[发明专利]利用频域内的校准的时域测量方法

权利要求书

1.一种用于确定导电体上的校准平面(14)中的时域内的RF信号的电压u(t)和/或电流i(t)的方法，所述校准平面(14)被设计成能够在所述校准平面(14)中以电气方式连接待测装置(16)，其中：利用具有两个输出(20,22)和一个信号输入(19)的至少一个定向耦合器(18)，耦合出第一RF信号的分量和第二RF信号的分量，其中所述第一RF信号从所述定向耦合器(18)的信号输入(19)起沿所述校准平面(14)的方向在所述定向耦合器(18)内行进，以及所述第二RF信号从所述校准平面(14)起沿所述信号输入(19)的方向在所述定向耦合器(18)内行进；在所述定向耦合器(18)的第一输出(20)处测量所述第一RF信号的分量的时变的第一信号值v₁(t)(72)，并且在所述定向耦合器(18)的第二输出(22)处测量所述第二RF信号的分量的时变的第二信号值v₂(t)(74)；所述定向耦合器(18)在所述信号输入(19)处与输入线缆(10)相连接，其中所述输入线缆(10)在所述输入线缆(10)的另一端处具有第一端口(12)；对于具有如下误差矩阵E的所述定向耦合器(18)的两端口误差，

E=e00e01e10e11]]>

在第一步骤即校准步骤中，根据频率f确定误差项e₀₀、e₀₁、e₁₀和e₁₁，然后在第二步骤即测量步骤中，通过第一数学运算将信号值v₁(t)和v₂(t)变换到频域作为波量V₁(f)和V₂(f)；利用所述误差项e₀₀、e₀₁、e₁₀和e₁₁，根据所述波量V₁(f)和V₂(f)来计算所述校准平面(14)中的所述频域内的绝对波量a₁和b₁；通过第二数学运算将所计算出的绝对波量a₁和b₁转换成所述校准平面(14)中的时域内的RF信号的电压u(t)和/或电流i(t)，

其特征在于，

为了确定所述误差项e₀₀、e₀₁、e₁₀和e₁₁，所述定向耦合器(18)的所述信号输入(19)与所述输入线缆(10)及所述第一端口(12)、所述定向耦合器(18)的所述第一输出(20)和所述定向耦合器(18)的所述第二输出(22)各自以电气方式与校准装置(26)相连接，并且为了测量所述时变的第一信号值v₁(t)和所述时变的第二信号值v₂(t)，将所述信号输入(19)、所述定向耦合器的所述第一输出(20)和所述定向耦合器的所述第二输出(22)与所述校准装置(26)隔离，并且将所述信号输入(19)、所述定向耦合器的所述第一输出(20)和所述定向耦合器的所述第二输出(22)以电气方式与时域测量装置(34)相连接，

其中，使用矢量网络分析仪即VNA作为所述校准装置(26)，其中所述VNA具有第一VNA端口(28)、第二VNA端口(30)和第三VNA端口(32)，

其中，在以电气方式与所述第一输出(20)相连接的所述第二VNA端口(30)处，测量经由所述定向耦合器(18)的所述第一输出(20)耦合出的所述第一RF信号的分量的波量a₂，并且在以电气方式与所述第二输出(22)相连接的所述网络分析仪(26)的所述第三VNA端口(32)处，测量经由所述定向耦合器(18)的所述第二输出(22)耦合出的所述第二RF信号的分量的波量b₂，

其中，针对具有如下误差矩阵I的、与所述VNA(26)的第一VNA端口(28)相连接的所述输入线缆的第一端口(12)与所述校准平面(14)之间的两端口误差，

I=i00i01i10i11,]]>

确定误差项i₀₀、i₀₁、i₁₀和i₁₁，并且根据所述误差项i₀₀、i₀₁、i₁₀和i₁₁确定所述误差项e₀₀、e₀₁、e₁₀和e₁₁，

由此，针对引导至所述定向耦合器(18)的所述信号输入(19)的电气输入线缆(10)的第一端口(12)、所述定向耦合器(18)的所述第一输出(20)和所述定向耦合器(18)的所述第二输出(22)以及校准标准K(16)，根据以下公式、基于散射矩阵S的散射参数S_11,K、S_21,K和S_31,K/S_21,K来计算所述误差项e₀₀、e₀₁、e₁₀和e₁₁以及所述误差项i₀₀、i₀₁、i₁₀和i₁₁，其中校准标准K(16)在各情况下以电气方式与所述校准平面(14)相连接，其中K等于O、S或M，并且K分别代表类型O开路、类型S短路或类型M匹配的校准标准(16)：

i_OO＝S_l1，M，   (4)

e00=S31,MS21,M,---(5)]]>

i10·i01=(ΓO-ΓS)(S11,O-S11,M)(S11,S-S11,M)ΓOΓS(S11,O-S11,S)---(6)]]>

e10·e01=(ΓO-ΓS)(S31,OS21,O-S31,MS21,M)(S31,SS21,S-S31,MS21,M)ΓOΓS(S31,OS21,O-S31,SS21,S)---(7)]]>

i11=ΓS(S11,O-S11,M)-ΓO(S11,S-S11,M)ΓOΓS(S11,O-S11,S)---(8)]]>

e11=ΓS(S31,OS21,O-S31,MS21,M)-ΓO(S31,SS21,S-S31,MS21,M)ΓOΓS(S31,OS21,O-S31,SS21,S)---(9)]]>

其中，Γ_O是开路校准标准(16)的已知反射因数，并且Γ_S是短路校准标准(16)的已知反射因数，

由此，根据以下公式，

S11,K=b0a0---(1)]]>

S21,K=a2a0---(2)]]>

S31,KS21,K=b2a2---(3)]]>

通过利用所述VNA(26)所执行的针对以下波量的测量来确定所述散射参数S_11,K、S_21,K和S_31,K/S_21,K：所述第一端口(12)处的所述第一RF信号的波量a₀、所述第一端口(12)处的所述第二RF信号的波量b₀、所述定向耦合器(18)的所述第一输出(20)处的所述第一RF信号的分量的波量a₂和所述定向耦合器(18)的所述第二输出(22)处的所述第二RF信号的分量的波量b₂，其中在各情况下所述校准标准K(16)以电气方式连接至所述校准平面(14)，

其中，根据以下公式来确定波量a₁和b₁，

a1=e10a21-e11ΓDUT---(13)]]>

b1=b2-e00a2e01---(15)]]>

其中：

a2=v1z1---(18)]]>

b2=v2z1---(19)]]>

ΓDUT=b2a2-e00e10·e01+e11(b2a2-e00).---(10)]]>

e10=i10·a0a2·1-e11ΓDUT1-i11ΓDUT---(14)]]>

其中，Γ_DUT是连接至所述校准平面(14)的所述待测装置(16)即DUT的反射因数，并且Z₁是所述定向耦合器(18)的第一输出和第二输出(20,22)处的阻抗。