利用非正弦测量信号测量被测多端口设备散射参数的方法

摘要

本发明的目的是通过多端口网络分析仪来测量多端口测试目标的波长数量，其中多端口网络分析仪用于在前面的校准方法中确定误差校正值。为此，本发明提供了如下方法：当使用非正弦信号时，首先计算波长数量测量信号之间的时间差异，然后通过由此导出的校正因子对这些时间差异进行补偿。接着根据这些时间补偿后的测量信号来计算未校正的散射参数，并使用该校准方法的误差校正值对散射参数进行校正。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序的方法。

背景技术

单端口或多端口电路的特性是由它们的散射参数(scattering parameters)来确定的。这些散射参数是电路端口处输入和输出的波形参数的商，可以通过标量或矢量网络分析仪来测量散射参数。这种网络分析仪通常使用正弦测量信号来工作。为了减小由测量端口的非理想特性所引起的测量误差，在设备进行实际测量之前，都要对这种类型的网络分析仪进行校准。为此，将各种校准标准(calibration standards)连接到网络分析仪的测量端口，例如，断开、通过、匹配或短路。因此，可以根据这些校准测量来确定在设备的后来测量中所要考虑的误差校正值。所以，校准后的网络分析仪提供了非常好的测量准确度。这种校准方法取决于相关的测量任务。目前已经知道有许多种可能的方法，例如德国专利DE 199 18 697 A1或DE 195 27 730 A1。

为了尽可能得在与被测(under test)设备的后来工作相同的条件下执行网络分析仪的测量，在WO 01/27648中使用了诸如数字调制信号的非正弦信号来执行被测设备的测量。同时，在该上下文中，可以通过傅立叶变换(DFT或者FFT)将初始以时域表示的测量信号变换到频域。但是，实际经验已经表明，即使网络分析仪已经经过了精确校正，使用非正弦测量信号仍然会严重地降低测量的准确度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种测量方法，即使在使用非正弦测量信号时，也能够准确地测量波形参数，从而允许准确地测量散射参数。

该目的是利用根据独立权利要求的前序的方法，并且由其区别特征实现的。在从属权利要求中进一步限定了较佳的实施例。

本发明基于以下知识：当使用非正弦测量信号时，由于在测量结构中和被测设备本身的传播延迟差异，使用网络分析仪在被测设备的端口处测得的波形参数存在时间偏移，并且即使使用误差校正值也不能补偿最后所得到的误差，而测量结果的失真主要归因于此。因此，根据本发明，在实际计算网络分析仪的测量通道中的散射参数之前，计算非正弦测量信号之间的时间偏移，其中时间偏移对应于在被测设备的端口处测得的波形参数。然后根据测量信号部分彼此相对的时间偏移，导出对应的时间校正因子，使用时间校正因子以如下方式对时间偏移进行补偿：网络分析仪的测量通道中的测量信号部分重新使它们的原始时间相一致。对于后来的已有系统误差校正，首先必须将时域表示的测量信号通过傅立叶变换变换到频域，这样，可以根据网络分析仪的单个测量通道中的测量信号的单个谱线对散射参数进行计算，并使用系统误差校正数据对散射参数进行校正。相应地，在最后的误差校正中，必须考虑根据本发明的方法确定的调制的测量信号部分彼此之间相对的时间偏移。

根据本发明的方法可以使用标量网络分析仪，其中标量网络分析仪仅测量波形振幅。根据本发明的方法也可以使用矢量网络分析仪，其中矢量网络分析仪测量关于幅度和相位的波形参数。根据本发明的方法还可以使用具有两个、三个或更多测量端口的网络分析仪，这种网络分析仪可以测量两端口、三端口或多端口设备。而且，根据本发明的方法可以使用所有类型的非正弦信号，比如使用多载波信号或调制信号。特别地，该方法有利于测量技术，其中将诸如WCDMA信号等数字调制信号提供给被测设备。

例如通过在时域进行折叠，可以确定测量信号之间的时间偏移。但是，随着本发明的一个进一步扩展，正如德国专利说明书DE 100 22 853 A1中所详细说明的，通过在频域相乘来确定时间频域已经证明是特别简单而且有效的。

使用根据本发明的在先时间偏移校正，使用非正弦测量信号可以获得与使用纯正弦测量信号的测量相同的测量准确度。

即使在使用校准标准来确定波形参数的情况下，通过使用对应的非正弦信号校准网络分析仪，并且校正由非正弦信号产生的时间偏移，还可以进一步提高准确度。

附图说明

下面将参考示意图，以具有两个测量端口的矢量分析仪对两端口设备的散射参数进行测量为例，对本发明进行更详细地说明。其中：

图1示出了用于实施根据本发明的方法的网络分析仪。

具体实施方式

图1示出了惯用的具有两个测量端口P1和P2的矢量网络分析仪的电路结构图，由发生器G提供的频率变化的高频测量信号可以经过转换器U选择性地连接到该网络分析仪。定向耦合器R1安装在一个测量分支I中，通过测量分支I可以测得对应于前向移动波形参数a1的测量信号m1、以及对应于返回波形参数b1的测量信号m2。依靠第二测量分支II中的定向耦合器R2，可以测得对应于离开被测设备X的波b2的测量信号m3、以及对应于传送到被测设备X的波a2的测量信号m4。经过测量通道K1至K4将测量信号m1至m4提供到网络分析仪的评定设备A，在该评定设备中通过诸如模拟/数字转换器等对这些测量信号进行扫描，然后进一步进行数字化处理，优选地，可以再将这些信号混合到基频带中。

为了校准网络分析仪，将诸如断开、通过、匹配或短路等各种校准标准K依次连接到两个测量端口P1和P2，而不是被测设备X。根据由这些校准标准K确定的测量数值，在评定设备A中以公知方式计算误差校正值，其中比如将评定设备A设计成信号处理器。误差校正值存储在误差校正值存储器F中。优选地，使用正弦测量信号进行校准。为此，发生器G可以是具有正弦输出信号的频率合成器。

为了实际测量设备，将要测量的两端口设备X，比如高频放大器，与两个测量端口P1和P2之间的输入和输出相连接，并向设备提供来自发生器G的非正弦输出信号。例如，如果在后来的工作中要使用要测量的放大器X，比如用于WCDMA信号的放大，那么优选地，也将对应的数字调制信号用作测量信号。这种调制测量信号在由被测设备预定的测量时间内，以所需的测量准确度周期性地分别轮流地提供到测量端口P1和P2。当将限时的、调制的测量信号提供到测量端口P1时，形成了对应于前向移动波a1的调制测量信号m1，例如形成在测量通道K1中；另外，也形成了对应于返回波b1的调制测量信号m2，其中，由于被测设备X内的传播延迟差异，调制测量信号m2相对于测量信号m1具有一定的时间偏移。在测量通道K3中，形成了对应于发射波b2的调制测量信号m3，由于不同的组传播延迟，同样地，调制测量信号m3相对于测量信号m2和测量信号m1具有时间偏移。当经过测量分支II，将调制测量信号提供到测量端口P2时，同样适用。以这种方式确定的测量信号m1至m4，具有与发生器G提供的调制测量信号相同的调制和长度，并且相对彼此之间由于网络分析仪和相关被测设备的特性而存在时间偏移。将上述测量信号m1至m4放置在评定单元Z的中间存储器中。然后确定调制测量信号部分相互的时间偏移，并且实际优选使用根据德国专利说明书DE 100 22 853 A1的相关方法进行确定。为此，比如，将测量信号部分m1选为参照值，首先确定测量信号m2相对于测量信号m1的时间偏移，然后确定测量信号m3等相对于测量信号m1的时间偏移，并且在每种情况中均使用上述的相关方法。根据这些时间偏移，然后导出恒定的校正因子，使用该校正因子可以以如下方式校正测量信号：最终将这些测量信号再次时间同步，相对彼此之间不再存在时间偏移。

使用根据DE 100 22 853的相关方法，首先确定这些测量数值的傅立叶变换，然后据此计算复共轭。通过将一个例如m1的测量信号的傅立叶变换与另一个例如m2的测量信号的复共轭相乘，计算这两个测量信号之间的复数时间项，根据该复数时间项的相位分量，最终通过回归(计算平均梯度)计算这两个测量信号之间的时间偏移。根据以这种方式确定的时间偏移，导出用于补偿时间偏移的恒定的校正因子。

根据以这种方式进行时间校正的测量信号，最终在计算阶段T计算预期的、未校正的散射参数，然后使用存储器F的误差校正数据对散射参数进行误差校正。根据所使用的误差校正的类型，首先通过傅立叶变换(DFT或者FFT)将时域表示的测量信号变换到频域是必要的，这样，然后可以对原始调制测量信号部分的每一个最后所得到的谱线计算散射参数。在此上下文中，相应地，必须再次考虑用于时间校正的校正因子。

为了增加动态和准确度，使用非正弦信号发生器进行网络分析仪的校准也是有利的，也就是说，即使在校准阶段也不再使用正弦信号，而是使用数字调制信号，并在此阶段执行上述时间校正。