en konstant: where k2 is the measurement error on the reflected signal, k3 is the measurement error on the incident wave and ki is the resulting measurement error on the reflection factor. Calibration standards and calibration algorithms are used to eliminate these systematic errors. Measured response b+k2i response receiver (7) contains information about the measurement object, whether it is a known calibration standard or an unknown circuit. Measured signal in incident wave receiver a+k3 will not contain information about the measurement object if this signal is isolated from the measurement port. If this isolation is carried out by using a power splitter, a reference signal is often measured. If, on the other hand, the insulation is carried out using a directional coupler, what is often called an incident wave is measured. With 100% isolation, the measurement of the incident wave or reference signal becomes a constant:

Denne konstant vil da være upåvirket av hva som kobles til måleporten (4). Om fasen til mottakerne i forhold til kilden i tillegg stabiliseres med synkroniseringslinjen (6) blir alle konstantene k statiske vektorer upåvirket av tiden. Vi kan da skrive: This constant will then be unaffected by what is connected to the measuring port (4). If the phase of the receivers in relation to the source is additionally stabilized with the synchronization line (6), all the constants k are static vectors unaffected by time. We can then write:

Dette uttrykker at refleksjonsfaktoren r med systematiske målefeil ki blir en funksjon av reflektert signal b og konstantene k2og k*. This expresses that the reflection factor r with systematic measurement errors ki becomes a function of reflected signal b and the constants k2 and k*.

Det er riktignok umulig å oppnå 100% isolasjon på alle og spesielt høye frekvenser for måling av k4, men siden moderne kalibreringsalgortimer fjerner alle konstante systematiske feil blir den faktisk verdi på k4irrelevant for resultatet. Dermed er det ikke nødvendig å realisere den ideelle mottakeren for å måle k4.1 stedet kan vi sette k4=1 når denne type reflektometer brukes sammen med kjente kalibreringsalgoritmer for å realisere en VNA. It is admittedly impossible to achieve 100% isolation at all and especially high frequencies for measuring k4, but since modern calibration algorithms remove all constant systematic errors, the actual value of k4 becomes irrelevant to the result. Thus, it is not necessary to realize the ideal receiver to measure k4.1 instead we can set k4=1 when this type of reflectometer is used together with known calibration algorithms to realize a VNA.

Det som er vesentlig er at målt respons i responsmottaker (7) blir referert til fase og amplitude på innfallende bølge. Det enkleste er å holde amplituden på innfallende bølge så konstant som mulig for eksempel ved å benytte termisk stabiliserte kilder. Dermed gjenstår det å etablere en god referanse til fasen på innfallende bølge. Dette kan gjøres ved å koble synkroniseringslinjen (6) mellom kilden (1) til responsmottaker (7). Denne synkroniseringslinjen vil da kunne synkronisere alle responsmottakerne med alle kildene enten ved å overføre et triggesignal eller ved å overføre et annet periodisk signal som tidsmessig markerer fase eller start på referanse-signalet eller innfallende bølge. What is essential is that the measured response in the response receiver (7) is referred to the phase and amplitude of the incident wave. The simplest is to keep the amplitude of the incident wave as constant as possible, for example by using thermally stabilized sources. Thus, it remains to establish a good reference to the phase of the incident wave. This can be done by connecting the synchronization line (6) between the source (1) and the response receiver (7). This synchronization line will then be able to synchronize all the response receivers with all the sources either by transmitting a trigger signal or by transmitting another periodic signal which temporally marks the phase or start of the reference signal or incident wave.

De moderne kalibreringsalgoritmene som eliminerer alle systematiske målefeil vil også eliminere alle konstante avvik på innfallende bølge fra kilden. Det eneste krav som gjelder er at kildens amplitude og fase er konstant. Hva amplituden og fasen faktisk er trenger ikke å måles og er vanskelig å måle uten feil også. Amplituden blir konstant så lenge kilden er stabil og opererer under stabil temperatur. Fasen blir også konstant under stabil temperatur når den refereres til målt respons i responsmottakeren ved hjelp av synkroniseringslinjen (6). The modern calibration algorithms that eliminate all systematic measurement errors will also eliminate all constant deviations of the incident wave from the source. The only requirement that applies is that the source's amplitude and phase are constant. What the amplitude and phase actually are does not need to be measured and is difficult to measure without error as well. The amplitude remains constant as long as the source is stable and operates under stable temperature. The phase also becomes constant under stable temperature when referenced to the measured response in the response receiver by means of the sync line (6).

Standard error term metodologi kan benyttes av en fagperson for å utøve denne oppfinnelse. Likevel presenteres i Figur 1 delvis nye error termer der de karakteristiske trekk ved denne oppfinnelse tydeligere kommer til uttrykk. Figur 1 viser et eksempel på error termer E for port nummer n i en VNA sammen med konstant kilde signal Knog målt reflektert bølge Bn. Legg merke til at error termene Ei og Es virker i motsatt retning av hva som er normalt sammenlignet med standard error termer for 10- eller 12-term SOLT kalibrering. Innfallende bølge an som kommer fra kilden (1) vil kunne bli modifisert av innfallende bølge error term E|. Mange forskjellige metoder benyttes for å kalibrere en VNA, og mange forskjellige metoder kan også benyttes sammen med denne oppfinnelse. Det vanlige er å måle på kjente eller delvis kjente kalibreringsstandarder for deretter å løse ut et sett av error termer E. En fagperson på området vil vite å benytte disse forskjellige metodene. For eksempel kan 10- eller 12-term kalibrering benyttes eller så kan 7-term kalibrering også benyttes. Legg merke til at det i Figur 1 fremkommer 4 komplekse ukjente parametre som inkluderer 3 error termer og en ukjent kildespenning Kn. For 10- eller 12-term SOLT kalibrering benyttes kilder som i praksis alltid vil bli litt forskjellige og det måles alltid relativt til de litt forskjellige kildespennigene. Men for 2-port 7-term kalibrering eller også for multi-port kalibrering kan det bare måles relativt til den ene av kildene for eksempel ved at kildespenning Ki normaliseres til 1 og de øvrige løses ut som en av de ukjente i tillegg til error termene. Følgelig må 4n-1 ukjente parametre løses ut ved kalibrering av en n-port VNA. Minst 7 målinger må utføres for å løse disse 7 parametre. Ved bruk av Quick-SOLT vil man som kjent gjøre 4 målinger ved bruk av den ene THRU standarden og 3 målinger ved bruk av SHORT, OPEN og LOAD standarden koblet til for eksempel bare den ene porten. Ved bruk av selvkalibrerende metoder som for eksempel TRL innføres flere ukjente fordi standardene har ukjente parametre. I disse tilfellene må flere målinger utføres før de ukjente kan løses ut. Standard error term methodology can be used by one skilled in the art to practice this invention. Nevertheless, partly new error terms are presented in Figure 1 where the characteristic features of this invention are more clearly expressed. Figure 1 shows an example of error terms E for port number n in a VNA together with constant source signal Knog measured reflected wave Bn. Note that the error terms Ei and Es act in the opposite direction to what is normal compared to the standard error terms for 10- or 12-term SOLT calibration. Incident wave an coming from source (1) will be able to be modified by incident wave error term E|. Many different methods are used to calibrate a VNA, and many different methods can also be used with this invention. The usual practice is to measure on known or partially known calibration standards and then solve for a set of error terms E. A specialist in the field will know how to use these different methods. For example, 10- or 12-term calibration can be used or 7-term calibration can also be used. Notice that in Figure 1 there appear 4 complex unknown parameters which include 3 error terms and an unknown source voltage Kn. For 10- or 12-term SOLT calibration, sources are used which in practice will always be slightly different and it is always measured relative to the slightly different source voltages. But for 2-port 7-term calibration or also for multi-port calibration, it can only be measured relative to one of the sources, for example by the source voltage Ki being normalized to 1 and the others solved as one of the unknowns in addition to the error terms . Consequently, 4n-1 unknown parameters must be solved for when calibrating an n-port VNA. At least 7 measurements must be carried out to solve these 7 parameters. When using Quick-SOLT, you will, as you know, make 4 measurements using the one THRU standard and 3 measurements using the SHORT, OPEN and LOAD standard connected to, for example, only one port. When using self-calibrating methods such as TRL, several unknowns are introduced because the standards have unknown parameters. In these cases, several measurements must be carried out before the unknowns can be resolved.

I Figur 2 er det vist et reflektometer. Dette reflektometer benytter en responsmottaker (7) som måler det reflekterte signal fra porten (4) ved hjelp av kobleren (3). Responsmottakeren og kilden (1) er synkronisert med hverandre ved hjelp av et tidssignal på synkroniseringslinjen (6). Dette tidssignal kan for eksempel være et periodisk triggesignal eller klokkesignal som markerer starten på eller fasen av det signal som sendes ut fra kilden (1). Impedansen (8) kan fysisk sett være en del av kilden eller også del av andre komponenter som kan grense til kilden. Det er også fysisk sett mulig at impedansen (8) består av flere mindre impedanser der noen er tett integrert med kilden og andre ikke. Figure 2 shows a reflectometer. This reflectometer uses a response receiver (7) which measures the reflected signal from the port (4) using the coupler (3). The response receiver and the source (1) are synchronized with each other by means of a time signal on the synchronization line (6). This time signal can, for example, be a periodic trigger signal or clock signal which marks the start or phase of the signal sent out from the source (1). The impedance (8) can physically be part of the source or also part of other components that may border the source. It is also physically possible for the impedance (8) to consist of several smaller impedances where some are closely integrated with the source and others are not.

I Figur 3 er 2 reflektometre satt sammen til en dobbel reflektometer VNA. Det er ingen synkroniseringslinje mellom disse to reflektometrene. De opererer derfor med uavhengige klokkekilder som kan ha ulik fase. Likevel kan denne VNA måle absolutt fase når måleobjektet som kobles til de to portene (4) er resiprok. Kildene (1) i hvert reflektometer må sende sine signaler slik at alle responsmottakerne kan separere signalene som kommer fra de to kildene. Dette gjøres normalt ved å la de to kildene ikke sende samtidig, men etter hverandre i tid. Det er imidlertid mulig og noen ganger fordelaktig å la de to kildene sende samtidige men på ortogonale koder eller på forskjellige frekvenser. In Figure 3, 2 reflectometers are combined to form a double reflectometer VNA. There is no sync line between these two reflectometers. They therefore operate with independent clock sources that may have different phases. Nevertheless, this VNA can measure absolute phase when the measurement object connected to the two ports (4) is reciprocal. The sources (1) in each reflectometer must send their signals so that all the response receivers can separate the signals coming from the two sources. This is normally done by having the two sources not transmit simultaneously, but one after the other in time. However, it is possible and sometimes advantageous to have the two sources transmit simultaneously but on orthogonal codes or on different frequencies.

I Figur 4 er 2 reflektometre satt sammen til en dobbel reflektometer VNA. Synkroniseringslinjen (6) er her utvidet slik at de to mottakerne kan måle synkront I forhold til de to kildene (1). Kildene i hvert reflektometer må sende sine signaler slik at de to responsmottakerne (7) kan separere signalene som kommer fra hver av de to kildene. Dette gjøres normalt ved å la de to kildene ikke sende samtidig, men etter hverandre i tid. Det er imidlertid mulig og noen ganger fordelaktig å la de to kildene sende samtidige men på ortogonale koder eller på forskjellige frekvenser. In Figure 4, 2 reflectometers are combined to form a double reflectometer VNA. The synchronization line (6) is here extended so that the two receivers can measure synchronously in relation to the two sources (1). The sources in each reflectometer must send their signals so that the two response receivers (7) can separate the signals coming from each of the two sources. This is normally done by having the two sources not transmit simultaneously, but one after the other in time. However, it is possible and sometimes advantageous to have the two sources transmit simultaneously but on orthogonal codes or on different frequencies.

I Figur 5 er 2 reflektometre satt sammen til en dobbel reflektometer VNA. Synkroniseringslinjen (6) er her utvidet slik at de to mottakerne kan måle synkront I forhold til de to kildene (1). Kildene i hvert reflektometer må sende sine signaler slik at de to responsmottakerne kan separere signalene som kommer fra hver av de to kildene. Dette gjøres normalt ved å la de to kildene ikke sende samtidig, men etter hverandre i tid. Det er imidlertid mulig og noen ganger fordelaktig for eksempel ved måling på ulineære forsterkere å la de to kildene sende samtidige men på ortogonale koder eller forskjellige frekvenser. En kombinert isolator og filter (13) sørger for at den impedans som presenteres til kobleren (3) blir mest mulig konstant uansett om kilden (1) er aktiv eller passiv. Dette medfører også at innfallende bølge error term E| ikke endrer verdi i forhold til om kilden er aktiv eller passiv. I tillegg reduseres muligheten for at det dannes ulineære produkter i kildene. Samtidig blir det her filtrert bort uønskede og typisk høye frekvenser som kan danne foldingsprodukter i responsmottakerne (7). Dette er spesielt nyttig om kilden er digital og bredbåndet. In Figure 5, 2 reflectometers are combined to form a double reflectometer VNA. The synchronization line (6) is here extended so that the two receivers can measure synchronously in relation to the two sources (1). The sources in each reflectometer must send their signals so that the two response receivers can separate the signals coming from each of the two sources. This is normally done by having the two sources not transmit simultaneously, but one after the other in time. However, it is possible and sometimes advantageous, for example when measuring on nonlinear amplifiers, to have the two sources transmit simultaneously but on orthogonal codes or different frequencies. A combined isolator and filter (13) ensures that the impedance presented to the coupler (3) is as constant as possible, regardless of whether the source (1) is active or passive. This also means that the incident wave error term E| does not change value in relation to whether the source is active or passive. In addition, the possibility of non-linear products forming in the sources is reduced. At the same time, unwanted and typically high frequencies that can form folding products in the response receivers are filtered out here (7). This is particularly useful if the source is digital and broadband.

I Figur 6 er 2 reflektometre satt sammen til en dobbel reflektometer VNA. Svitsjen (10) sørger for at en mest mulig stabil impedans presenteres reflektometrene uansett hvilken vei signalet fra kilden (1) kobles. Ved hjelp av svitsjen (10) deler de to reflektometrene kilde (1). In Figure 6, 2 reflectometers are combined to form a double reflectometer VNA. The switch (10) ensures that the most stable impedance is presented to the reflectometers regardless of which way the signal from the source (1) is connected. By means of the switch (10), the two reflectometers share source (1).

I Figur 7 er 2 reflektometre satt sammen til en dobbel reflektometer VNA. Svitsjen (10) sørger for at en mest mulig stabil impedans presenteres reflektometrene uansett hvor signalet fra kilden (1) kobles. Ved hjelp av svitsjen (10) deler de to reflektometrene kilde (1). For å ytterligere sørge for at reflektometrene presenteres en mest mulig konstant impedans er det satt inn to isolatorer (11) i kretsen. Disse reduserer også dannelsen av ulineære signalprodukter i de potensielt ulineære komponentene svitsje og kilde. In Figure 7, 2 reflectometers are combined to form a double reflectometer VNA. The switch (10) ensures that the most stable impedance possible is presented to the reflectometers regardless of where the signal from the source (1) is connected. By means of the switch (10), the two reflectometers share source (1). To further ensure that the reflectometers are presented with as constant an impedance as possible, two insulators (11) have been inserted in the circuit. These also reduce the formation of non-linear signal products in the potentially non-linear components switch and source.

I Figur 8 er 2 reflektometre satt sammen til en dobbel reflektometer VNA. Svitsjen (10) sørger for at en mest mulig stabil impedans presenteres reflektometrene uansett hvor signalet fra kilden (1) kobles. Ved hjelp av svitsjen (10) deler de to reflektometrene kilde (1). For å ytterligere sørge for at reflektometrene presenteres en mest mulig konstant impedans er det satt inn to isolatorer (11) i kretsen. Kilden (1) kan generere forskjellige typer signaler. Noen ganger kan enkle digitale kilder generere frekvenser som kan gi opphav til foldingsprodukter i mottakerne (7). For å undertrykke slike foldingsprodukter kan utombånds frekvenser filtreres bort med et filter (12). In Figure 8, 2 reflectometers are combined to form a double reflectometer VNA. The switch (10) ensures that the most stable impedance possible is presented to the reflectometers regardless of where the signal from the source (1) is connected. By means of the switch (10), the two reflectometers share source (1). To further ensure that the reflectometers are presented with as constant an impedance as possible, two insulators (11) have been inserted in the circuit. The source (1) can generate different types of signals. Sometimes simple digital sources can generate frequencies that can give rise to folding products in the receivers (7). To suppress such folding products, out-of-band frequencies can be filtered out with a filter (12).

Figur 9 viser n reflektometer satt sammen til å danne en n-port VNA. Et felles eksitasjonssignal genereres av kilde (1) og en felles klokkereferanse kan distribueres langs (6). Svitsjen (10) sørger for at en mest mulig stabil impedans presenteres reflektometrene uansett hvor signalet fra kilden (1) kobles. I tillegg er det satt inn isolatorer (11) for å stabilisere impedansen ytterligere og for å hindre dannelsen av ulineære signalprodukter. Kilden (1) kan generere forskjellige typer signaler. Noen ganger kan enkle digitale kilder generere frekvenser som kan gi opphav til foldingsprodukter i mottakerne (7). For å undertrykke slike foldingsprodukter kan utombånds frekvenser filtreres bort med et filter (12). Figure 9 shows n reflectometers assembled to form an n-port VNA. A common excitation signal is generated by source (1) and a common clock reference can be distributed along (6). The switch (10) ensures that the most stable impedance possible is presented to the reflectometers regardless of where the signal from the source (1) is connected. In addition, insulators (11) have been inserted to further stabilize the impedance and to prevent the formation of non-linear signal products. The source (1) can generate different types of signals. Sometimes simple digital sources can generate frequencies that can give rise to folding products in the receivers (7). To suppress such folding products, out-of-band frequencies can be filtered out with a filter (12).

Claims

1. Reflectometer for vector network analyzer comprising signal source (1), impedance (8), connector (3), cable (9), measurement port (4), and response receiver (7), where the reflectometer is arranged so that a signal from the signal source (1 ) can essentially flow through the impedance (8), through the coupler (3), further through the cable (9) and out of the measurement port (4), and that reflected signals from the measurement port (4) are led via the coupler (3) to the response receiver (7) ), and where said reflectometer is characterized in that a clock synchronization line (6) is connected between the response receiver (7) and the source (1), and where the response receiver (7) and the source (1) are synchronized using said clock synchronization line (6).

2. Reflectometer according to claim 1, further comprising a filter (12) arranged between the source (1) and the response receiver (7) to filter out frequencies that can give rise to folding products.

3. Reflectometer according to claim 1 or 2, further comprising an isolator (11) arranged between the source (1) and the coupler (3) to contribute to the reflectometer being presented with the most possible constant impedance and to stabilize the source signal.

4. Reflectometer according to claim 3, where the insulator (11) consists of a damping element, a circulator or a directional coupler.

5. Vector network analyzer, where the vector network analyzer comprises 2 or more reflectometers according to one of the above claims.

6. Vector network analyzer according to claim 5, where the sources (1) either do not transmit simultaneously or with orthogonal signals or on different frequencies, so that the signals can be separated by the response receivers (7).

7. Vector network analyzer according to one of claims 5 to 6, where at least 2 reflectometers are synchronized with each other using the clock synchronization line (6) between them.

8. Vector network analyzer according to claim 6, where the reflectometers are not synchronized with each other using the clock synchronization line (6) between them, but where the vector network analyzer can still measure absolute phase provided that the measurement object connected to the ports (4) is reciprocal.

9. Vector network analyzer according to one of claims 5 to 8, comprising a switch (10), where the switch (10) is arranged so that at least 2 reflectometers can share a source (1).