DE10116388A1 - Calibration method for vectorial network analyzer uses calibration circuits each provided by line element and symmetrical reciprocal obstacle network - Google Patents

Abstract

The dual-condition-multiple-N calibration method uses 4,5, or 6 calibration circuits, each having a line element (1) of unknown length and a different symmetrical reciprocal obstacle network (2-5), connected one after the other in either order and provided as passive stripline circuits. The calibration circuits are contacted one after the other via switches for the calibration measurement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung vektorieller 4-Messstellen-Netzwerk­ analysatoren laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a method for the calibration of vector 4-point network analyzers according to the preamble of the main claim.

Netzwerkanalysatoren zur Vermessung hochfrequenter Streuparameter von Ein- und Zwei­ toren weisen Systemfehler, wie etwa fehlangepasste Messtore, unvollkommene Richtkopp­ ler und frequenzabhängige nichtideale Mischer und Verstärker auf. Zur Bestimmung der systemfehlerkorrigierten Streuparameter eines Messobjektes ist es erforderlich, die Sy­ stemfehler in einem Fehlermodell zu erfassen und die Fehlerparameter im Rahmen einer Kalibrierung zu bestimmen. In Abb. (1) ist ein für den 4-Messstellen-Netzwerkanaly­ sator bekanntes Blockschaltbild gemäß dem sogenannten 7-Term-Modell dargestellt. Das Blockschaltbild besteht aus der Hintereinanderschaltung der beiden Fehlerzweitore G und H zur Erfassung der Systemfehler sowie dem Messobjektzweitor (MO), [1]. Die mit m₁ bis m₄ bezeichneten Messgrößen, sind den auf die Messstellen zulaufenden Wellen pro­ portional. Die Größen a₁, a₂, b₁ und b₂ entsprechen den von den Systemfehlern befreiten Wellengrößen am Messobjekt, die mit den gesuchten Messobjektstreuparametern wie folgt zusammenhängen:
Network analyzers for measuring high-frequency scattering parameters of one and two gates have system errors, such as mismatched measuring gates, imperfect directional couplers and frequency-dependent non-ideal mixers and amplifiers. To determine the system error-corrected scattering parameters of a measurement object, it is necessary to record the system errors in an error model and to determine the error parameters as part of a calibration. Fig. (1) shows a block diagram known for the 4-measuring point network analyzer according to the so-called 7-term model. The block diagram consists of the series connection of the two fault gates G and H for recording the system faults as well as the measurement object gate (MO), [1]. The measured variables labeled m ₁ to m ₄ are proportional to the waves approaching the measuring points. The values a ₁ , a ₂ , b ₁ and b ₂ correspond to the wave sizes on the measurement object which have been freed from the system errors and which are related to the measurement object scattering parameters as follows:

Bei der Kalibrierung des Netzwerkanalysators lassen sich die unbekannten Fehlerzweito­ re G und H nur bis auf einen Vorfaktor bestimmen, so dass ein Fehlerzweitorparame­ ter frei gewählt werden kann, wie beispielsweise H₂₂ = 1. Damit sind im Rahmen der Kalibrierung sieben unbekannte Fehlerzweitorparameter zu berechnen, was sich in der Bezeichnung als 7-Term-Modell wiederspiegelt. Neben Kalibrierverfahren mit vollständig bekannten Kalibrierstandards existieren die sogenannten Selbstkalibrierverfahren mit teil­ weise unbekannten Standards. Bei den Selbstkalibrierverfahren werden zusätzlich zu den Fehlerzweitoren G und H die unbekannten Parameter der Kalibrierstandards im Rahmen einer Selbstkalibrierung bestimmt.When calibrating the network analyzer, the unknown error second G and H can only be determined down to a prefactor, so that a second error parameter can be freely selected, such as H ₂₂ = 1. This means that seven unknown error second parameters can be calculated as part of the calibration. which is reflected in the designation as a 7-term model. In addition to calibration methods with fully known calibration standards, there are so-called self-calibration methods with partly unknown standards. In the self-calibration procedure, in addition to the error secondors G and H, the unknown parameters of the calibration standards are determined as part of a self-calibration.

Zu den Selbstkalibrierverfahren zählt das TRL-Verfahren, [2] [3]. Dabei steht T (engl. Through) für eine Durchverbindung, R (engl. Reflect) für einen Reflexionsstandard und L (engl. Line) für eine Leitung mit einer bestimmten Differenzlänge bezogen auf die Durch­ verbindung. Zur Durchführung der Systemfehlerkorrektur ist die Vermessung der drei Ka­ librierschaltungen erforderlich. Aufgrund der unterschiedlichen Längen der Kalibrierschal­ tungen ist es allerdings nötig, die Messkabel während der Kalibrierung zu verschieben. Das wirkt sich nachteilig auf die Messgenauigkeit aus, da die Messanordnung bezüglich der Phasenmessgenauigkeit empfindlich gegen derartige Verschiebungen ist. Insbesondere erhöhen sich dadurch die Anforderungen an die Phasenstabilität der Messkabel und die Komplexität der Messvorrichtung nimmt zu.The TRL method is one of the self-calibration methods, [2] [3]. T stands for  Through) for a through connection, R for a reflection standard and L (Engl. Line) for a line with a certain difference in length based on the Durch connection. To carry out the system error correction, the three Ka calibration circuits required. Due to the different lengths of the calibration scarf However, it is necessary to move the measuring cables during calibration. This has a disadvantageous effect on the measuring accuracy, since the measuring arrangement regarding the phase measurement accuracy is sensitive to such shifts. In particular this increases the requirements for the phase stability of the measuring cables and the The complexity of the measuring device increases.

Ein weiteres bekanntes Selbstkalibrierverfahren für die Kalibrierung von Netzwerkanaly­ satoren stellt das Multiple-N-Verfahren dar, [4]. Dieses Verfahren basiert auf der Vermes­ sung von drei Kalibrierschaltungen, die aus jeweils zwei Leitungselementen unbekannter elektrischer Länge und bis zu drei identischen, unbekannten, symmetrischen, reziproken Obstakel-Netzwerken aufgebaut sind. Da die Kalibrierschaltungen bei dem Multiple-N- Verfahren die gleiche Länge aufweisen, kommt dieses Verfahren ohne die Verschiebung der Messkabel aus.Another well-known self-calibration procedure for the calibration of network analysis sator is the multiple-N method, [4]. This procedure is based on the Vermes solution of three calibration circuits, each consisting of two line elements unknown electrical length and up to three identical, unknown, symmetrical, reciprocal Obstacle networks are established. Since the calibration circuits in the multiple-N Procedures have the same length, this procedure comes without the shift of Measuring cable.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei der Kalibrierung des Netzwerkanalysators die Messanordnung mit den Messkabeln in ihrer Position nicht zu verschieben, den Platzbedarf der Kalibrierschaltungen zu minimieren und ein robustes Kalibrierverfahren zu realisieren.The invention specified in claim 1 is based on the problem in which Calibration of the network analyzer with the measurement setup with the measurement cables in their Not to move position, to minimize the space requirement of the calibration circuits and to implement a robust calibration method.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Vermessung von sechs Kalibrierschal­ tungen, die aus jeweils einem Leitungselement unbekannter elektrischer Länge und bis zu zwei unbekannten, voneinander verschiedenen, symmetrischen, reziproken Obstakel- Netzwerken aufgebaut sind, die beispielsweise ätztechnisch auf der Basis von Mikro­ streifenleitungsschaltungen realisiert sind. Die Obstakel-Netzwerke können an den beiden Obstakelpositionen je zwei unterschiedliche Zustände annehmen beziehungsweise als zwei unterschiedliche Streifenleitungsstrukturen realisiert sein. Die mit der Erfindung erziel­ ten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Kalibrierschaltungen die gleiche Länge aufweisen. Damit ist eine Veränderung des Abstandes zwischen den Kontaktierungsan­ schlüssen und eine Verschiebung der Messkabel während der Kalibrierung nicht erforder­ lich, wodurch sich die Anforderungen an die Komplexität der Messvorrichtung reduzieren. The method according to the invention is based on the measurement of six calibration scarves lines, each consisting of a line element of unknown electrical length and up to two unknown, different, symmetrical, reciprocal obstacle Networks are set up, for example, on the basis of etching technology based on micro Stripline circuits are realized. The Obstacle Networks can be on the two Obstacle positions assume two different states or as two different stripline structures can be realized. The achieved with the invention The main advantages are that the calibration circuits have the same length exhibit. This changes the distance between the contacts close and it is not necessary to move the measuring cable during calibration Lich, which reduces the complexity requirements of the measuring device.  

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass nur ein Leitungselement zwischen den beiden Obstakelpositionen benötigt wird, womit der Platzbedarf der einzelnen Schal­ tungen gering ist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Obstakel-Netzwerke auf den beiden Obstakelpositionen nicht identisch sein müssen. Dadurch vereinfacht sich die Realisierung der Obstakel und die Fehlereinflüsse durch mögliche Ungleichheiten der Obstakel auf den unterschiedlichen Obstakelpositionen werden eliminiert.Another advantage of the invention is that only one line element between the two fruit knife positions is required, which means that the space required for the individual scarf is low. The process is characterized by the fact that the orchard networks do not have to be identical on the two fruit knife positions. This simplifies the realization of the obstacle and the influences of errors due to possible inequalities of the Fruit stains on the different fruit knife positions are eliminated.

Die Variante im Patentanspruch 2 geht davon aus, dass ein Obstakelzustand bei beiden Obstakelpositionen identisch ist, während der andere Obstakelzustand auf beiden Posi­ tionen verschieden ist.The variant in claim 2 assumes that an obstacle condition in both Obstacle positions are identical, while the other obstacle condition is the same on both positions tion is different.

Die Variante im Patentanspruch 3 geht zudem davon aus, dass die beiden Obstakel­ zustände auf den beiden Obstakelpositionen identisch sind und die Bestimmung der un­ bekannten Leitungs- und Obstakelparameter auf der Basis von vier oder fünf Kalibrier­ schaltungen erfolgt.The variant in claim 3 also assumes that the two obstacles conditions on the two fruit knife positions are identical and the determination of the un known line and fruit knife parameters on the basis of four or five calibration circuits.

Die Variante im Patentanspruch 4 basiert darauf, dass die elektrische Länge des Leitungs­ elementes bereits bekannt ist und somit im Rahmen der Selbstkalibrierung nicht mehr zu bestimmen ist.The variant in claim 4 is based on the fact that the electrical length of the line element is already known and therefore no longer within the scope of the self-calibration determine is.

Die Variante im Patentanspruch 5 ermöglicht die Automatisierung der Kalibrierung durch die Zuschaltung der Obstakelnetzwerke mit Hilfe mechanischer oder elektromechanischer Schalter.The variant in claim 5 enables automation of the calibration by the connection of the orchard networks with the help of mechanical or electromechanical Switch.

Die Ausgestaltung der Erfindung im Patentanspruch 6 verwirklicht die Automatisierung der Kalibrierung mit Hilfe elektronischer Schalter.The embodiment of the invention in claim 6 realizes automation calibration using electronic switches.

Die Variante im Patentanspruch 7 betrifft die Bestimmung des Leitungsparameters γ bei Kenntnis der Leitungslänge l, sowie die damit verbundene Möglichkeit, die komplexe Permittivität ∈ oder Permeabilität µ zu bestimmen. Das Verfahren eignet sich damit bei­ spielsweise auch zur Durchführung von Materialfeuchtemessungen.The variant in claim 7 relates to the determination of the line parameter γ with knowledge of the line length l, as well as the associated possibility, the complex Determine permittivity ∈ or permeability µ. The method is therefore suitable for for example also for carrying out material moisture measurements.

In der Variante im Patentanspruch 8 wird darüber hinausgehend die Hintereinanderschal­ tung mehrerer schaltbarer Obstakelnetzwerke und Leitungselemente vorgestellt. Diese Art der Anordnung ermöglicht, die Leitungsparameter sowie die komplexe Permittivität ∈, Permeabilität µ und damit beispielsweise auch die Materialfeuchte ortsaufgelöst durch Auswahl aufeinanderfolgender Obstakelnetzwerke zu bestimmen.In the variant in claim 8, the series scarf is also going device of several switchable fruit knife networks and line elements. This kind the arrangement enables the line parameters and the complex permittivity ivität, Permeability µ and thus, for example, the material moisture due to its location To determine the selection of successive orchard networks.

Die Variante im Patentanspruch 9 betrifft die Möglichkeit, anstelle von Streifenleitungen andere Leitungen zu verwenden, wie beispielsweise Koplanarleitungen, Schlitzleitungen, Hohlleitungen oder dielektrische Leitungen.The variant in claim 9 relates to the possibility instead of strip lines  to use other lines, such as coplanar lines, slot lines, Hollow lines or dielectric lines.

Die Variante im Patentanspruch 10 geht auf die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Übertragung hochfrequenter Signale in Medien, in denen elektroma­ gnetische Wellen ausbreitungsfähig sind, wie etwa dem Freiraum, ein, wobei die Obstakel­ netzwerke in Form von beispielsweise dielektrischen Platten zugeschaltet oder zugeführt werden. Die Platten können aber auch isotrope magnetische Eigenschaften aufweisen oder aus faser-, auch metallfaser- verstärkten Verbundwerkstoffen bestehen.The variant in claim 10 goes to the applicability of the invention Procedure for the transmission of high-frequency signals in media in which elektroma Magnetic waves are capable of spreading, such as the free space, with the obstacle networks connected or supplied in the form of, for example, dielectric plates become. However, the plates can also have isotropic magnetic properties or consist of fiber reinforced, also metal fiber reinforced composite materials.

Die Variante im Patentanspruch 11 geht von der Variante des 10. Patentanspruches aus, wobei es genau zwei voneinander unterscheidbare Obstakel in Form von dielektrischen Platten gibt, die in ihrer Position verändert und zugeschaltet oder zugeführt werden können. Damit lassen sich der Aufwand und die Fehlereinflüsse bei der Vermessung im Freiraum reduzieren.The variant in claim 11 is based on the variant of the 10th claim, where there are exactly two distinguishable obstacles in the form of dielectric There are plates that are changed in their position and switched on or fed can. This allows the effort and the error influences during the measurement in the Reduce free space.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. In Abb. (2) sind sämtliche möglichen Kalibrierschaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Eine Kalibrierschaltung besteht jeweils aus der Hintereinander­ schaltung von einem Leitungselement 1 der physikalischen Länge l mit der unbekannten Transmissionsmatrix L:
The invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings. In Fig. (2) all possible calibration circuits of the method according to the invention are shown. A calibration circuit consists in each case of a series connection of a line element 1 of physical length l with the unknown transmission matrix L:

und symmetrischen, reziproken Obstakel-Netzwerken 2-5 mit den unbekannten Transmis­ sionsmatrizen A₁, B₁ für die erste Obstakelposition und A₂, B₂ für die zweite Obstakel­ position. Dabei kann A₁ exemplarisch angegeben werden zu
and symmetrical, reciprocal fruit knife networks 2-5 with the unknown transmission matrices A ₁ , B ₁ for the first fruit knife position and A ₂ , B ₂ for the second fruit knife position. A ₁ can be given as an example

Mit der geforderten Reziprozitäts- und Symmetrieeigenschaft der Obstakel gilt damit beispielhaft für die Obstakelparameter von A₁:
With the required reciprocity and symmetry property of the fruit sliced, the following applies to the fruit slicing parameters of A ₁ as an example:

a_1,11a_1,22 - a_1,12a_1,21 = 1 (Reziprozität) (4)
a _1.11 a _1.22 - a _1.12 a _1.21 = 1 (reciprocity) (4)

a_1,21 = -a_1,21 (Symmetrie). (5)
a _1.21 = -a _1.21 (symmetry). (5)

Im Rahmen der Selbstkalibrierung werden die unbekannten Kalibrierschaltungsparameter mit Hilfe des 2-Zustands-Multiple-N-Verfahrens bestimmt.As part of the self-calibration, the unknown calibration circuit parameters determined using the 2-state multiple-N method.

Hierzu wird zunächst die Variante gemäß des 3. Patentanspruches betrachtet, bei der davon ausgegangen wird, dass jede Obstakelposition zwei voneinander unterscheidbare Obstakelzustände aufweist, die an beiden Obstakelpositionen identisch sind. Damit gilt für die Kalbrierschaltungen aus Abb. (2):
For this purpose, the variant according to claim 3 is first considered, in which it is assumed that each fruit slicing position has two different fruit slicing states which are identical at both fruit slicing positions. The following applies to the calibration circuits from Fig. (2):

A₁ = A₂ = A (6)
A ₁ = A ₂ = A (6)

B₁ = B₂ = B. (7)B ₁ = B ₂ = B. (7)

Zur Bestimmung der Kalibrierschaltungsparameter wird die Kaskadierung der Fehlerzwei­ tore und der Kalibrierschaltungen in einer Transmissionsmatrixschreibweise mit der Trans­ missionsmatrix P_i, i = 0, . . ., 7, für die Gesamtanordnung und den Transmissionsmatrizen G und H für die Fehlerzweitore wie folgt geschrieben:
P₀ = G^-1LH
P₁ = G^-1LAH
P₂ = G^-1LBH
P₃ = G^-1ALH
P₄ = G^-1BLH
P₅ = G^-1ALAH
P₆ = G^-1BLBH
P₇ = G^-1ALBH
P₈ = G^-1BLAH (8)To determine the calibration circuit parameters, the cascading of the fault two gates and the calibration circuits is carried out in a transmission matrix notation with the transmission matrix P _i , i = 0,. , ., 7, for the overall arrangement and the transmission matrices G and H for the second fault gates are written as follows:
P ₀ = G ^-1 LH
P ₁ = G ^-1 LAH
P ₂ = G ^-1 LBH
P ₃ = G ^-1 ALH
P ₄ = G ^-1 BLH
P ₅ = G ^-1 ALAH
P ₆ = G ^-1 BLBH
P ₇ = G ^-1 ALBH
P ₈ = G ^-1 BLAH (8)

Zur Berechnung der unbekannten Leitungs- und Obstakelparameter existieren unter­ schiedliche Lösungstypen, bei denen mindestens vier Kalibrierschaltungen miteinander kombiniert werden müssen. Dabei zeichnen sich insbesondere drei Lösungswege aufgrund ihrer effizienten Berechnungsvorschriften besonders aus. Eine Auswahl von Kalibrierschal­ tungskombination für den ersten Lösungstyp bei identischen Obstakeln an den beiden Obstakelpositionen ist in Abb. (3) dargestellt. Dabei benötigen die beiden ersten Strukturen jeweils vier Kalibrierschaltungen, während die 3. Struktur auf der Vermes­ sung von fünf Schaltungen basiert. Nicht abgebildet sind die durch Vertauschung von A und B realisierbaren Anordnungen. Außerdem wurde auf die Darstellung der spiegelsym­ metrischen Anordnungen verzichtet. Die unbekannten Fehlerzweitore G und H werden in der Berechnung eliminiert, indem die Spurgleichungen aus dem Produkt der Transmissi­ onsmatrizen zweier Schaltungen gebildet werden. Dabei ist die Transmissionsmatrix einer Schaltung zu invertieren. Unter Ausnutzung der Ähnlichkeitstransformation der Spur ei­ ner quadratischen Matrix M:
There are different types of solutions for calculating the unknown line and obstacle parameters, in which at least four calibration circuits must be combined. In particular, there are three possible solutions due to their efficient calculation rules. A selection of calibration circuit combinations for the first solution type with identical fruit stains at the two fruit knife positions is shown in Fig. (3). The first two structures each require four calibration circuits, while the third structure is based on the measurement of five circuits. The arrangements that can be achieved by interchanging A and B are not shown. In addition, the representation of the mirror-symmetrical arrangements was dispensed with. The unknown error second gates G and H are eliminated in the calculation by forming the track equations from the product of the transmission matrices of two circuits. The transmission matrix of a circuit must be inverted. Taking advantage of the similarity transformation of the trace of a square matrix M:

spur{X^-1MX} = spur(M) (9)
trace {X ^-1 MX} = trace (M) (9)

erhält man für die erste Struktur in Abbildung (3):
for the first structure in Figure (3):

spur{P₂P₁ ^-1} = spur{G^-1LBH(G^-1LAH)^-1} = spur{G^-1LBHH^-1A^-1L^-1G} = spur{BA^-1} = spur{AB^-1} = γ_ab (10)
trace {P ₂ P ₁ ^-1 } = trace {G ^-1 LBH (G ^-1 LAH) ^-1 } = trace {G ^-1 LBHH ^-1 A ^-1 L ^-1 G} = trace {BA ^-1 } = trace {AB ^-1 } = γ _ab (10)

spur{P₅P₁ ^-1} = spur{A} = γ_a (11)
trace {P ₅ P ₁ ^-1 } = trace {A} = γ _a (11)

spur{P₆P₁ ^-1} = spur{BLBA^-1L^-1} = γ_2ba (12)
trace {P ₆ P ₁ ^-1 } = trace {BLBA ^-1 L ^-1 } = γ _2ba (12)

spur{P₅P₂ ^-1} = spur{ALAB^-1L^-1} = γ_2ab (13)
trace {P ₅ P ₂ ^-1 } = trace {ALAB ^-1 L ^-1 } = γ _2ab (13)

spur{P₆P₁ ^-1} = spur{B} = γ_b (14)
trace {P ₆ P ₁ ^-1 } = trace {B} = γ _b (14)

spur{P₆P₅ ^-1} = spur{ALAB^-1L^-1B^-1} = γ_2a2b (15)trace {P ₆ P ₅ ^-1 } = trace {ALAB ^-1 L ^-1 B ^-1 } = γ _2a2b (15)

Die γ-Größen ergeben sich aus Messwerten. Die Gleichungen (12), (13) und (15) zusam­ men mit den Spurgrößen spur{A}, spur{B} und spur{AB^-1} aus (11), (14), (10) lassen sich in Abhängigkeit der Spurgrößen spur{L}, spur{AL} und spur{BL} umformen. Da­ zu werden die folgenden Zusammenhänge für quadratische, symmetrische, reziproke 2 × 2 Transmissionsmatrizen T₁, T₂, . . ., T₄ benötigt:
The γ quantities result from measured values. The equations (12), (13) and (15) together with the track sizes spur {A}, spur {B} and spur {AB ^-1 } from (11), (14), (10) can be interdependent the track sizes spur {L}, spur {AL} and spur {BL}. Since the following relationships for square, symmetrical, reciprocal 2 × 2 transmission matrices T ₁ , T _2,. , ., T ₄ requires:

beziehungsweise bei T_n für beliebige n
für n gerade:
or at T _n for any n
for n straight:

für n ungerade:
for n odd:

Damit lassen sich die Gleichungen (12), (13) und (15) umschreiben in:
Equations (12), (13) and (15) can be rewritten as:

Die Umformung dieses Gleichungssystems führt auf quadratische Lösungen für die Spur­ größen spur{AL}, spur{BL} und spur{L}. Die unbekannten Leitungs- und Obstakelpa­ rameter können damit wie folgt bestimmt werden:
The transformation of this system of equations leads to quadratic solutions for the track sizes spur {AL}, spur {BL} and spur {L}. The unknown line and fruit knife parameters can thus be determined as follows:

b₁₂ = ± (32)
b ₁₂ = ± (32)

b₂₁ = -b₁₂. (33)
b ₂₁ = -b ₁₂ . (33)

Um die jeweils richtige Vorzeichenentscheidung treffen zu können, sind wie bei den be­ kannten Selbstkalibrierverfahren Informationen über die ungefähren geometrischen Ab­ messungen der Kalibrierschaltungen erforderlich.In order to be able to make the right sign decision, as with the be knew self-calibration procedures information about the approximate geometric Ab measurements of the calibration circuits required.

Die Kalibrierschaltungskombinationen für den 2. Lösungstyp bei identischen Obstakeln A und B auf den beiden Obstakelpositionen sind in Abb. (4) dargestellt. Es wurde auf die Darstellung der jeweils spiegelsymmetrischen Anordnungen verzichtet. Die Kom­ bination von jeweils zwei Kalibrierschaltungen führt am Beispiel der 1. Struktur auf die folgenden Spurgleichungen:
The calibration circuit combinations for the 2nd type of solution with identical fruit acorns A and B on the two fruit knife positions are shown in Fig. (4). The respective mirror-symmetrical arrangements have not been shown. The combination of two calibration circuits leads to the following track equations using the example of the 1st structure:

spur{P₇P₂ ^-1} = spur{A} = γ_a (34)
trace {P ₇ P ₂ ^-1 } = trace {A} = γ _a (34)

spur{P₂P₀ ^-1} = spur{B} = γ_b (35)
trace {P ₂ P ₀ ^-1 } = trace {B} = γ _b (35)

spur{P₇P₅ ^-1} = spur{AB^-1} = γ_ab (36)
trace {P ₇ P ₅ ^-1 } = trace {AB ^-1 } = γ _ab (36)

spur{P₅P₀ ^-1} = spur{ALAL^-1} = _2al (37)
trace {P ₅ P ₀ ^-1 } = trace {ALAL ^-1 } = _2al (37)

spur{P₇P₀ ^-1} = spur{ALBL^-1} = _abl (38)
trace {P ₇ P ₀ ^-1 } = trace {ALBL ^-1 } = _abl (38)

spur{P₅P₂ ^-1} = spur{ALAB^-1L^-1} = γ_2ab (39)trace {P ₅ P ₂ ^-1 } = trace {ALAB ^-1 L ^-1 } = γ _2ab (39)

Mit wird die Invertierung der Matrixelemente berücksichtigt. Die Spurgrößen aus Glei­ chung (37) und (38) lassen sich umschreiben in:
With the inversion of the matrix elements is taken into account. The track sizes from equation (37) and (38) can be described as:

und zusammen mit γ_a, γ_b und γ_ab in Abhängigkeit der Größen spur{AL}, spur{BL} und spur{L} umformen.and together with γ _a , γ _b and γ _ab depending on the sizes spur {AL}, spur {BL} and spur {L}.

Mit γ_2ab aus Gleichung (22) liefert dieses Gleichungssystem ebenfalls quadratische Lösun­ gen für spur{AL}, spur{BL} und spur{L}, aus denen sich die unbekannten Obstakel- und Leitungsparameter gemäß den Gleichungen (24) bis (33) bestimmen lassen. Durch Vertauschen der Obstakel A und B aus Abbildung (4) erhält man anstelle der Gleichungen (40) und (39) die Gleichungen γ_2bl = spur{BLB^-1L^-1} und γ_2ba = spur{BLBA^-1L^-1}. Die Lösung verläuft in entsprechender Weise zu der zuvor beschriebenen Vorgehensweise und wird deshalb mit zu dem 2. Lösungstyp gezählt. Bemerkenswert bei diesem Lösungs­ typ ist, dass ein Obstakel, in der Abb. (4) das Obstakel B, jeweils nur an einer Position der Kalibrieranordnungen auftritt.With γ _2ab from equation (22) this system of equations also supplies quadratic solutions for spur {AL}, spur {BL} and spur {L}, from which the unknown obstacle and conduction parameters according to equations (24) to (33) let determine. By swapping the fruit A and B from Figure (4), the equations γ _2bl = spur {BLB ^-1 L ^-1 } and γ _2ba = spur {BLBA ^-1 L ^-1 are obtained instead of equations (40) and (39) }. The solution proceeds in a manner corresponding to the procedure described above and is therefore included in the second type of solution. It is remarkable with this type of solution that an obstacle, in Fig. (4) the obstacle B, only occurs at one position of the calibration arrangements.

Es existieren weitere Lösungstypen für die Anordnung mit identischen Obstakeln auf den beiden Obstakelpositionen, bei denen vier beziehungsweise fünf Kalibrierschaltun­ gen miteinander kombiniert werden. Diese Kombinationen führen einerseits auf Lösungen höheren Grades in den Spurgrößen spur{AL} und spur{BL} sowie andererseits auf Kom­ binationen der obigen Lösungswege, so dass die beiden zuvor beschriebenen Lösungswege zu bevorzugen sind. Anordnungen von fünf Kalibrierschaltungen, die zur Lösung nicht geeignet sind, besitzen eine der folgenden Eigenschaften:
There are other types of solutions for the arrangement with identical obstacles on the two obstacle positions, in which four or five calibration circuits are combined with one another. These combinations lead on the one hand to solutions of a higher degree in the track sizes spur {AL} and spur {BL} and on the other hand to combinations of the above solutions, so that the two previously described solutions are preferred. Arrangements of five calibration circuits that are not suitable for the solution have one of the following properties:

• - ein Obstakelzustand tritt nur in einer Kalibrierschaltung und zwar zugleich an den beiden Obstakelpositionen auf,- An obstacle condition only occurs in a calibration circuit and at the same time to the two fruit knife positions on,
• - bei den Kalibrierschaltungen sind immer beide Obstakelpositionen mit einem Obsta­ kelzustand besetzt beziehungsweise nicht besetzt,- In the calibration circuits, both fruit knife positions are always with one obsta occupied or not occupied,
• - bei einer Kalibrierschaltung befindet sich auf den beiden Obstakelpositionen der jeweils gleiche Obstakelzustand, während bei allen übrigen Kalibrierschaltungen ge­ nau eine Obstakelposition mit einem Obstakelzustand besetzt ist.- With a calibration circuit, the two fruit knife positions are the the same obstacle condition, while in all other calibration circuits ge nau a fruit knife position is occupied with a fruit knife state.

Für die in Abbildung (4) dargestellte 3. und 4. Struktur existiert ein weiterer Lösungsweg, der bereits mit 4 Kalibrierschaltungen auskommt. Die zwei resultierenden Anordnungen sind in Abb. (5) aufgeführt, wobei auf die Darstellung der durch Vertauschung von A und B entstehenden Kombinationen verzichtet wurde. Der Berechnungsweg unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen dadurch, dass die Matrizenschreibweise der Spurglei­ chungen in eine Parameterschreibweise aufgelöst wird. Für die 1. Struktur aus Abb. (5) ergeben sich die folgenden Gleichungen:
There is another solution for the 3rd and 4th structure shown in Figure (4), which already requires 4 calibration circuits. The two resulting arrangements are shown in Fig. (5), and the combination of A and B is not shown. The calculation method differs from the ones described above in that the matrix notation of the track equations is broken down into a parameter notation. The following equations result for the 1st structure from Fig. (5):

spur{P₁P₀ ^-1} = spur{A} = γ_a (44)
trace {P ₁ P ₀ ^-1 } = trace {A} = γ _a (44)

spur{P₂P₀ ^-1} = spur{B} = γ_b (45)
trace {P ₂ P ₀ ^-1 } = trace {B} = γ _b (45)

spur{P₂P₁ ^-1} = spur{AB^-1} = γ_ab (46)
trace {P ₂ P ₁ ^-1 } = trace {AB ^-1 } = γ _ab (46)

spur{P₃P₁ ^-1} = spur{ALA^-1L^-1} = γ_al (47)
trace {P ₃ P ₁ ^-1 } = trace {ALA ^-1 L ^-1 } = γ _al (47)

spur{P₃P₂ ^-1} = spur{ALB^-1L^-1} = γ_abl, (48)
trace {P ₃ P ₂ ^-1 } = trace {ALB ^-1 L ^-1 } = γ _abl , (48)

die sich mit
who deal with

sowie Gleichung (2) wie folgt auflösen lassen:
and solve equation (2) as follows:

Zusammen mit den Reziprozitäts- und Symmetrieeigenschaften der Obstakel gemäß den Gleichungen (4) und (5) erhält man ein lineares Gleichungssystem, das sich nach den un­ bekannten Obstakel- und Leitungsparametern auflösen läßt. Für den Obstakelparameter a₁₁ ergibt sich die folgende quadratische Gleichung:
Together with the reciprocity and symmetry properties of the obstacles according to equations (4) and (5), a linear system of equations is obtained, which can be solved according to the unknown obstacle and conduction parameters. The following quadratic equation results for the fruit knife parameter a ₁₁ :

mit
With

und der Hilfsvariablen h₁ mit
and the auxiliary variable h ₁ with

Die übrigen Parameter lassen sich mit den folgenden Zusammenhängen bestimmen:
The other parameters can be determined using the following relationships:

Für diesen Berechnungsweg, gekennzeichnet durch das Auflösen der Spurgleichungen in eine Parameterdarstellung, existieren weitere Kombinationen von jeweils vier Kalibrier­ schaltungen, die auf kompliziertere Gleichungssysteme in den unbekannten Parametern führen. Auf deren Darstellung wird hier verzichtet. Kombinationen von jeweils vier Kali­ brierschaltungen, die nicht zur Bestimmung der Obstakel- und Leitungsparameter geeig­ net sind, besitzen unter anderem eine der folgenden Eigenschaften. Es handelt sich um Kalibrieranordnungen, bei denen
For this calculation method, characterized by resolving the track equations into a parameter representation, there are further combinations of four calibration circuits each, which lead to more complicated systems of equations in the unknown parameters. This is not shown here. Combinations of four calibration circuits each, which are not suitable for determining the fruit knife and line parameters, have, among other things, one of the following properties. These are calibration arrangements in which

• - nur ein Obstakelzustand in den vier Kalibrierschaltungen auftritt,- only one obstacle condition occurs in the four calibration circuits,
• - in jeder Kalibrierschaltung genau eine Obstakelposition mit einem Obstakelzustand besetzt ist,- In each calibration circuit exactly one fruit knife position with one fruit knife state is busy
• - ein Obstakelzustand nur in einer Kalibrierschaltung und zwar zugleich an den beiden Obstakelpositionen auftritt,- An obstacle condition only in one calibration circuit and at the same time on the two Obstacle positions occurs
• - immer beide Obstakelpositionen mit einem Obstakelzustand besetzt beziehungsweise nicht besetzt sind.- Always occupy both fruit knife positions with a fruit knife condition respectively are not occupied.

Bei Annahme unterschiedlicher Obstakel A₁, A₂, B₁, B₂ auf den beiden Obstakelpositio­ nen gemäß des 1. Patentanspruches lassen sich die Obstakel- und Leitungsparameter mit Hilfe der in Abb. (6) dargestellten Kalibrierschaltungskombinationen bestimmen. Im Unterschied zur vorherigen Vorgehensweise ist aufgrund der zusätzlichen unbekannten Pa­ rameter die Hinzunahme einer weiteren Kalibrierschaltung erforderlich, so dass insgesamt sechs Schaltungen benötigt werden. In Abb. (6) stimmen die 2. und 3. Anordnung in ihrer Grundstruktur überein, sie unterscheiden sich nur in den beiden unteren Schaltungen aufgrund der Vertauschung von A₂ und B₂. Da sich die Strukturen aber prinzipiell gleich verhalten, werden beide Anordnungen der 2. Struktur zugeordnet. Nicht abgebildet sind drei weitere Varianten der dargestellten Strukturen, die durch Vertauschung der Obstakel entstehen. Es existieren damit insgesamt sechs Kalibrierschaltungsanordnungen zur Be­ stimmung der Obstakel- und Leitungsparameter bei Annahme unterschiedlicher Obstakel. Die Bestimmung der unbekannten Parameter erfolgt in entsprechender Weise zu der zu­ vor beschriebenen Vorgehensweise. Die unbekannten Parameter werden wiederum durch Kombination von jeweils zwei Schaltungen ermittelt. Beispielsweise für die erste Struktur aus Abb. (6) erhält man die folgenden Spurgleichungen:
Assuming different obstacles A ₁ , A ₂ , B ₁ , B ₂ on the two obstacle positions according to the first claim, the obstacle and line parameters can be determined using the calibration circuit combinations shown in Fig. (6). In contrast to the previous procedure, the additional unknown parameters require the addition of a further calibration circuit, so that a total of six circuits are required. In Fig. (6) the 2nd and 3rd arrangement correspond in their basic structure, they only differ in the two lower circuits due to the interchanging of A ₂ and B ₂ . However, since the structures behave in principle the same, both arrangements are assigned to the 2nd structure. Not shown are three further variants of the structures shown, which are created by swapping the fruit knives. There are thus a total of six calibration circuit arrangements for determining the obstacle and line parameters when assuming different obstacles. The unknown parameters are determined in a manner corresponding to the procedure described above. The unknown parameters are again determined by combining two circuits each. For example, for the first structure from Fig. (6), the following track equations are obtained:

spur{P₃P₀ ^-1} = spur{A₁} = γ_a1 (68)
trace {P ₃ P ₀ ^-1 } = trace {A ₁ } = γ _a1 (68)

spur{P₁P₀ ^-1} = spur{A₂} = γ_a2 (69)
trace {P ₁ P ₀ ^-1 } = trace {A ₂ } = γ _a2 (69)

spur{P₈P₁ ^-1} = spur{B₁} = γ_b1 (70)
trace {P ₈ P ₁ ^-1 } = trace {B ₁ } = γ _b1 (70)

spur{P₇P₃ ^-1} = spur{B₂} = γ_b2 (71)
trace {P ₇ P ₃ ^-1 } = trace {B ₂ } = γ _b2 (71)

spur{P₇P₆ ^-1} = spur{A₁B₁ ^-1} = γ_ab1 (72)
trace {P ₇ P ₆ ^-1 } = trace {A ₁ B ₁ ^-1 } = γ _ab1 (72)

spur{P₈P₆ ^-1} = spur{A₂B₂ ^-1} = γ_ab2 (73)
trace {P ₈ P ₆ ^-1 } = trace {A ₂ B ₂ ^-1 } = γ _ab2 (73)

spur{P₃P₁ ^-1} = spur{A₁LA₂ ^-1L^-1} = γ_a12 (74)
trace {P ₃ P ₁ ^-1 } = trace {A ₁ LA ₂ ^-1 L ^-1 } = γ _a12 (74)

spur{P₆P₀ ^-1} = spur{B₁LB₂L^-1} = _b12 (75)
trace {P ₆ P ₀ ^-1 } = trace {B ₁ LB ₂ L ^-1 } = _b12 (75)

spur{P₇P₀ ^-1} = spur{A₁LB₂L^-1} = _a1b2 (76)
trace {P ₇ P ₀ ^-1 } = trace {A ₁ LB ₂ L ^-1 } = _a1b2 (76)

spur{P₈P₀ ^-1} = spur{B₁LA₂L^-1} = _b1a2 (77)
trace {P ₈ P ₀ ^-1 } = trace {B ₁ LA ₂ L ^-1 } = _b1a2 (77)

spur{P₈P₃ ^-1} = spur{B₁LA₂L^-1A₁ ^-1} = _2ab1 (78)
trace {P ₈ P ₃ ^-1 } = trace {B ₁ LA ₂ L ^-1 A ₁ ^-1 } = _2ab1 (78)

spur{P₇P₁ ^-1} = spur{A₁LB₂A₂ ^-1L^-1} = _2ab2 (79)
trace {P ₇ P ₁ ^-1 } = trace {A ₁ LB ₂ A ₂ ^-1 L ^-1 } = _2ab2 (79)

spur{P₆P₃ ^-1} = spur{B₁LB₂L^-1A₁ ^-1} = γ_2ba1 (80)
trace {P ₆ P ₃ ^-1 } = trace {B ₁ LB ₂ L ^-1 A ₁ ^-1 } = γ _2ba1 (80)

spur{P₆P₁ ^-1} = spur{B₁LB₂A₂ ^-1L^-1} = γ_2ba2 (81)
trace {P ₆ P ₁ ^-1 } = trace {B ₁ LB ₂ A ₂ ^-1 L ^-1 } = γ _2ba2 (81)

spur{P₈P₇ ^-1} = spur{B₁LA₂B₂ ^-1L^-1A₁ ^-1} = _2a2b. (82)trace {P ₈ P ₇ ^-1 } = trace {B ₁ LA ₂ B ₂ ^-1 L ^-1 A ₁ ^-1 } = _2a2b . (82)

Dabei lassen sich die Gleichungen (75) bis (79) und (82) mit Hilfe von Beziehung (16) umschreiben in:
Equations (75) to (79) and (82) can be rewritten with the help of relationship (16) in:

γ_b12 = γ_b1γ_b2 - _b12 (83)
γ _b12 = γ _b1 γ _b2 - _b12 (83)

γ_a1b2 = γ_a1γ_b2 - _a1b2 (84)
γ _a1b2 = γ _a1 γ _b2 - _a1b2 (84)

γ_b1a2 = γ_b1γ_a2 - _b1a2 (85)
γ _b1a2 = γ _b1 γ _a2 - _b1a2 (85)

γ_2ab1 = γ_a2γ_ab1 - _2ab1 (86)
γ _2ab1 = γ _a2 γ _ab1 - _2ab1 (86)

γ_2ab2 = γ_a1γ_ab2 - _2ab2 (87)
γ _2ab2 = γ _a1 γ _ab2 - _2ab2 (87)

γ_2a2b = γ_ab1γ_ab2 - _2a2b. (88)γ _2a2b = γ _ab1 γ _ab2 - _2a2b . (88)

Mit den Zusammenhängen (68) bis (73) läßt sich das folgende Gleichungssystem in den Spurgrößen spur{A₁L}, spur{A₂L}, spur{B₁L}, spur{B₂L} und spur{L} aufstellen, wo­ bei als weitere Unbekannte die Größen spur{A₁A₂ ^-1}, spur{B₁B₂ ^-1}, spur{A₁B₂ ^-1} und spur{B₁A₂ ^-1} auftreten, die sich eliminieren lassen:
With the connections (68) to (73) the following equation system can be used in the track sizes spur {A ₁ L}, spur {A ₂ L}, spur {B ₁ L}, spur {B ₂ L} and spur {L} establish where the sizes spur {A ₁ A ₂ ^-1 }, spur {B ₁ B ₂ ^-1 }, spur {A ₁ B ₂ ^-1 } and spur {B ₁ A ₂ ^-1 } occur as further unknowns, that can be eliminated:

2γ_2ba2 = spur{A₂L}{γ_b2spur{B₁L} - spur{B₁B₂ ^-1}spur{L}] - spur{B₂L}{γ_a2spur{B₁L} - spur{B₁A₂ ^-1}spur{L}] + γ_a2spur{B₁B₂ ^-1} + γ_b1γ_ab2 - γ_b2spur{B₁A₂ ^-1} (96)
2γ _2ba2 = _trace {A ₂ L} {γ _b2 trace {B ₁ L} - trace {B ₁ B ₂ ^-1 } trace {L}] - trace {B ₂ L} {γ _a2 trace {B ₁ L} - trace {B ₁ A ₂ ^-1 } trace {L}] + γ _a2 trace {B ₁ B ₂ ^-1 } + γ _b1 γ _ab2 - γ _b2 trace {B ₁ A ₂ ^-1 } (96)

2γ_2a2b = spur{B₂L}[spur{A₁L}spur{B₁A₂ ^-1} - spur{B₁L}spur{A₁A₂ ^-1}] - spur{A₂L}[spur{A₁L}spur{B₁B₂ ^-1} - spur{B₁L}spur{A₁B₂ ^-1}] + spur{A₁A₂ ^-1}spur{B₁B₂ ^-1} - spur{A₁B₂ ^-1}spur{B₁A₂ ^-1} + γ_ab1γ_ab2 (97)
2γ _2a2b = _trace {B ₂ L} [trace {A ₁ L} trace {B ₁ A ₂ ^-1 } - trace {B ₁ L} trace {A ₁ A ₂ ^-1 }] - trace {A ₂ L} [ trace {A ₁ L} trace {B ₁ B ₂ ^-1 } - trace {B ₁ L} trace {A ₁ B ₂ ^-1 }] + trace {A ₁ A ₂ ^-1 } trace {B ₁ B ₂ ^-1 } - trace {A ₁ B ₂ ^-1 } trace {B ₁ A ₂ ^-1 } + γ _ab1 γ _ab2 (97)

Die Auflösung dieses Gleichungssystems nach spur{L} führt auf eine quadratische Glei­ chung mit den reellen Koeffizienten d₀, d₁, d₂ in spur{L}²:
The solution of this system of equations according to spur {L} leads to a quadratic equation with the real coefficients d ₀ , d ₁ , d ₂ in spur {L} ² :

spur{L}⁴d₂ + spur{L}²d₁ + d₀ = 0. (98)trace {L} ⁴ d ₂ + trace {L} ² d ₁ + d ₀ = 0. (98)

Neben den vier Lösungen für spur{L} existieren für die übrigen Unbekannten: spur{A₁L}, spur{A₂L}, spur{B₁L} und spur{B₂L} ebenso jeweils vier Lösungen. Die Obstakel- und Leitungsparameter können in entsprechender Weise zu den Gleichungen (24) bis (33) aus den berechneten Spurgrößen bestimmt werden. Aufgrund der Lösungsvielfalt sind wie­ derum wie bei den bekannten Selbstkalibrierverfahren Informationen über die ungefähren geometrischen Abmessungen der Kalbrierschaltungen erforderlich.In addition to the four solutions for spur {L}, there are four other solutions for the remaining unknowns: spur {A ₁ L}, spur {A ₂ L}, spur {B ₁ L} and spur {B ₂ L}. The obstacle and line parameters can be determined in a manner corresponding to equations (24) to (33) from the calculated track sizes. As with the known self-calibration methods, information about the approximate geometric dimensions of the calibration circuits is required due to the variety of solutions.

Mit der vollständigen Kenntnis der Kalibrierschaltungen können damit die Fehlerzwei­ tore G und H des 7-Term-Modells entsprechend der Kalibrierverfahren mit vollständig bekannten Kalibrierstandards bestimmt werden.With complete knowledge of the calibration circuits, the two errors gates G and H of the 7-term model according to the calibration procedure with complete known calibration standards can be determined.

Für die Realisierung der unterschiedlichen Obstakelzustände an den einzelnen Obstakel­ positionen ist zu berücksichtigen, dass sich die Obstakelzustände hinreichend voneinan­ der unterscheiden müssen. Es ist beispielsweise nicht ausreichend, das Obstakel in Form einer Queradmittanz mit lediglich unterschiedlichen Admittanzwerten auszubilden. Das gleiche gilt für eine Serienimpedanz mit lediglich unterschiedlichen Impedanzwerten. Die Veränderung der Obstakelzustände von einer Serienimpedanz zu einer Queradmittanz ist dagegen eine mögliche Realisierung. In Abb. (7) ist hierzu ein Beispiel auf der Ba­ sis einer Mikrostreifenleitungsschaltung dargestellt. Dabei wurden die Queradmittanzen als Stichleitungen, Obstakelzustand A, 6, und die Serienimpedanzen als Leitungsveren­ gungen, Obstakelzustand B, 7, für die 1. Struktur aus Abb. (4) realisiert. In der Abbildung ist die seitliche Kontaktierung des Mikrostreifenleitungssubstrates 9 mit Hilfe von Steckern 8 verdeutlicht. When realizing the different obstacle states at the individual obstacle positions, it must be taken into account that the obstacle states must differ sufficiently from one another. For example, it is not sufficient to design the obstacle in the form of a transverse admittance with only different admittance values. The same applies to a series impedance with only different impedance values. On the other hand, the change of the obstacle conditions from a series impedance to a transverse admittance is a possible realization. Fig. (7) shows an example based on a microstrip circuit. The transverse admittances were realized as stub lines, obstacle state A, 6 , and the series impedances as line constrictions, obstacle state B, 7 , for the 1st structure from Fig. (4). The figure shows the lateral contacting of the microstrip line substrate 9 with the aid of plugs 8 .

Ein Beispiel für die Realisierung des Obstakels mit Hilfe elektronischer Schalter gemäß des 6. Patentanspruches in der Ausführung einer PIN-Dioden-Anordnung 10 ist in Ab­ bildung (8) am Beispiel einer Mikrostreifenleitungsschaltung dargestellt. Durch die An­ steuerung der PIN-Dioden in unterschiedlichen Arbeitspunkten lassen sich verschiedene Obstakelzustände einstellen. Aufgrund des Aufbaus ist gewährleistet, dass sich die PIN- Dioden-Anordnung in den unterschiedlichen Betriebszuständen wie beispielsweise einem sehr niederohmigen und einem weiteren etwas hochohmigeren Arbeitspunkt im Durch­ lassbereich gut unterscheiden. Für den Zustand ohne Obstakel werden die PIN-Dioden im Sperrbereich betrieben. Für diesen Zustand muss gewährleistet sein, dass die PIN- Dioden-Anordnung möglichst gut angepasst ist. Ansonsten würde sie wie ein weiterer Obstakelzustand wirken und damit die Kalibrierung stören. Für die breitbandige Reali­ sierung einer guten Anpassung kann durch gezielte Schaltungsauslegung gesorgt werden. Die π-Schaltung bestehend aus den beiden PIN-Dioden zusammen mit einem dazwischen liegenden Leitungselement aus Abb. (8) eignet sich hierzu besonders gut. Auf der Basis dieser Ausführungsform läßt sich eine vollautomatische Kalibrierung des Netzwerk­ analysators durchführen.An example of the realization of the obstacle with the help of electronic switches according to the 6th claim in the implementation of a PIN diode arrangement 10 is shown in Figure ( 8 ) from the example of a microstrip line circuit. By controlling the PIN diodes in different working points, different fruit stain states can be set. The structure ensures that the PIN diode arrangement differs well in the passband in the different operating states, such as a very low-resistance and another somewhat higher-resistance operating point. For the state without fruit blemish, the PIN diodes are operated in the restricted area. For this condition, it must be ensured that the PIN diode arrangement is adapted as well as possible. Otherwise it would look like another fruit blemish condition and thus interfere with the calibration. The broadband implementation of a good adaptation can be ensured by targeted circuit design. The π circuit consisting of the two PIN diodes together with an intermediate line element from Fig. (8) is particularly suitable for this. On the basis of this embodiment, a fully automatic calibration of the network analyzer can be carried out.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht bei bekannter Leitungslänge l die Bestim­ mung des Leitungsparameters γ des Leitungselementes und damit auch die Bestimmung der komplexen Permittivität ∈ oder Permeabilität η. Das Verfahren eignet sich daher ins­ besondere mit schaltbaren Obstakelnetzwerken beispielsweise für den Einsatz in der indu­ striellen Materialfeuchtemessung. Durch die Hintereinanderschaltung mehrerer schaltba­ rer Obstakelnetzwerke und Leitungselemente gemäß der Abb. (9) lassen sich jeweils aufeinanderfolgende Obstakel zur Durchführung einer Kalibrierung auswählen. Die seri­ elle Anordnung ermöglicht die ortsaufgelöste Bestimmung der Leitungsparameter γ₁, 11, γ₂, 12, γ_n, 13, bei bekannten Leitungslängen l₁ bis l_n und damit auch die ortsaufgelöste Bestimmung der Permittivitäten ∈₁ bis ∈_n, Permeabilitäten µ₁ bis µ_n sowie beispielsweise der Materialfeuchte.With a known line length l, the method according to the invention enables the line parameter γ of the line element to be determined and thus also the determination of the complex permittivity ∈ or permeability η. The method is therefore particularly suitable with switchable fruit knife networks, for example for use in industrial material moisture measurement. By connecting several switchable fruit knife networks and line elements in series as shown in Fig. (9), successive fruit knives can be selected to perform a calibration. The serial arrangement enables the spatially resolved determination of the line parameters γ ₁ , 11 , γ ₂ , 12 , γ _n , 13 , with known line lengths l ₁ to l _n and thus also the spatially resolved determination of the permittivities ∈ ₁ to ∈ _n , permeabilities µ ₁ to µ _n and, for example, the material moisture.

In Abb. (10) ist die Messanordnung zur Durchführung von Kalibriermessungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Freiraum veranschaulicht. Zwischen zwei an einen Netzwerkanalysator angeschlossenen Antennen 14 befindet sich beispielsweise ein Linsen­ paar 15 zur Fokussierung der Sendesignale des Netzwerkanalysators 17 in ihrem Zwischenraum. Symmetrisch in der Nähe des Fokusbereiches befinden sich die Obstakel 16, die beispielsweise als dielektrische Platten realisiert sein können, zur Durchführung der Kalibrierung gemäß des 2-Zustands-Multiple-N-Verfahrens. Obwohl alle beschriebenen Verfahren prinzipiell anwendbar sind, ist es besonders vorteilhaft, Kalibrieranordnungen einzusetzen, bei denen jeweils nur eine Kalibrierplatte des Typs A beziehungsweise B benötigt wird. In Abb. (11) sind sämtliche Kalibrieranordnungen dargestellt, die diese Bedingung erfüllen, wobei auf die Darstellung der jeweils spiegelsymmetrischen so­ wie die durch Vertauschung von A und B entstehenden Strukturen verzichtet wurde. Die beiden ersten Anordnungen basieren auf vier Kalibrierschaltungen und sind identisch mit der in Abb. (3) und Abb. (4) dargestellten 2. Struktur. In Abb. (11) resultiert die 7. Struktur aus der dargestellten dritten Kalibrieranordnung durch Über­ gang auf eine Parameterschreibweise bei der Berechnung der Unbekannten gemäß des 3. Lösungsweges des 3. Patentanspruches. Die Anordnung entspricht der 1. Struktur aus Abb. (5). Fig. (10) illustrates the measuring arrangement for performing calibration measurements using the method according to the invention in free space. Between two antennas 14 connected to a network analyzer there is, for example, a pair of lenses 15 for focusing the transmission signals of the network analyzer 17 in their space. The obstacles 16 , which can be implemented, for example, as dielectric plates, are located symmetrically in the vicinity of the focus area for carrying out the calibration in accordance with the 2-state multiple-N method. Although all of the methods described can be used in principle, it is particularly advantageous to use calibration arrangements in which only one type A or B calibration plate is required in each case. In Fig. (11) all calibration arrangements are shown that fulfill this condition, whereby the representation of the mirror-symmetrical as well as the structures created by interchanging A and B have been omitted. The first two arrangements are based on four calibration circuits and are identical to the second structure shown in Fig. (3) and Fig. (4). In Fig. (11), the 7th structure results from the third calibration arrangement shown by transitioning to a parameter notation when calculating the unknowns according to the 3rd solution of the 3rd claim. The arrangement corresponds to the 1st structure from Fig. (5).

Literaturliterature

[1] Schiek, B., Grundlagen der Hochfrequenz-Messtechnik, Springer-Verlag, Berlin Hei­ delberg, 1999, pp. 154-167.
[2] Engen, G. F., Hoer, C. A., Thru-Reflect-Line: An improved technique for calibrating the dual six part automatic network analyzer, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-27, Dec. 1979, pp. 987-993.
[3] Eul, H.-J., Schiek, B., A Generalized Theory and New Calibration Procedures für Network Analyzer Self-Calibration, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT- 39, April 1991, pp. 724-731.
[4] Rolfes, I. Schiek, B., Das Multiple-N-Verfahren zur Kalibrierung vektorieller 4- Messstellen-Netzwerkanalysatoren, Deutsches Patentamt, Aktenzeichen 100 47 228.1, September 2000.[1] Schiek, B., Fundamentals of high-frequency measurement technology, Springer-Verlag, Berlin Hei delberg, 1999, pp. 154-167.
[2] Engen, GF, Hoer, CA, Thru-Reflect-Line: An improved technique for calibrating the dual six part automatic network analyzer, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. MTT-27, Dec. 1979, pp. 987-993.
[3] Eul, H.-J., Schiek, B., A Generalized Theory and New Calibration Procedures for Network Analyzer Self-Calibration, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. MTT-39, April 1991, pp. 724-731.
[4] Rolfes, I. Schiek, B., The multiple-N method for the calibration of vector 4-point network analyzer, German Patent Office, file number 100 47 228.1, September 2000.

Claims (11)

1. Das 2-Zustands-Multiple-N-Verfahren zur Kalibrierung vektorieller 4-Messstellen- Netzwerkanalysatoren, dadurch gekennzeichnet, dass vier, fünf oder sechs Kalibrier­ schaltungen aus der Hintereinanderschaltung eines Leitungselementes 1 unbekannter elektrischer Länge und unbekannten, voneinander verschiedenen, symmetrischen, re­ ziproken Obstakeln 2-5 aufgebaut sind, die auf zwei Positionen vor beziehungsweise hinter dem Leitungselement positioniert sind, wobei die Leitungselemente und die Obstakel-Netzwerke auf der Basis von beispielsweise passiven Streifenleitungsschal­ tungen realisiert sein können und die Obstakel-Netzwerke je zwei unterschiedliche Zustände annehmen beziehungsweise als zwei unterschiedliche Schaltungsstrukturen realisiert sein können und es genau abzählbar viele verschiedene Kombinationen von Kalibrierschaltungen zur Bestimmung der unbekannten Leitungs- und Obstakelpa­ rameter gibt; und weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierschaltungen durch Schalter für die Kalibrier-Messungen nacheinander kontaktiert werden.1. The 2-state multiple-N method for the calibration of vector 4-point network analyzers, characterized in that four, five or six calibration circuits from the series connection of a line element 1 of unknown electrical length and unknown, different, symmetrical, right Ziproken obstacles 2-5 are constructed, which are positioned in two positions in front of or behind the line element, wherein the line elements and the obstacle networks can be implemented on the basis of, for example, passive stripline circuits and the obstacle networks each assume two different states can be realized as two different circuit structures and there are precisely countable many different combinations of calibration circuits for determining the unknown line and Obstakelpa parameters; and further characterized in that the calibration circuits are contacted one after the other by switches for the calibration measurements. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Obstakelzustand bei beiden Obstakelpositionen identisch ist, während der andere Obstakelzustand wie im 1. Anspruch auf beiden Positionen verschieden ist und die Bestimmung der un­ bekannten Leitungs- und Obstakelparameter auf der Basis von fünf Kalibrierschal­ tungen erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that an obstacle condition at both fruit knife positions are identical, while the other fruit knife condition is like in the 1st claim is different in both positions and the determination of the un known line and fruit knife parameters based on five calibration scarves is done. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Obstakel­ zustände auf den beiden Obstakelpositionen identisch sind (6, 7) und die Bestim­ mung der unbekannten Leitungs- und Obstakelparameter auf der Basis von fünf oder bereits vier Kalibrierschaltungen erfolgt.3. The method according to claim 1, characterized in that the two fruit knife states are identical in the two fruit knife positions ( 6 , 7 ) and the determination of the unknown line and fruit knife parameters is carried out on the basis of five or already four calibration circuits. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrier­ schaltungen aus jeweils einem Leitungselement 1 mit bekannter elektrischer Länge bestehen.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the calibration circuits each consist of a line element 1 with a known electrical length. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Obsta­ kelnetzwerke in Form von dielektrischen, isotrop magnetischen oder metallisch lei­ tenden oder einer Kombination aus dielektrischen und metallisch leitenden Körpern realisiert sind, die unter Zuhilfenahme mechanischer oder elektromechanischer Schalter auf die Streifenleitungsschaltung aufgesetzt oder in die Nähe gebracht werden können und auf diese Weise eine vollautomatische Kalibrierung ermöglichen.5. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the obsta core networks in the form of dielectric, isotropic magnetic or metallic lei tenden or a combination of dielectric and metallic conductive bodies are realized using mechanical or electromechanical switches  placed on the stripline circuit or brought close can and thus enable a fully automatic calibration. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Obstakelnetzwerke durch elektronische Schalter zugeschaltet werden können und so eine vollautomati­ sche Kalibrierung zulassen.6. The method according to claim 1, characterized in that the fruit knife networks can be switched on by electronic switches and thus a fully automatic Allow calibration. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der komplexe Leitungs­ parameter γ des Leitungselementes bei bekannter Leitungslänge l und damit die komplexe Permittivität ∈ oder Permeabilität µ bestimmt werden, so dass das er­ findungsgemäße Verfahren beispielsweise auch zur Materialfeuchtemessung geeignet ist.7. The method according to claim 1, characterized in that the complex line parameter γ of the line element with a known line length l and thus the complex permittivity ∈ or permeability µ can be determined, so that he Methods according to the invention are also suitable, for example, for material moisture measurement is. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere schaltbare Ob­ stakelnetzwerke zusammen mit Leitungselementen hintereinander geschaltet werden und diese Anordnung die ortsaufgelöste Bestimmung der Leitungsparameter γ₁, γ₂ bis γ_n 11, 12, 13 bei bekannten Leitungslängen l₁ bis l_n sowie die ortsaufgelöste Bestimmung der komplexen Permittivität ∈₁ bis ∈_n oder Permeabilität µ₁ bis µ_n, ermöglicht und daher beispielsweise zur ortsaufgelösten Messung der Feuchte eines sMaterials geeignet ist.8. The method according to claim 1, characterized in that several switchable whether stake networks are connected in series together with line elements and this arrangement the spatially resolved determination of the line parameters γ ₁ , γ ₂ to γ _n 11, 12, 13 with known line lengths l ₁ to l _n as well as the spatially resolved determination of the complex permittivity ∈ ₁ to ∈ _n or permeability μ ₁ to µ _n , and is therefore suitable, for example, for the spatially resolved measurement of the moisture of a material. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von Streifenlei­ tungen andere Leitungen verwendet werden, wie beispielsweise Koplanarleitungen, Schlitzleitungen, Hohlleitungen, dielektrische Leitungen.9. The method according to claim 1, characterized in that instead of strip leech lines other lines are used, such as coplanar lines, Slot lines, hollow lines, dielectric lines. 10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung in Medien erfolgt, in denen elektromagnetische Wellen ausbreitungsfähig sind, wie etwa dem Freiraum und die Obstakel 16 in Form dielektrischer Platten oder Platten, die isotrope, magnetische Eigenschaften aufweisen oder aus faser- auch metallfaser­ verstärkten Verbundwerkstoffen bestehen, realisiert sein können, die zugeschaltet oder zugeführt werden können.10. The method according to claim 3, characterized in that the signal transmission takes place in media in which electromagnetic waves can propagate, such as the free space and the obstacle 16 in the form of dielectric plates or plates that have isotropic, magnetic properties or fiber metal fiber reinforced composite materials exist, can be realized, which can be switched on or fed. 11. Verfahren nach Anspruch 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass es genau zwei voneinander unterscheidbare Obstakel gibt, die in ihrer Position verändert und zu­ geschaltet oder zugeführt werden können.11. The method according to claim 3 and 10, characterized in that there are exactly two mutually distinguishable obstacles that change their position and to can be switched or fed.