DE102008027033B4

DE102008027033B4 - Messverfahren und Messvorrichtung zur Bestimmung von Parametern im Arbeitspunkt

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Publication number: DE102008027033B4
Application number: DE200810027033
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Leibfritz; Werner Held
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2028-06-07
Also published as: DE102008027033A1

Abstract

Messverfahren zur Messung von Streuparametern eines Messobjekts (42),
wobei Wellengrößen (a_1,F, a_2,F, a_1,FR, a_2,FR) hinlaufender Wellen und Wellengrößen (b_1,F, b_2,F, b_1,FR, b_2,FR) rücklaufender Wellen an einem ersten Messtor (40, T1) und an einem zweiten Messtor (41, T2) gemessen werden,
wobei die folgenden Schritte ausgeführt werden:
– Einspeisen eines ersten Messsignals in das erste Messtor (40, T1), Messen der Wellengrößen der hinlaufenden (a_1,F, a_2,F) Wellen, und Messen der Wellengrößen (b_1,F, b_2,F) der rücklaufenden Wellen;
– Einspeisen eines zweiten Messsignals in das zweite Messtor (41, T2), während das erste Messsignal in das erste Messtor (40, T1) eingespeist wird, Messen der Wellengrößen (a_1,FR, a_2,FR) der hinlaufenden Wellen, und Messen der Wellengrößen (b_1,FR, b_2,FR) der rücklaufenden Wellen;
– Bestimmen von korrigierten Wellengrößen anhand einer Korrekturrechnung;
– Bestimmen von Streuparametern des Messobjekts (42) aus den korrigierten Wellengrößen;
dadurch gekennzeichnet,
dass vor der Korrekturrechnung die Differenzen der gemessenen...

Description

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Parameter von Messobjekten, insbesondere der S-Parameter im Arbeitspunkt.
Herkömmlich wird zur vollständigen Vermessung von Messobjekten eine getrennte Vorwärts- und Rückwärtsmessung durchgeführt. Während jeder dieser beiden Messungen wird in ein Messtor des Messobjekts ein Signal eingespeist, während die übrigen Messtore ohne Signal verbleiben. Eine Vermessung im Arbeitspunkt ist so jedoch nicht gewährleistet. Darüber hinaus erfordert dies üblicherweise eine vorherige Kalibrierung mit Kalibrierstandards und benötigt eine mindestens doppelt so lange Messdauer wie eine rein unidirektionale Messung.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 46 700 A1 zeigt eine Messvorrichtung zur Vermessung von Messobjekten, welche die Problematik der Vermessung im Arbeitspunkt durch gleichzeitige Beaufschlagung des Messobjekts mit zwei Signalen unterschiedlicher Frequenz an unterschiedlichen Messtoren löst. Sie benötigt jedoch zwei unabhängige Signalgeneratoren. Außerdem ist eine Vermessung ohne Arbeitspunktverfälschung oder Beschädigung des Messobjekts durch das zweite Messsignal nicht sicher gewährleistet.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 199 26 454 A1 zeigt einen vektoriellen Netzwerkanalysator mit mindestens zwei Messtoren, deren Messzweige jeweils Viertore mit zugehörigen Messstellen aufweisen. Jedem Messtor ist dabei ein eigener Hochfrequenzgenerator zugeordnet, wobei die einzelnen Hochfrequenzsignale voneinander unterscheidbar sind und gleichzeitig den zugehörigen Messstellen zugeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine Messung der Parameter von Messobjekten im Arbeitspunkt ermöglichen und lediglich einen geringen Aufwand erfordern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Eine Messvorrichtung zur Messung von Streuparametern eines Messobjekts verfügt über zumindest eine Verarbeitungs-Einrichtung, eine Sende-Einrichtung und eine Empfangs-Einrichtung. Die Messvorrichtung misst die Wellengrößen der hinlaufenden Wellen und die Wellengrößen der rücklaufenden Wellen an einem ersten Messtor und an einem zweiten Messtor. Sie führt die folgenden Schritte aus:

– Einspeisung eines ersten Messsignals in das erste Messtor durch die Sende-Einrichtung, und Messung der Wellengrößen der hinlaufenden und rücklaufenden Wellen durch die Empfangs-Einrichtung.
– Einspeisung eines zweiten Messsignals in das zweite Messtor durch die Sende-Einrichtung, während das erste Messsignal in das erste Messtor eingespeist wird und Messung der Wellengrößen der hinlaufenden und rücklaufenden Wellen durch die Empfangs-Einrichtung.
– Bestimmung von korrigierten Wellengrößen anhand einer Korrekturrechnung durch die Verarbeitungs-Einrichtung, z. B. als 12-Term oder 10-Term Korrekturrechnung.
– Bestimmung von Streuparametern des Messobjekts aus den korrigierten Wellengrößen durch die Verarbeitungs-Einrichtung.
– Bildung der Differenzen der gemessenen Wellengrößen durch die Verarbeitungs-Einrichtung vor Durchführung der Korrekturrechnung und Durchführung der Korrekturrechnung auf Basis dieser Differenzen. So ist eine Vermessung des Messobjekts im Arbeitspunkt auch bei Rückwärtsmessung möglich.

Die Amplitude des zweiten Messsignals ist vorteilhafterweise geringer als die Amplitude, besonders vorteilhafterweise geringer als ein Fünftel der Amplitude, besonders vorteilhafterweise ein Zehntel der Amplitude des ersten Messsignals. So werden Beschädigungen des Messobjekts oder eine Verfälschung der Messung durch hohe Pegel des Messsignals bei Rückwärtsmessung vermieden.
Der Zeitraum der gemeinsamen Einspeisung des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals ist bevorzugt kürzer als der Zeitraum der alleinigen Einspeisung des ersten Messsignals, besonders bevorzugt kürzer als ein Fünftel der alleinigen Einspeisung des ersten Messsignals. Dies führt zu einer geringen Messzeit bei hoher Messgenauigkeit.
Die Messvorrichtung betreibt das Messobjekt bevorzugt durch die Einspeisung des ersten Messsignals in seinem Arbeitspunkt. Sie speist das zweite Messsignal bevorzugt dergestalt ein, dass das Messobjekt weiterhin weitgehend in seinem Arbeitspunkt betrieben wird. So wird der Arbeitspunkt des Messobjekts auch bei der Rückwärtsmessung nicht verfälscht.
Vorteilhafterweise erzeugt die Sende-Einrichtung das erste Messsignal und das zweite Messsignal mit weitgehend identischer Frequenz und weitgehend identischer Phase. Die Verarbeitungs-Einrichtung kompensiert bevorzugt abweichende Frequenzen und Phasen mittels einer Korrekturrechnung. So ist eine phasensynchrone Messung und damit eine hohe Messgenauigkeit möglich.
Bevorzugt ist die Messvorrichtung ein Netzwerkanalysator. Er wird bevorzugt vor Durchführung der Messungen mittels eines 12-Term-Verfahrens oder eines 10-Term-Verfahrens unter Einsatz von Kalibrierstandards kalibriert. So ist eine sehr genaue Messung möglich.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Netzwerkanalysator vor Durchführung der Messungen nicht unter Einsatz von Kalibrierstandards kalibriert. Er wird dann mittels im Herstellungsprozess ermittelter Korrekturkoeffizienten und im Laufe der Messung ermittelter Wellengrößen kalibriert. So ist eine genaue Messung ohne Kalibrieraufwand für den Benutzer möglich.
Die Sende-Einrichtung enthält bevorzugt nur einen Signal-Generator. Er erzeugt die zwei Messsignale. Die Sende-Einrichtung enthält bevorzugt zumindest ein Dämpfungsglied. Es stellt die Amplitude zumindest eines der beiden Messsignale ein. So ist ein Aufbau mit nur sehr wenigen Komponenten möglich. Auf einen aufwendigen zweiten Signal-Generator kann verzichtet werden.
Der Netzwerkanalysator verfügt bevorzugt über zumindest 4 Empfänger. So ist eine schnelle und zuverlässige Messung möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
2 einen beispielhaften Messaufbau;
3 ein Detail eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
4 ein Detail eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
5 einen erfindungsgemäßen Messaufbau, und
6 ein Ausführungsbeispiel des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Messverfahrens.
Zunächst wird anhand der 1 der Aufbau und die Funktionsweise einer ersten erfindungsgemäßen Messvorrichtung erläutert. Anhand der 2 wird der Aufbau und die Funktionsweise eines beispielhaften Messaufbaus gezeigt. Mittels 3–4 wird der Aufbau und die Funktionsweise weiterer erfindungsgemäßer Messvorrichtungen gezeigt. Anhand der 5 und 6 wird abschließend der Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Messaufbaus und der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Identische Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Messvorrichtung um einen Vektor-Netzwerkanalysator.
Dargestellt ist ferner das Ausführungsbeispiel eines 2-Tor-Netzwerkanalysators.
An jedem Tor T1, T2 der Messvorrichtung 1 ist eine separate Anregungs-/Empfangseinheit 2₁ bzw. 2₂ vorhanden. Dabei verfügen die Anregungs-/Empfangseinheiten 2₁ bzw. 2₂ lediglich über einen gemeinsamen Signalgenerator 30, mit welchem das Messobjekt 42 mit einem Anregungssignal beaufschlagbar ist. Es ist deutlich ersichtlich, dass das Vorhalten von nur einem Signalgenerator 30 einen deutlich geringeren Aufwand als das Vorhalten von zwei getrennten Signalgeneratoren erfordert.
Im dargestellten Anwendungsfall ist das Messobjekt 42 ein 2-Tor, beispielsweise ein Bandpass, ein Verstärker, eine Dämpfungsschaltung oder dergleichen. Jedes der beiden Tore des Messobjekts 42 ist mit einem der beiden Tore T1 bzw. T2 der Messvorrichtung 1 verbunden.
Der Signalgenerator 30 ist über einen Signal-Teilungs-Einrichtung 23 mit einem Signal-Verteiler (signal splitter) 5₁ bzw. 5₂ verbunden. Die Signal-Teilungs-Einrichtung 23 teilt das Signal dabei in einem einstellbaren Verhältnis. Diese Einstellung erfolgt mittels einer Steuerleitung 21 durch eine Verarbeitungseinrichtung 51. Eine beispielhafte Signal-Teilungs-Einrichtung 23 wird anhand der 4 näher erläutert. Ein Signalzweig 6₁ bzw. 6₂ steht jeweils über eine Brücke (Richtkoppler) 7₁ bzw. 7₂ mit dem zugeordneten Tor T1 bzw. T2 in Verbindung. Der andere Zweig 8₁ bzw. 8₂ ist mit einem Mischer 10₁ bzw. 10₂ einer ersten Empfangseinrichtung 9₁ bzw. 9₂ der jeweiligen Anregungs-/Empfangseinheit 2₁ bzw. 2₂ verbunden. Die erste Empfangseinrichtung 9₁ bzw. 9₂ empfängt somit das Anregungssignal. Ferner wird dem Mischer 10₁ bzw. 10₂ ein Oszillatorsignal zugeführt, das von einem internen Oszillator 31 erzeugt wird und dem Mischer 10₁ bzw. 10₂ über zwei Signal-Verteiler (signal splitter) 24 und 11₁ bzw. 11₂ und jeweils einen Verstärker 12₁ bzw. 12₂ zugeführt wird.
Der gleiche Oszillator 31 versorgt über den anderen Signalzweig den Signal-Verteiler 11₁ bzw. 11₂ und einen entsprechenden Verstärker 13₁ bzw. 13₂ einen Mischer 14₁ bzw. 14₂ der jeweiligen Anregungs-/Empfangseinheit 2₁ bzw. 2₂ . Der Mischer 14₁ bzw. 14₂ steht über einen Isolations-Verstärker 16₁ bzw. 16₂ und die Brücke 7₁ bzw. 7₂ mit dem zugeordneten Tor T1 bzw. T2 in Verbindung. Über diesen Signalzweig wird somit das von dem zugehörigen Tor T1 empfangene, von dem Messobjekt 42 zum Tor T1 reflektierte oder durch das Messobjekt 42 von dem Tor T1 zum Tor T2 transmittierte Signal empfangen. Entsprechend wird durch diesen Signalzweig der Anregungs-/Empfangseinheit 2₂ das von dem Messobjekt 42 zum Tor T2 reflektierte oder durch das Messobjekt 42 vom Tor T1 zum Tor T2 transmittierte Signal empfangen. Die Mischer 10₁ und 14₁ der ersten Anregungs-/Empfangseinheit 2₁ setzen das empfangene Signal in eine erste Zwischenfrequenzlage mit der Zwischenfrequenz f_IF1 um, während die Mischer 10₂ und 14₂ der zweiten Anregungs-/Empfangseinheit 2₂ das empfangene Signal in eine zweite Zwischenfrequenzlage mit der Zwischenfrequenz f_IF2 umsetzen. Dabei sind die Zwischenfrequenzen f_IF1 und f_IF2 nicht notwendigerweise identisch.
Das von den Mischern 10₁ bzw. 10₂ erzeugte Zwischenfrequenz-Referenzsignal IF1 bzw. IF2 sowie das von den Mischern 14₁ bzw. 14₂ erzeugte Zwischenfrequenz-Messsignal M1 bzw. M2 wird einem Analog/Digital-Wandler in der Verarbeitungs-Einrichtung 51 zugeführt, welcher mit einer Signalauswertungs- und Steuereinheit in der Verarbeitungs-Einrichtung 51 in Verbindung steht. In dieser erfolgt eine Auswertung der Referenzsignale und der Messsignale. Die Verarbeitungs-Einrichtung 51 steuert ferner über Steuerleitungen 19, 20 den Signalgenerator 30 und den Oszillator 31 so an, dass diese ein Signal mit vorbestimmter Frequenz f_SO1, f_LO1 und mit vorbestimmter Phase φ_SO1, φ_LO1 erzeugen.
Über die weitere Steuerleitung 21 steht die Verarbeitungs-Einrichtung 51 mit der Signal-Teilungs-Einrichtung 23 in Verbindung, so dass die Signalamplitude des von dem Signalgenerator 30 erzeugten Anregungssignals an den beiden Anregungs-/Empfangseinheiten 2₁ und 2₂ steuerbar ist. Da die Ist-Amplitude des Anregungssignals über die Zwischenfrequenz-Referenzsignale IF1 und IF2 erfasst werden, kann auf diese Weise eine Regelschleife zur exakten Regelung der Anregungsamplitude gebildet werden.
Weitere Steuerleitungen zur Einstellung der Verstärkungsfaktoren der Verstärker in den Anregungs-/Empfangseinheiten 2₁ und 2₂ sind darüber hinaus denkbar.
Die Steuerleitungen 19 bis 21 können zu einem Bus-System 25, insbesondere einem LAN-Bus-System, zusammengefasst werden.
Üblicherweise werden bei Netzwerkanalysatoren mit lediglich je einem Sendeoszillator und einem Lokaloszillator nacheinander Vorwärtsmessungen und Rückwärtsmessungen bei Vertauschung der Anschlüsse durchgeführt. Erfindungsgemäß wird stattdessen jedoch nach einer einzelnen Vorwärtsmessung eine gleichzeitige Vorwärtsmessung und Rückwärtsmessung durchgeführt. Bei der einzelnen Vorwärtsmessung wird die Signal-Teilungs-Einrichtung 23 von der Verarbeitungs-Einrichtung 51 derart angesteuert, dass lediglich ein Signal von dem Sende-Oszillator 30 in die erste Anregungs-/Empfangseinheit 2₁ gelangt. Bei der anschließenden gleichzeitigen Vorwärtsmessung und Rückwärtsmessung wird die Signal-Teilungs-Einrichtung 23 von der Verarbeitungs-Einrichtung 51 derart angesteuert, dass ein Signal von dem Sende-Oszillator 30 in die erste Anregungs-/Empfangseinheit 21 und ein deutlich abgeschwächtes Signal, z. B. mit einem Zehntel der Amplitude des ersten Signals, in die zweite Anregungs-/Empfangseinheit 2₂ gelangt. So werden Signale unterschiedlicher Amplitude aber identischer Frequenz und Phase in die beiden Messtore T1, T2 des Messobjekts 42 eingespeist. Der genaue Ablauf der Messungen und der Weiterverarbeitung der Messergebnisse wird anhand der folgenden Figuren, insbesondere 6 verdeutlicht.
2 zeigt einen beispielhaften Messaufbau. Ein Messobjekt 42 ist über ein erstes Messtor 40 und über ein zweites Messtor 41 mit einem Messgerät verbunden. Mittels Richtkopplern 47 und 48 werden Wellengrößen von hinlaufenden und rücklaufenden Wellen gemessen. Das Messobjekt 42 wird in einer Vorwärtsmessung an dem ersten Messtor 40 mit einem Messsignal beaufschlagt. Über den Anschluss 44 werden die vom Messobjekt 42 rücklaufenden Wellen gemessen. Über den Anschluss 43 werden die zum Messobjekt hinlaufenden Wellen gemessen. Über den Anschluss 46 werden die rücklaufenden Wellen gemessen. In einer anschließenden Rückwärtsmessung wird das Messobjekt 42 über das zweite Messtor 41 mit einem Messsignal beaufschlagt. Während dieser zweiten Messung sind die Richtkoppler 47 und 48 vertauscht angeordnet, um sämtliche von dem Messobjekt 42 transmittierten und reflektierten Wellen zu messen. Da das Messgerät vor Durchführung der Messungen z. B. mittels eines 10-Term-Kalibrierverfahrens bzw. eines 12-Term-Kalibrierverfahrens kalibriert wurde, können die erhaltenen Wellengrößen nun korrigiert werden. Aus den korrigierten Wellengrößen können die Streuparameter des Messobjekts 42 bestimmt werden. Um jedoch eine Rückwärtsmessung im Arbeitspunkt, also bei gleichzeitiger Einspeisung in Vorwärtsrichtung, zu erreichen, ist üblicherweise eine Messvorrichtung mit zwei Sendeoszillatoren notwendig.
In 3 wird ein zweites Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung dargestellt. Die hier dargestellte Messvorrichtung ist ein Vektornetzwerkanalysator. Sie beinhaltet eine Verarbeitungs-Einrichtung 51, eine Sende-Einrichtung 50, eine Empfangs-Einrichtung 52 und eine Anzeige-Einrichtung 55. Die Verarbeitungseinrichtung 51 ist mit der Sende-Einrichtung 50, der Empfangs-Einrichtung 52 und mit der Anzeige-Einrichtung 55 verbunden. Die Sende-Einrichtung 50 ist mittels einer Mehrzahl von Anschlüssen 53 mit dem Messobjekt 42 verbunden. Die Empfangs-Einrichtung ist mittels einer Mehrzahl von Anschlüssen 54 mit dem Messobjekt 42 verbunden. Die Verarbeitungs-Einrichtung 51 entspricht dabei der Verarbeitungs-Einrichtung 51 aus 1. Die Sende-Einrichtung 50 und die Empfangs-Einrichtung 52 erfüllen dabei weitgehend dieselben Aufgaben wie die Anregungs-/Empfangseinheiten 2₁ und 2₂ aus 1. Dabei sind jedoch zum Senden und Empfangen benötigte Oszillatoren in die Sende-Einrichtung 50 bzw. die Empfangs-Einrichtung 52 integriert.
Die Verarbeitungs-Einrichtung 51 steuert die Sende-Einrichtung 50, die Empfangs-Einrichtung 52, die Anzeige-Einrichtung 55 und den Ablauf der Messung. Sie sendet Anweisungen an die Sende-Einrichtung 50, welche Signale diese zu welchem Zeitpunkt über welchen der Mehrzahl an Anschlüssen 53 an das Messobjekt 42 zu senden hat. Ebenso sendet sie Anweisungen an die Empfangs-Einrichtung 52, bei welchen Einstellungen diese zu welchem Zeitpunkt Signale von welchen der Mehrzahl an Anschlüssen 54 zu empfangen hat.
Die Sende-Einrichtung 50 beinhaltet dabei genau einen Signal-Generator, welcher sämtliche Messsignale erzeugt. Werden mehrere Messsignale gleichzeitig benötigt, werden diese mittels Dämpfungsgliedern und Phasenschiebern aus dem, von dem einen Signal-Generator abgegebenen Signal erzeugt. Damit ist die Phasensynchronität und Frequenzsynchronität der verschiedenen Messsignale sichergestellt. Alternativ werden mehrere Signal-Generatoren zur Erzeugung der mehreren Messsignale genutzt. In diesem Fall sind jedoch zusätzliche Maßnahmen zur Erreichung einer Phasensynchronität und Frequenzsynchronität der verschiedenen Messsignale notwendig. Eventuell noch bestehende Abweichungen von der gewünschten Frequenz, Phase und Amplitude der Messsignale werden mittels einer von der Verarbeitungs-Einrichtung 51 durchgeführten Korrektur-Rechnung kompensiert.
Die Empfangs-Einrichtung 52 beinhaltet dabei zumindest 4 Empfänger. Dies ist notwendig um an zumindest zwei Messtoren gleichzeitig hinlaufende und rücklaufende Wellengrößen zu messen. Sind weniger als das Doppelte der Anzahl der Messtore an Empfängern vorhanden, müssen mehrere zeitlich hintereinander ablaufende Messungen durchgeführt werden, um sämtliche Wellengrößen messen zu können. Die so erhaltenen Messwerte sind jedoch nicht synchron und damit von geringerer Genauigkeit.
Der genaue Ablauf einer Messung wird später anhand der 6 näher erläutert.
In 4 wird ein Detail eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung dargestellt. Die in dieser Figur dargestellten Elemente sind beispielsweise in einer Signal-Teilungs-Einrichtung 23, wie sie der 1 zu entnehmen ist, angeordnet. Über einen Anschluss 60 wird das von einem Sendeoszillator erzeugte Signal eingespeist. Ein Signal-Verteiler 61 (signal splitter) teilt das Signal in zwei Anteile und leitet diese an die Entkoppel-Verstärker 62 und 63 weiter. Diese leiten die entkoppelten Signale an die Schalter 64 und 65 weiter. Von den Schaltern 64 und 65 werden die Signale geschaltet und an die Dämpfungsglieder 66 und 67 weitergeleitet. Die Dämpfungsglieder 66 und 67 dämpfen die Signale in einem einstellbaren Maß. Die resultierenden Signale werden nach Bedarf über die Anschlüsse 68, 69 an die Tore eines Messobjekts geleitet. Sie weisen nahezu identische Frequenz und nahezu identische Phase auf. Eventuelle Abweichungen werden in einer Korrekturrechnung kompensiert. Die Amplituden der Signale können jedoch voneinander abweichen. Die Schalter 64 und 65 und die Dämpfungsglieder 66 und 67 werden dabei von einer Verarbeitungseinrichtung, z. B. von der Verarbeitungseinrichtung 51 aus 1 gesteuert. Alternativ ist ein Aufbau bestehend lediglich aus einem einstellbaren Signal-Verteiler (signal splitter) denkbar. Durch die hier dargestellten Schaltungselemente ist eine gezielte Aufteilung des Oszillatorsignals auf zwei Messpfade möglich.
5 zeigt einen erfindungsgemäßen Messaufbau. Der Aufbau entspricht in weiten Teilen dem beispielhaften Messaufbau aus 1. Über die Anschlüsse 44 und 46 werden die vom Messobjekt 42 rücklaufenden Wellen gemessen. Über die Anschlüsse 43 und 45 werden auf das Messobjekt 42 zulaufende Wellen gemessen. Eine echte Rückwärtsmessung findet hier nicht statt. Die Richtkoppler 47 und 48 werden nicht vertauscht, da jeweils ein Empfänger für die hinlaufende und rücklaufende Welle angeschlossen ist. Während der Vorwärtsmessung wird zusätzlich zeitweise ein schwächeres zweites Messsignal gleicher Frequenz und Phase in das zweite Messtor 41 eingespeist. Die resultierenden Wellengrößen werden an allen vier, an die Anschlüsse 43, 44, 45 und 46 angeschlossenen Empfängern gemessen.
Die Wellengrößen der alleinigen Vorwärtsmessung und der kombinierten Messung werden an die Verarbeitungs-Einrichtung 51 aus 1 bzw. 3 weitergeleitet. Diese berechnet hieraus korrigierte Wellengrößen und daraus die Streuparameter des Messobjekts.
Der genaue Ablauf der Messung und Korrekturrechnung wird im Folgenden anhand von 6 dargestellt.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Messverfahrens. Das Messobjekt 42 wird mit den Messtoren 40, 41 der Messvorrichtung, hier einem Vektornetzwerkanalysator, verbunden. Das Messobjekt 42 verfügt dabei zumindest über zwei Tore. Die Messvorrichtung verfügt ebenfalls über zumindest zwei Messtore 40, 41. In einem ersten Schritt 80 wird eine Vorwärtsmessung durchgeführt. Dabei wird an einem ersten Messtor 40 des Messobjekts 42 ein Messsignal eingespeist. Derweil werden an beiden Messtoren 40, 41 die Wellengrößen der hinlaufenden Wellen a_1,F, a_2,F und rücklaufenden Wellen b_1,F, b_2,F gemessenen. Diese Wellengrößen werden aufgezeichnet.
In einem zweiten Schritt 81 wird zusätzlich zu dem ersten Messsignal, welches weiterhin an dem ersten Messtor 40 eingespeist wird, ein zweites Messsignal an dem zweiten Messtor 41 eingespeist. Das zweite Messsignal verfügt dabei über eine weitgehend identische Frequenz und Phase gegenüber dem ersten Messsignal. Eventuelle Abweichungen in Frequenz und Phase werden in einem späteren Schritt kompensiert. Die Amplitude des zweiten Messsignals ist geringer als die Amplitude des ersten Messsignals. Sie ist bevorzugt geringer als 1/5, besonders bevorzugt 1/10 der Amplitude des ersten Messsignals. Auch während dieses Schritts werden an beiden Messtoren 40, 41 die Wellengrößen der hinlaufenden Wellen a_1,FR, a_2,FR und rücklaufenden Wellen b_1,FR, b_2,FR gemessenen.
In einem dritten Schritt 82 werden die Differenzen der gemessenen Wellengrößen bestimmt. Die Differenzen entsprechen dabei näherungsweise den erwarteten Wellengrößen einer Rückwärtsmessung im Arbeitspunkt. a1,corr = a1,FR – a1,F a2,corr = a2,FR – a2,F b1,corr = b1,FR – b1,F b2,corr = b2,FR – b2,F
Dabei sind die Größen a_1,F, a_2,F die Wellengrößen der hinlaufenden, b_1,F, b_2,F die Wellengrößen der rücklaufenden Wellen bei reiner Vorwärtsmessung und die Größen a_1,FR, a_2,FR die Wellengrößen der hinlaufenden und die Größen b_1,FR, b_2,FR die Wellengrößen der rücklaufenden Wellen bei kombinierter Vorwärtsmessung und Rückwärtsmessung. Die Größen a_1,corr, a_2,corr, b_1,corr, b_2,corr sind die Differenzen der gemessenen Wellengrößen.
In einem vierten Schritt 83 wird eine Korrekturrechnung, z. B. nach dem 10-Term-Verfahren bzw. nach dem 12-Term-Verfahren mit den gemessenen Wellengrößen der Vorwärtsmessung a_1,F, a_2,F b_1,F, b_2,F und den berechneten Wellengrößen a_1,corr, a_2,corr, b_1,corr, b_2,corr durchgeführt. Die berechneten Wellengrößen entsprechen dabei den Wellengrößen einer hypothetischen Rückwärtsmessung im Arbeitspunkt. So werden korrigierte Wellengrößen a_22,corr, b_22,corr, a_21,corr, b_21,corr, a_11,corr, b_11,corr, a_12,corr, b_12,corr ermittelt. Hierzu werden im Zuge von zuvor an dem eingesetzten Messaufbau durchgeführten Kalibriermessungen bestimmte Kalibriergrößen e₀₀, e₀₁, e₁₀, e₁₁, e'₂₂, e'₂₃, e'₃₂, e'₃₃ herangezogen.
Aus diesen korrigierten Wellengrößen a_22,corr, b_22,corr, a_21,corr, b_21,corr, a_11,corr, b_11,corr, a_12,corr, b_12,corr werden in einem fünften Schritt 84 die Streuparameter S_11,corr, S_12,corr, S_21,corr, S_22,corr des Messobjekts wie folgt berechnet:
Im Folgenden werden zwei Anwendungsmöglichkeiten des dargestellten Verfahrens gezeigt.
1. Hot-S-Parametermessung
Wie bereits angedeutet ist es mit Hilfe dieses Verfahrens möglich, Messobjekte im Arbeitspunkt zu vermessen. Durch die geringe Sendeleistung des zur Rückwärtsmessung genutzten Signals wird einerseits der Arbeitspunkt nicht verfälscht, andererseits wird eine Verfälschung der Ergebnisse durch eine zu hohe Signalbeaufschlagung des Messtors, welches üblicherweise nicht zur Annahme von Signalen vorgesehen ist, vermieden. Auch eine Beschädigung des Messobjekts durch eine zu hohe Eingangsleistung am zweiten Messtor wird so vermieden. Voraussetzung dieses Verfahrens ist jedoch eine vorausgehende Ermittlung der Fehlerparameter des Messaufbaus, also des Messgeräts und sämtlicher Verbindungsmittel zum Messobjekt. Diese Fehlerparameter werden in Fehlermatrizen gespeichert und zur Korrektur der Messergebnisse herangezogen. Diese Kalibrierung bedingt den sequentiellen Anschluss mehrerer Kalibrierstandards an die Messtore des Messgeräts und verursacht damit einen nennenswerten Aufwand. Dieser Aufwand kann durch automatischen Anschluss der Kalibrierstandards reduziert werden.
2. Automatische Kalibrierung
Auf eine Kalibrierung mittels des Anschlusses von Kalibrierstandards durch den Nutzer des Messgeräts kann verzichtet werden, wenn das im Folgenden beschriebene Verfahren angewendet wird. Zunächst wird das Messgerät während des Herstellungsprozesses kalibriert. D. h. die Fehlermatrizen des Messgeräts werden ermittelt. Diese beinhalten jedoch noch keine Informationen bezüglich der durch die Verbindungsmittel, mittels welcher das Messobjekt angeschlossen wird, verursachten Messfehler. So beinhalten diese Messfehler Reflexionen an den Messtoren und die Transmissionen durch die Messtore.
Messfehler in der Transmission können durch Verbindung der beiden Verbindungsmittel, welche zum Anschluss des Messobjekts eingesetzt werden, kalibriert werden. Auf diese Kalibrierung kann verzichtet werden, wenn ein geringer Messfehler in Kauf genommen wird. Insbesondere bei Einsatz von kurzen Verbindungsleitungen verursacht dieses Vorgehen keine gravierenden Messfehler.
Die Messfehler durch Reflexion an den Anschlüssen der Verbindungsmittel auf Seite der Messtore können ebenfalls durch diese eine Kalibriermessung bestimmt werden. Bei Anschluss eines Messobjekts mittels der Verbindungsmittel können bei unidirektionaler Messung weiterhin die Reflexionen am Anschluss des Verbindungsmittels auf der Messobjektseite und am Messobjekt auf der Sendeseite bestimmt werden.
Somit sind bei unidirektionaler Messung lediglich die Reflexionen am Anschluss des Verbindungsmittels auf der Messobjektseite und am Messobjekt auf der Empfangsseite nicht bekannt. Diese verbliebenen Fehlerkoeffizienten werden, wie weiter oben ausführlich beschrieben, mittels einer gleichzeitigen Einspeisung eines schwächeren zweiten Anregungssignals in das zweite Messtor bestimmt. Da für diese reine Reflexionsmessung lediglich eine geringe Dynamik notwendig ist, genügt hierfür eine sehr kurze Messzeit. So kann eine nahezu vollständig kalibrierte Messung nach lediglich der Verbindung der beiden Messleitungen erfolgen. Eine unvollständig kalibrierte, jedoch trotz dessen fehlerarme Messung ist bei Verzicht auf diese Kalibriermessung möglich.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wie bereits erwähnt, können unterschiedliche Messvorrichtungen eingesetzt werden. Auch ist eine Nutzung von höheren Anzahlen an Messtoren möglich. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar. Insbesondere sind die anhand der 3 und 4 beschriebenen Details in Kombination mit dem Ausführungsbeispiel der 1 und/oder in Kombination untereinander anwendbar.

Claims

Messverfahren zur Messung von Streuparametern eines Messobjekts (42), wobei Wellengrößen (a_1,F, a_2,F, a_1,FR, a_2,FR) hinlaufender Wellen und Wellengrößen (b_1,F, b_2,F, b_1,FR, b_2,FR) rücklaufender Wellen an einem ersten Messtor (40, T1) und an einem zweiten Messtor (41, T2) gemessen werden, wobei die folgenden Schritte ausgeführt werden: – Einspeisen eines ersten Messsignals in das erste Messtor (40, T1), Messen der Wellengrößen der hinlaufenden (a_1,F, a_2,F) Wellen, und Messen der Wellengrößen (b_1,F, b_2,F) der rücklaufenden Wellen; – Einspeisen eines zweiten Messsignals in das zweite Messtor (41, T2), während das erste Messsignal in das erste Messtor (40, T1) eingespeist wird, Messen der Wellengrößen (a_1,FR, a_2,FR) der hinlaufenden Wellen, und Messen der Wellengrößen (b_1,FR, b_2,FR) der rücklaufenden Wellen; – Bestimmen von korrigierten Wellengrößen anhand einer Korrekturrechnung; – Bestimmen von Streuparametern des Messobjekts (42) aus den korrigierten Wellengrößen; dadurch gekennzeichnet, dass vor der Korrekturrechnung die Differenzen der gemessenen Wellengrößen (a_1,F, a_2,F, a_1,FR, a_2,FR, b_1,F, b_2,F, b_1,FR, b_2,FR) bestimmt werden und die Korrekturrechnung anhand dieser Differenzen durchgeführt wird.
Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des zweiten Messsignals geringer als die Amplitude, vorteilhafterweise geringer als ein Fünftel der Amplitude, besonders vorteilhafterweise ein Zehntel der Amplitude des ersten Messsignals ist.
Messverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum der gemeinsamen Einspeisung des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals kürzer als der Zeitraum der alleinigen Einspeisung des ersten Messsignals, vorteilhafterweise kürzer als ein Fünftel der alleinigen Einspeisung des ersten Messsignals ist.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (42) durch die Einspeisung des ersten Messsignals in seinem Arbeitspunkt betrieben wird, und dass die Einspeisung des zweiten Messsignals dergestalt erfolgt, dass das Messobjekt (42) weiterhin zumindest in etwa in seinem Arbeitspunkt betrieben wird.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal eine zumindest im Wesentlichen identische Frequenz und eine zumindest im Wesentlichen identische Phase aufweisen, und dass eventuell geringfügig abweichende Frequenzen und Phasen mittels einer Korrekturrechnung kompensiert werden.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Messungen ein Netzwerkanalysator eingesetzt wird, und dass der Netzwerkanalysator vor Durchführung der Messungen mittels eines 12-Term-Verfahrens oder eines 10-Term- Verfahrens unter Einsatz von Kalibrierstandards kalibriert wird.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Messungen ein Netzwerkanalysator eingesetzt wird, und dass der Netzwerkanalysator mittels im Herstellungsprozess ermittelter Korrekturkoeffizienten und im Laufe der Messung ermittelter Wellengrößen kalibriert wird.
Messvorrichtung (1) zur Messung von Streuparametern eines Messobjekts (42), wobei die Messvorrichtung (1) über zumindest eine Verarbeitungs-Einrichtung (51), eine Sende-Einrichtung (50) und eine Empfangs-Einrichtung (52) verfügt, wobei die Messvorrichtung (1) Wellengrößen (a_1,F, a_2,F, a_1,FR, a_2,FR) hinlaufender Wellen und Wellengrößen (b_1,F, b_2,F, b_1,FR, b_2,FR) rücklaufender Wellen an einem ersten Messtor (40, T1) und an einem zweiten Messtor (41, T2) misst, wobei die Verarbeitungs-Einrichtung (51) der Messvorrichtung (1) zur Durchführung der die folgenden Schritte ausgebildet ist: – Einspeisung eines ersten Messsignals in das erste Messtor (40, T1) durch die Sende-Einrichtung (50), und Messung der Wellengrößen (a_1,F, a_2,F) der hinlaufenden Wellen und Messung der Wellengrößen (b_1,F, b_2,F) der rücklaufenden Wellen durch die Empfangs-Einrichtung (52); – Einspeisung eines zweiten Messsignals in das zweite Messtor (41, T2) durch die Sende-Einrichtung (50), während das erste Messsignal in das erste Messtor (40, T1) eingespeist wird und Messung der Wellengrößen der hinlaufenden (a_1,FR, a_2,FR) Wellen und Messung der Wellengrößen (b_1,FR, b_2,FR) der rücklaufenden Wellen durch die Empfangs-Einrichtung (52); – Bestimmung von korrigierten Wellengrößen anhand einer Korrekturrechnung durch die Verarbeitungs-Einrichtung (51); – Bestimmung von Streuparametern des Messobjekts (42) aus den korrigierten Wellengrößen durch die Verarbeitungs-Einrichtung (51), dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs-Einrichtung (51) vor Durchführung der Korrekturrechnung die Differenzen der gemessenen Wellengrößen (a_1,F, a_2,F, a_1,FR, a_2,FR, b_1,F, b_2,F, b_1,FR, b_2,FR) bestimmt und die Korrekturrechnung auf Basis dieser Differenzen durchführt.
Messvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des zweiten Messsignals geringer als die Amplitude, vorteilhafterweise geringer als ein Fünftel der Amplitude, besonders vorteilhafterweise ein Zehntel der Amplitude des ersten Messsignals ist.
Messvorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum der gemeinsamen Einspeisung des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals kürzer als der Zeitraum der alleinigen Einspeisung des ersten Messsignals, vorteilhafterweise kürzer als ein Fünftel der alleinigen Einspeisung des ersten Messsignals ist.
Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) das Messobjekt (42) durch die Einspeisung des ersten Messsignals in seinem Arbeitspunkt betreibt, und dass die Messvorrichtung (1) das zweite Messsignal dergestalt einspeist, dass das Messobjekt (42) weiterhin zumindest in etwa in seinem Arbeitspunkt betrieben wird.
Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Einrichtung (50) das erste Messsignal und das zweite Messsignal mit zumindest im Wesentlichen identischer Frequenz und zumindest im Wesentlichen identischer Phase erzeugt, und dass die Verarbeitungs-Einrichtung (51) eventuell geringfügig abweichende Frequenzen und Phasen mittels einer Korrekturrechnung kompensiert.
Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) ein Netzwerkanalysator ist, und dass der Netzwerkanalysator vor Durchführung der Messungen mittels eines 12-Term-Verfahrens oder eines 10-Term-Verfahrens unter Einsatz von Kalibrierstandards kalibriert wird.
Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) ein Netzwerkanalysator ist, und dass der Netzwerkanalysator mittels im Herstellungsprozess ermittelter Korrekturkoeffizienten und im Laufe der Messung ermittelter Wellengrößen kalibriert wird.
Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Einrichtung (50) einen Signal-Generator (30) enthält, dass der Signal-Generator (30) das erste und das zweite Messsignal erzeugt, dass die Sende-Einrichtung (50) zumindest ein Dämpfungsglied (66, 67) enthält, und dass das Dämpfungsglied (66, 67) die Amplitude zumindest eines der beiden Messsignale einstellt.
Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzwerkanalysator über zumindest 4 Empfänger verfügt.