(57)【要約】【課題】ＶＮＡの１つのポートでのＤＵＴの反射係数の測定と同時にＶＮＡの校正を行ってＤＵＴの真の反射係数を求めることができる測定方法を提供する。【解決手段】本発明のベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を用いた反射係数の測定方法は、（ａ）ＶＮＡの１つのポートに直接接続された非測定物の反射係数Γdmを測定するステップと、（ｂ）その１つのポートにＳパラメータＳij,X（ｉ、ｊ＝１、２、Ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）が既知の長さが異なる３つのラインＡ、Ｂ、Ｃを介して接続された非測定物の反射係数ΓXm（Ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）を測定するステップと、（ｃ）反射係数Γdm、ΓXm及びＳパラメータＳij,Xを用いて非測定物の真の反射係数Γdを求めるステップと、を含む。【選択図】図２
2019211314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を用いた反射係数の測定方法であって、
ＶＮＡの１つのポートに直接接続された非測定物の反射係数Γdmを測定するステップと、
前記１つのポートにＳパラメータＳij,X（ｉ、ｊ＝１、２、Ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）が既知の長さが異なる３つのラインＡ、Ｂ、Ｃを介して前記非測定物を接続した場合の反射係数ΓXm（Ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）を測定するステップと、
前記反射係数Γdm、ΓXm及び前記ＳパラメータＳij,Xを用いて前記非測定物の真の反射係数Γdを求めるステップと、を含む測定方法。
【請求項２】
前記３つのラインＡ、Ｂ、Ｃの長さは、測定周波数での前記反射係数Γdm、ΓXmの位相がπ/４づつずれるように設定される、請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記非測定物の真の反射係数Γdを求めるステップは、下記の４つの式から、ただし、δ、μ、τは、方向性、トラッキング、マッチングの回路エラーを意味し、
【数１】
2019211314.tif 000008
【数２】
2019211314.tif 000009
【数３】
2019211314.tif 000010
【数４】
2019211314.tif 000011
真の反射係数Γdを求めるステップを含む、請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記非測定物の反射係数ΓXmを測定するステップは、
前記１つのポートに前記ラインＡを介して前記非測定物を接続した場合の反射係数ΓAmを測定するステップと、
前記１つのポートに前記ラインＢを介して前記非測定物を接続した場合の反射係数ΓBmを測定するステップと、
前記１つのポートに前記ラインＣを介して前記非測定物を接続した場合の反射係数ΓCmを測定するステップと、を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定方法。
【請求項５】
前記３つのラインＡ、Ｂ、Ｃは、エアーライン、導波管、または平面回路のいずれかを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベクトルネットワークアナライザ（以下「ＶＮＡ」と呼ぶ）を用いた反射係数の測定方法に関し、より具体的には、ＶＮＡの校正を含む１ポートでの非対象物（以下「ＤＵＴ」と呼ぶ）の反射係数の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波分野における研究開発において、設計、製造そして計測のすべてが不可欠な技術である。近年、高周波のデバイスや回路のモデリングを測定結果より行う手法も用いられており、正確な測定への要求が高まっている。特に、高周波分野では、デバイス、回路だけでなく、材料の特性評価においてもＶＮＡが用いられており、ＶＮＡは高周波分野の産業活動における重要なツールとなっている。
【０００３】
ＶＮＡは、高周波のデバイスや回路の反射係数（反射波／入射波）や伝送係数（伝送波／入射波）を測定することができる。反射係数や伝送係数は、Ｓパラメータと呼ばれるＤＵＴの入出力特性を表すパラメータで表すことができる。例えば、２つのポートを持つＤＵＴの各ポートにｐｏｒｔ１及びｐｏｒｔ２とした場合、ｐｏｒｔ１側の反射係数がＳ11であり、ｐｏｒｔ２側の反射係数がＳ22である。また、ｐｏｒｔ１からｐｏｒｔ２への伝送係数がＳ21であり、ｐｏｒｔ２からｐｏｒｔ１への伝送係数がＳ12である。なお、ｐｏｒｔ１及びｐｏｒｔ２は、ＶＮＡの２つのポートと捉えることができる。また、１つのポートを持つＤＵＴの場合の反射係数はＳ11またはＳ22となる。よって、Ｓパラメータはポートの定義によって呼び方が変わる。
【０００４】
ＶＮＡは、電力分配器や方向性結合器等の高周波部品や回路で構成されており、また測定対象のＤＵＴはケーブルやアダプタを介してＶＮＡのポートに接続されるので、ＤＵＴの測定結果にはこれらの部品の特性（回路エラー）が混在してしまう。したがって、通常ＤＵＴの測定前にこれらの部品の特性（回路エラー）を取得し取り除くためのＶＮＡのキャリブレーション（校正）を行っている。その校正には、２ポートの場合はＴＲＬ(thru-reflect-line)と呼ばれるラインを用いた校正、ＯＳＬＴ(open-short-load-thru)のようなｏｐｅｎ、ｓｈｏｒｔ、ｌｏａｄの３つの終端器（基準器）を用いた校正、１ポートの場合はＯＳＬ(open-short-load)校正のようなｏｐｅｎ、ｓｈｏｒｔ、ｌｏａｄを用いた校正が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１７１５６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】G.F.Engen and C.A.Hoer, “Thru-Reflect-Line: An improved Technique for Calibrating the Dual Six-Port Automatic Network Analyzer”,IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.27, no.12, Dec.1979.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のＴＲＬ校正では、５０Ωの終端抵抗や２つのポートで同一の特性を有する反射デバイスを用いるといった複数の仮定を前提とする必要がある。その仮定はＳパラメータの計算を容易にはするが、測定精度がその仮定に依存してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、そうした仮定を必要としない１ポートでのＶＮＡ校正方法を提供することであり、より具体的には、ＶＮＡの１つのポートでのＤＵＴの反射係数の測定と同時にＶＮＡの校正を行ってＤＵＴの真の反射係数を求めることができる測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を用いた反射係数の測定方法を提供する。その測定方法は、（ａ）ＶＮＡの一つのポートに直接接続された非測定物の反射係数Γdmを測定するステップと、（ｂ）その一つのポートにＳパラメータＳij,X（ｉ、ｊ＝１、２、Ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）が既知の長さが異なる３つのラインＡ、Ｂ、Ｃを介して接続された非測定物の反射係数ΓXm（Ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）を測定するステップと、（ｃ）反射係数Γdm、ΓXm及びＳパラメータＳij,Xを用いて非測定物の真の反射係数Γdを求めるステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＶＮＡの一つのポートでのＤＵＴの反射係数の測定においてＶＮＡの回路エラーを全て取り除いた、すなわち回路エラーの校正を含む測定が可能である。高精度の測定結果（真の反射係数）を得ることができる。また、基準器として長さの異なる３つのラインのみを用いるのでその製造や長さを基にした特性評価が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のＶＮＡの反射係数の測定の概念図である。
【図２】本発明の一実施形態のＶＮＡの反射係数の測定の概念図である。
【図３】本発明の一実施形態の反射係数のベクトル表示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。最初に、本発明の一実施形態の測定方法の特徴をより明らかにするために、図１を参照しながら従来のＶＮＡの１つのポート（以下、「１ポート」と呼ぶ）でのＤＵＴの反射係数の測定方法について説明する。図１は、従来のＶＮＡの反射係数の測定の概念図である。図１では、ＶＮＡ１０の内部回路（部品）として、信号源１と受信器２のみを記載している。実際にはＶＮＡ１０は他に信号分離器（スプリッタ、カプラ）、検波器、信号処理部（プロセッサ）、表示部等を含む。
【００１３】
図１の四角枠内のδ、μ、τは、順番に方向性、トラッキング、マッチングのＶＮＡ内部の回路エラーを意味している。ＤＵＴとの接続のためのコネクタやケーブルを接続したＶＮＡ１０の１つのポートにはＤＵＴ３が接続される。破線Ｐは回路エラーを含む検出面を意味し、この面を基準にした受信器２による反射係数の測定結果をΓdmとする。反射係数Γdmは回路エラーを含んだ測定結果である。破線Ｑは回路エラーを含まない検出面を意味し、この面を基準にした反射係数がＤＵＴ３の真の反射係数Γdとなる。
【００１４】
図１の従来のＶＮＡの１ポートでのＤＵＴの反射係数の測定では、以下の３段階が必要である。
（ａ）ケーブルや測定条件の設定等のＶＮＡや周辺回路のセッティング
（ｂ）ＶＮＡの校正
（ｃ）ＶＮＡによるＤＵＴの反射係数の測定
（ｂ）のＶＮＡの校正は上述した回路エラーの影響を除去するためにＤＵＴの測定を行う前に必要な段階で、ＶＮＡの１つのポートにＤＵＴ３を接続した際に受信器２で得られる反射係数ΓdmとＤＵＴ３の反射係数Γdの間に成り立つ以下の式（１）のδ、μ、τを決める作業である。一般的なＶＮＡの１ポートの校正方法として上述したＯＳＬ（ｏｐｅｎ−ｓｈｏｒｔ−ｌｏａｄ）がある。ＯＳＬ校正は、特性が既知のオープン、ショート、ロードの各デバイス（基準器）を用いて式（１）のδ、μ、τを決定する。その後、ＤＵＴの反射係数の測定を行なってＤＵＴ３の真の反射係数Γdを求める。
【数１】
2019211314.tif 000003
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態のＶＮＡの１ポートでのＤＵＴの反射係数の測定の概念図である。図２では、図１の場後同様に、ＶＮＡ２０の内部回路（部品）として、信号源１１と受信器１２のみを記載している。実際にはＶＮＡ２０は他に信号分離器（スプリッタ、カプラ）、検波器、信号処理部（プロセッサ）、表示部等を含む。図２の四角枠内のδ、μ、τは、順番に方向性、トラッキング、マッチングのＶＮＡ内部の回路エラーを意味している。
【００１６】
ＶＮＡ２０の１つのポートには、時系列的に（順番に）、（ｉ）単独のＤＵＴ１３、（ｉｉ）校正用のラインＡ（１５）を介したＤＵＴ１３、（ｉｉｉ）校正用のラインＢ（１６）を介したＤＵＴ１３、及び（ｉｖ）校正用のラインＣ（１７）を介したＤＵＴ１３が接続される。破線Ｐは回路エラーを含む検出面を意味し、この面Ｐを基準にした受信器１２による反射係数の測定結果を上記の（ｉ）〜（ｉｖ）の順に、Γdm、ΓAm、ΓBm、ΓCmとする。反射係数Γdm、ΓAm、ΓBm、ΓCmは回路エラーを含んだ測定結果である。破線Ｑは回路エラーを含まない検出面を意味し、この面Ｑを基準にした反射係数が上記の（ｉ）〜（ｉｖ）の順に、ＤＵＴ３の反射係数Γd、ラインＡとＤＵＴ３の反射係数Γ´A、ラインＢとＤＵＴ３の反射係数Γ´B、ラインＣとＤＵＴ３の反射係数Γ´Cとなる。
【００１７】
図２の発明の一実施形態のＶＮＡの１ポートでのＤＵＴの反射係数の測定では、以下の２段階が必要である。
（Ａ）ケーブルや測定条件の設定等のＶＮＡや周辺回路のセッティング
（Ｂ）ＶＮＡの校正を含むＶＮＡによるＤＵＴの反射係数の測定
図１の従来の測定方法と違って、本発明の一実施形態の測定方法では、ＤＵＴの反射係数の測定と同時にＶＮＡの校正を行う、言い換えれば詳細は下記に示すように、ＤＵＴの特性（反射係数）とＶＮＡの回路エラーを同時に算出することが１つの特徴である。
【００１８】
（Ｂ）のＤＵＴの反射係数の測定の際に同時に実行されるＶＮＡの校正では、特性が既知である３本のラインＡ、Ｂ、Ｃを用いて上記の式（１）のδ、μ、τを決定する。校正のモデル式は、上記の式（１）と下記の式（２）〜（４）の４個の式である。式（２）〜（４）は、順番に上記した（ｉｉ）校正用のラインＡ（１５）を介したＤＵＴ１３、（ｉｉｉ）校正用のラインＢ（１６）を介したＤＵＴ１３、（ｉｖ）校正用のラインＣ（１７）を介したＤＵＴ１３の各反射係数の測定に対応した式である。ここで、各式中の反射係数Γdm、ΓAm、ΓBm、ΓCm、Γd、Γ´A、Γ´B、Γ´Cは、図２の説明において上述した通りである。また、Ｓij,X（ｉ，ｊ＝１，２、Ｘ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）はラインＸのＳパラメータである。ラインＸの特性が既知というのは、ＳパラメータＳij,Xが既知という意味である。
【数２】
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【数３】
2019211314.tif 000005
【数４】
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【００１９】
各パラメータの意味を表１にまとめる。未知の４個のパラメータに対して、連立方程式は４個があるので、式（１）から（４）を解いてＤＵＴ３の反射係数Γd、回路エラーδ、μ、τを得ることができる。具体的には、反復収束計算（例えばモンテカルロ法を用いる）により式（１）から（４）を同時に満たす各値を求める。
【表１】
2019211314.tif 000007
【００２０】
ラインＸ（Ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）は、同一の材料、例えば銅や銅合金からなる中空の同軸線（エアーライン）または導波管、あるいは平面回路（基板上のパターン化された銅配線）等によって構成される。ラインＸ（Ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ）は長さが異なり、ラインＸのＳパラメータＳij,Xは、各ラインの長さによって調整される。具体的には、図３の本発明の一実施形態の反射係数のベクトル表示図（反射係数面図）に示すように、反射係数Γdm、ΓAm、ΓBm、ΓCmを表す各ベクトルが（π／４）の位相差を有するように各ラインの長さが決定される。なお、３本のラインの位相差はπ／４であることが好ましいが、これからずれている（一致しない）場合も実施可能である。また、ＶＮＡでの測定周波数が大きくなる程各ラインの長さは短くなる。
【００２１】
本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。さらに、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明のＶＮＡの１ポートでのＤＵＴの反射係数の測定方法は、基準器が最も単純な線路（ライン）のみであり、様々な形状の高周波デバイスの反射係数の計測に適用可能である。また、誘電率等の材料定数の精密計測への適用も可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１、１１：信号源
２、１２：受信器
３、１３：非測定物（ＤＵＴ）
１０、２０：ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）
１５、１６、１７：ラインＡ、Ｂ、Ｃ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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