[发明专利]利用频域内的校准的时域测量方法

摘要

本发明涉及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，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)来耦合出/去耦从信号输入(19)起沿校准平面(14)的方向行进的第一RF信号的第一分量和从校准平面(14)起沿信号输入(19)的方向行进的第二RF信号的第二分量。在第一步骤中，对于定向耦合器(18)的两端口误差，根据频率f来确定误差项e₀₀、e₀₁、e₁₀和e₁₁，然后在第二步骤中，通过第一数学运算将信号值v₁(t)和v₂(t)变换成频域作为波量V₁(f)和V₂(f)，并且根据波量V₁(f)和V₂(f)，利用误差项e₀₀、e₀₁、e₁₀和e₁₁来计算校准平面(14)中的频域内的绝对波量a₁和b₁。

主权项

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，$E=\left(\begin{array}{cc}{e}_{00}& e_{01}\\ e_{10}& e_{11}\end{array}\right)$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，$I=\left(\begin{array}{cc}{i}_{00}& i_{01}\\ i_{10}& i_{11}\end{array}\right),$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)$e_{00}=\frac{S_{31,M}}{S_{21,M}},---\left(5\right)$$i_{10}\·i_{01}=\frac{({\mathrm{\Γ}}_O-{\mathrm{\Γ}}_S)(S_{11,O}-S_{11,M})(S_{11,S}-S_{11,M})}{{\mathrm{\Γ}}_O{\mathrm{\Γ}}_S(S_{11,O}-S_{11,S})}---\left(6\right)$$e_{10}\·e_{01}=\frac{({\mathrm{\Γ}}_O-{\mathrm{\Γ}}_S)(\frac{S_{31,O}}{S_{21,O}}-\frac{S_{31,M}}{S_{21,M}})(\frac{S_{31,S}}{S_{21,S}}-\frac{S_{31,M}}{S_{21,M}})}{{\mathrm{\Γ}}_O{\mathrm{\Γ}}_S(\frac{S_{31,O}}{S_{21,O}}-\frac{S_{31,S}}{S_{21,S}})}---\left(7\right)$$i_{11}=\frac{{\mathrm{\Γ}}_S(S_{11,O}-S_{11,M})-{\mathrm{\Γ}}_O(S_{11,S}-S_{11,M})}{{\mathrm{\Γ}}_O{\mathrm{\Γ}}_S(S_{11,O}-S_{11,S})}---\left(8\right)$$e_{11}=\frac{{\mathrm{\Γ}}_S(\frac{S_{31,O}}{S_{21,O}}-\frac{S_{31,M}}{S_{21,M}})-{\mathrm{\Γ}}_O(\frac{S_{31,S}}{S_{21,S}}-\frac{S_{31,M}}{S_{21,M}})}{{\mathrm{\Γ}}_O{\mathrm{\Γ}}_S(\frac{S_{31,O}}{S_{21,O}}-\frac{S_{31,S}}{S_{21,S}})}---\left(9\right)$其中，Γ_O是开路校准标准(16)的已知反射因数，并且Γ_S是短路校准标准(16)的已知反射因数，由此，根据以下公式，$S_{11,K}=\frac{b_0}{a_0}---\left(1\right)$$S_{21,K}=\frac{a_2}{a_0}---\left(2\right)$$\frac{S_{31,K}}{S_{21,K}}=\frac{b_2}{a_2}---\left(3\right)$通过利用所述VNA(26)所执行的针对以下波量的测量来确定所述散射参数S_11,K、S_21,K和S_31,K/S_21,K：所述第一端口(12)处的所述第一RF信号的波量a₀、所述第一端口(12)处的所述第二RF信号的波量b₀、所述定向耦合器(18)的所述第一输出(20)处的所述第一RF信号的分量的波量a₂和所述定向耦合器(18)的所述第二输出(22)处的所述第二RF信号的分量的波量b₂，其中在各情况下所述校准标准K(16)以电气方式连接至所述校准平面(14)，其中，根据以下公式来确定波量a₁和b₁，$a_1=\frac{e_{10}{a}_2}{1-e_{11}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{DUT}}}---\left(13\right)$$b_1=\frac{b_2-e_{00}{a}_2}{e_{01}}---\left(15\right)$其中：$a_2=\frac{v_1}{\sqrt{z_1}}---\left(18\right)$$b_2=\frac{v_2}{\sqrt{z_1}}---\left(19\right)$${\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{DUT}}=\frac{\frac{b_2}{a_2}-e_{00}}{e_{10}\·e_{01}+e_{11}(\frac{b_2}{a_2}-e_{00})}.---\left(10\right)$$e_{10}=i_{10}\·\frac{a_0}{a_2}\text{\·}\frac{1-e_{11}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{DUT}}}{1-i_{11}{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{DUT}}}---\left(14\right)$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。