(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-19
(45)【発行日】2024-08-27
(54)【発明の名称】広帯域測定システムおよび広帯域特性の測定方法
(51)【国際特許分類】
G01R 27/28 20060101AFI20240820BHJP
【ＦＩ】
G01R27/28 Z
【請求項の数】
8
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022140491
(22)【出願日】2022-09-05
(65)【公開番号】P2023038926
(43)【公開日】2023-03-17
【審査請求日】2022-09-05
(31)【優先権主張番号】63/241,503
(32)【優先日】2021-09-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】110149525
(32)【優先日】2021-12-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
(73)【特許権者】
【識別番号】520307104
【氏名又は名称】稜研科技股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＴＭＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100081961
【弁理士】
【氏名又は名称】木内 光春
(74)【代理人】
【識別番号】100112564
【弁理士】
【氏名又は名称】大熊 考一
(74)【代理人】
【識別番号】100163500
【弁理士】
【氏名又は名称】片桐 貞典
(74)【代理人】
【識別番号】230115598
【弁護士】
【氏名又は名称】木内 加奈子
(72)【発明者】
【氏名】陳 為暘
(72)【発明者】
【氏名】劉 思函
(72)【発明者】
【氏名】朱 婉瑜
(72)【発明者】
【氏名】莊 涵迪
【審査官】島田 保
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１４７５００（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２１６２１３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第１０１４５９３０（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１０３４５８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ ２７／００－２７／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１測定ポートおよび第２測定ポートを含み、前記第１測定ポートまたは前記第２測定ポートから測定信号を送信するよう構成され、前記測定信号の周波数が、第１周波数領域に属する信号測定装置と、前記信号測定装置の前記第１測定ポートに接続されるために構成された第１ポートと、
第２ポートと、
前記第１ポートと前記第２ポートの間に結合され、双方向に構成された第１パッシブミキサと、
前記信号測定装置の前記第２測定ポートに接続されるために構成された第３ポートと、
第４ポートと、
前記第３ポートと前記第４ポートの間に結合され、双方向に構成された第２パッシブミキサと、
を含む信号変換器と、
前記信号測定装置および前記信号変換器に結合され、第２周波数領域の範囲を制御して、前記信号測定装置から測定データを読み出すよう構成されたコントローラと、
前記コントローラに結合された記憶媒体と、
を含み、前記第１パッシブミキサおよび前記第２パッシブミキサが、
前記第１ポートから受信した信号および前記第３ポートから受信した信号をそれぞれ前記第２周波数領域に変換して、前記第２ポートおよび前記第４ポートからそれぞれ出力し、
前記第２ポートから受信した信号および前記第４ポートから受信した信号をそれぞれ前記第１周波数領域に変換して、前記第１ポートおよび前記第３ポートからそれぞれ出力するよう構成され、
校正プロセスにおいて、前記第２ポートおよび前記第４ポートを校正キットに電気接続し、前記コントローラが、前記信号測定装置を介して前記校正キットに関連する１つのグループの校正キット測定値を取得し、前記コントローラが、さらに、前記グループの校正キット測定値に基づいて、誤差モデルを取得し、前記誤差モデルが、前記記憶媒体に保存される広帯域測定システム。
【請求項2】
前記信号変換器が、さらに、前記第１パッシブミキサおよび前記第２パッシブミキサにそれぞれ結合された信号発生器を含む請求項１に記載の広帯域測定システム。
【請求項3】
測定プロセスにおいて、前記第２ポートおよび／または前記第４ポートを被試験デバイス（ＤＵＴ）に電気接続し、前記コントローラが、前記信号測定装置を制御して、前記被試験デバイスに関連する少なくとも１つのグループの被試験デバイス測定値を取得し、前記記憶媒体に保存された誤差モデルおよび前記少なくとも１つのグループの被試験デバイス測定値に基づいて、前記被試験デバイスに関連する少なくとも１つのグループの前記被試験デバイスの特性値を取得する請求項１に記載の広帯域測定システム。
【請求項4】
請求項１に記載の信号変換器を提供するステップと、前記信号変換器の一側に接続された信号測定装置を構成するステップと、
前記信号変換器の他側に電気接続された校正キットを構成し、校正プロセスを行うことにより、前記校正キットに関連する少なくとも１つのグループの校正キット測定値を取得するステップと、
前記少なくとも１つのグループの校正キット測定値に基づいて、誤差モデルを確立するステップと、
前記信号変換器を介して前記信号測定装置を被試験デバイス（ＤＵＴ）に電気接続し、前記被試験デバイスに関連する少なくとも１つのグループの被試験デバイス測定値を取得するステップと、
前記誤差モデルに基づいて、前記少なくとも１つのグループの被試験デバイス測定値を少なくとも１つのグループの前記被試験デバイスの特性値に校正するステップと、
を含む広帯域特性の測定方法。
【請求項5】
前記校正プロセスが、ＳＯＬＴ（short/open/load/through）、ＳＯＬＲ（short open load reciprocal）プロセス、ＬＲＭ （line reflect match）プロセス、ＬＲＭ（line reflect match）プロセス、ＬＲＲＭ（line reflect reflect match）プロセス、またはＴＲＬ（thru reflect line）プロセスである請求項４に記載の広帯域特性の測定方法。
【請求項6】
前記少なくとも１つのグループの校正キット測定値に基づいて前記誤差モデルを確立するステップにおいて、前記校正キットのパラメータに基づいて、前記少なくとも１つのグループの校正キット測定値のうちのいくつかを設定し、前記誤差モデルを確立する請求項４に記載の広帯域特性の測定方法。
【請求項7】
前記少なくとも１つのグループの校正キット測定値に基づいて前記誤差モデルを確立するステップにおいて、理論モデルに基づいて、前記少なくとも１つのグループの校正キット測定値のうちのいくつかを設定し、前記誤差モデルを確立する請求項４に記載の広帯域特性の測定方法。
【請求項8】
前記信号変換器の他側に接続された前記校正キットを構成し、前記校正プロセスを行うことにより前記校正キットに関連する前記少なくとも１つのグループの校正キット測定値を取得するステップにおいて、前記信号変換器の周波数変換値を制御するステップと、
前記信号測定装置を制御して周波数をスイープし、前記校正キットおよび前記周波数変換値に関連する複数グループの校正キット測定値を取得すること請求項４に記載の広帯域特性の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定技術に関するものであり、特に、広帯域測定システムおよび広帯域特性の測定方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
無線通信が次第にミリ波周波数帯に発展するにつれ、高周波測定に対する要求が高まった。しかしながら、多くの学術機関や産業調査部は、依然として低周波または中間周波ネットワークアナライザしか保持しておらず、高周波測定をサポートすることができない。しかしながら、高周波／広帯域ネットワークアナライザは、広帯域操作（例えば、超広帯域位相同期ループ、超広帯域切替スイッチ）に適した多くの電子デバイスを必要とするため、製造が難しく、それにより、促進が難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
以上の観点から、本発明の実施形態は、低周波ネットワークアナライザで高周波測定を実施することのできる広帯域測定システムおよび広帯域特性の測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の実施形態の広帯域測定システムは、信号測定装置および信号変換器を含む（ただし、本発明はこれに限定されない）。信号測定装置は、第１測定ポートおよび第２測定ポートを含む。信号測定装置は、第１測定ポートまたは第２測定ポートから測定信号を送信するよう構成され、測定信号の周波数は、第１周波数領域に属する。信号変換器は、第１ポート、第２ポート、第３ポート、第４ポート、第１パッシブミキサ（passive mixer）、および第２パッシブミキサを含む。第１ポートは、信号測定装置の第１測定ポートに接続されるために構成される。第３ポートは、信号測定装置の第２測定ポートに接続されるために構成される。第１パッシブミキサは、第１ポートと第２ポートの間に結合され、双方向（bidirectional）に構成される。第２パッシブミキサは、第３ポートと第４ポートの間に結合され、双方向に構成される。
【0005】
本発明の実施形態の広帯域特性の測定方法は、以下のステップを含む（ただし、本発明はこれに限定されない）。上述した信号変換器を提供する。信号変換器の一側に信号測定装置を接続する。信号変換器の他側に校正キット（calibration kit）を電気接続し、校正プロセスを行うことにより、校正キットに関連する少なくとも１つのグループの校正キット測定値を取得する。少なくとも１つのグループの校正キット測定値に基づいて、誤差モデルを確立する。信号変換器を介して信号測定装置を被試験デバイス（device-under-test, DUT）に電気接続し、被試験デバイス（ＤＵＴ）に関連する少なくとも１つのグループの被試験デバイス測定値を取得する。誤差モデルに基づいて、少なくとも１つのグループの被試験デバイス測定値を少なくとも１つのグループの被試験デバイスの特性値に校正する。
【発明の効果】
【0006】
以上のように、本発明の実施形態の広帯域測定システムおよび広帯域特性の測定方法は、信号変換器と信号測定装置を組み合わせて、異なる周波数領域の測定を実施する。
【0007】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれ、且つその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。
【0009】
【図6】図６Ａは、本発明の１つの実施形態に係る単一ポート校正に対する簡素化された順方向モデルの概略図である。図６Ｂは、本発明の１つの実施形態に係る単一ポート校正に対する簡素化された逆方向モデルの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図１は、本発明の１つの実施形態に係る広帯域測定システム１の構成要素のブロック図である。図１を参照すると、広帯域測定システム１は、信号測定装置１０および信号変換器３０を含む（ただし、本発明はこれに限定されない）。１つの実施形態において、広帯域測定システム１は、測定している間、被試験デバイス（ＤＵＴ）５０に電気接続される。
【0011】
信号測定装置１０は、ベクトルネットワークアナライザ（vector network analyzer, VNA）またはインピーダンスパラメータ（Ｚパラメータ）、アドミタンスパラメータ（Ｙパラメータ）、混合パラメータ（ｈパラメータ／ｇパラメータ）、伝送パラメータ（ＡＢＣＤパラメータ）、散乱パラメータ（Ｓパラメータ）、または散乱伝送パラメータ（Ｔパラメータ）等のパラメータを検証する他の機器であってもよい。１つの実施形態において、信号測定装置１０は、測定ポートＰ１１およびＰ１３を含み、測定ポートＰ１１または測定ポートＰ１３から測定信号を送信するよう構成される。つまり、信号測定装置１０は、単一ポート測定またはデュアルポート測定を提供する。１つの実施形態において、測定信号は、第１周波数領域に属する。例えば、第１周波数領域は、０～８ＧＨｚまたは２～６ＧＨｚの範囲であるが、本発明はこれに限定されない。
【0012】
信号変換器３０は、アップ／ダウンコンバータまたは信号周波数／周波数領域を調整する他の変換器であってもよい。信号変換器３０は、信号発生器ＣＧおよびパッシブミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２を含む。
【0013】
信号発生器ＣＧは、パッシブミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２に結合され、基準信号を生成するよう構成される。１つの実施形態において、信号発生器ＣＧは、基準信号（またはクロック信号、局部発振（local oscillator, LO）信号）をパッシブミキサＭＩＸ１またはパッシブミキサＭＩＸ２に提供する。１つの実施形態において、基準信号の周波数は、パッシブミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２の入力と出力の間の周波数差に関連する。いくつかの実施形態において、基準信号の周波数は、必要に応じて変化してもよく、または固定値であってもよい。
【0014】
１つの実施形態において、信号変換器３０は、ポートＰ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、およびＰ３４を含む。パッシブミキサＭＩＸ１は、ポートＰ３１とポートＰ３２の間に結合される。パッシブミキサＭＩＸ２は、ポートＰ３３とポートＰ３４の間に結合される。また、ポートＰ３１およびＰ３３は、それぞれ信号測定装置１０の測定ポートＰ１１およびＰ１３に接続されるために構成される。ポートＰ３２およびＰ３４は、それぞれＤＵＴ５０の被試験ポートＰ５２および被試験ポートＰ５４に接続されるために構成される。
【0015】
パッシブミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２は、回路で実施することができる。例えば、図２Ａは、本発明の１つの実施形態に係るパッシブミキサの回路図である。図２Ａを参照すると、パッシブミキサは、スイッチＤ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を含む。図面において、スイッチＤ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４は、ダイオードを例として示されている。終了点ＬＯは、信号発生器ＣＧに接続されるために構成される。終了点ＲＦは、ＤＵＴ５０に接続されるために構成される。また、終了点ＩＦは、信号測定装置１０に接続されるために構成される。
【0016】
図２Ｂは、本発明の別の実施形態に係るパッシブミキサの回路図である。図２Ｂを参照すると、図２Ａと異なる点は、パッシブミキサがスイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、およびＴ４を含むことである。図面において、スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、およびＴ４は、トランジスタを例として示されている。また、スイッチＴ１の制御端末（例えば、ゲート）は、スイッチＴ３の制御端末に接続され、スイッチＴ２の制御端末は、スイッチＴ４の制御端末に接続される。
【0017】
図２Ａおよび図２Ｂは、スイッチ型ミキサを例として示したものである。しかしながら、他の実施形態において、パッシブミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２は、他のスイッチ型パッシブミキサまたは他の種類のミキサであってもよい。
【0018】
パッシブミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２は、いずれも双方向に構成される。例えば、パッシブミキサＭＩＸ１は、ポートＰ３１から信号を混合し、ポートＰ３２を介して混合した信号を出力し、パッシブミキサＭＩＸ２は、ポートＰ３３から信号を混合し、ポートＰ３４を介して混合した信号を出力する。別の例において、パッシブミキサＭＩＸ１は、ポートＰ３２から信号を混合し、ポートＰ３１を介して混合した信号を出力し、パッシブミキサＭＩＸ２は、ポートＰ３４から信号を混合し、ポートＰ３３を介して混合した信号を出力する。
【0019】
１つの実施形態において、ポートＰ３１からの信号は、第２周波数領域に変換され、パッシブミキサＭＩＸ１によってポートＰ３２から出力される。ポートＰ３１が信号測定装置１０の測定ポートＰ１１に接続され、信号測定装置１０によって出力された測定信号が第１周波数領域に属する場合、パッシブミキサＭＩＸ１は、第１周波数領域から第２周波数領域に信号を変換する。第２周波数領域は、２０～３０ＧＨｚまたは１０～３０ＧＨｚの範囲であるが、本発明はこれに限定されない。
【0020】
１つの実施形態において、ポートＰ３２からの信号は、第１周波数領域に変換され、パッシブミキサＭＩＸ１によってポートＰ３１から出力される。ポートＰ３２がＤＵＴ５０の被試験ポートＰ５２に接続され、ＤＵＴ５０によって出力された信号が第２周波数領域に属する場合、パッシブミキサＭＩＸ１は、第２周波数領域から第１周波数領域に信号を変換する。
【0021】
１つの実施形態において、ポートＰ３３からの信号は、第２周波数領域に変換され、パッシブミキサＭＩＸ２によってポートＰ３４から出力される。ポートＰ３３が信号測定装置１０の測定ポートＰ１３に接続され、信号測定装置１０によって出力された信号が第１周波数領域に属する場合、パッシブミキサＭＩＸ２は、第１周波数領域から第２周波数領域に信号を変換する。
【0022】
１つの実施形態において、ポートＰ３４からの信号は、第１周波数領域に変換され、パッシブミキサＭＩＸ２によってポートＰ３３から出力される。ポートＰ３４がＤＵＴ５０の被試験ポートＰ５４に接続され、ＤＵＴ５０によって出力された信号が第２周波数領域に属する場合、パッシブミキサＭＩＸ２は、第２周波数領域から第１周波数領域に信号を変換する。
【0023】
例えば、ポートＰ３１およびＰ３３は、中間周波数（intermediate frequency, IF）ポートであり、ポートＰ３２およびＰ３４は、無線周波数（radio frequency, RF）ポートである。つまり、ポートＰ３１およびＰ３３からの信号は、中間周波数信号（第１周波数領域に属する）であり、パッシブミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２は、中間周波数信号をアップコンバート（up-convert）し、ポートＰ３２およびＰ３４を介してＲＦ信号（第２周波数領域に属する）を出力する（すなわち、中間周波数信号を高周波数信号に変換する）。あるいは、ポートＰ３２およびＰ３４からの信号は、無線周波数信号であり、パッシブミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２は、無線周波数信号をダウンコンバート（down-convert）し、ポートＰ３１およびＰ３３を介して中間周波数信号を出力する（すなわち、高周波数信号を中間周波数信号に変換する）。
【0024】
注意すべきこととして、第１周波数領域および第２周波数領域の範囲は、異なる設計要求に応じて変わることがあるため、本発明はこれに限定されない。
【0025】
ＤＵＴ５０は、任意の種類の無線周波数信号発生装置、マイクロ波信号発生装置、またはアンテナ装置であってもよい。１つの実施形態において、ＤＵＴ５０は、被試験ポートＰ５２および被試験ポートＰ５４を含む。
【0026】
図３は、本発明の１つの実施形態に係る広帯域測定システム１の概略図である。図３を参照すると、信号変換器３０のポートＰ３１およびＰ３３は、それぞれ信号測定装置１０の測定ポートＰ１１およびＰ１３に接続され、信号変換器３０のポートＰ３２およびＰ３４は、それぞれＤＵＴ５０の被試験ポートＰ５２および被試験ポートＰ５４に接続される。
【0027】
注意すべきこととして、校正プロセスは、ＤＵＴ５０を測定する前に行う必要がある。例えば、広帯域測定システム１において、信号測定装置１０の測定ポートＰ１１およびＰ１３は、それぞれＤＵＴ５０の被試験ポートＰ５２および被試験ポートＰ５４に接続される。測定面は、それぞれ測定ポートＰ１１およびＰ１３に位置する。一般的に、不測の影響をもたらす要因は、信号測定装置１０および／または試験形状（例えば、ケーブル、コネクタ、または治具）の欠陥によってシステムエラーが生じることである。校正プロセスは、信号測定装置１０のポート端末からＤＵＴ５０のポート端末に測定面を平行移動させることである。つまり、校正基準面は、それぞれ被試験ポートＰ５２および被試験ポートＰ５４に位置する。したがって、システムによって生じる不測の影響を取り除くことができ、ＤＵＴ５０の特性（例えば、被試験デバイスの特性値）をより正確に測定することができる。
【0028】
図４は、本発明の１つの実施形態に係る順方向（forward）誤差モデルＦＷおよび逆方向（reverse）誤差モデルＲＶの概略図である。図４を参照すると、ＤＵＴ５０のポート端末に向かう信号測定装置１０のポート端末をデュアルポートネットワークとみなす場合、順方向伝搬および逆方向伝搬のデュアルポート誤差モデルＦＷおよびＲＶを形成することができる。校正により、測定面ＭＰ１およびＭＰ２を信号測定装置１０のポート端末からＤＵＴ５０のポート端末に平行移動させ、ＤＵＴ５０の実際の特性（以下、被試験デバイスの特性値と称す）を測定することができる。つまり、校正基準面ＣＰ１およびＣＰ２は、ＤＵＴ５０のポート端末に位置する。システム１の信号漏洩によって生じた誤差は、指向性誤差（directivity error）およびクロストーク誤差（crosstalk error）に集約することができる。様々な誤差が順方向伝搬および逆方向伝搬に分割されるため、４つの誤差項（すなわち、誤差項ＥＤＦ、ＥＤＲ、ＥＸＦ、ＥＸＲ）を得ることができる。誤差項の下付き接頭辞Ｄは、指向性誤差を示し、Ｘは、クロストーク誤差を示す。誤差項の下付き接尾辞Ｆは、順方向伝搬を示し、Ｒは、逆方向伝搬を示す。
【0029】
システム１の信号不整合によって生じた誤差は、信号源整合誤差（source match error）および負荷整合誤差（load match error）に集約することができる。様々な誤差が順方向伝搬および逆方向伝搬に分割されるため、４つの誤差項（すなわち、誤差項ＥＳＦ、ＥＳＲ、ＥＬＦ、ＥＬＲ）を得ることができる。誤差項の下付き接頭辞Ｓは、信号源整合誤差を示し、Ｌは、負荷整合誤差を示す。
【0030】
また、発生した誤差に反応して、信号測定装置１０における受信機の周波数は、反射追跡誤差（reflection tracking error）および伝送追跡誤差（transmission tracking error）として集約することができる。様々な誤差が順方向伝搬および逆方向伝搬に分割されるため、４つの誤差項（すなわち、誤差項ＥＲＦ、ＥＲＲ、ＥＴＦ、ＥＴＲ）を得ることができる。誤差項の下付き接頭辞Ｒは、反射追跡誤差を示し、Ｔは、伝送追跡誤差を示す。
【0031】
漏洩、不整合、および周波数反応によって生じた１２個の誤差項を使用して、デュアルポート誤差モデルを分析することができる。
【0032】
具体的に説明すると、図５Ａは、本発明の１つの実施形態に係る順方向誤差モデルＦＷのシグナルフロー分析の概略図である。図５Ａを参照すると、メイソンの法則／メイソンのゲイン公式（Mason’s rule/Mason’s Gain Formula）は、ノード間の関係を示すために使用される法則であり、デュアルポート誤差モデルのシグナルフローを分析するために使用することができる。順方向伝搬の順方向誤差モデルＦＷに基づいて、校正せずにＤＵＴ５０を測定することによって得られる反射係数Ｓ１１Ｍおよび伝送係数Ｓ２１Ｍ（すなわち、校正キット測定値）の式を得ることができる。
【0033】
［式１］
【0034】
［式２］
【0035】
図５Ｂは、本発明の１つの実施形態に係る逆方向誤差モデルＲＶのシグナルフロー分析の概略図である。図５Ｂを参照すると、逆方向伝搬の逆方向誤差モデルＲＶに基づいて、校正せずにＤＵＴ５０を測定することによって得られる反射係数Ｓ２２Ｍおよび伝送係数Ｓ１２Ｍ（すなわち、校正キット測定値）の式を得ることができる
【0036】
［式３］
【0037】
［式４］
【0038】
４つの式（１）～（４）に基づいて、ＳＯＬＴ（short-open-load-thru）校正を行うことにより、様々な誤差項を得ることができる。誤差項を４つの式（１）～（４）に置き換えると、ＤＵＴ５０の実際のＳパラメータ（すなわち、被試験デバイスの特性値）、つまり、（校正された）パラメータＳ１１Ａ、Ｓ２２Ａ、Ｓ２１Ａ、およびＳ１２Ａを得ることができる。
【0039】
そして、ＳＯＬＴの校正プロセスに対し、第１信号ポート校正（短絡回路、開回路、および負荷を含む）を行う。一方、測定ポートは接続されていなため、本実施形態において、パラメータＳ２１ＡおよびＳ１２Ａは、０であると仮定する。図６Ａは、本発明の１つの実施形態に係る単一ポート校正に対する簡素化された順方向モデルの概略図であり、図６Ｂは、本発明の１つの実施形態に係る単一ポート校正に対する簡素化された逆方向モデルの概略図である。図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、簡素化されたモデルは、以下の式を得ることができる。
【0040】
［式５］
【0041】
［式６］
【0042】
接続されていない測定ポートを校正キット（例えば、短絡回路校正キット、開回路校正キット、および負荷校正キット）に電気接続して、校正プロセスを行うことにより（校正順序は、必要に応じて変更することができる）、１つまたはそれ以上のグループの校正キット測定値を得ることができる。
【0043】
負荷校正に対し、負荷校正キットを接続して完全に整合できた場合、反射係数は、０に近づく（例えば、
）。反射係数が０の条件を式（５）および（６）に置き換えると、誤差項ＥＤＦは、負荷校正キットが接続されているが校正されていない時に測定される反射係数Ｓ１１ＭＬ（すなわち、ＥＤＦ＝Ｓ１１ＭＬ）に等しく、誤差項ＥＤＲは、負荷校正キットが接続されているが校正されていない時に測定される反射係数Ｓ２２ＭＬ（すなわち、ＥＲＦ＝Ｓ２２ＭＬ）（すなわち、校正キット測定値）に等しい。
【0044】
また、負荷校正キットを接続することによって、隔離に関する誤差項ＥＸＦおよびＥＸＲを得ることができる。誤差項ＥＸＦは、負荷校正キットが接続されているが校正されていない時に測定される反射係数Ｓ２１ＭＬ（すなわち、ＥＸＦ＝Ｓ２１ＭＬ）に等しく、誤差項ＥＸＲは、負荷校正キットが接続されているが校正されていない時に測定される反射係数Ｓ１２ＭＬ（すなわち、ＥＸＦ＝Ｓ１２ＭＬ）（すなわち、校正キット測定値）に等しい。浸透係数Ｓ２１ＭＬおよびＳ１２ＭＬを測定することは、実際には不可能であるため、後続のプロセスにおいて、式に含まれない。
【0045】
１つの実施形態において、誤差モデルを確立するプロセスの間、校正キットのパラメータに基づいて、いくつかの、または１つまたはそれ以上のグループの測定値を設定し、誤差モデルを確立することができる。つまり、特定の種類の校正キットの１つまたはそれ以上の校正キット測定値（例えば、反射係数または伝送係数）（測定境界条件として）を誤差項に置き換えて、誤差モデルを確立することができる。
【0046】
別の実施形態において、誤差モデルを確立するプロセスにおいて、理論モデルに基づいて、いくつかの、または１つまたはそれ以上のグループの測定値を設定し、誤差モデルを確立することができる。理論モデルは、理想的な状態にある特定の校正キットの反射係数および／または浸透係数である。つまり、特定の種類の校正キットの１つまたはそれ以上の理想的な測定値（例えば、反射係数または伝送係数）（測定境界条件として）を誤差項に置き換えて、誤差モデルを確立することができる。
【0047】
例えば、開回路および短絡回路校正に対し、まず、順方向伝搬について考える。式（５）および（６）を同時に解くことによって、誤差項ＥＲＦおよびＥＳＦを得ることができる（理想モデルの理想的な境界条件が、開回路は
であり、短絡回路は
であると仮定する）。
【0048】
［式７］
【0049】
［式８］
【0050】
理想的な開回路の反射係数は、１であり、理想的な短絡回路の反射係数は、－１である。しかしながら、実際の反射係数は、通常、あまり理想的ではない。理想的な値を式（７）および（８）に置き換えた場合、計算結果は、実際の値と誤差がある。計算結果を実際の測定結果に近づけるため、信号測定装置１０から取得した、校正後に得られた開回路校正キットおよび短絡回路校正キットの実際に測定した反射係数（すなわち、校正キット測定値）を直接式（７）および（８）のパラメータＳ１１ＡＯおよびＳ１１ＡＳに置き換えて、誤差項ＥＲＦおよびＥＳＦの値を得ることができる。
【0051】
次に、逆方向伝搬について考える。式（５）および（６）を同時に解くことによって、誤差項ＥＲＲおよびＥＳＲを得ることができる（理想的な境界条件が、開回路は
であり、短絡回路は
であると仮定する）
【0052】
［式９］
【0053】
［式１０］
【0054】
同様に、計算結果を実際の測定結果に近づけるため、信号測定装置１０から取得した、校正後に得られた開回路校正キットおよび短絡回路校正キットの反射係数（すなわち、校正キット測定値）（測定境界条件として）を直接式（９）および（１０）のパラメータＳ２２ＡＯおよびＳ２２ＡＳに置き換えて、誤差項ＥＲＲおよびＥＳＲの値を得ることができる。
【0055】
そして、貫通接続デュアルポート校正に対し、図７Ａは、本発明の１つの実施形態に係るデュアルポート校正に対する簡素化された順方向モデルの概略図であり、図７Ｂは、本発明の１つの実施形態に係るデュアルポート校正に対する簡素化された逆方向モデルの概略図である。図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、デュアルポート誤差モデルは、貫通接続校正キットをＤＵＴ（またはＤＵＴ５０）として使用すると仮定している。式（１）および（３）から（理想的な境界条件が、貫通接続は
であると仮定する）、誤差項ＥＬＦおよびＥＬＲを得ることができる。
【0056】
［式１１］
【0057】
［式１２］
【0058】
理想的な貫通接続の反射係数は、０であり、反射係数は、１である。しかしながら、実際に、校正キットは、しばしば理想的な貫通を実現するのが難しい。計算結果を実際の測定結果に近づけるため、信号測定装置１０から取得した、校正後に得られた貫通接続校正キットの反射係数および伝送係数（すなわち、校正キット測定値）（測定境界条件として）を直接式（１１）および（１２）のパラメータＳ１１ＡＴ、Ｓ２２ＡＴ、Ｓ２１ＡＴ、およびＳ１２ＡＴに置き換えて、誤差項ＥＬＦおよびＥＬＲの値を得ることができる。
【0059】
また、式（２）および（４）から（理想的な境界条件が、貫通接続は
であると仮定する）、誤差項ＥＬＦおよびＥＴＲを得ることができる。
【0060】
［式１３］
【0061】
［式１４］
【0062】
同様に、計算結果を実際の測定結果に近づけるため、信号測定装置１０から取得した、校正後に実際に測定された貫通接続校正キットの反射係数および伝送係数（すなわち、校正キット測定値）（測定境界条件として）を直接式（１３）および（１４）のパラメータＳ１１ＡＴ、Ｓ２２ＡＴ、Ｓ２１ＡＴ、およびＳ１２ＡＴに置き換えて、誤差項ＥＴＦおよびＥＴＲの値を得ることができる。したがって、１２個の誤差項を得ることができる。
【0063】
そして、信号測定装置１０をＤＵＴ５０に接続して、被試験デバイスに関連する１つまたはそれ以上のグループの被試験デバイス測定値を取得し、式（１）～（４）を同時に解くことにより、ＤＵＴ５０の真実のＳパラメータ（すなわち、被試験デバイスの特性値）を得る。
【0064】
［式１５］
【0065】
［式１６］
【0066】
［式１７］
【0067】
［式１８］
【0068】
【0069】
図８は、本発明の１つの実施形態に係るＳＯＬＴ校正を示すフローチャートである。図８を参照すると、短絡回路校正キット、負荷校正キット、開回路校正キット、および貫通接続校正キットを切り替えて（ステップＳ８１０）（すなわち、測定ポートを異なる校正キットに接続する）、各校正キットの１つまたはそれ以上のグループの校正キット測定値（例えば、Ｓ１１ＭＳ、Ｓ２２ＭＳ、Ｓ１１ＭＬ、Ｓ２２ＭＬ、Ｓ１１ＭＯ、Ｓ２２ＭＯ、Ｓ１１ＭＴ、Ｓ２２ＭＴ、Ｓ２１ＭＴ、Ｓ１２ＭＴ）を取得する（ステップＳ８２０）。校正キット測定値および／または理論モデルに基づき、理想的な境界条件を設定した後（ステップＳ８３０）、誤差項を得ることができる（ステップＳ８４０）。誤差項を使用して、誤差モデルを構築することができる。一方、ＤＵＴ５０を接続することによって（ステップＳ８５０）、信号測定装置１０は、１つまたはそれ以上のグループの被試験デバイス測定値（Ｓ１１ＭＤ、Ｓ２２ＭＤ、Ｓ２１ＭＤ、Ｓ１２ＭＤ）を取得することができる（ステップＳ８６０）。信号測定装置１０は、誤差項を基礎とした誤差モデルに基づいて、被試験デバイス測定値を校正し、被試験デバイスの１つまたはそれ以上のグループの特性値（例えば、Ｓ１１ＡＤ、Ｓ２２ＡＤ、Ｓ２１ＡＤ、Ｓ１２ＡＤ）を取得することができる（すなわち、被試験デバイス測定値を被試験デバイスの特性値に校正する）（ステップＳ８７０）。
【0070】
１つの実施形態において、広帯域測定システム１は、さらに、コントローラ（図示せず）を含むことができる。コントローラは、信号測定装置１０および／または信号変換器３０に結合することができる。１つの実施形態において、コントローラは、第２周波数領域の範囲を制御して、信号測定装置１０から測定データ（例えば、校正キット測定値および／または被試験デバイスの測定値）を読み出すよう構成することができる。
【0071】
１つの実施形態において、コントローラは、さらに、校正キット測定値に基づいて、１つまたはそれ以上の誤差モデルを取得するよう構成することができる。誤差モデルの確立は、式（１）～（１４）を参照して導き出すことができるため、ここでは繰り返し説明しない。
【0072】
１つの実施形態において、コントローラは、指示を出して、または信号測定装置１０から直接データを出力して、信号測定装置１０を制御し、校正キットに関連する校正キット測定値および／またはＤＵＴ５０に関連する被試験デバイス測定値を取得することができる。
【0073】
１つの実施形態において、コントローラは、誤差項を基礎とした誤差モデルに基づいて、被試験デバイス測定値を被試験デバイスの特性値に校正することができる。例えば、式（１５）～（１８）に基づいて、実際のＳパラメータを取得することができる。
【0074】
１つの実施形態において、コントローラは、校正プロセスに基づいて、信号測定装置１０および／または信号変換器３０に接続された校正キットを切り替えることができる。例えば、コントローラは、それぞれ各校正キットに接続されたスイッチを提供し、校正項目に基づいて、対応する校正キットに接続された信号測定装置１０および／または信号変換器３０をオンにし、他の校正キットと信号測定装置１０および／または信号変換器３０の間の接続を中断することができるが、本発明はこれに限定されない。
【0075】
注意すべきこととして、校正プロセスは、ＳＯＬＴを例に挙げて説明している。別の実施形態において、校正プロセスは、ＳＯＬＲ（short open load reciprocal）プロセス、ＬＲＭ （line reflect match）プロセス、ＬＲＭ（ine reflect match）プロセス、ＬＲＲＭ（line reflect reflect match）プロセス、ＴＲＬ（thru reflect line）プロセス、他の校正プロセスであってもよい。
【0076】
１つの実施形態において、システム１は、さらに、コントローラに結合された記憶媒体を含む。記憶媒体は、ハードディスク、メモリ、フラッシュドライブ、データベース、またはサーバーであってもよい。１つの実施形態において、記憶媒体は、誤差モデルおよび／または１つまたはそれ以上のグループの被試験デバイス測定値を保存するよう構成され、コントローラまたは他のデバイスは、それらを読み出す、または書き込むことができる。例えば、コントローラは、誤差モデルを記憶媒体に保存し、あるいはコントローラは、記憶媒体から被試験デバイス測定値を読み出す。
【0077】
誤差モデルの分析に基づいて、他の基準面の校正に応用することができる。
【0078】
図９は、本発明の１つの実施形態に係る校正基準面ＣＰ３およびＣＰ４の概略図である。図９を参照すると、校正基準面ＣＰ３は、信号変換器３０のポートＰ３１に位置し、校正基準面ＣＰ４は、信号変換器３０のポートＰ３３に位置する。信号測定装置１０は、校正基準面ＣＰ３およびＣＰ４に基づいて、校正プロセスを実行し、誤差モデルを得ることができる。
【0079】
本実施形態の校正プロセスにおいて、測定ポートＰ１１およびＰ１３を介して、信号測定装置１０をそれぞれ信号変換器３０の一側（例えば、ポートＰ３１およびＰ３３）に電気接続して、１つまたはそれ以上の校正キットを信号変換器３０の一側（例えば、ポートＰ３２およびＰ３４）に電気接続し、校正プロセスを行うことによって、校正キットに関連する１つまたはそれ以上のグループの校正キット測定値を取得する。そして、信号変換器３０を介して信号測定装置１０をＤＵＴ５０に電気接続し（図９に示す）、ＤＵＴ５０に関連する１つまたはそれ以上のグループの被試験デバイス測定値を取得する。最後に、誤差モデルに基づいて、被試験デバイス測定値を１つまたはそれ以上のグループの被試験デバイスの特性値に校正する。
【0080】
図１０は、本発明の１つの実施形態に係る校正基準面ＣＰ５およびＣＰ６の概略図である。図１０を参照すると、校正基準面ＣＰ５は、ＤＵＴ５０のポートＰ３２に接続した被試験ポートＰ５２に位置し、校正基準面ＣＰ６は、ＤＵＴ５０のポートＰ３４に接続した別の被試験ポートＰ５４に位置する。信号測定装置１０は、校正基準面ＣＰ５およびＣＰ６に基づいて、校正プロセスを実行し、誤差モデルを得ることができる
【0081】
本実施形態の校正プロセスにおいて、測定ポートＰ１１およびＰ１３を介して、信号測定装置１０をそれぞれ信号変換器３０の一側（例えば、ポートＰ３１およびＰ３３）に電気接続して、１つまたはそれ以上の校正キットを信号変換器３０の一側（例えば、被試験ポートＰ５２およびＰ５４に接続するために使用される接続線の一端）に電気接続し、校正プロセスを行うことによって、校正キットに関連する１つまたはそれ以上のグループの校正キット測定値を取得する。そして、信号変換器３０を介して信号測定装置１０をＤＵＴ５０に電気接続し（図１０に示す）、ＤＵＴ５０に関連する１つまたはそれ以上のグループの被試験デバイス測定値を取得する。最後に、誤差モデルに基づいて、被試験デバイス測定値を１つまたはそれ以上のグループの被試験デバイス（ＤＵＴ）の特性値に校正する。
【0082】
【0083】
図１１は、図９の検証結果であり、図１２は、図９および図３で測定したＤＵＴ５０の測定結果であり、図１３は、図１１の部分的拡大図である。図１１～図１３を参照すると、図面において、太線（すなわち、元の校正）は、一般的に、超広帯域ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）測定の後にそのスペクトルを平行移動させるのに適した曲線であり、薄線（すなわち、提案される校正）は、本発明の実施形態によって提案されるシステムおよび方法の曲線である。図面に基づくと、本発明の実施形態によって提案される校正は、超広帯域ベクトルネットワークアナライザを使用して得られた結果とほぼ重複する。
【0084】
図１４は、図１０の測定結果であり、図１５は、図１０の検証結果であり、図１６は、図１０および図３で測定したＤＵＴ５０の測定結果であり、図１７は、図１５の部分的拡大図である。図１４～図１７を参照すると、図面において、太線（すなわち、元の校正）は、一般的に、超広帯域ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）測定の後にそのスペクトルを平行移動させるのに適した曲線であり、薄線（すなわち、提案される校正）は、本発明の実施形態によって提案されるシステムおよび方法の曲線である。図面に基づくと、本発明の実施形態によって提案される校正は、超広帯域ベクトルネットワークアナライザを使用して得られた結果とほぼ重複する。
【0085】
図１８は、本発明の１つの実施形態に係る広帯域特性の測定方法を示すフローチャートである。図１８を参照すると、図１および図２に示した信号変換器３０を提供する（ステップＳ１８１０）。信号測定装置１０を信号変換器３０の一側（例えば、図１のポートＰ１１およびＰ１３）に電気接続する（ステップＳ１８２０）。校正キットを信号変換器３０の他側（例えば、図１のポートＰ３２およびＰ３４）に電気接続し、校正プロセスを行うことによって、校正キットに関連する１つまたはそれ以上のグループの校正キット測定値を取得する（ステップＳ１８３０）。校正キット測定値に基づいて、誤差モデルを確立する（ステップＳ１８４０）。信号変換器３０を介して信号測定装置１０をＤＵＴ５０に電気接続し、ＤＵＴ５０に関連する１つまたはそれ以上のグループの被試験デバイス測定値を取得する（ステップＳ１８５０）。誤差モデルに基づいて、被試験デバイス測定値を１つまたはそれ以上のグループの被試験デバイスの特性値に校正する（ステップＳ１８６０）。
【0086】
１つの実施形態において、校正基準面ＣＰ３は、ポートＰ３１に配置され、校正基準面ＣＰ４は、ポートＰ３３に配置され、校正基準面ＣＰ３およびＣＰ４に基づいて、校正プロセスを実行する。
【0087】
１つの実施形態において、校正基準面ＣＰ５は、ＤＵＴ５０のポートＰ３２の被試験ポートＰ５２に配置され、校正基準面ＣＰ６は、ＤＵＴ５０のポートＰ３４の別の被試験ポートＰ５４に配置される。校正基準面ＣＰ５およびＣＰ６に基づいて、校正プロセスを実行する。
【0088】
１つの実施形態において、ステップＳ１８４０は、理論モデルに基づいて、校正キット測定値を設定し、誤差モデルを確立する。つまり、校正プロセスにおけるＳＯＬの３つのステップにおいて、Ｓ２１ＡおよびＳ１２Ａは、０に設定され、開回路は、
に設定され、短絡回路は、
に設定される。
【0089】
別の実施形態において、ステップＳ１８４０は、校正キットのパラメータに基づいて、校正キット測定値のいくつかを設定し、誤差モデルを確立する。つまり、校正キットの信号漏洩またはカップリング効果、あるいは本実施形態の寄生効果、および実質的な開回路または短絡回路を達成できないことにより、いくつかの校正キットは、実際のＳＯＬＴ測定値または非理想的な効果に対応する周波数のルックアップテーブル（look-up table, LUT）を提供することができる。本実施形態では、このルックアップテーブルが上述した実施形態の理想的な仮定に代わって校正を行う。
【0090】
【0091】
１つの実施形態において、信号変換器３０によって与えられた周波数基準が異なる時、校正によって得られるＤＵＴ５０の特性は、ずれる可能性がある。そのため、コントローラまたは信号変換器３０によって提供される入力インターフェースを介して、信号変換器３０の周波数変換値を制御することができる。例えば、第１周波数領域から第２周波数領域に変換された周波数変換値に、あるいは第２周波数領域から第１周波数領域に変換された周波数変換値に制御する。この周波数変換値は、信号発生器ＣＧによって出力された基準信号の周波数に関連する。そして、信号測定装置１０を制御して周波数をスイープ（sweep）し、校正キットおよび周波数変換値に関連する複数グループの校正キット測定値を取得することができる。例えば、基準信号に対して異なる周波数（いくつかの主な安定した周波数であってもよく、あるいは他の要求に応じて変化してもよい）を順番に設定して、１つまたはそれ以上の校正キットに対応する校正キット測定値をそれぞれ取得する。上述したステップは、複数回行ってもよいが、本発明はこれに限定されない。
【0092】
以上のように、本発明の実施形態の広帯域測定システムおよび広帯域特性の測定方法は、周波数アップまたはダウンコンバートを行う信号変換器をシステムに導入する。信号変換器は、信号測定装置に接続されたデュアルポートを提供し、被試験デバイス（ＤＵＴ）に接続された別のデュアルポートを提供する。パッシブミキサは、双方向に構成される。したがって、低周波数ネットワークアナライザは、高周波数測定を実施することができる。さらに、実施形態に基づき、当業者であれば、本発明によって開示された信号変換器（デュアルチャネル双方向パッシブアップダウン周波数コンバータ）がマルチチャネル双方向パッシブアップダウン周波数コンバータに促進可能であることを理解すべきである。
【産業上の利用可能性】
【0093】
広帯域測定システムおよび広帯域特性の測定方法は、測定技術に応用することができる。
【符号の説明】
【0094】
１ 広帯域測定システム
１０ 信号測定装置
３０ 信号変換器
５０ 被試験デバイス
Ｐ１１ 第１測定ポート
Ｐ１３ 第２測定ポート
Ｐ３１ 第１ポート
Ｐ３２ 第２ポート
Ｐ３３ 第３ポート
Ｐ３４ 第４ポート
Ｐ５２、Ｐ５４ 被試験ポート
ＣＧ 信号発生器
ＭＩＸ１ 第１パッシブミキサ
ＭＩＸ２ 第２パッシブミキサ
Ｄ１～Ｄ４、Ｔ１～Ｔ４ スイッチ
１０ 信号測定装置
３０ 信号変換器
５０ 被試験デバイス
Ｐ１１ 第１測定ポート
Ｐ１３ 第２測定ポート
Ｐ３１ 第１ポート
Ｐ３２ 第２ポート
Ｐ３３ 第３ポート
Ｐ３４ 第４ポート
Ｐ５２、Ｐ５４ 被試験ポート
ＣＧ 信号発生器
ＭＩＸ１ 第１パッシブミキサ
ＭＩＸ２ 第２パッシブミキサ
Ｄ１～Ｄ４、Ｔ１～Ｔ４ スイッチ
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
