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Die
vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf eine Kalibrierung
eines Vektornetzwerkanalysators.
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Netzwerkanalysatoren
sind Vorrichtungen, die verwendet werden, um die Funkfrequenzcharakteristika
(HF-Charakteristika)
von verschiedenen zu testenden Vorrichtungen (DUTs = device under
test) zu bestimmen. Netzwerkanalysatoren arbeiten üblicherweise
durch Wobbeln eines Stimulussignals über einen Bereich von Frequenzen
und Anlegen des Stimulussignals an eine DUT und Messen des Ansprechverhaltens
der DUT. Die Messungen, die durch Netzwerkanalysatoren erzeugt werden,
besitzen üblicherweise
Ungenauigkeiten aufgrund einer Anzahl von Problemen. Zum Beispiel
erzeugen Impedanzfehlanpassungen, die dem Netzwerkanalysator und/oder
dem Testaufbau zugeordnet sind, Fehler bei den Messungen.
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Kalibrierungstechniken
können
angewendet werden, um eine Nachverarbeitung der Messdaten zu ermöglichen,
um die Fehler bei den Messdaten zu verringern. Im Allgemeinen tritt
eine Netzwerkanalysatorkalibrierung auf durch Anlegen eines Stimulussignals
an „Standards" (Vorrichtung mit
bekannten oder geschätzten Charakteristika)
und Schätzen
der systematischen Fehler aus den Messungen. Die „SOLT"-Typ-Kalibrierungsmethode tritt auf durch
Verwenden eines „Kurzschluss"-Standards, eines „Leerlauf"-Standards, eines „Last"-Standards und eines „Durchgangs"-Standards (SOLT
= short, open, load, thru = Kurzschluss, Leerlauf, Last, Durchgang).
Eine Methode (die „Unbekannter"-Durchgang-Methode) wurde entwickelt,
die die Kalibrierung eines Netzwerkanalysators ermöglicht unter
Verwendung eines Durchgang-Standards, ohne zu erfordern, dass die
Charakteristika des Durchgang-Standards bestimmt werden. Die Methode
des „unbekannten Durchgangs" basiert auf der
allgemeinen Theorie einer Acht-Term-Netzwerkanalysator-Fehlerkorrektur.
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Frequenzübersetzungsvorrichtungen
(FTD; FTD = frequency translation device), wie z. B. Mischer, Modulatoren,
Demodulatoren und ähnliches,
stellen Schwierigkeiten für
die Operation und Kalibrierung von Netzwerkanalysatoren dar. Genauer
gesagt, wenn ein Netzwerkanalysator eine bestimmte Messung ausführt, wird
die Messung bei derselben Frequenz genommen wie der aktuellen Frequenz
des Stimulussignals. Da die Ausgangsfrequenz einer FTD unterschiedlich
zu der Eingabe zu der FTD ist, können
normale Netzwerkanalysatormessungen nicht verwendet werden. Um dieses
Problem zu adressieren, wurde eine Testmethode entwickelt, die drei
Mischer und drei Sätze
von Messungen verwendet, die eine Messung der Charakteristika der FTDs
unter Verwendung eines Netzwerkanalysators ermöglicht.
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Eine
andere Methode ermöglicht,
dass ein Netzwerkanalysator kalibriert wird, um zu ermöglichen, dass
eine Vektorfehlerkorrektur an FTD-Messungen angewendet wird. Die
Methode umfasst das Verwenden einer „Referenz"-FTD, die vorangehend charakterisiert
wurde, um als die Durchgangs-Vorrichtung zu dienen. FTDs unterliegen
jedoch einer Drift. Um die höchste
Genauigkeit zu erhalten, muss die Referenz-FTD jedes mal neu charakterisiert
werden, wenn eine Kalibrierung durchgeführt werden soll. Genauer gesagt
verursacht die Unfähigkeit
einer Neucharakterisierung einen Fehler bei der Kalibrierung, der
gleich der Drift der Referenz-FTD ist. Ferner erzeugen die zwei
Messlagen (die die Referenz-FTD charakterisieren und andere FTDs von
Interesse messen) einen größeren Betrag
an Mess-Komplexität
und -Ungenauigkeit.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein
System zum Bestimmen von Funkfrequenzcharakteristika mit verbesserten
Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System
zum Bestimmen von Funkfrequenzcharakteristika gemäß Anspruch
13 gelöst.
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Einige
repräsentative
Ausführungsbeispiele
richten sich auf Systeme und Verfahren zum Kalibrieren eines Netzwerkanalysators
zum Messen der Charakteristika der FTDs. Obwohl die vorangehend
entwickelte Unbekannter-Durchgang-Methode auf der Linearität eines
Unbekannter-Durchgang-Standards basiert, ermöglichen repräsentative
Ausführungsbeispiele,
dass eine uncharakterisierte FTD als eine Durchgangs-Vorrichtung zum Kalibrieren
eines Netzwerkanalysators verwendet wird. Genauer gesagt modifizieren
repräsentative
Ausführungsbeispiele
die Unbekannter-Durchgang-Mathematik durch Verwenden von S-Parameter-Messungen
bei unterschiedlichen Frequenzen. Zusätzlich dazu verwenden repräsentative
Ausführungsbeispiele
eine FTD-Vorrichtung die gleiche Vorwärts- und Rückwärts-Umwandlungs-Effizienz-Parameter
aufweist. Durch Ausführen
dieser Modifikationen ist die Mathematik des unbekannten Durchgangs
lösbar
für die Netzwerkanalysator-Fehlerterme
von Interesse.
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Einige
repräsentative
Ausführungsbeispiele
richten sich auf einen Vektornetzwerkanalysator, der in einem Kalibrierungsmodus
arbeitet, angepasst, um eine uncharakterisierte FTD als einen unbekannten
Durchgang zu verwenden. Während
der Kalibrierung legt der Vektoranalysator ein Stimulussignal an
die FTD an und misst das Ansprechverhalten der FTD. Mehrere phasenkohärente Mischer
können
verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Messungen an den
geeigneten Vorwärts-
und Rückwärts-Frequenzen
ausgeführt
werden. Die Messungen werden durch den Netzwerkanalysator verarbeitet,
um geeignete Fehlerkorrekturterme eines geeigneten Modells zu erzeugen.
Die Fehlerkorrekturterme werden dann verwendet, um eine Vektorfehlerkorrektur
an nachfolgende Messungen der zu testenden FTDs anzuwenden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Vektornetzwerkanalysator zum Analysieren von FTDs gemäß einem
repräsentativen
Ausführungsbeispiel.
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2 ein
Fehlerkastenmodell gemäß einem
repräsentativen
Ausführungsbeispiel.
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3 einen
Signalflussgraphen gemäß einem
repräsentativen
Ausführungsbeispiel.
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4 ein
Flussdiagramm gemäß einem
repräsentativen
Ausführungsbeispiel.
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5 einen
Vektoranalysator gemäß einem
repräsentativen
Ausführungsbeispiel.
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Einige
repräsentative
Ausführungsbeispiele
ermöglichen,
dass ein Netzwerkanalysator kalibriert wird zum Analysieren von
FTDs unter Verwendung einer einzelnen Zwei-Tor-Kalibrierung durch Verwenden einer modifizierten
Unbekannter-Durchgang-Methode. Um die Messungen durchzuführen, die
der Unbekannter-Durchgang-Methode zugeordnet sind, kann eine Vier-Empfänger-Frequenzübersetzungstopologie
verwendet werden, wie z. B. der Vektornetzwerkanalysator 100,
wie in 1 gezeigt ist. Der Analysator 100 weist
eine Mehrzahl von unabhängig
abstimmbaren Schmalbandempfängern
auf. Ausgaben 101–104 sind
die Signale, die durch die Empfänger
gemessen werden, um die S-Parameter-Messungen (a1, b1, a2 und b2)
für eine nachfolgende
Verarbeitung zu bilden, um die Systematischer-Fehler-Terme zu bestimmen.
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Innerhalb
des Analysators 100 treibt der Oszillator 106 die
FTD 108. Während
Kalibrierungsoperationen ist die FTD 108 in dem „Unbekannter-Durchgang"-Standard und wird
nachfol gend als die „Referenz"-FTD bezeichnet.
Während
der normalen Messoperationen ist die FTD 108 die zu testende
Vorrichtung. Koppler 125 und 126 sind auf beiden
Seiten der FTD 108 angeordnet. Zusätzlich dazu könnten Filter
an beiden Seiten der FTD 108 angeordnet sein, falls erwünscht. Der
Oszillator 106 ist ebenfalls mit den Mischern 109–112 gekoppelt,
wodurch eine Aufwärts-Umwandlung
oder Abwärts-Umwandlung, die den
Mischern 109–112 zugeordnet ist,
auf die Frequenzübersetzung
bezogen wird, die durch die FTD 108 ausgeführt wird.
Der Oszillator 105 treibt die Mischer 113–116.
Der Analysator 100 weist ferner Schalter 117–124 auf.
Die Anordnung der Oszillatoren 105 und 106, der
Mischer 109–116 und
der Schalter 117–124 behält die Phasenbeziehung
zwischen den Ausgängen 101–104 bei
und ermöglicht,
dass Messungen in der Vorwärtsrichtung
und Rückwärtsrichtung
an den entsprechenden Frequenzen ausgeführt werden. Zusätzliche
Details im Hinblick auf die Operation des Analysators 100 sind
enthalten in der U.S.-Patentanmeldung
Seriennummer 10/967,877 mit dem Titel „Vector Network Analyzer With
Independently Tuned Receivers Characterizes Frequency Translation
Devices", die hierin
durch Bezugnahme aufgenommen ist. Der Analysator 100 ist
beispielhaft und andere geeignete Topologien, die ermöglichen,
dass Messungen an entsprechenden Frequenzen auftreten, können verwendet
werden.
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Die Änderung
zu der S-Parameter-Version der Unbekannter-Durchgang-Mathematik umfasst das Ersetzen
eines Teilsatzes von S-Parametern (S11,
S21, S12, S22) mit Umwandlungsparametern (S11,
C21, C12, S22). Zusätzlich
dazu, während
herkömmliche
S-Parameter-Kalibrierungen den Vorwärts- und Rückwärts-Fehlerterm bei derselben
Frequenz aufweisen, weisen Umwandlungsparameterkalibrierungen Vorwärts- und
Rückwärts-Fehlerterme bei unterschiedlichen
Frequenzen auf, gemäß den darstellenden
Ausführungsbeispielen. Die
unterschiedlichen Frequenzen werden in dem nachfolgenden mathematischen
Beweis angeführt
durch Hochstellen der Vorwärtsfehlerterme
mit f1 und Hochstellen der Rückwärtsfehlerterme
mit f2.
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Die
Topologie des Analysators
100 kann unter Verwendung des
Fehlerkastenmodells
200 modelliert werden, gezeigt in
2.
Wenn vier Messungen in der Vorwärtsrichtung
genommen werden und vier Messungen in der Rückwärtsrichtung genommen werden,
sind die rohen S-Parameter wie folgt definiert:
wobei
[S
m] = [S
mc]·[M
sc] und [S
mc] = [S
m]·[M
sc]
–1
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Somit
beginnt der Messprozess auf eine Weise, die ähnlich zu typischen Zwei-Tor-Kalibrierungsmethoden
ist, mit der Ausnahme, dass die jeweiligen Vorwärts- und Rückwärts-Messungen bei unterschiedlichen Frequenzen
auftreten. Nachdem die Rohmessungen erhalten werden, wird eine herkömmliche
Korrektur angewendet, um den Schaltfehler des Netzwerkanalysators
zu korrigieren. Genauer gesagt ist [Smc]
die schaltfehler-korrigierte S-Parametermessung.
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Es
ist bequemer, die Systemgleichung in Matrixform oder T-Parametern aufzulösen. Unter
Verwendung des Signalflussgraphen
300 aus
3 wird
Gleichung (2) wie folgt hergeleitet:
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Tmc ist die Übertragungsparameterversion
der schalfehlerkorrigierten Messung. Die Fehlerterme umfassen Terme
für Richtwirkung
(bezeichnet durch tiefgestellt „D"), Quellanpassung (bezeichnet durch
tiefgestellt „S"), Reflexionsverfolgung
(bezeichnet durch tiefgestellt „R"). Die Richtwirkungs-, Quellanpassungs-
und Reflexionsverfolgungs-Fehlerterme
können
bestimmt werden aus herkömmlichen
linearen Ein-Tor-Kalibrierungsmethoden. Zum Zweck der vorliegenden
mathematischen Erörterung
sei angenommen, dass diese Fehlerterme bekannt sind.
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Die
Herleitung von Gleichung (2) ist ähnlich zu der Mathematik, die
der linearen Unbekannter-Durchgang-Mathematik zugeordnet ist. Die
Mathematik unterscheidet sich in einer Hinsicht durch Ersetzen der
typischen S12- und S21-Terme
durch die Umwandlungsparameter C12 und C21. Die Umwandlungsparameter reflektieren
die Effizienz der Frequenzübersetzung
zwischen den jeweiligen Seiten der Referenz-FTD.
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Wie
vorangehend erwähnt
wurde, besitzt die Referenz-FTD vorzugsweise die gleiche Umwandlungseffizienz
(C
21 = C
12). Wenn
dieser Zustand wahr ist, dann gilt in |T| = 1 und die nachfolgenden
Vereinfachungen können
durchgeführt
werden:
|Tmc| = |A|·|T|·|B| =
k2|A'|·|B'|
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Um
nach k und β/α aufzulösen, fährt die
Ableitung wie folgt fort:
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das Vorzeichen des Parameters k üblicherweise
bestimmt wird durch eine Annahme im Hinblick auf die Phase der Referenz-FTD.
Die Vorwärtsübertragungsverfolgung
und Rückwärtsübertragungsverfolgung
kann dann wie folgt berechnet werden:
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Dementsprechend
wurden alle systematischen Fehlerterme bestimmt. Die Vektorfehlerkorrekturdaten des
Netzwerkanalysators können
unter Verwendung von Gleichung (4) aktualisiert werden. Der Vektornetzwerkanalysator
ist dann bereit, um die FTDs von Interesse zu analysieren.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm 500 gemäß einem repräsentativen
Ausführungsbeispiel.
Bei Schritt 401 werden typische Ein-Tor-Fehlerterme bestimmt,
wie z. B. Richtwirkung, Quellanpassung und Reflexionsverfolgung.
Bei Schritt 402 wird eine Zwei-Tor-Kalibrierung ausgeführt, wobei
ein Stimulussignal an die Tore einer Referenz-FTD angelegt wird
und Messungen der Antwort der FTD an zwei entsprechenden Frequenzen erhalten
werden. Die Referenz-FTD kann unbekann te Eingangs- und Ausgangs-Reflexionscharakteristika
besitzen, durch Auswählen
einer Referenz-FTD, die eine im Wesentlichen gleiche Umwandlungseffizienz
der Vorwärts-
und Rückwärts-Richtung
besitzt. Bei Schritt 403 werden der k-Parameter und β/α-Term berechnet. Bei Schritt 404 werden
die Vektorfehlerkorrekturdaten des Vektornetzwerkanalysators aktualisiert
unter Verwendung dieser Terme (z. B. werden die Vorwärts- und
Rückwärts-Verfolgungs-Fehlerterme
berechnet). Bei Schritt 405 wird eine zu Testende FTD analysiert.
Bei Schritt 406 werden die Daten, die der zu testenden
FTD zugeordnet sind, gemäß einer
Vektorfehlerkorrektur verarbeitet.
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5 zeigt
den Vektornetzwerkanalysator 500 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst der Analysator 500 ein
FTD-Empfänger-Teilmodul 501.
Das Empfänger-Teilmodul 501 ermöglicht vorzugsweise,
dass Messungen in der Vorwärts-
und Rückwärts-Richtung
bei geeigneten entsprechenden Frequenzen ausgeführt werden. Der Analysator 500 umfasst
ferner eine Kalibrierungslogik 502, die als Prozessor-ausführbare Anweisungen,
integrierte Schaltungsanordnung und/oder ähnliches implementiert sein
kann. Die Kalibrierungslogik 502 kann herkömmliche
Ein-Tor-Kalibrierungsverfahren
ausführen.
Ferner führt
die Kalibrierungslogik 502 zusätzlich eine Zwei-Tor-Kalibrierung
aus, unter Verwendung einer Unbekannter-Durchgang-Kalibrierungslogik 503.
Die Kalibrierungslogik 502 aktualisiert Fehlerterme 505 nach
der Fertigstellung von Kalibrierungsverfahren. Wenn Messungsoperationen
nachfolgend ausgeführt
werden, wendet eine Vektorfehlerkorrekturlogik 504 Fehlerterme 505 an
Messdaten an, um zu ermöglichen,
dass FTD-Vorrichtungen auf genaue Weise sind eine Kalibrierungslogik 502 und
eine Vektorfehlerkorrekturlogik 504 auf einem separaten
System implementiert (z. B. einem Computer, der die Messdaten nachverarbeitet).
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Einige
darstellende Ausführungsbeispiele
können
eine Anzahl von Voreilen liefern. Zum Beispiel umfasst der Kalibrie rungsprozess
gemäß einigen
darstellenden Ausführungsbeispielen
relativ wenig Komplexität und
ist ähnlich
zu Kalibrierungsverfahren, die für
herkömmliche
lineare Vorrichtungen verwendet werden. Ferner ermöglichen
durch Verwenden einer Zwei-Tor-Kalibrierung einige darstellende
Ausführungsbeispiele,
dass ein größerer dynamischer
Bereich eines Netzwerkanalysators für eine Analyse von FTDs verwendet
wird.