KR101904035B1 - 벡터 네트워크 분석기 - Google Patents

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로젠버거 호흐프리쿠벤츠테흐닉 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 특정 무선 주파수 출력 신호를 발생시키는 적어도 하나의 신호 발생기(110)를 가지고, n 개의 측정 포트(measuring port)(114, 116, 118)를 가지되, n은 1 이상의 정수이고, 무선 주파수 커플러(RF coupler)(120)는 각 측정 포트에 할당되고, 무선 주파수 커플러는 외부에서 특정 포트로 들어가는 것에 의해 무선 주파수 신호(RF signal)를 커플링하도록 설계되고, 적어도 하나의 신호 발생기(110)는 외부로 나가는 무선 주파수 신호로써 적어도 하나의 측정 포트로 특정 무선 주파수 출력 신호를 공급하도록 정렬되고 설계되는 벡터 네트워크 분석기(VNA)에 관한 것이다. 또한 파라미터 필드(parameter field)(134)에서 적어도 하나의 파라미터를 기반으로 벡터 네트워크 분석기(vectorial network analyser; VNA)에 획득가능하게(retrievable) 적어도 하나의 신호 발생기를 위한 무선 주파수 출력 신호를 위해 진폭(amplitude) 및/또는 위상(phase)이 저장되고, 무선 주파수 신호 발생기는 적어도 이러한 하나의 파라미터를 기반으로 재현가능한 방식으로(in a reproducible manner) 무선 주파수 출력 신호의 진폭 및/또는 위상을 발생시키는 식으로 설계된다.

Description

벡터 네트워크 분석기{VECTORIAL NETWORK ANALYSER}
본 발명은, 청구항 1항의 전제부에 따르면, 특정 무선 주파수 출력 신호(RF output signal)를 발생시키는 적어도 하나의 신호 발생기(signal generator)를 가지고, n개의 측정 포트(measuring port)를 가지는 벡터 네트워크 분석기(vectorial network analyser)(VNA)에 관한 것이고, n은 1 이상의 정수이고, 무선 주파수 커플러(RF coupler)는 각 측정 포트에 할당되고 무선 주파수 커플러는 외부에서 특정 포트로 들어가는 무선 주파수 신호(RF signal)(bn)를 커플링하도록 설계되고, 적어도 하나의 신호 발생기는 외부로 나가는 무선 주파수 신호(an)로써 적어도 하나의 측정 포트로 특정 무선 주파수 출력 신호를 공급하도록 정렬되고 설계된다. 본 발명은 또한 청구항 9항의 전제부에 따르면, 테스트 중인 전자 장치(electronic device under test)의 산란 파라미터(scattering parameter)를 결정하는 방법에 관한 것으로, 테스트 중인 장치로 들어가는 적어도 하나의 전자기파(electromagnetic wave)(an)와 테스트 중인 장치로부터 전파되는 적어도 하나의 전자기파(bn)가 결정되고, 테스트 중인 장치의 산란 파라미터는 결정된 파동(an 및 bn)으로부터 양(amount) 및/또는 위상(phase)에 관하여 계산되고, 테스트 중인 장치로부터 전파되는 적어도 하나의 전자기파(bn)는 무선 주파수 커플러에 의하여 측정되고, 테스트 중인 장치로 들어가는 적어도 하나의 전자기파(an)는 적어도 하나의 신호 발생기에 의해 발생된다.
전자장치 분야에서, 벡터 네트워크 분석기(VNA)는 (LCR 미터(LCR meter와 같은)) 낮은 주파수 및 광학 범위(optical range) 뿐만 아니라 THz 범위에서의 높은 주파수 범위에서 전자 선형 부품(electronic linear component)과 능동 및 수동 회로 또는 조립체(active and passive circuits or assemblies)의 부품의 정확한 측정을 위해 수년간 사용되어 왔다. 벡터 네트워크 분석기는 n-포트 네트워크(n-port networks)(n=1, 2,...)의 산란 파라미터를 기록하고, 2n-폴 파라미터(2n-pole parameter)(예를 들면, Z- 또는 Y- 파라미터)로 변환될 수 있다. 그러나, 특히 중고 주파수(mid and high frequencies)의 경우에(고속 회로(fast circuit), 즉, MHz 및 GHz 범위의 회로), 이러한 기록된 측정 데이터는 매우 높은 측정 에러(very high measuring error)를 디스플레이한다. 요즘에는, 이러한 측정 에러가 또한 수학적인 방법에 의하여 거의 모든 NF 장치(NF device)(LCR 미터(LCR meter))에서 엄청나게 감소해왔다. 벡터 네트워크 분석기(VNA)에서의 관련된 시스템적인 에러 수정(associated systematic error correction)은 고속 전자 부품, 즉, 배타적인 선형 전송 동작(exclusively linear transmission behaviour)을 가지는 MHz 및 GHz 범위에서의 부품의 정확한 측정이 수행될 수 있도록 보장한다.
벡터 네트워크 분석기의 측정 정확도(measuring accuracy)는 시스템적인 에러 수정 및 관련된 교정 표준(calibration standard)을 위한 방법의 가용성(availability)에 주로 의존한다. 시스템적인 에러 수정에서, 소위 교정 절차에서 부분적으로 또는 전체적으로 공지된 테스트 중인 장치의 반사 및/또는 전송 동작(reflection and/or transmission)이 측정된다. 수정 데이터(correction data)(소위 에러 요소 또는 계수(so-called error factor or coefficient))는 특별한 계산 방법을 사용하여 이 측정된 데이터로부터 획득된다. 이러한 수정 데이터와 대응한 수정 계산으로, 측정된 데이터는 벡터 네트워크 분석기 및 입력 라인(input line)(미스커플링(miscoupling) = 크로스토크(crosstalk), 미스매치(mismatch) = 반사(reflection))에서의 시스템적인 에러가 없는 테스트 중인 임의의 정해진 장치를 위해 획득될 수 있다.
고주파수 기술(무선 주파수 기술(RF technology))에서의 부품 및 회로의 전기 동작(electrical behaviour)을 설명하는 보통의 형태는 산란 파라미터(scattering parameter)(또한 S-파라미터(S-parameter)로 불림)에 의한 것이다. 산란 파라미터는 전류 및 전압이 아닌 파동 특성과 밀접한 연관을 가진다. 이러한 형태의 대표(representation)는 무선 주파수 기술의 물리적 조건(physical condition)에 특히 잘 적응된다. 필요하다면, 이러한 산란 파라미터는 전류 및 전압과 밀접한 연관을 가지는 다른 전기 네트워크 파라미터로 변환될 수 있다.
도 1은 산란 행렬(scattering matrix)([S])을 특징으로 하는 제1 포트(10)와 제2 포트(12)를 가지는 2-포트 벡터 네트워크 분석기(two-port VNA)를 보여준다. 파동(a1 과 a2)은 역방향으로 전파되면서 2-포트 벡터 네트워크 분석기에 접근하는 파동(b1 과 b2)에 대응하는 파동이다. 관계는 다음과 같다.
Figure 112014082321094-pct00001
선형 부품(linear component)은 이러한 S-파라미터를 통해 적절하게 설명되고, 주파수에 관하여 진술된다. 비선형 효과(nonlinear effect)를 디스플레이하는 부품의 경우에, 하나의 포트로 주파수(f0)를 가지는 신호를 피딩(feeding)하자마자, 이러한 기본 주파수(fundamental frequency)(f0) 및 다른 주파수를 가지는 신호가 다른 포트에서 발생된다. 이는 예를 들어 주파수(m*f0 (m = 2, 3, 4,...))를 가지는 고조파(harmonics)이거나, 여러 전송 발생기(transmission generator)가 사용되는 상호 변조 제품(intermodulation product) 또는 혼합된 제품(mixed product)일 수 있다. 전송 발생기 중 하나가 조절된다면, 주파수의 수는 대응하여 커진다.
앞서 설명된 산란 파라미터는 또한 이러한 비선형 부품의 전송 동작을 설명하는데 유리하게 사용될 수 있다. 그러나, 포트 뿐만 아니라 주파수를 명시하는데 필요하다는 것을 고려해야한다. 예를 들면, 주파수(f0)를 가지는 기본 파동(fundamental wave)을 위한 제1 입력 포트(10)와 주파수(f1 = 2* f0)를 가지는 고조파를 위한 제2 출력 포트(12)를 가지는 전송 파라미터로써 벡터 산란 파라미터 값(vectorial scattering parameter value) (S 21)을 삽입할 수 있다. 이러한 측정을 위한 선행기술은 주로 순전히 스칼라 구성(purely scalar set-ups)을 포함한다. 다수의 벡터 네트워크 분석기는 고조파, 상호 변조, 혼합된 제품 및 유사한 것의 측정을 허용하도록 조직된 소프트웨어 옵션(software option)을 가진다. 그러나 이러한 측정은 단지 스칼라 기반(scalar basis)에서 수행될 수 있고, 따라서 어떠한 시스템적인 에러 수정이 없다.
(추가 소프트웨어 및 하드웨어 솔루션을 사용하는 몇몇 경우에서) 가장 최근의 네트워크 분석기의 경우, 이러한 조립체 요소 및 부품(assembly element and component)의 비선형 전송 특성은 시스템적인 에러 수정을 포함하는 벡터 값으로 측정된다. 이러한 벡터 데이터(vectorial data)는 트랜지스터와 같은 조립체 요소의 모델링을 위해 매우 중요하다.
"Without-Thru"는 벡터 네트워크 분석기 상에서의 이러한 비선형 측정을 위한 혁신적인 시스템적인 에러 수정 방법으로써 미국공개문헌 제2010/0204943 A1에 개시되어 있다. 이러한 시스템적인 에러 수정 방법은 어떠한 관통 연결(through-connection) 무엇이든지(whatsoever) (Without Thru) 필요로 하지 않는다. 3개의 반사 표준 스루(Thru), 쇼트 및 매치(Short and Match) 또는 로드(Load) 외에도, 전력 센서(power sensor) 및 콤 발생기(comb generator)는 교정(calibration)을 수행하기 위해 필요하다.
선행 기술에서, 선형 및 비선형 S-파라미터의 정확한 결정을 위한 이러한 모든 시스템적인 에러 수정 방법은 대다수가 2*n개의 측정 포인트를 가지는 네트워크 분석기(network analyser) 상에서 수행되고, n은 측정 포트의 수를 나타낸다. 이러한 설계는 도 2에 도시되어 있다. 무선 주파수 신시사이저(14)는 제1 포트(18), 제2 포트(20) 및 제3 포트(22)로 전환 스위치(changeover switch)를 통해 피드(feed)되는 사인파 신호(sinusoidal signal)를 내보낸다. 스위치 위치(III)에서, 신호의 일부가 제1 라인 커플러(first line coupler)(24)로 커플링되고 제1 측정 포인트(26)로 전달된다. 이러한 제1 측정 포인트(26)는 예를 들면, 아날로그/디지털 컨버터(A/D converter)의 형태이다. 더 높은 주파수의 경우에, 믹서(mixer)(미도시)가 추가적인 국부 오실레이터 신호(local oscillator signal)(LO signal)을 필요로 하는 아날로그/디지털 컨버터 전에 설치된다. 제1 출력(28)에서, 방출된 파동(a3)에 비례하는 신호는 평가 유닛(evaluation unit) 예를 들면, 컴퓨터(computer)로 피드된다. 제3 포트(22)에서 방출된 파동의 대부분은 테스트 중인 장치(DUT)(30)에서 흐르고, 테스트 중인 장치(DUT)(30)에서 반사되고, 반사된 신호는 제2 측정 포인트(34)에서 제2 라인 커플러(32)를 통해 변환되고 제2 출력(36)을 통해 반사된 파동(b3)으로써 평가 유닛으로 전달된다. 제1 및 제2 라인 커플러(24, 32)의 나머지 2개의 포트는 각각 50옴 단락(50 ohm termination)(38)으로 각각 단락된다.
도 2에 도시된 아키텍쳐(architecture)는 반사계 컨셉(reflectometer concept)으로 언급된 다른 것 중에 있다. 7-기간 에러 모델(7-term error model)에 기반한 다수의 교정 방법은 이러한 반사계 컨셉을 필요로한다.
현대의 네트워크 분석기(modern network analyser)에서, 전환 스위치(16)는 무선 주파수 신시사이저의 대응하는 배열에 의해 대체되고, 즉, 각 측정 포트(18, 20, 22)는 그 자신의 신시사이저에 의해 제어된다.
하드웨어에서의 상당히 적은 투자를 필요로하는 아키텍쳐는 도 3에 도시되고, 동일한 기능을 가지는 부분은, 도 1의 앞서 언급된 설명을 참조하여 설명될 수 있도록 도 1과 동일한 참조 번호로 식별된다. 도 1에 따른 실시예와 구별하자면, 제1 선 방향성 커플러(first line directional coupler)(34)는 스위치(16)의 업스트림(upstream)에 배열되고, 스위치(16)와 각 포트(18, 20, 22) 사이의 대응하는 선 방향성 커플러는 생략된다. 따라서 제1 선 방향성 커플러(34)는 무선 주파수 신시사이저(14)로부터 들어오는 신호(a1, a2, a3)를 탐색한다. 이러한 컨셉에서, 오직 n+1개의 측정 포인트가 필요하다. 이러한 컨셉의 하나의 단점은 이러한 경우에서 오직 하나의 교정 방법이 사용될 수 있다는 것이다. 2-포트 측정 장치로써, 이는 소위 SOLT 방법, 또한 12-기간 방법(12-term method)으로 언급되는 것을 포함한다. 다중 포트 방법으로써, GSOLT 방법이 언급된다.
경제적인 2-포트 벡터 네트워크 분석기(two-port VNA)는 오직 단일 방향으로 동작하고 따라서 어떠한 전환 스위치(16)도 가지지 못하고 단지 포워드 파라미터(forward parameter)(S11 및 S21)를 측정한다. 이 장치는 2개의 커플러와 3개의 측정 포인트를 가진다. b2를 위한 수신 측정 포인트(reception measuring point)는 더 이상 커플러를 필요로 하지 않는다.
네트워크 분석기는 단연코 가장 많은 수의 측정 포인트(the greatest number of measuring point)를 가지고 그 결과 가장 비싼 전기 측정 장치이다. 생산 공학(production engineering) 분야에서, 가장 경제적인 벡터 네트워크 분석기가 사용되고, 벡터 네트워크 분석기의 단순화는 측정 품질(measuring quality)이 유지되고 장치 비용이 이에 따라 감소하는 한 환영된다. 현대 측정 기술의 진보된 사용자는, 비용에 관하여 가능한 가장 작은 투자(the smallest possible inverstment)와 함께 가능하다면 실시간으로 기본 주파수에서 뿐만 아니라 주파수 변환에서도 벡터 산란 파라미터를 측정할 수 있기를 원한다. 그러나, 주파수-변환 측정을 위한 공지된 솔루션은 측정 시간에 관하여 받아들이기 어려울 정도로 느리다. 다른 한편으로는, 다수의 측정, 예를 들면 결함(fault) 위치를 결정하기 위한 벡터 PIM 측정(vectorial PIM measurement)은 기존의 방법에 의해 제공되는 측정 정확도를 제공하지 않는다. 게다가, 이러한 측정은 빠르게 수행될 필요가 있다. 그러나, 국부 오실레이터 신호(LO signal)가 또한 각 측정과 함께 측정되어야 하기 때문에, 이는 바라는 방식으로 실현될 수 없다. 국부 오실레이터 발생기의 주파수는 또한 방출되고, 반사되고 전송된 부분이 탐색될 수 있도록 여러 번 변화되어야한다.
본 발명은 기계적이고 전자적인 구조에 관하여 뿐만 아니라 관련된 그 동작 및 측정 절차에 관하여 전술한 타입의 벡터 네트워크 분석기를 간단화하는 문제에 기반한다. 본 발명은 또한 절차에 관하여 전술한 타입의 방법을 가속화하고 동시에 고도의 정확도를 달성하는 문제에 기반한다.
본 발명에 따르면 이 문제는 청구항 1항에서 서술된 특징을 가지는 전술한 타입의 벡터 네트워크 분석기 및 청구항 9항에서 서술된 특징을 가지는 전술한 타입의 방법을 통하여 해결된다. 본 발명의 실시예는 다른 청구항에서도 서술된다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 신호 발생기의 무선 주파수 출력 신호를 위해 전술한 타입의 벡터 네트워크 분석기에서, 진폭(amplitude) 및/또는 위상(phase)이 파라미터 필드에서 적어도 하나의 파라미터의 기능으로써 벡터 네트워크 분석기에서 획득가능하게(retrievably)(또는 검색가능하게) 저장되고, 무선 주파수 신호 발생기는 적어도 이러한 하나의 파라미터의 기능으로써 진폭 및/또는 위상에서 재현가능하게(reproducibly) 무선 주파수 출력 신호를 발생시키도록 설계된다.
이는 n번째 측정 포트로부터의 무선 주파수 신호(an) 출력이 별개로 측정될 필요가 없으나 원하는 정확도로 파라미터 필드에서 얻을 수 있다는 이점을 가진다. 이는 신호(an)를 위한 측정 포인트가 산란 파라미터의 결정을 위해 생략될 수 있다는 것을 의미한다. 어떠한 기준 측정 포인트도 더 이상 필요하지 않고, 동시에 네트워크 분석기의 교정능력(calibratability)이 제한되지 않는다. 이는 하드웨어(hardware) 및 시간(time)에 관하여 매우 낮은 투자(very low investment)를 하고, 양 및 위상(amount and phase)에 관하여 선형 및 비선형 전송 값을 측정하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 믹서(mixer), 고조파 또는 상호 변조를 위한 벡터 및 주파수-변환 산란 파라미터의 측정은 특히, 아주 빠르게 수행될 수 있다. 현재 단지 하나의 측정 장치가 측정 포트 당 요구된다는 사실은, 네트워크 분석기가 상당히 더 경제적으로 그리고 더 소형(more compact form)으로 제조될 수 있다는 것을 의미한다.
위상과 진폭에서 특히 잘 재현가능하고(reproducible) 안정된 무선 주파수 출력 신호는, 신호 발생기가 무선 주파수 신시사이저라는 점에서 달성된다.
주파수 영역에서 산란 파라미터를 결정하기 위해서, 적어도 하나의 파라미터는 무선 주파수 출력 신호의 주파수이다. 다른 파라미터는 신호 발생기의 출력 전력, 주위 온도 및/또는 주파수 포인트 당 측정 시간을 포함한다.
진폭 및 위상에서 재현가능한 무선 주파수 출력 신호는 신호 발생기 중 적어도 하나가 위상 고정 루프(phase-locked loop; PLL)를 가진다는 점에서 달성된다.
측정 포트의 방향으로 테스트 중인 장치로부터 발생하는 무선 주파수 신호(bn)를 측정하기 위해서, 각 무선 주파수 커플러는 각 무선 주파수 신호(bn)를 측정하는 측정 포인트에 할당된다.
측정 포인트에서 사인파 신호의 특히 양질의 재현가능성(particularly good reproducibility)은 기준 신호, 특히 10 MHz 의 주파수를 가지는 쿼츠 신호(quartz signal) 또는 쿼츠 오실레이터 신호(quartz oscillator signal)(XCO 신호(XCO signal))가 대응하는 무선 주파수 커플러에서 무선 주파수 신호(bn)의 수신(reception)을 촉발시키도록 제공된다는 점에서 달성된다.
높은 측정 정확도(high measuring accuracy)와 결합된 특히 단순하고 경제적인 벡터 네트워크 분석기는, 측정 포인트가 아날로그/디지털 컨버터의 형태라는 점에서 달성된다.
무선 주파수 신호의 특히 양질이고 정확한 커플링(coupling-out)은 적어도 하나의 무선 주파수 커플러가 특히 라인 커플러로써, 방향성 커플러의 형태라는 점에서 달성된다.
본 발명에 따르면, 전술한 타입의 방법에서, 테스트 중인 장치로 들어가는 적어도 하나의 전자기파(electromagnetic wave)(an)는 저장된 파라미터 필드로부터 결정되고 신호 발생기에 의해 발생된 전자기파(an)를 위한 진폭 및/또는 위상은 신호 발생기에 의해 신호의 발생에 영향을 미치는 적어도 하나의 파라미터의 기능으로써 저장되고, 적어도 하나의 파라미터는 결정되고 신호 발생기에 의해 발생된 전자기파(an)의 진폭 및/또는 위상은 적어도 하나의 파라미터를 위한 파라미터 필드에서 얻는다.
이는 n번째 측정 포트로부터의 무선 주파수 신호(an) 출력이 별개로 측정될 필요가 없으나 원하는 정확도로 파라미터 필드에서 얻을 수 있다는 이점을 가진다. 이는 신호(an)를 위한 측정 포인트가 산란 파라미터의 결정을 위해 생략될 수 있다는 것을 의미한다. 어떠한 기준 측정 포인트도 더 이상 필요하지 않고, 동시에 네트워크 분석기의 교정능력(calibratability)이 제한되지 않는다. 이는 하드웨어(hardware) 및 시간(time)에 관하여 매우 낮은 투자(very low investment)를 하고, 양 및 위상(amount and phase)에 관하여 선형 및 비선형 전송 값을 측정하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 믹서(mixer), 고조파 또는 상호 변조를 위한 벡터 및 주파수-변환 산란 파라미터의 측정은 특히, 아주 빠르게 수행될 수 있다.
위상과 진폭에서 특히 잘 재현가능하고 안정된 무선 주파수 출력 신호는, 신호 발생기가 무선 주파수 신시사이저라는 점에서 달성된다.
주파수 영역에서 산란 파라미터를 결정하기 위해서, 적어도 하나의 파라미터는 무선 주파수 출력 신호의 주파수이다. 다른 파라미터는 신호 발생기의 출력 전력, 주위 온도 및/또는 주파수 포인트 당 측정 시간을 포함한다.
진폭 및 위상에서 재현가능한 무선 주파수 출력 신호는, 위상 고정 루프(phase-locked loop; PLL)를 가진 적어도 하나의 신호 발생기가 기준 신호, 특히 쿼츠 오실레이터의 기준 신호와 커플링된다는 점에서 달성된다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 테스트 중인 장치로 들어오거나 테스트 중인 장치로부터 나가는 전자기파(electromagnetic wave)(an 및 bn)를 위한 정의와 함께 2-포트 (장치)의 형태로 테스트 중인 전자 장치의 개략도이다.
도 2는 선행 기술에 따른 전환 스위치와 6개의 측정 포인트를 가진 벡터 3-포트 네트워크 분석기의 블록도이다.
도 3은 선행 기술에 따른 전환 스위치와 4개의 측정 포인트를 가진 벡터 3-포트 네트워크 분석기의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기의 실시예의 블록도이다.
도 5는 도 4에 따른 본 발명의 벡터 네트워크 분석기의 "제1 포트(port1)"를 위한 에러 계수(error coefficient)의 신호 흐름도이다.
도 4에 도시된 본 발명에 따른 네트워크 분석기의 실시예는 신호 발생기(110), 전환 스위치(112), 3개의 측정 포트인 "제1 포트(114)", "제2 포트(116)" 및 "제3 포트(118)"를 가진다. 각 측정 포트(114, 116, 118)는 라인 커플러의 형태로 무선 주파수 커플러(120)에 할당되고, 각 무선 주파수 커플러(120)는 측정 포인트(122)와 전기적으로 연결된다. 측정 포트(114, 116, 118)는 테스트 중인 전자 장치(125)의 대응하는 포트와 연결되고, 산란 파라미터(S-파라미터)가 결정된다. 이는 산란 행렬([S])를 예로 드는 방법에 의해 표현된다; 그러나, 전송 행렬(transmission matrix) 또는 종속 행렬(chain matrix)의 산란 파라미터는 또한 결정될 수 있다. "산란 파라미터"는 들어오고 나가는 파동(an 및 bn)에 관하여 테스트 중인 전자 장치(125)의 전기적 특성(electrical property)을 나타내거나 이러한 파동(an 및 bn)을 서로 밀접하게 연관시키는 행렬의 요소와 같은 것을 의미한다. 무선 주파수 커플러(120)는, n번째 포트의 무선 주파수 커플러(120)가 측정 포인트(122)를 통해 각 "제n 포트"로 테스트 중인 장치(125)로부터 나가는 제n 번째 파동(bn)을 측정하고 관련된 출력(124)으로 이를 출력하도록 배열되고, n은 1이상이고, n은 N 이하이고, N은 벡터 네트워크 분석기의 측정 포트의 수이다. 도 4에 도시된 예시에서, N은 3과 동일하다.
본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기는 N개의 측정 포인트(122)를 가지고, 즉, 단지 N개의 측정 포인트(122)는 현재 N-포트 장치를 측정하기 위해 필요하다. 전환 스위치(112)는 예를 들면, 연결 가능한 신시사이저(미도시)의 대응하는 개수(이 경우에는 3개)에 의해 형성된다. 신호 발생기(110)는 예를 들면, 무선 주파수 신시사이저의 형태이고 적어도 하나의 국부 오실레이터(혼합 오실레이터(mixing oscillator))(126)가 제공된다. 국부 오실레이터(126)는 측정 포인트(122)로 혼합 오실레이터 신호(fLO)(128)를 공급한다. 국부 오실레이터(126)와 신호 발생기(110) 둘다는 예를 들면, 위상-고정 루프(PLL)를 통해 쿼츠 오실레이터(132)의 기준 신호(fref)(130)로 위상 고정된다.
적어도 하나의 신호 발생기(110)는 신호(an)를 공급하고, 그 신호의 진폭과 위상은 공지되고 재현가능하다. 이러한 특성(진폭과 위상)은 일단 적어도 하나의 파라미터의 기능으로써 주파수-변환 산란 파라미터(S-파라미터)의 측정을 위해 결정되고 파라미터 필드(134)로 획득가능하게(retrievably) 저장된다. 저장된 신호(an)의 파라미터 필드(134)는 주파수에 이르게 되고, 신호 발생기(110)의 출력 전력(output power), 주위 온도(ambient temperature)(T), 주파수 포인트(frequency point) 당 측정 시간(t) 및 다른 것들과 같은 다른 값들까지 선택적으로 이르게 된다. 다시 말하면, 신호 발생기(110)에 의해 발생된 신호(an)는 적어도 하나의 파라미터의 기능으로써 파라미터 필드(134)에 저장된다. 이런 식으로, 예시적인 파라미터로써, 정해진 또는 공지된 주파수의 경우, 사람(one)은 추가적인 측정 포인트와 함께 이 파동(an)을 측정할 필요 없이 파라미터 필드(134)로부터 각각의 "제n 포트"를 통해 테스트 중인 장치(125)로 들어가는 파동(an)을 읽을 수 있다.
신호 발생기(110)의 출력 전력(진폭)은 제어 유닛(136)에 배열된 측정 유닛(전력 탐색기(power detector))를 통해 조절된다. 혼합 오실레이터 신호(fLO)로의 신호 발생기(110)의 위상 고정은, 디바이더 컨셉(divider concept) 및 위상 주파수 제어(phase frequency control)가 적절하게 선택된다면 가능하다. 따라서, 현대의 컨셉(modern concept)은 임의의 발생기를 포함하는 시그마-델타 디바이더(sigma-delta divider)를 사용한다. 이러한 신시사이저 아키텍쳐는 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기에 적합하지 않다. 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기를 위한 가장 단순한 사용 가능한 디바이더 컨셉은, 여러 루프(several loop) 및 (조정 가능한(adjustable)) 고정 디바이더(fixed divider)를 가진 클래식한 위상 고정 루프 구조(classic PLL construction)이다.
측정 포인트(122)는 예를 들면, 아날로그/디지털 컨버터(analogue/digital converter)의 형태이다. 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기에서 측정 포인트(122)에 존재하는 재현가능한 사인파 신호(reproducible sinusoidal signal)를 위해, 아날로그/디지털 컨버터의 수신은 예를 들면, 10 MHz의 기준 신호(fref)(130)(또한 쿼츠 또는 XCO 신호라고 불림)를 통해 촉발된다. 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기의 출력 신호는, 벡터 네트워크 분석기의 기준 신호(fref)(130)를 통해 촉발된 오실로스코프(oscilloscope) 상에서라면, 올바르게 발생되고, 항상 각 주파수 포인트에서 동일하다. 특별한 신호 발생기(110)를 통해 만들어진 이러한 특징은 상대적인 측정 장치(relative measuring device)(이전의 벡터 네트워크 분석기)를 절대적인 측정 장치(absolute measuring device)(본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기)로 변형시킨다. 이전에, 공지된 벡터 네트워크 분석기에서는, 출력 신호가 측정마다 변동을 거듭하는 것을 받아들일 수 있었다. 반사계의 2개의 파동 값 사이의 관계만이 항상 재현가능할 수 있어야 했다. 대조적으로, 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기에서 측정된 데이터는 항상 교정에서 측정까지 절대적인 값(absolute value)으로써 재현가능한 채로 남아있어야 한다.
본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기는 뒤에서 상세하게 설명될 선형 측정(linear measurement)을 위한 사용에 적합하다. 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기는 7-기간 모델(7-term model)을 만족시키고, 결과적으로 모든 벡터 네트워크 분석기 교정 방법을 지원할 수 있다. 2-포트 적용(two-port application)을 위해, 기존의 이중 반사계(conventional double reflectometer)는 4개의 측정 포인트를 가진다. 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기에서, 2개의 기준 측정 포인트는 생략된다. 그러나, 교정 방법을 수행하기 위해서, 측정된 값은 기준 측정 포인트를 위해 사용되어야 한다. 도 5는 "제1 포트(114)"의 예시에 관하여 에러 계수의 신호 흐름도의 형태로 상황을 도시한다. a1m은 기준 측정 포인트의 측정 값이고, a1은 제1 측정 포트에서의 재현가능한 파동이다. b1은 테스트 중인 장치(125)로부터 발생하는 파동이다. b1m은 기준 측정 포인트에서의 측정 값이다. ED는 a1m과 b1m(b1m = ED*a1m)을 밀접하게 연관시키고, a1m의 크로스토크(crosstalk)를 나타내는 에러 계수이다. EF는 a1m 및 a1을 밀접하게 연관시키는 에러 계수이다. ER은 b1 및 b1m(b1m = ER *b1)을 밀접하게 연관시키는 에러 계수이다. ES는 b1을 a1과 밀접하게 연관시키는 에러 계수(a1 = ES * b1)이고 b1의 크로스토크를 나타낸다. S11은 테스트 중인 장치(125)의 적당한 출력과 함께 테스트 중인 장치(125)를 위한 입력 반사 요소(input reflection factor)를 나타내는 산란 행렬의 산란 파라미터이다. 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기의 유일한 측정 포인트의 수신 값(b1m)은 a1m의 크로스토크를 디스플레이한다. 여기에서, ED는 0이라고 근사할 수 있다. 실제로, ED는 -35dB 과 -20dB 사이의 값을 가진 낮은 값이다. 이러한 근사는 반사 측정(reflection measurement)에서 dB의 몇 십 번째 에러를 야기한다. 전송 측정에서, 에러는 거의 표현할 수 없다. 그러나, 이런 경우에 에러 계수는 감소되고 단순화된 교정 방법이 사용될 수 있다.
ED는 0이 아니고 a1은 재현가능한 일반적인 경우에, 임의의 값(예를 들면, 1)이 a1m을 위해 사용될 수 있다. EF는 오직 a1/a1m의 비율로부터 계산된다. 50 옴 단락(50 ohm termination)을 가진 교정 측정을 위해, ED는 b1m/a1m의 비율로부터 계산된다.
만약 a1m이 임의의 값(예를 들면, 1)으로 정의된다면, ED 와 EF는 어떠한 물리적인 전송 값과 대응하지 않는다. 실제로도 이는 필요하지 않다. 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기가 단지 선형 측정만을 위해 사용된다면, 파동(a1)을 알 필요가 없다. 네트워크 분석기의 측정 정확도의 한계는 단지 발생기 신호의 재현가능성(reproducibility)에만 의존한다. 그러나, 적절한 설계(correct design)를 가진다면, 이는 무선 주파수 전자 장치(RF electronics)와 함께 매우 높아진다.
본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기는 또한 뒤에 상세하게 설명될 비선형 측정을 위한 사용에 적합하다. 비선형 측정을 위해, 선행 기술과 비교해 볼 때 제1 큰 차이점은 콤 발생기 측정(comb generator measurement)을 위한 측정 포인트가 더 이상 필요하지 않다는 사실이다. 하드웨어는 선형 측정을 위해 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기와 대응된다. 일반적으로, 주파수-변환 측정을 위한 어떤 공지된 교정 방법은 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기와 함께 수행될 수 있고, 기준 측정 포인트(reference measuring point)의 측정된 데이터를 고정된 값으로 설정할 수 있다. 그러나, 신호 발생기(110)의 높은 재현가능성은 새로운 가능성을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 벡터 네트워크 분석기는 (측정 케이블(measuring cable) 전에) 측정 어댑터(measuring adaptor)에서, 완전히 주파수-변환하는 방식으로 지금 단지 한번 교정될 필요가 있다. 호혜성(reciprocity) 때문에, 선형 측정 케이블에서의 에러는 선형 측정 기술(linear measuring technology)(예를 들면, MOS)에서 사용되는 표준 교정 방법으로 개별적으로 교정될 수 있다.
본 발명은 벡터 네트워크 분석기가 실현되도록 하고, 측정 포트 당 오직 하나의 측정 포인트를 사용하고, 선형 및 비선형 산란 파라미터(S-파라미터)를 측정할 수 있다. 따라서, 비선형 부품의 측정 뿐만 아니라 선형 부품의 측정을 위해 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 선행기술 대비 하드웨어를 감소시키는 것이 가능하다. 기준 측정 포인트의 생략은 보다 소수의 측정이 수행되어야 한다는 것을 의미하고 더 빠른 측정 시간을 야기한다. 이 효과는 특히 주파수-변환 측정에서 분명하다. 이는 새로운 아키텍쳐(n-측정 포인트 컨셉(n-measuring point concept))로 실시간으로 수행될 수 있다. 선형 장치 및 주파수-변환 장치를 위한 하드웨어 필요조건(hardware requirement)은 상당히 동일하다.
네트워크 분석의 원리(the principle of network analysis)는 많은 다른 필드(many other fields)에 적용될 수 있다. 이는 다른 것들, 레이더 기술(radar technology), 필링-레벨 측정(filling-level measurement) 및 습도 측정(humidity measurement)을 포함한다. 이러한 나열된 측정은 자주 안테나(antenna)를 사용하여 개방된 곳에서 수행된다. 교정은 안테나의 앞 또는 개방된 곳에서 수행될 수 있다. 측정 정확도는 필요한 하드웨어의 감소를 통해, 공지된 솔루션과 비교해보았을 때 향상된다. 예를 들면, 현재의 FMCW 레이더(current FMCW radar)는 하나의 측정 포인트를 가지고 벡터 네트워크 분석기와 함께 교정될 수 없다. 본 발명의 경우, 레이더는 또한 단지 하나의 측정 포인트이다. 이 경우에, 송신기(transmitter)에서 하나의 측정 포인트로의 크로스토크는 계산될 수 있다. FMCW 레이더가 단지 전송 기능의 실제 부분을 측정하는 반면에, 본 발명을 갖춘 레이더 장치는 복잡한 전송 기능을 측정할 수 있고, 따라서 상당히 더 높은 측정 정확도를 디스플레이한다.
본 발명에 따른 방법에서, 선행 기술에서 흔히 있는 경우이지만, 파동(a1)은 더 이상 측정되지 않고, 파라미터 필드(134)에서 읽혀진다. 이 목적을 위해, 적어도 하나의 파라미터는 신호 발생기(110)를 통해 파동(a1)의 발생에 영향을 미치는 제어 유닛(136)에 의해 먼저 결정된다. 이는 예를 들어, 신호 발생기(110) 상에서 조절된 주파수와, 신호 발생기(110) 상에서의 출력 전력 세트 및/또는 주위 온도(T)와 같은 선택적으로, 다른 파라미터이다. 이러한 파라미터를 이용하여, 진폭 및/또는 위상과 같은 파동(a1)을 위한 목표값(desired value)은 파라미터 필드(134)로부터 읽혀진다. 이 목적을 위해, 파동(a1)을 위한 진폭 및/또는 위상 값은 각 파라미터 값을 위한 파라미터 필드(134)에 명백하게 저장된다. 파동(a1)을 위한 진폭 및/또는 위상을 위한 이러한 값들은 그 때 예를 들면, 산란 행렬의 산란 파라미터(S11)의 계산을 위해 사용된다.
파라미터 필드(134)는 단지 신호 발생기를 위해 한번 만들어질 필요가 있다. 이 목적을 위해, 진폭 및/또는 위상을 위한 값은, 측정에 의해 적어도 하나의 파라미터의 서로 다른 값을 위해 한번 결정되고, 파라미터 필드(134)에서 저장된다.
벡터 PIM과 같은 주파수-변환 측정의 경우에, 네트워크 분석기는 단지 완전히 주파수-변환(fully frequency-converting)에 기반하여 한번 교정된다. 그 후에, 단지 (MSO와 같은) 표준 교정이 케이블 계산 측정을 목적으로 일어난다. 국부 오실레이터(126)의 위상 에러를 위한 측정 포인트는 주파수-변환 측정을 위해 더 이상 요구되지 않는다.

Claims (15)

  1. 전자 장치의 산란 파라미터를 결정하는 벡터 네트워크 분석기로, 특정 무선 주파수 출력 신호를 발생시키는 적어도 하나의 신호 발생기와, n 개의 측정 포트를 포함하되, n은 1 이상의 정수이고, 무선 주파수 커플러는 각 측정 포트에 할당되고, 외부에서 특정 포트로 들어가는 무선 주파수 신호(bn)를 커플링하고(couple out), 상기 적어도 하나의 신호 발생기는 상기 외부로 나가는 무선 주파수 신호(an)로써 상기 n개의 측정 포트 중 적어도 하나에 특정 무선 주파수 출력 신호를 공급하도록 정렬되며 설계되고, 적어도 하나의 신호 발생기의 상기 무선 주파수 출력 신호를 위해서, 진폭과 위상 중 적어도 하나가 파라미터 필드에서 적어도 하나의 파라미터의 기능으로써 벡터 네트워크 분석기에 획득가능하게(retrievably) 저장되어 상기 무선 주파수 신호(an)는 별개로 측정될 필요가 없고 상기 파라미터 필드로부터 얻을 수 있고, 적어도 하나의 신호 발생기는 적어도 하나의 파라미터의 기능으로써 진폭과 위상 중 적어도 하나에서 무선 주파수 출력 신호를 재현가능하게(reproducibly) 발생시키고, 상기 적어도 하나의 신호 발생기는 쿼츠 오실레이터의 기준 신호에 커플링된 벡터 네트워크 분석기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 신호 발생기는 무선 주파수 신시사이저(RF synthesizer)인 벡터 네트워크 분석기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 무선 주파수 출력 신호의 주파수, 상기 적어도 하나의 신호 발생기의 출력 전력, 주위 온도 또는 주파수 포인트(frequency point) 당 측정 시간 또는 이들의 조합인 벡터 네트워크 분석기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 신호 발생기는 위상 고정 루프(PLL)를 갖는 벡터 네트워크 분석기.
  5. 제 1항에 있어서,
    각 무선 주파수 커플러는 상기 각 무선 주파수 신호(bn)를 측정하는 측정 포인트에 할당되는 벡터 네트워크 분석기.
  6. 제 5항에 있어서,
    10 MHz 의 주파수를 가지는 기준 신호는, 상기 대응하는 무선 주파수 커플러에서 무선 주파수 신호(bn)의 수신(reception)을 촉발시키도록 제공되는 벡터 네트워크 분석기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 측정 포인트는 아날로그/디지털 컨버터의 형태인 벡터 네트워크 분석기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 무선 주파수 커플러는 방향성 커플러인 벡터 네트워크 분석기.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 측정 포인트는 아날로그/디지털 컨버터의 형태인 벡터 네트워크 분석기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 무선 주파수 커플러는 방향성 커플러인 벡터 네트워크 분석기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 무선 주파수 커플러는 라인 커플러인 벡터 네트워크 분석기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 무선 주파수 출력 신호의 주파수, 상기 적어도 하나의 신호 발생기의 출력 전력, 주위 온도 또는 주파수 포인트 당 측정 시간 또는 이들의 조합인 벡터 네트워크 분석기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 신호 발생기는 위상 고정 루프(PLL)를 갖는 벡터 네트워크 분석기.
  14. 제 12항에 있어서,
    각 무선 주파수 커플러는 상기 각 무선 주파수 신호(bn)를 측정하는 측정 포인트에 할당되는 벡터 네트워크 분석기.
  15. 제14항에 있어서,
    10 MHz 의 주파수를 가지는 기준 신호는, 상기 대응하는 무선 주파수 커플러에서 무선 주파수 신호(bn)의 수신을 촉발시키도록 제공되는 벡터 네트워크 분석기.




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