(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を発生する発振源と、
前記発振源の出力を２つに分配する電力分配器と、
２つの入力ポート１と２及び４個の電力計測用の出力ポート３乃至６を含み、前記入力ポート１で前記電力分配器の一方から出る波を受ける６ポート接合と、
前記６ポート接合の前記出力ポート３乃至６から出る波をそれぞれ検波する検波器と、
前記電力分配器の他方から出る波を受け、その位相を変化させる移相器と、
前記移相器から出る波を受け、これを出口（１）又は（２）のいずれか一方へ出す第１スイッチと、
入口（１）及び（２）のいずれか一方を選択して、そこに入った波を前記６ポート接合の前記入力ポート２に入れる第２スイッチと、
４つの端をもち、ひとつの端は前記第１スイッチの前記出口（１）に接続され、他のひとつの端は前記第２スイッチの前記入口（１）に接続され、他のひとつの端は第１無反射終端器に接続され、残りのひとつの端は測定ポートＰ１となる第１方向性結合器と、
４つの端をもち、ひとつの端は前記第１スイッチの前記出口（２）に接続され、他のひとつの端は前記第２スイッチの前記入口（２）に接続され、他のひとつの端は第２無反射終端器に接続され、残りのひとつの端は測定ポートＰ２となる第２方向性結合器と、を備えるベクトルネットワークアナライザ。
【請求項２】
高周波信号を発生する発振源と、
前記発振源の出力を２つに分配する電力分配器と、
２つの入力ポート１と２及び４個の電力計測用の出力ポート３乃至６を含み、前記入力ポート１で前記電力分配器の一方から出る波を受ける６ポート接合と、
前記６ポート接合の前記出力ポート３乃至６から出る波をそれぞれ検波する検波器と、
前記電力分配器の他方から出る波を受け、その位相を変化させる移相器と、
前記移相器から出る波を受け、これを出口（１）又は（２）のいずれか一方へ出す第１スイッチと、
入口（１）及び（２）のいずれか一方を選択して、そこに入った波を前記６ポート接合の前記入力ポート２に入れる第２スイッチと、
４つの端をもち、ひとつの端は前記第１スイッチの前記出口（１）に接続され、他のひとつの端は前記第２スイッチの前記入口（１）に接続され、他のひとつの端は第１無反射終端器に接続され、残りのひとつの端は測定ポートＰ１となる第１方向性結合器と、
４つの端をもち、ひとつの端は前記第１スイッチの前記出口（２）に接続され、他のひとつの端は前記第２スイッチの前記入口（２）に接続され、他のひとつの端は第２無反射終端器に接続され、残りのひとつの端は測定ポートＰ２となる第２方向性結合器と、を備えるベクトルネットワークアナライザの校正方法であって、
前記第１スイッチで前記出口（１）を選択し、前記第２スイッチで前記入口（１）を選択し、前記測定ポートＰ１に既知の標準器を接続し、前記移相器の可動部分を動かしながら前記検波器の電力を一周期分測定し、得られた電力測定値を用いてＳ11測定用の校正パラメータを算出するステップと、
前記第１スイッチで前記出口（２）を選択し、前記第２スイッチで前記入口（１）を選択し、前記測定ポートＰ１とＰ２を直結し、前記移相器の可動部分を動かしながら前記検波器の電力を一周期分測定し、得られた電力測定値を用いてＳ12測定用の校正パラメータを算出するステップと、
前記第１スイッチで前記出口（１）を選択し、前記第２スイッチで前記入口（２）を選択し、前記測定ポートＰ１とＰ２を直結し、前記移相器の可動部分を動かしながら前記検波器の電力を一周期分測定し、得られた電力測定値を用いてＳ21測定用の校正パラメータを算出するステップと、
前記第１スイッチで前記出口（２）を選択し、前記第２スイッチで前記入口（２）を選択し、前記測定ポートＰ２に既知の標準器を接続し、前記移相器の可動部分を動かしながら前記検波器の電力を一周期分測定し、得られた電力測定値を用いてＳ22測定用の校正パラメータを算出するステップと、を備えるベクトルネットワークアナライザの校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波領域（マイクロ波帯、ミリ波帯、サブミリ波帯、テラヘルツ帯）、光領域（赤外線、可視光線、紫外線）などにおける位相測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の校正は、数種類の標準器（ショート、オープン、負荷、スルー、ライン等）を接続することによって行われている。
【特許文献１】特許第３５４０７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来から用いられているＶＮＡの校正方法は、校正手順が複雑であるという問題がある。
この校正手順が複雑であるために、人為的ミスが発生する原因となる。また、校正時に数種類の標準器の接続と取り外しが必要であり、そのために測定精度低下の問題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明に係るベクトルネットワークアナライザは、
高周波信号を発生する発振源と、
前記発振源の出力を２つに分配する電力分配器と、
２つの入力ポート１と２及び４個の電力計測用の出力ポート３乃至６を含み、前記入力ポート１で前記電力分配器の一方から出る波を受ける６ポート接合と、
前記６ポート接合の前記出力ポート３乃至６から出る波をそれぞれ検波する検波器と、
前記電力分配器の他方から出る波を受け、その位相を変化させる移相器と、
前記移相器から出る波を受け、これを出口（１）又は（２）のいずれか一方へ出す第１スイッチと、
入口（１）及び（２）のいずれか一方を選択して、そこに入った波を前記６ポート接合の前記入力ポート２に入れる第２スイッチと、
４つの端をもち、ひとつの端は前記第１スイッチの前記出口（１）に接続され、他のひとつの端は前記第２スイッチの前記入口（１）に接続され、他のひとつの端は第１無反射終端器に接続され、残りのひとつの端は測定ポートＰ１となる第１方向性結合器と、
４つの端をもち、ひとつの端は前記第１スイッチの前記出口（２）に接続され、他のひとつの端は前記第２スイッチの前記入口（２）に接続され、他のひとつの端は第２無反射終端器に接続され、残りのひとつの端は測定ポートＰ２となる第２方向性結合器と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００５】
本願発明に係るベクトルネットワークアナライザ及びその校正方法によれば、従来のベクトルネットワークアナライザにおける校正方法のような複雑な手順を踏むことなく、１つの移相器と、１つの複素反射係数既知の標準器のみで校正することができるので校正精度が向上し、Ｓパラメータを算出する際の誤差を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【０００７】
本発明の実施の形態では、図１に示すように、６ポート接合１６、検波器１１、スイッチＳＷ１・１３，ＳＷ２・１４、方向性結合器２２，２３、電力分配器２６、発振源２１、移相器１５、無反射終端器２４，２５を用いることにより、従来のヘテロダイン方式ＶＮＡの測定原理とは異なるホモダイン方式ＶＮＡを実現している。以下、本ＶＮＡを６ポートＶＮＡと呼び、この６ポートＶＮＡの測定ポート１をポートＰ１、測定ポート２をポートＰ２と表現する。
【０００８】
６ポート接合１６について説明を加える。６ポート接合そのものは公知である。
６ポート接合１６は、高周波測定用の装置である。６ポート接合１６は、校正により得られるハードウェア固有の情報（校正パラメータ）と、複数の電力測定値（スカラー量）から、２つの波の振幅比と位相差（ベクトル量）を導出する測定装置である。６ポート接合１６は、図２に示すようにリフレクトメータと図３に示すようにコリレータのいずれにも使用することができる。リフレクトメータとは、供試デバイス（Device Under Test：ＤＵＴ）の複素反射係数を測定する装置であり、コリレータとは２つの波の複素振幅比を測定する装置である。
【０００９】
図２では、ポート１に発振源１９を、ポート２に１ポート供試デバイス（Device Under Test：ＤＵＴ）１８を接続し、ポート２から出力する波ｂ2と入力する波ａ2との比、つまり、ポート２から１ポートＤＵＴ１８側を見た複素反射係数γ
γ＝ａ2／ｂ2  ・・・・・  （１）
を測定する。
また、図３では、ポート１から入力する波ａ1とポート２から入力する波ａ2の複素振幅比Ｗ
Ｗ＝ａ2／ａ1  ・・・・・  （２）
を測定する。
回路が線形で単一モードのみが伝播する条件下で、６ポート接合から出力される波ｂ3，ｂ4，ｂ5，ｂ6は、ポート１，２に対して入出力する波ａ1，ａ2，ｂ2の線形結合で表わすことができる。
すなわち、ｂi（ｉ＝３，４，５，６）はａ1，ａ2，ｂ2を用いて、
ｂi＝Ａia1＋Ｂiａ2    ・・・・・    （３）
ｂi＝Ｃia2＋Ｄiｂ2    ・・・・・    （４）
と表わすことができる。
ただし、Ａi，Ｂi，Ｃi，Ｄiは６ポート接合固有の周波数に依存する複素定数である。
ポートｉに接続した検波器による電力測定値をＰiとすると、Ｐiは出力する波ｂiの振幅の二乗に比例する。αを比例定数とすると、
Ｐi＝α｜Ａia1＋Ｂiａ2｜2        ・・・・・    （５）
Ｐi＝α｜Ｃia2＋Ｄiｂ2｜2    ・・・・・    （６）
と表わすことができる。
そして、ポート３に対するポートｈ（ｈ＝４，５，６）の電力比3Ｐhは、
【００１０】
【数１】
0004149428.tif 000002
【００１１】
と表わされる。この3Ｔh，ｔh，3Ｋh，ｋhは校正によって求められる校正パラメータである。
【００１２】
本発明の実施の形態では、Ｓ11，Ｓ12，Ｓ21，Ｓ22を測定する４通りの回路の状態それぞれについて、公知の積分校正法（T.Yakabe, et al., IEEE IM, vol.50, no.2 pp377-380, Apr. 2001）を実行し、４通りの校正パラメータを算出する。
算出した４通りの校正パラメータを用い、検波器１１による電力測定値（スカラー量）からＤＵＴのＳ11，Ｓ12，Ｓ21，Ｓ22を測定する。すなわち、Ｓ11測定時にはＳ11測定用に校正した校正パラメータを使用し、Ｓ12測定時にはＳ12測定用に校正した校正パラメータを使用し、Ｓ21測定時にはＳ21測定用に校正した校正パラメータを使用し、Ｓ22測定時にはＳ22測定用に校正した校正パラメータを使用する。
【００１３】
図４は、２ポートＤＵＴ１７のＳ11測定用の校正パラメータを算出する場合の回路状態を示す。スイッチＳＷ１・１３を接点(1)に、スイッチＳＷ２・１４を接点(1)に接続し、既知の標準器１２をポートＰ１に接続する。この状態は図５に示されている６ポートリフレクトメータに対応する。この状態で移相器１５の可動部分を始動位置に固定後、検波器１１のＰ3〜Ｐ6の電力を測定し、基準とする。
次に、移相器１５の可動部分を動かしながら、検波器１１のＰ3〜Ｐ6の電力を一周期分測定する。
以上の電力測定値を用いて２ポートＤＵＴ１７のＳ11測定用の校正パラメータ3Ｋ4，3Ｋ5，3Ｋ6，ｋ3，ｋ4，ｋ5，ｋ6を算出する。
【００１４】
図６は、２ポートＤＵＴ１７のＳ12測定用の校正パラメータを算出する場合の回路状態を示す。スイッチＳＷ１・１３を接点(2)に、スイッチＳＷ２・１４を接点(1)に接続し、ポートＰ１とポートＰ２を直結する。この状態は図７に示されている６ポートコリレータに対応する。この状態で移相器１５の可動部分を始動位置に固定後、検波器１１のＰ3〜Ｐ6の電力を測定し、基準とする。
次に、移相器１５の可動部分を動かしながら、検波器１１のＰ3〜Ｐ6の電力を一周期分測定する。
以上の電力測定値を用いて２ポートＤＵＴ１７のＳ12測定用の校正パラメータ3Ｔ4，3Ｔ5，3Ｔ6，ｔ3，ｔ4，ｔ5，ｔ6を算出する。
【００１５】
図８は、２ポートＤＵＴ１７のＳ21測定用の校正パラメータを算出する場合の回路状態を示す。スイッチＳＷ１・１３を接点(1)に、スイッチＳＷ２・１４を接点(2)に接続し、ポートＰ１とポートＰ２を直結する。この状態は、図９に示されている６ポートコリレータに対応する。この状態で移相器１５の可動部分を始動位置に固定後、検波器１１のＰ 3〜Ｐ6の電力を測定し、基準とする。
次に、移相器１５の可動部分を動かしながら、検波器１１のＰ3〜Ｐ6の電力を一周期分測定する。
以上の電力測定値を用いて２ポートＤＵＴ１７のＳ21測定用の校正パラメータ3Ｔ4´，3Ｔ5´，3Ｔ6´，ｔ3´，ｔ4´，ｔ5´，ｔ6´を算出する。
【００１６】
図１０は、２ポートＤＵＴ１７のＳ22測定用の校正パラメータを算出する場合の回路状態を示す。スイッチＳＷ１・１３を接点(2)に、スイッチＳＷ２・１４を接点(2)に接続し、既知の標準器１２をポートＰ２に接続する。この状態は、図１１に示されている６ポートリフレクトメータに対応する。この状態で移相器１５の可動部分を始動位置に固定後、検波器１１のＰ3〜Ｐ6の電力を測定し、基準とする。
次に、移相器１５の可動部分を動かしながら、検波器１１のＰ3〜Ｐ6の電力を一周期分測定する。
以上の電力測定値を用いて２ポートＤＵＴ１７のＳ22測定用の校正パラメータ3Ｋ4´，3Ｋ5´，3Ｋ6´，ｋ3´，ｋ4´，ｋ5´，ｋ6´を算出する。
以上述べた手順により、従来の校正方法と比較し、６ポートＶＮＡを簡単かつ高精度に校正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明の実施の形態に係るベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）の構成を示す図である。
【図２】６ポート接合を用いたリフレクトメータの説明図である。
【図３】６ポート接合を用いたコリレータの説明図である。
【図４】発明の実施の形態に係る、Ｓ11測定用の校正パラメータを測定するためのＶＮＡの接続を示す図である。
【図５】図４の接続に対応する、６ポート接合を用いたリフレクトメータである。
【図６】発明の実施の形態に係る、Ｓ12測定用の校正パラメータを測定するためのＶＮＡの接続を示す図である。。
【図７】図６の接続に対応する、６ポート接合を用いたコリレータである。
【図８】発明の実施の形態に係る、Ｓ21測定用の校正パラメータを測定するためのＶＮＡの接続を示す図である。。
【図９】図８の接続に対応する、６ポート接合を用いたコリレータである。
【図１０】発明の実施の形態に係る、Ｓ22測定用の校正パラメータを測定するためのＶＮＡの接続を示す図である。
【図１１】図１０の接続に対応する、６ポート接合を用いたリフレクトメータである。
【符号の説明】
【００１８】
１，２，３，４，５，６  ポート１〜ポート６
１１                    検波器
１２                    標準器
１３，１４              スイッチ
１５                    移相器
１６                    ６ポート接合
１７                    ＤＵＴ（２ポート供試デバイス）
１８                    ＤＵＴ（１ポート供試デバイス）
１９，２０，２１        発振源
２２，２３              方向性結合器
２４，２５              無反射終端器
２６                    電力分配器
【図１】
0004149428.tif 000003
【図２】
0004149428.tif 000004
【図３】
0004149428.tif 000005
【図４】
0004149428.tif 000006
【図５】
0004149428.tif 000007
【図６】
0004149428.tif 000008
【図７】
0004149428.tif 000009
【図８】
0004149428.tif 000010
【図９】
0004149428.tif 000011
【図１０】
0004149428.tif 000012
【図１１】
0004149428.tif 000013