[发明专利]多端口器件分析装置和方法以及该装置的校准方法

说明书

本发明涉及分析具有三个或更多个终端(端口)的多端口器件特性的多端口器件分析装置和方法，特别涉及在不改变被测的多端口器件和分析装置之间连接的情况下，可高效率和宽动态范围地测量多端口器件的各种参数的多端口器件分析装置和方法以及多端口分析装置的校准方法。

为了分析在各种通信系统中使用的通信器件或通信部件(被测器件)的特性，常常使用网络分析器。网络分析器可获得各种测试参数，例如被测器件的发射函数、反射特性和相位特性(以下称为“分散(scattering)参数S”或“S参数”)。在现有技术中已知这种S参数，通过观察响应于来自网络分析器的扫描频率信号产生的被测器件的频率响应(电压和相位)来确定该S参数。

网络分析器一般包括两个端口，一个端口为输入端口，另一个端口为输出端口。输入端口把扫描频率信号(测试信号)传送至被测器件，输出端口则接收被测器件的响应输出信号。网络分析器的输入端口和输出端口一般这样组成，即通过网络分析器中的开关操作可以将其中任一个端口转换为另一个端口。图1所示的方框图表示这种网络分析器的结构实例。

下面简要说明图1所示的网络分析器的结构和操作。网络分析器10有分别与定向电桥(或定向耦合器)11和12连接的两个输入-输出端口P1和P2。各电桥11和12起信号分离电路的作用。来自信号发生器15的测试信号通过开关13有选择地传送给电桥11或电桥12中的一个。测试信号(扫描频率信号)从端口P1和端口P2中选择的一个端口传送给被测器件。来自信号发生器15的测试信号还传送给网络分析器内部作为基准信号。就是说，该基准信号和来自电桥11或12的输入信号被分别提供给频率转换器17、18和19，从而被转换成低频信号。

经频率转换后的输入信号和基准信号分别由AD转换器21、22和23转换成数字信号。由数字信号处理器(DSP)25处理该数字信号，以确定被测器件的S参数。在控制系统所有操作的CPU 28的控制之下，显示器29按各种格式显示该S参数或由该S参数导出的其它数据。

待测试的器件，例如在通信器件和系统中使用的部件，有时不仅仅形成有两个终端，而是有三个或更多个终端(以下也可称为“多端口器件”)。为了测量多端口器件的S参数，可以与具有两个端口的网络分析器组合地使用具有三个或更多个端口的S参数测试仪。图2中示出这种实例，其中，三端口DUT与具有三端口的三端口S参数测试仪连接。

在使用图2所示的三端口测试仪的情况下，在DUT与测试端口90、92和94连接之前，最好按高精度校准测试仪，以测试DUT。一般来说，利用测试端口90和92、测试端口92和94及测试端口94和92之间的预定两端口校准仪进行这种校准处理。然后，DUT与测试仪连接，测量S参数。

下面更详细地说明使用常规网络分析器测量三端口器件的S参数的处理方法。图3是表示用于三端口器件测试的网络分析器实例的方框图。图3所示的网络分析器200在其中包括三端口测试仪，而且以与图2所示实例相同的方式起作用。

网络分析器200包括扫描频率信号的信号源210，分别具有两个开关电路(用电路1和电路2表示)的开关212、214、216、218及220，接收电路222和三个定向电桥(耦合器)230、232及234。接收电路222包括三个测量单元224、226和228。因此，图3所示的接收电路222与图1所示的频率转换器17、18、19和A/D转换器21、22、23及DSP 25相对应。测量单元228将测量信号源210的信号电平，即基准电平“R”。其它测量单元224和226将测量来自被测器件的输出信号(发射信号和/或反射信号)的信号电平。在本实例中，基于测量单元224和228之间电压比的测量结果被表示为“测量A”，而基于测量单元226和228之间电压比的测量结果被表示为“测量B”。

图4是表示在用图3所示的网络分析器测试三端口器件300的S参数时S参数类型和开关设定与信号扫描操作数之间关系的表。在图4中，符号SW1-SW5分别对应于开关212-220。当开关中的开关电路(电路1或电路2)打开时，该电路与其它电路部件连接成通路，而当该开关电路关闭时，该电路通过终端电阻器接地。