JP2001201524A

JP2001201524A - 電気信号の比率測定装置、電気素子測定装置、電気素子測定装置の校正方法及び電気信号の比率測定方法

Info

Publication number: JP2001201524A
Application number: JP2000012174A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yagi; 利幸矢木
Original assignee: Agilent Technologies Japan Ltd
Current assignee: Agilent Technologies Japan Ltd
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2001-07-27
Also published as: US6549021B2; US20010009374A1

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定回路に対する影響が小さく安定度が高い
比率計と素子測定装置である。【解決手段】スイッチ手段（９）により二つの入力信号
を切り替え、スイッチを第１、第２の状態に保ちつつ、
二つの測定手段（１４，２０，２２，２４；１４a、２
０a，２２a，２４a）により互いに異なる入力を測定し
て測定値の比率を求める。得られた第１、第２の状態で
の２つの比率から該比率と双一次式をなす前記入力信号
に関連する被測定比率が得られる。この比率計に前置回
路を接続すれば正確に校正され、かつ安定どの高い電気
素子測定がおこなえる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は概して電気測定器に
関し、特に電気信号の比率を求める装置と該装置を用い
た測定器に関するものである

【０００２】

【従来の技術】回路網解析装置、回路素子測定装置、伝
送量測定装置あるいは位相・振幅測定装置など、２つの
電気信号の比率を測定する技術を用いる用途は多い。特
に電気信号が交流信号である場合は該比率はベクトル比
率である。

【０００３】従来、比率の測定確度が低くともよい場合
は二つの被測定電気信号がそれぞれ別々の測定手段で測
定され、得られた測定値から比率が求められている。多
くの回路網解析装置（例えば、アジレント・テクノロジ
ー株式会社（東京）が販売するAgilent ８７５１A）は
この方法を用いている。ところが、測定手段の変換係
数、すなわち被測定量と測定値の比（一般には複素数で
ある。）は二つの測定手段の特性の違いにより一般的に
は理論値と一致しない。被測定電気信号の周波数が高く
なるとその誤差は大きくなり易い。

【０００４】測定手段が線形であるとすれば、この誤差
を取り除く一つの方法に校正がある。電圧比を校正する
場合一般的に行われる方法の一つは、一つの信号源の出
力を抵抗型分配器で二つに分割しそれぞれの出力を測定
手段の入力として測定しその測定値を基準とする方法で
ある。しかしこの二つの測定手段をもつ方法では、それ
ぞれの構成部品の特性の違いにより校正後プラスマイナ
ス１０度以上の温度変化に対して、測定値の振幅として
０．０５％、位相に対して０．０３度というような安定
度を維持するのは困難である。

【０００５】この測定手段間の変換係数の差を極力小さ
くしかつ安定にする方法の極限として、同じ測定手段を
時分割で使用する方法が使用されている。例えば、回路
素子測定装置の一つであるインピーダンス測定装置（例
えば、アジレント・テクノロジー株式会社のAgilent４
２９４Ａ）では、測定値の振幅（絶対値）に対し０．０
５％、位相に対し０．０３度以下の安定度が要求されて
いるためこの時分割の方法がとられている。

【０００６】図１に示す従来技術による比率計は入力信
号を時分割多重するためのスイッチ手段９と該スイッチ
手段の出力側に縦続された終端抵抗１６と測定手段１０
０と制御計算装置３０とから構成される。スイッチ手段
９は入力端子２，４に接続された入力スイッチ６，８と
節点１０，１２を含む結線から成る。節点１０は測定手
段１００の入力端子でもある。節点１２には終端抵抗１
６が接続されている。被測定素子に流れる電流に対応す
る電圧Uは入力端子２に導入される。一方被測定素子に
印加される電圧に対応する電圧Vは入力端子４に導入さ
れる。

【０００７】第１の時間区間では入力スイッチ６，８は
（実線のスイッチ・リードが示すように）入力端子２，
４がそれぞれ測定装置１４、終端抵抗１６に排他的に接
続される第１の状態となる。そこで測定装置１４は電圧
Uを測定してメモリ２２に測定値uを格納する。入力端子
４は終端抵抗１６で終端される。

【０００８】次の第２の時間区間では（点線のスイッチ
・リードが示すように）入力スイッチ６，８は入力端子
４，２がそれぞれ測定装置１４、終端抵抗１６に排他的
に接続される第２の状態となる。そこで測定装置１４は
電圧Vを測定してメモリ２４に測定値vを格納する。入力
端子２は終端抵抗１６で終端される。制御計算装置３０
は入力スイッチ６，８、出力スイッチ２０、その他の部
分の動作タイミングをとり、また、メモリ２２，２４に
アクセスして測定値ｕ,ｖを入力してそれらの比率v/uを
計算する。該比率を校正時に求めた補正式ににより求め
る電圧比をを算出する。

【０００９】この場合測定手段１００の変換係数が温度
などで変化して、例えばu,vがku,kvになっても、(kv)/
(ku)=v/uとなり測定される比率は変化しない。この測定
方法で正しく校正及び測定が行れる為には、測定装置１
４の入力抵抗（一般にはインピーダンスであるが、説明
のためには抵抗でも差し支えない。）の抵抗値R1と終端
抵抗１６の抵抗値R2が等しいとの仮定が正しくなければ
ならない。

【００１０】ところが、電圧U,Vの周波数が高くなる
と、R１とR２を広い周波数範囲で同じ値に保つのが困難
となり、スイッチの状態により入力端子２又は４から比
率測定手段１００側を見た入力インピーダンスが相異な
る値をとる場合が生じてしまう。そのため、スイッチの
状態に応じて電圧U,Vの発生源が変化してしまいV/Uその
ものも変化してしまう。

【００１１】入力端子２，４のそれぞれの前に減衰器を
挿入して前記入力インピーダンスのスイッチの接続状態
に依存した上記変化を減殺する方法も講じられている。
しかし、この方法には、測定手段１００に入力される電
圧U,Vが減衰しそれらの信号対雑音比が低下し、従って
測定精度の低下という不都合な効果を招き易い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、入力
インピーダンスに差が存在しても不必要な減衰器を必要
とせず正しく校正され、電気信号の比率を安定に測定す
る装置と方法である。本発明の他の目的は、それら高安
定な比率測定を応用した電気素子測定器と電気素子測定
方法である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の電気
信号の比率測定装置は、第１の電気信号を受信する第１
の入力端子と、第２の電気信号を受信する第２の入力端
子と、第１、第２の出力端子とを備え、第１の入力端子
と第１の出力端子が接続され第２の入力端子と第２の出
力端子とが接続される第１の状態と、第１の入力端子と
第２の出力端子が接続され第２の入力端子と第１の出力
端子とが接続される第２の状態とを有するスイッチ手
段；前記第１の出力端子に接続された第１の受信端子を
有し、該第１の出力端子から受信した電気信号を測定す
るための第１の測定手段；前記第２の出力端子に接続さ
れた第２の受信端子を有し、該第２の出力端子から受信
した電気信号を測定するための第２の測定手段；及び、
前記スイッチ手段と前記第１、第２の測定手段とに接続
され、前記スイッチ手段が前記第１、第２の状態のそれ
ぞれにおける前記第１、第２の測定手段のそれぞれの前
記電気信号の測定値を受信して、前記第１の測定手段の
前記電気信号の測定値に対する前記第２の測定手段の前
記電気信号の測定値の比率の前記第１、第２の状態での
値から、該比率と双一次式をなす前記第１、第２の電気
信号に関連する被測定比率を算出するための制御計算手
段を備えている。

【００１４】上記の構成により、比率測定においてスイ
ッチ手段が一定の状態を保つので被測定比率を発生する
被測定比率の発生源に対する測定中の影響がなく、ま
た、第１、第２の測定手段の変換係数（あるいは利得す
なわち受信電気信号に対する測定値の比）のドリフト等
による変化の影響を受けない被測定比率の正確な算出が
可能となる。

【００１５】本発明に係る第２の電気信号の比率測定装
置は、本発明に係る第１の電気信号の比率測定装置の構
成において、前記電気信号の測定値の比率の前記第１、
第２の状態での値の相乗平均を前記被測定比率とするよ
うにしたものである。

【００１６】被測定比率が第１、第２の電気信号の比率
である場合は、このように計算を簡易化できるので、測
定速度、コストの点で有利である。

【００１７】本発明に係る第３の電気信号の比率測定装
置は、本発明に係る第２の電気信号の比率測定装置の構
成において、前記電気信号の測定値の比率の前記第１、
第２の状態での値の相加平均を前記被測定比率とするよ
うにしたものである。

【００１８】このように構成したため、前記電気信号の
測定値の比率の前記第１、第２の状態での値定値の比率
の前記第１、第２の状態での値の差が比較的小さい場合
は相加平均を前記被測定比率とすることで、さらに簡易
な計算手段で被測定比率の計算を済ますことができる。

【００１９】本発明に係る第４の電気信号の比率測定装
置は、本発明に係る第１の電気信号の比率測定装置の構
成において、前記第１、第２の電気信号が交流信号であ
って、前記被測定比率がベクトル比率としたものであ
る。

【００２０】このように構成したので、交流信号のベク
トル比率として、一方の電気信号に対する他方の電気信
号の相対振幅と位相差及びそれらに関連した値が容易に
もとめられる。そして、それらの値を用いる多くの用
途、たとえば回路網解析装置、回路素子測定装置、伝送
量測定装置、位相・振幅測定装置、物理量測定装置など
に正確な値を提供できるので有益である。

【００２１】本発明に係る第５の電気信号の比率測定装
置は、本発明に係る第４の電気信号の比率測定装置の構
成において、前記被測定比率が電気素子のインミタンス
であることを特徴とするものである。

【００２２】このように構成したので、電気素子の測定
が校正を含めて正確におこなえるので、インピーダンス
測定装置や回路網解析装置の確度、安定度を向上させる
ことができる。

【００２３】本発明に係る第６の電気信号の比率測定装
置は、本発明に係る第４、第5の電気信号の比率測定装
置のいずれかの構成において、前記第１、第２の測定手
段が前記測定を行なう前に前記電気信号をヘテロダイン
検波する構成であって、該検波に用いる局部信号を発生
するための局部発振器手段をさらに備える。

【００２４】このように構成したので、被測定比率の測
定誤差をほとんど増加させずに測定される電気信号の周
波数帯域幅や周波数上限を格段に広げることができる。

【００２５】本発明に係る第７の電気信号の比率測定装
置は、本発明に係る第１〜第５の電気信号の比率測定装
置のいずれかの構成において、前記第１、第２の電気信
号の少なくとも一方は減衰器を介して前記スイッチ手段
が受信するようにしたものである。

【００２６】このように構成したので、被測定比率の発
生源に対する測定中の影響がさらに逓減される。

【００２７】本発明に係る第1の電気素子測定装置は、
前記第５、第６の電気信号の比率測定装置；原電気信号
を発生するための原信号源；原信号源に接続され原電気
信号を入力して励起信号と前記第１の電気信号とに分割
するための電力分割手段；及び、前記励起信号で励起さ
れる方向性電橋であって、該方向性電橋の一辺に被測定
素子を接続するための測定端子を備え、その出力端子よ
り該方向性電橋の検出信号を前記第２の電気信号として
出力するための電橋手段を備え、前記被測定比率が前記
被測定素子のインミタンスに関する値を有する。

【００２８】このように構成したことにより、被測定素
子を流れる電流でなく方向性電橋の検出信号を測定する
ので、より広帯域、高周波におけるインミタンスを測定
することができる。

【００２９】本発明に係る第1の電気素子測定装置の校
正方法は、前記第１の電気素子測定装置を校正する方法
であって、前記スイッチ手段を前記第１の状態に維持し
つつ、前記被測定素子を3個の相異なる既知インピーダ
ンスで順次置き換えて、該既知インピーダンスに応じる
前記第1、第２の測定値に比率により前記双一次式の第
一の定数群を決定するステップ；及び、前記スイッチ手
段を前記第１の状態に維持しつつ、前記被測定素子を３
個の相異なる既知インピーダンスで順次置き換えて、該
既知インピーダンスに応じる前記第１、第２の測定値に
比率により前記双一次式の第一の定数群を決定するステ
ップを備える。

【００３０】このような方法によって校正するので、ス
イッチ手段の状態を変えずに前記被測定素子を３個の相
異なる既知インピーダンスで順次置き換えておこなう3
点校正が実施されるので校正精度が上がる。

【００３１】本発明に係る第１の電気信号の比率測定方
法は、第１の電気信号を受信する第１の入力端子と、第
２の電気信号を受信する第２の入力端子と、第１、第２
の出力端子とを備え、第１の入力端子と第１の出力端子
が接続され第２の入力端子と第２の出力端子とが接続さ
れる第１の状態と、第1の入力端子と第２の出力端子が
接続され第２の入力端子と第１の出力端子とが接続され
る第２の状態とを有するスイッチ手段の第１、第２の出
力端子にそれぞれ結合された第１、第２の測定手段のそ
れぞれに互いに排他的に入力される第１、第２の電気信
号の比率と双一次式をなす被測定比率を測定するための
測定方法であり、前記スイッチ手段を第１の状態として
前記第１の電気信号に係る第１の受信電気信号を前記第
１の測定手段で測定して第１の測定値を与え、前記第２
の電気信号に係る第２の受信電気信号を前記第２の測定
手段で測定して第２の測定値を与えるステップ；前記ス
イッチ手段を第２の状態として、前記第１の電気信号に
係る第３の受信電気信号を前記第２の測定手段で測定し
て第３の測定値を与え、前記第２の電気信号に係る第４
の受信電気信号を前記第１の測定手段で測定して第４の
測定値を与えるステップ；及び、前記第１、第２の測定
値の比率と前記第３、第４の測定値の比率に応じて前記
被測定比率を計算するステップとを備える。

【００３２】このような方法をとるので、比率測定にお
いてスイッチ手段が一定の状態を保つので被測定比率を
発生する被測定比率の発生源に対する測定中の影響がな
く、また、第１、第２の測定手段の変換係数（あるいは
利得すなわち受信電気信号に対する測定値の比）のドリ
フト等による変化の影響を受けない被測定比率の正確な
算出が可能となる。

【００３３】本発明に係るその他の態様とそ効果は本明
細書の以下の説明から容易に理解できるであろう。

【００３４】

【発明の実施の形態】図２には本発明の好適実施例の一
つのブロック図が示されている。図１におけるのと機能
等価な構成要素には同じ参照番号が付されている。ま
た、参照番号の尾部がaである参照番号（例えば１４a）
を有する構成要素は、該尾部aを欠く参照番号（例えば
１４）を有する構成要素と機能等価でもある。

【００３５】図２に示す本発明の電気信号の比率測定装
置あるいは比率計２００は、電圧あるいは電流であって
よい第１、第２の電気信号U,V（以下本発明の説明を簡
明にするため信号U,Vと称する）がそれぞれ入力される
入力端子２，４をそなえる。入力された電気信号は測定
装置１４，メモリ２２，２４から成る第１の測定手段と
測定装置１４ａとメモリ２２ａ、２４ａら成る第２の測
定手段で測定される。第１，第２の測定手段は好もしく
は実質的に等価な構成である。次ぎに、制御計算装置４
０が測定手段からの測定値を受信して信号U,Vの値U,Vの
比率V/Uやそれに係る値を算出、伝送あるいは表示す
る。比率V/Uやそれに係る値とは、比率V/Uの測定値と該
測定値の関数である値である。

【００３６】電気信号Ｕ，Ｖは、一般的には直流と交流
の重畳した信号でもよい。比率は、たとえば、実効値の
比率や振幅（絶対値）の比率、ベクトル比率、それら異
なる測定値の組み合わせ、例えば信号Ｕの実効値と信号
Ｖの絶対値の比率であってもよい。

【００３７】図１と図２を相互比較すれば明らかなよう
に、図１において終端抵抗１６を第２の測定手段で置き
換えて、制御計算装置３０を該置き換えに適合する制御
計算装置４０とすることにより比率計２００が得られて
いる。比率計２００の説明においては、測定装置１４，
１４ａのそれぞれの入力インピーダンスZ1,Z2がスイッ
チ手段の終端素子として機能している。入力インピーダ
ンスZ1,Z2は広帯域測定において素子値が一定である抵
抗性であることが望ましいが必ずしも同一の値である必
要はない。電気信号Ｕ，Ｖは、一般的には直流と交流の
重畳した信号でもよい。

【００３８】信号U,Vは入力端子２，４で受信されて、
スイッチ手段９のスイッチ６，８に結合される。節点１
０，１２はスイッチ手段9の出力端子１０，１２と後続
信号測定装置１４，１４ａの受信端子を兼ねる。スイッ
チ６は，信号Uを測定装置１４と測定装置１４ａのいず
れかに導入する。一方スイッチ８は，信号Vを測定装置
１４と測定装置１４ａのいずれかに導入する。信号Uが
測定装置１４に導入されているとき信号Vは測定装置１
４ａに導入され、信号Uが測定装置１４ａに導入されて
いるときは信号Vは測定装置１４に導入される。

【００３９】スイッチ手段９は手動結線により実現する
こともできるが、好ましくは、スイッチ６，８を機械式
スイッチあるいは半導体スイッチとし、それぞれが制御
計算装置４０により電気的に設定されるのが好ましい。
半導体スイッチを用いればスイッチ手段９を集積化する
こともできる。

【００４０】制御計算装置４０は、このましくは比率計
２００が必要な測定手順を実行するためのプログラムを
内蔵した一つあるいは複数の計算機に基ずく装置であ
り、図示しない通信線路を介してスイッチ手段９、測定
装置１４，１４ａ、出力スイッチ２０．２０ａに接続さ
れている。また、該装置４０はメモリ２２，２２ａ，２
４，２４ａとも図示のように結合されており，これらメ
モリへのデータ（測定値）の格納や、格納されたデータ
の消去、読み出しを制御し、これらメモリとデータの授
受をおこなう。該装置４０はそれらデータに所定の演算
を施して所望の結果を得る。さらに、必要に応じて、演
算結果に応じて測定手順や比率計２００の構成を変える
ようにしてもよい。

【００４１】さらに、好ましくは比率計２００の外部と
のデータ授受を行なうことができるように入出力インタ
ーフェースを備え、外部回路の制御、同期や外部からの
指令の受信を行なえるようにされる。さらに、装置４０
を外部の計算機装置、例えばサーバに接続することによ
り、演算の一部を外部の計算機装置で行なうなどの測定
手順の分散実行を行なえるようにしてもよい。制御計算
装置４０のその他の機能、性能については、以下の説明
から容易に推察できる。

【００４２】以下において、測定手順は、それを実行す
る時間区間を便宜上第１の時間区間とそれに続く第2の
時間区間に分けて説明する。以下の説明から明らかなよ
うに、第1，第2の時間区間は、順序が逆でも良いし、そ
れら両時間区間が連続していなくとも差し支えない。

【００４３】第１の時間区間では、制御計算装置４０の
制御の基に次ぎのような動作がおこなわれる。スイッチ
手段９の入力スイッチ６，８は（実線のスイッチ・リー
ドが示すように）入力端子２，４がそれぞれ測定装置１
４、測定装置１４ａに排他的に接続される第１の状態と
なる。また、測定装置１４、１４ａのそれぞれの出力端
子１８，１８ａに接続された出力スイッチ２０，２０ａ
は（実線のスイッチ・リードが示すように）メモリ２
２，２２ａに測定装置１４、１４ａの測定値をそれぞれ
格納するように設定される。測定装置１４は電圧Uを測
定してメモリ２２に測定値u1を格納する。測定装置１４
ａは電圧Ｖを測定してメモリ２２ａに測定値v1を格納す
る。測定値u1、v1は一般に複素数である。

【００４４】次の第２の時間区間では入力スイッチ６，
８は（点線のスイッチ・リードが示すように）入力端子
４，２がそれぞれ測定装置１４、測定装置１４ａに排他
的に接続される第２の状態となる。また、測定装置１
４、１４ａのそれぞれの出力端子１８，１８ａに接続さ
れた出力スイッチ２０，２０ａは（点線のスイッチ・リ
ードが示すように）メモリ２４，２４ａに測定装置１
４、１４ａの測定値をそれぞれ格納するように設定され
る。測定装置１４は電圧Vを測定してメモリ２４に測定
値ｖ２を納する。測定装置１４ａは電圧Uを測定してメ
モリ２４ａに測定値u2を格納する。測定値u2、v2は一般
に複素数である。

【００４５】被測定比率V/U=Rの測定値ｒは、スイッチ
手段が第1，第2の状態での比率の測定値v1/u1＝r1，v2/
u2＝r2を測定してから、それらの相乗平均である√（r1
×r2）として与えられる。比率の測定値rは制御計算装
置４０により求められる。まず、第1の状態のままで比
率r1が正しい比率r0を得るように校正する。そのときた
とえば、v1=v10，u1=u10とする。つぎに、第２の状態と
しそのままで比率r2が正しい比率r0を得るように校正す
る。そのときたとえば、v2=v20，u2=u20とする。もちろ
ん、ｒ＝√（r1×r2）＝√（r0×r0）＝r0となる。

【００４６】このような校正は、物理的に構成部品の特
性値を変化させるか、制御計算装置４０に補正係数を記
憶するか、あるいはその両者によって行なえる。制御計
算装置４０に補正係数を記憶する方法は、構成部品の特
性値を変化させる方法に比べ比率計の確度に経時変化が
なく廉価であるばあいが多い。第2の状態を最初に校正
してもよい。

【００４７】経時変化や温度などの環境の変化により第
１，第２の測定手段の変換係数（入力と測定値の比率）
が変化するとr1やr2はもはや校正時のように正しい値を
示さない。第1，第2の測定手段の変換係数がa1，a2倍さ
れたと仮定すると、v1=a2×v10，u1=a1×u10、v2=a1×v
20，u2=a2×u20となりr1＝（a2/a1）×r0、r2＝（a1/a
2）×r0となってしまう。

【００４８】ところが、本発明ではr=√（r1×r2）であ
るので、ｒ＝√（（a2/a1）×r0×（a1/a2）×r0）＝r0
と正しい比率がもとめられることになる。r1とr2がほと
んど等しい場合は相乗平均√（r1×r2）を相加平均（r1
＋r2）／２で近似してもよい。一例では、（a2/a1）は
振幅の変化をｍ、位相の変化をｐとすると(１＋m)(１＋
j×p)と近似できる。メモリ２２，２４，２２ａ，２４
ａに格納されるデータは測定値そのものとして説明した
が、測定値に所望の演算を施した結果であってもよい。
たとえば、反射係数からインピーダンスの変換、測定値
の所定個数の平均値等が含まれる。

【００４９】多くの市販電気素子測定装置に見られるよ
うに、前記電気信号V,Uが被測定素子に印加される電圧
と被測定素子を流れる電流に対応する場合は、それら電
気信号の比率はインピーダンスあるいはアドミッタンス
（総称してインミタンス）であり、周知の校正の後、測
定値の比率から直接それらインミタンスが計算される。
一方、本発明を使用し、高周波広帯域の用途で特に有利
な電気素子測定装置の例について以下に詳述する。

【００５０】図３に描画された前置回路３００は図2の
比率計２００と組み合わせて被測定素子６０の反射係数
やインミタンス等を測定する電子素子測定装置を構成す
るための周知の前置回路（あるいはトランスデューサ）
である。以下本発明を理解するうえで必要な範囲で動作
について述べる。信号源７０からの測定用電気信号は電
力分割手段（パワースプリッタ）５８に入力される。パ
ワースプリッタ５８は測定用電気信号を比率計２００の
入力端子２に接続された出力端子５４に電圧Uとして導
入し、また方向性電橋（ディレクショナル・ブリッジ；
以下ブリッジとも称する。）５６に励起信号として導入
する。

【００５１】励起信号で励起される方向性電橋５６の一
辺に被測定素子６０を接続し、該方向性電橋５６の検出
信号を電圧Vとして比率計２００の入力端子４に接続さ
れる出力端子５２に導入する。比率計２００が与える電
圧比率から被測定素子の反射係数が求められる。必要な
測定値がインピーダンスである場合は周知の変換式を使
い該反射係数から求められる。ｒ＝（Zx-Z0）/(Zx+Z0)
＝V/Uから,Zx=Z0×（1＋r）/(1−r)とZxすなわち被測定
素子６０のインピーダンスがもとまる。Z0は特性インピ
ーダンスで例えば５０Ωや７５Ωなどである。

【００５２】被測定素子６０を接続する前に、スイッチ
手段９の設定を変えずに第一の状態で、3つの既知のイ
ンピーダンス、例えば値が0Ω、0Ｓ、50Ωの基準抵抗を
被測定素子６０の代わりに順次接続して周知の３点校正
を行う。３点校正は、回路網解析装置のワンポート校正
としても周知の方法である。

【００５３】同じ校正をスイッチ手段９の設定を変えて
第二の状態でおこなう。この時Z１とZ２が異なっていて
も校正中にスイッチ手段の設定が変化しないので、測定
状態の変化が起こらず正しく校正が行われる。その後被
測定素子を接続して第一の状態及び第二の状態のそれぞ
れで反射係数の測定を行う。電圧比の測定と同様に校正
直後は二つの該測定値は一致している。校正後の温度変
化による測定系の特性変化は二つの該測定値に誤差を発
生させるが、電圧比測定と同様に二つの該測定値に起こ
る変化を算出することにより正しい値が求めらる。

【００５４】図２に示す比率計２００に図３に示す前置
回路３００を組み合わせた上記電気素子測定装置では被
測定素子６０のインピーダンスZxがZx＝（A×ｒ＋B）／
（Ｃ×ｒ＋１）と表せることは当業者に周知である。ま
た、定数A,B,Cは上記３点校正により決定されることも
周知であるので、説明は省略する。スイッチ手段９が第
１、第２の状態で３点校正がなされると、その時点では式（１）：Zx＝（A1×r1＋B1）／（Ｃ1×ｒ1＋１）＝（A2×ｒ2＋B2）／（Ｃ2×ｒ2＋１）なる関係がある。ここで、（r1、A1、Ｂ１、Ｃ１）はス
イッチ手段９が第１の状態での（ｒ、A、B、C）の値で
あり、（r2、A2、B2、Ｃ2）はスイッチ手段９が第２の
状態での（ｒ、A、B、C）の値である。

【００５５】従って、上記関係はr1とr2の関係式に翻訳
され、r1について解けば、式（２）：ｒ1＝（A3×ｒ2＋B3）／（C3×ｒ2＋１）を得ることができる。ここで、A3＝（A2−B1×C2）／
（A1−B2×C1），B3＝（B2−B1）／（A1−B2×C1）、C3
＝（A1×C2−A2×C1）／（A1−B2×C1）である。次に、
温度変化等により、測定手段の変換係数が変化しr1が
（a2/a1）×r1＝r11に変化し、r2は（a1/a2）×r2＝r21
となってしまう。従って、これらr11やr21を式（１）に
代入しても、（a2/a1）が１でないかぎりZxを得ること
はできない。しかしながら、式（２）は同じ被測定素子
を測定しているかぎりなり立っているから、r1＝r11／
（a2/a1）、r2＝（a2/a１）×r21を式（２）に代入して
（a1/a2）に関する次の式（３）を得る。式（３）：r11／（a2/a1）＝（A3×r21×（a2/a1）＋B
3）／（C3×r21×（a2/a1）＋１）。

【００５６】式（３）は（a2/a1）に関する2次式であ
り、（a2/a1）について解き、（a2/a1）が１に近い値を
とることにより適切解を選択すれば、それは次の式
（４）で表される。式（４）：（a2/a1）＝｛−β＋√（β×β−４×α×
γ）｝／（２×α）、ここで、α＝A3×r21、β＝B3−C3×r11×r21、γ＝−r
11である。（a2/a1）が求められれば、、r1＝r11／（a2
/a1）、r2＝（a2/a１）×r21からr1、r2が求まりよっ
て、式（１）にそれらの値を代入してZxが正しくもとめ
られる。もし式（１）において、（A1×r1＋B1）／（Ｃ
1×ｒ1＋１）と（A2×ｒ2＋B2）／（Ｃ2×ｒ2＋１）と
が異なる時は、その差から上記計算の誤差が推定できよ
う。

【００５７】以上のように、被測定素子のインピーダン
スが、該被測定素子に印加される電圧信号と該被測定素
子を流れる電気信号の被測定比率であるベクトル比率で
あり、該ベクトル比率が測定値の比率と双一次式になる
場合でも測定手段の変換係数による誤差が除去されるこ
とがわかろう。上記において、A=1,B=C=0とすれば、A3=
1,B3=C3=0でもあり、β＝０、α＝r21、γ＝−r11であ
るので、式（５）：（a2/a1）＝｛−β＋√（β×β−４×α×
γ）｝／（２×α）＝｛−０＋√（０×０−４×r21×
（−r11））｝／（２×r21）＝√（r21×r11）／r21、が成り立つ。すなわち、r1＝r11／（a2/a1）＝r11×r21
／√（r21×r11）＝√（r21×r11）、またr2＝（a2/a
１）×r21＝√（r21×r11）／r21×r21＝√（r21×r1
1）となる。したがって、第1、第2の状態での比率の相
乗平均として補正された比率が測定される。

【００５８】図４は本発明の効果が特に大きい実質的に
同じ構成の測定装置１４，１４ａの一実施例のブロック
図である。測定装置１４のみ詳細なブロック図を示して
ある。入力端子１０から入力された被測定信号は終端抵
抗１４１で入力端子が終端された増幅器１４２で増幅さ
れた後ミクサ１４３でヘテロダイン検波された後低域濾
波器１４４を経て中間周波数信号に変換される。

【００５９】該中間周波数信号をＡ/Ｄ（アナログ・デ
ジタル）変換器１４５で標本化し、デジタル化した後を
デジタル化された信号値を測定値として出力する。ヘテ
ロダイン検波を行なうためのミクサ１４３のもう一方の
入力は局部発振器手段９０から局部増幅器１４６を介し
て得られる局部信号である。局部信号と被測定信号は制
御計算装置４０により関連ずけられており、中間周波数
信号とＡ/Ｄ変換器１４５の標本化信号も関連付けられ
ている。一例では中間周波数信号はその中間周波数の4
倍のレートで標本化される。

【００６０】このような複雑な構成を採ると、一方の局
部増幅器１４６の位相特性が温度で変化するとそのまま
一方の測定手段の測定誤差を生じる。本発明は、二つの
測定手段を備えるのでこのような温度変化に対しても安
定に電気信号の比率を求めるようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による入力スイッチと単一測定手段と
を用いた電気信号の比率を測定する装置のブロック図で
ある。

【図２】本発明の好適実施例の比率計のブロック図であ
る。

【図３】本発明の一実施例の素子測定装置のための前置
回路の概略回路図である。

【図４】本発明の好適実施例の比率計の測定装置の一例
のブロック図である。

【符号の説明】

２，４：入力端子６，８：入力スイッチ９：スイッチ手段１０、１２：出力端子１４，１４ａ：測定装置２０，２０ａ：出力スイッチ２２，２４、２２a，２４a：メモリ３０，４０：制御計算手段２００：電気信号の比率測定装置（比率計）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電気信号を受信する第１の入力端子
と、第２の電気信号を受信する第２の入力端子と、第
１、第２の出力端子とを備え、第１の入力端子と第１の
出力端子が接続され第２の入力端子と第２の出力端子と
が接続される第１の状態と、第１の入力端子と第２の出
力端子が接続され第２の入力端子と第１の出力端子とが
接続される第２の状態とを有するスイッチ手段；前記第
１の出力端子に接続された第１の受信端子を有し、該第
１の出力端子から受信した電気信号を測定するための第
１の測定手段；前記第２の出力端子に接続された第２の
受信端子を有し、該第２の出力端子から受信した電気信
号を測定するための第２の測定手段；及び前記スイッチ
手段と前記第１、第２の測定手段とに接続され、前記ス
イッチ手段が前記第１、第２の状態のそれぞれにおける
前記第１、第２の測定手段のそれぞれの前記電気信号の
測定値を受信して、前記第１の測定手段の前記電気信号
の測定値に対する前記第２の測定手段の前記電気信号の
測定値の比率の前記第１、第２の状態での値から、該比
率と双一次式をなす前記第１、第２の電気信号に関連す
る被測定比率を算出するための制御計算手段；を備えた
電気信号の比率測定装置。
【請求項２】前記電気信号の測定値の比率の前記第１、
第２の状態での値の相乗平均を前記被測定比率とするこ
とを特徴とする請求項１に記載の電気信号の比率測定装
置。
【請求項３】前記電気信号の測定値の比率の前記第１、
第２の状態での値の相加平均を前記被測定比率とするこ
とを特徴とする請求項２に記載の電気信号の比率測定装
置。
【請求項４】前記第１、第２の電気信号が交流信号であ
って、前記被測定比率がベクトル比率であることを特徴
とする請求項１に記載の電気信号の比率測定装置。
【請求項５】前記被測定比率が電気素子のインミタンス
であることを特徴とする請求項４に記載の電気信号の比
率測定装置。
【請求項６】前記第１、第２の測定手段が前記測定を行
なう前に前記電気信号をヘテロダイン検波する構成であ
って、該検波に用いる局部信号を発生するための局部発
振器手段をさらに備えることを特徴とする請求項４ある
いは請求項５のいすれかに記載の電気信号の比率測定装
置。
【請求項７】前記第１、第２の電気信号の少なくとも一
方は減衰器を介して前記スイッチ手段が受信するように
した請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電気信号の
比率測定装置。
【請求項８】請求項５〜請求項６のいずれかに記載の電
気信号の比率測定装置；原電気信号を発生するための原
信号源；原信号源に接続され原電気信号を入力して励起
信号と前記第１の電気信号とに分割するための電力分割
手段；及び前記励起信号で励起される方向性電橋であっ
て、該方向性電橋の一辺に被測定素子を接続するための
測定端子を備え、その出力端子より該方向性電橋の検出
信号を前記第２の電気信号として出力するための電橋手
段；を備え、前記被測定比率が前記被測定素子のインミ
タンスに関する値を有することを特徴とする電気素子測
定装置。
【請求項９】請求項８に記載の電気素子測定装置を校正
する方法であって、前記スイッチ手段を前記第1の状態に維持しつつ、前記
被測定素子を３個の相異なる既知インピーダンスで順次
置き換えて、該既知インピーダンスに応じる前記第１、
第２の測定値に比率により前記双一次式の第一の定数群
を決定するステップ；及び前記スイッチ手段を前記第1
の状態に維持しつつ、前記被測定素子を３個の相異なる
既知インピーダンスで順次置き換えて、該既知インピー
ダンスに応じる前記第１、第２の測定値に比率により前
記双一次式の第一の定数群を決定するステップを備える
電気素子測定装置の校正方法。
【請求項１０】第１の電気信号を受信する第１の入力端
子と、第２の電気信号を受信する第２の入力端子と、第
１、第２の出力端子とを備え、第１の入力端子と第１の
出力端子が接続され第２の入力端子と第２の出力端子と
が接続される第１の状態と、第１の入力端子と第２の出
力端子が接続され第２の入力端子と第１の出力端子とが
接続される第２の状態とを有するスイッチ手段の第１、
第２の出力端子にそれぞれ結合された第１、第２の測定
手段のそれぞれに互いに排他的に入力される第１、第２
の電気信号の比率と双一次式をなす被測定比率を測定す
るための測定方法であり、前記第１の電気信号に係る第１の受信電気信号を前記第
１の測定手段で測定して第１の測定値を与え、前記第２
の電気信号に係る第２の受信電気信号を前記第２の測定
手段で測定して第２の測定値を与えるステップ；前記第
１の電気信号に係る第３の受信電気信号を前記第２の測
定手段で測定して第３の測定値を与え、前記第２の電気
信号に係る第４の受信電気信号を前記第１の測定手段で
測定して第４の測定値を与えるステップ；前記第１、第
２の測定値の比率と前記第３、第４の測定値の比率に応
じて前記被測定比率を計算するステップ；とを備える電
気信号の比率測定方法。