專利名稱：高頻測(cè)量裝置，校準(zhǔn)此裝置的方法以及用此高頻測(cè)量裝置確定散射參數(shù)的方法
高頻測(cè)量裝置，校準(zhǔn)此裝置的方法以及 用此高頻測(cè)量裝置確定散射參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于校準(zhǔn)具有N個(gè)測(cè)試端口的高頻測(cè)量裝置 (HF測(cè)量裝置)的方法，其中N是大于等于1的整數(shù)，特別是涉及 校準(zhǔn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的方法，用于借助n端口測(cè)量確定測(cè)量對(duì)象的散 射參數(shù)，其中n是大于等于1的整數(shù)，其中高頻測(cè)試信號(hào)(HF測(cè)試 信號(hào))被饋入到與測(cè)量對(duì)象或者與包含該測(cè)量對(duì)象的電路相連接的笫 一電導(dǎo)線中，其中對(duì)于每個(gè)端口，由與此測(cè)量對(duì)象相連接的第二電導(dǎo) 線、尤其是平面導(dǎo)線在第一耦合位置處以及在與第一耦合位置相隔一 定距離的第二耦合位置處耦出經(jīng)過第二電導(dǎo)線傳送的高頻信號(hào)(HF 信號(hào))，其中由每個(gè)端口中的兩個(gè)從這兩個(gè)耦合位置處耦出的HF信 號(hào)分別按每個(gè)測(cè)量位置或耦合位置相對(duì)于第二電導(dǎo)線上朝測(cè)量對(duì)象傳 送的HF信號(hào)的和第二電導(dǎo)線上離開測(cè)量對(duì)象的HF信號(hào)的HF測(cè)試 信號(hào)確定幅度和/或相位，并由此計(jì)算出測(cè)量對(duì)象的散射參數(shù)，如權(quán)利 要求1的前述部分所述。
本發(fā)明還涉及一種用于借助于具有N個(gè)測(cè)試端口、其中N是大 于等于1的整數(shù)的高頻測(cè)量裝置(HF測(cè)量裝置)通過n端口測(cè)量、 其中n是大于等于1的整數(shù)確定測(cè)量對(duì)象的散射參數(shù)的方法，其中高 頻測(cè)試信號(hào)(HF測(cè)試信號(hào))被饋入到與測(cè)量對(duì)象或者與包含該測(cè)量 對(duì)象的電路相連接的第一電導(dǎo)線中，其中對(duì)于每個(gè)端口，由與此測(cè)量 對(duì)象相連接的第二電導(dǎo)線、尤其是平面導(dǎo)線在第一耦合位置處以及在 與第一耦合位置相隔一定距離的第二耦合位置處耦出經(jīng)過第二電導(dǎo)線 傳送的高頻信號(hào)(HF信號(hào))，其中由每個(gè)端口中的兩個(gè)在這兩個(gè)耦 合位置處耦出的HF信號(hào)分別按每個(gè)測(cè)量位置或耦合位置相對(duì)于第二 電導(dǎo)線上朝測(cè)量對(duì)象傳送的HF信號(hào)的和第二電導(dǎo)線上離開測(cè)量對(duì)象 前進(jìn)的HF信號(hào)的HF測(cè)試信號(hào)確定幅度和/或相位，并由此計(jì)算出測(cè)量對(duì)象的散射參數(shù)，如權(quán)利要求12的前述部分所述。
本發(fā)明最后還涉及一種用于確定測(cè)量對(duì)象的散射參數(shù)的HF測(cè) 裝置，特別是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，它具有N個(gè)測(cè)試端口，其中N是大于 等于1的整數(shù)，并具有HF測(cè)試信號(hào)源，它可連接到與測(cè)量對(duì)象相連 接的笫一電導(dǎo)線，如權(quán)利要求17的前述部分所述。
DE10308280A1 7>開了一種用于校準(zhǔn)HF測(cè)量裝置的方法，用于 確定散射參數(shù)的方法和這種HF測(cè)量裝置。在開發(fā)由多個(gè)子電路組成
的。這樣可以獨(dú)立地分析和檢查不同子電路的效率。這可以有利地用 無接觸測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)。借助于無接觸測(cè)量探頭，平面電傳輸線上待測(cè) 測(cè)量對(duì)象(DUT即Device Under Test)之前和之后的部分復(fù)信號(hào)能量 被耦出并傳送到接收機(jī)。然后由這個(gè)耦出的信號(hào)計(jì)算出散射參數(shù)。然 而，這種測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性很大程度上依賴于兩個(gè)無接觸測(cè)量 探頭之間的距離。因此這種測(cè)量系統(tǒng)只能用于窄的頻帶中。
本發(fā)明的目的在于給出一種上述類型的方法和HF測(cè)量裝置，它 們能夠在大的帶寬上改善測(cè)量精度。
按照本發(fā)明，上述任務(wù)由具有權(quán)利要求1所述特征的上述類型的 校準(zhǔn)方法、具有權(quán)利要求12所述特征的上述類型的用于確定散射參數(shù) 的方法以及具有權(quán)利要求17所述特征的上述類型的HF測(cè)量裝置完 成。其它權(quán)利要求描述了本發(fā)明具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例。
按照本發(fā)明，在上述類型的校正方法中，對(duì)于HF測(cè)量裝置的至 少一個(gè)端口，在至少三個(gè)相互間隔開的耦合位置處耦出在第二電導(dǎo)線
上傳送的HF信號(hào)，其中對(duì)于所述至少三個(gè)耦合位置的每對(duì)組合，用 以散射參數(shù)是已知的至少一種校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件作為測(cè)量對(duì)象的預(yù)定的校準(zhǔn) 方法對(duì)HF測(cè)試信號(hào)的至少一個(gè)頻率確定至少一個(gè)散射參數(shù)，其中對(duì) 于所有的成對(duì)組合，在HF測(cè)試信號(hào)的一個(gè)頻率下確定的至少一個(gè)散 射參數(shù)值與校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件的已知的至少一個(gè)散射參數(shù)值進(jìn)行比較，其中這樣的耦合位置成對(duì)組合作為對(duì)該頻率測(cè)量未知測(cè)量對(duì)象時(shí)優(yōu)選采用 的第一和第二測(cè)量位置被存儲(chǔ)，在這樣的耦合位置組合下所確定的散 射參數(shù)值與校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件的已知的散射參數(shù)之間的差別最小。
上述方法的優(yōu)點(diǎn)在于，得到了更優(yōu)的寬帶測(cè)量動(dòng)態(tài)特性，因?yàn)橛?于測(cè)量散射參數(shù)的第 一 和第二耦合位置總是如此從三個(gè)或更多的現(xiàn)有 耦合位置中選出，使得測(cè)量值偏離實(shí)際值最小，即測(cè)量誤差被盡可能 減小。
例如采用校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件"短路件(short)"、"開路件(open)" 和"負(fù)載(load)"的SOL方法或者8項(xiàng)方法或12項(xiàng)方法或多端口 校準(zhǔn)方法被用作校準(zhǔn)方法。作為替代，SOLT, LLR， TRM， TAN， TLN或LNN方法也可用作才交準(zhǔn)方法。
為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量對(duì)測(cè)量對(duì)象的電特性的影響盡可能小，在耦合位置 處HF信號(hào)的耦合最好是無接觸的，例如電容式耦合或電感式耦合， 或者同時(shí)采用電容式和電感式耦合，或者借助于電子光學(xué)的測(cè)量方法、 借助于力顯微鏡或借助于電磁測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)。按照本發(fā)明，用來確定
可以通過簡(jiǎn)單的方法獲得另一個(gè)附加耦合位置例如從第二電導(dǎo) 線由至少兩個(gè)耦合位置耦出的HF信號(hào)借助于至少一種數(shù)學(xué)運(yùn)算和/或 至少一種算法被合并到一起，得到一個(gè)HF信號(hào)，特別是通過相加或 相減來合并，然后在這個(gè)測(cè)試端口處被傳輸至進(jìn)一步的后續(xù)信號(hào)處理。
在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中應(yīng)用一個(gè)測(cè)量探頭，它被順序地放置 在耦合位置處。
在另一個(gè)替代實(shí)施方式中，每個(gè)測(cè)試端口應(yīng)用兩個(gè)或更多個(gè)、尤 其是數(shù)目與耦合位置數(shù)相對(duì)應(yīng)的測(cè)量探頭。
為了在對(duì)未知測(cè)量對(duì)象進(jìn)行測(cè)量時(shí)進(jìn)行后續(xù)的誤差分析，在校準(zhǔn) 時(shí)測(cè)量探頭之間的數(shù)學(xué)關(guān)系被確定并被存儲(chǔ)。
按照本發(fā)明，在上述類型的測(cè)量方法中，對(duì)于HF測(cè)試信號(hào)的每 一頻率，在前面所述校準(zhǔn)方法中針對(duì)該頻率所存儲(chǔ)的耦合位置成對(duì)組 合被選擇作為第 一 和第二耦合位置。此測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于大的帶寬提高了測(cè)量精度。
測(cè)量結(jié)果精度的進(jìn)一步改善可以如此實(shí)現(xiàn)對(duì)于HF測(cè)試信號(hào)的 每一頻率，除了應(yīng)用已存儲(chǔ)的耦合位置成對(duì)組合確定散射參數(shù)外，還 用一個(gè)或多個(gè)耦合位置成對(duì)組合進(jìn)行散射參數(shù)的確定，這些耦合位置 成對(duì)組合在按權(quán)利要求l至ll中至少一項(xiàng)所述的校準(zhǔn)方法中具有的被 確定散射參數(shù)值與已知校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件散射參數(shù)之間的差別僅比所存儲(chǔ)的 耦合位置成對(duì)組合大，其中根據(jù)對(duì)于HF測(cè)試信號(hào)的一個(gè)頻率所確定 的相應(yīng)散射參數(shù)的所有值，計(jì)算出針對(duì)該相應(yīng)散射參數(shù)的平均值。這 樣減小了例如由于相對(duì)于進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)錯(cuò)誤定位的耦合位置引起的測(cè)量 誤差的影響。
為了檢測(cè)有缺陷的測(cè)量探頭，在對(duì)未知測(cè)量對(duì)象測(cè)量時(shí)，在校準(zhǔn) 時(shí)所確定的多個(gè)測(cè)量探頭之間的數(shù)學(xué)關(guān)系被重新確定并與在校準(zhǔn)時(shí)所 得到的值進(jìn)行比較，并且根據(jù)其區(qū)別識(shí)別有缺陷的測(cè)量探頭。
按照本發(fā)明，在上述類型的HF測(cè)量裝置中，對(duì)于至少一個(gè)測(cè)試 端口設(shè)置了至少三個(gè)相互間隔開的耦合位置，用于耦出在與測(cè)量對(duì)象 相連接的第二電導(dǎo)體、尤其是平面導(dǎo)線上傳送的HF信號(hào)。
上述HF測(cè)量裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于每次測(cè)量可以選擇相應(yīng)的耦 合位置對(duì)，此位置對(duì)具有小的測(cè)量誤差。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，對(duì)于每一耦合位置設(shè)置了一個(gè)獨(dú)立 的、放置在相應(yīng)耦合位置處的測(cè)量探頭。
在另一個(gè)作為替代的實(shí)施方式中，對(duì)于每個(gè)測(cè)試端口設(shè)置了一個(gè) 單個(gè)的測(cè)量探頭和用于把測(cè)量探頭移動(dòng)到耦合位置的裝置。
在另一個(gè)作為替代的實(shí)施方式中，對(duì)于每個(gè)測(cè)試端口設(shè)置了一定 數(shù)量的測(cè)量探頭，其數(shù)目大于等于2并小于等于耦合位置數(shù)減1，其 中此HF測(cè)量裝置具有至少一個(gè)用于把至少一個(gè)測(cè)量探頭移動(dòng)到不同 耦合位置的裝置。
例如至少一個(gè)測(cè)量探頭被構(gòu)造成無接觸的或有接觸的測(cè)量探頭。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，至少一個(gè)測(cè)量探頭被結(jié)構(gòu)成電容式耦 合或電感式耦合，或者同時(shí)采用電容式和電感式耦合，或者借助于電
9光學(xué)方法，或者借助于力顯微鏡或借助于電磁測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)耦出。
下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖中


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的單端口測(cè)量的仿真模型，
圖2示出對(duì)不同的耦合位置對(duì)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性曲線，
圖3示出在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)校準(zhǔn)之后的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性曲線，
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的具有兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的HF測(cè)量裝
置的第一優(yōu)選實(shí)施方式的簡(jiǎn)要電路圖，以及
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的具有四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的HF測(cè)量裝
置的第二優(yōu)選實(shí)施方式的簡(jiǎn)要電路圖。
圖1所示的本發(fā)明所述單端口測(cè)量的仿真模型包括信號(hào)源10，它 將功率電平為ldBm的HF測(cè)試信號(hào)饋送到無損50Q傳輸線形式的電 導(dǎo)線12中。在三個(gè)耦合位置14， 16, 18處的無接觸的、在本例中為 電容式耦合通過三個(gè)理想的電容器20， 22， 24表示。在耦合位置14， 16， 18處的電容式耦合只是作為示例。也可以應(yīng)用電感式耦合，或者 應(yīng)用電容式耦合與電感式耦合的混合或其它耦合方式。耦出的電壓在 以測(cè)量位置mi26， m2 28和m3 30形式表示的接收才幾處借助于50Q系 統(tǒng)被確定。高斯白噪聲(WGN，即White Gaussian Noise )發(fā)生器32 在測(cè)量位置mi 26, m2 28和m3 30后面通過已知的方式以典型的 畫118dBm和50n耦入。測(cè)量對(duì)象34,也稱作DUT( Device Under Test) 與電導(dǎo)線12相連接。第一耦合位置14與第二耦合位置16之間的電導(dǎo) 線12的第一段36具有長(zhǎng)度h，第二耦合位置16與第三耦合位置18 之間的電導(dǎo)線12的第二段38具有長(zhǎng)度12，且第三耦合位置18與測(cè)量 對(duì)象34之間的電導(dǎo)線12的第三段40具有長(zhǎng)度13。例如電導(dǎo)線12的 上述段36, 38具有長(zhǎng)度l尸22mm和l2=78mm，即第一和第二耦合位 置14, 16之間的間距值為22mm，第二和第三耦合位置16， 18之間 的間距值為78mm，這樣對(duì)于第一和第三耦合位置14, 18之間的間距， 得到電導(dǎo)線12的長(zhǎng)度為h+1^100inm。在附圖標(biāo)記52處進(jìn)行常規(guī)的校準(zhǔn)，例如SOL校準(zhǔn)。在附圖標(biāo)記54處進(jìn)行HF測(cè)量裝置的其它校 準(zhǔn)，如下面所述
首先對(duì)耦合位置14， 16， 18中的三種可能的成對(duì)組合中的每一 種組合用50Q標(biāo)準(zhǔn)負(fù)栽("load")、短路標(biāo)準(zhǔn)件("short")和開 路標(biāo)準(zhǔn)件("open")進(jìn)行常規(guī)的SOL校準(zhǔn)。這僅僅是示例，也可以 應(yīng)用其它的校準(zhǔn)方法。接著對(duì)于耦合位置14， 16， 18中的每種成對(duì)組 合，針對(duì)50n標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)負(fù)栽確定散射參數(shù)Su的值。這也僅僅是示例， 也可以用其它散射參數(shù)和其它校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件。重要的是對(duì)于作為DUT 應(yīng)用的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件，所測(cè)得的散射參數(shù)的期望值是已知的。在上述情 況下，"標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載"作為DUT， ISnl以dB為單位表示的值應(yīng)有盡可 能低的數(shù)值，因?yàn)樵诶硐肭闆r下在"標(biāo)準(zhǔn)負(fù)栽"上不出現(xiàn)反射。
圖2是對(duì)同一個(gè)電容式測(cè)量探頭在測(cè)量位置14, 16, 18處用50Q 標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)負(fù)載("load")作為DUT時(shí)得到的曲線，垂直軸42表示 仿真得到的散射參數(shù)IS川，單位為dB (等效于測(cè)得的散射參數(shù))，水 平軸44表示頻率，以GHz為單位。此圖代表仿真得到的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特 性。圖中第一根曲線46為應(yīng)用第一和笫二耦合位置14, 16時(shí)，即對(duì) 于測(cè)量位置nu26和m2 28， ISJ分貝值與頻率的關(guān)系曲線，第二根曲 線48為應(yīng)用第二和第三耦合位置16, 18時(shí)，即對(duì)于測(cè)量位置m2 28 和m3 30， ISul分貝值與頻率的關(guān)系曲線，以及第三根曲線50為應(yīng)用 第一和第三耦合位置14, 18時(shí)，即對(duì)于測(cè)量位置nu26和m3 30， |SU| 分貝值與頻率的關(guān)系曲線。在耦合位置14， 16和18之間的間距h和 12如此選擇，使得曲線46， 48和50的最大值位置不重疊。為了校準(zhǔn) 此系統(tǒng)，現(xiàn)在對(duì)每一個(gè)頻率點(diǎn)確定相應(yīng)的耦合位置14， 16， 18成對(duì)組 合，對(duì)于此成對(duì)組合散射參數(shù)ISul分貝值與ISnl的期望分貝值之間有最 小的間距，即最小的差值。這些耦合位置對(duì)作為對(duì)相應(yīng)頻率點(diǎn)的優(yōu)選 耦合位置對(duì)被存儲(chǔ)，并且在以后測(cè)量未知的測(cè)量對(duì)象或DUT時(shí)應(yīng)用 于相應(yīng)的頻率點(diǎn)。此方法在后面被稱作"差異性校準(zhǔn)"。相應(yīng)地在52 中進(jìn)行SOL校準(zhǔn)，在54中進(jìn)行差異性校準(zhǔn)。總體上用55表示DSOL 校準(zhǔn)，即差異性SOL校準(zhǔn)。圖3示出由上述差異性校準(zhǔn)(仿真)得到的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。垂直 軸42表示散射參數(shù)ISnl，單位為dB，水平軸44表示頻率，以GHz 為單位。可以明顯地看到，經(jīng)過差異性校準(zhǔn)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性在原來較 差的頻率處得到大大的改善。通過有效地選擇耦合位置14， 16和18 的間距可以在6.8GHz處獲得70dB的增益。此外差異性校準(zhǔn)導(dǎo)致測(cè)量 設(shè)備可用頻率范圍的擴(kuò)展。
圖4舉例示出根據(jù)本發(fā)明的基于兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀56的HF 測(cè)量裝置的第一優(yōu)選實(shí)施方式。兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀56包括用于產(chǎn) 生HF測(cè)試信號(hào)的信號(hào)源，第一開關(guān)58和四個(gè)測(cè)量位置m, 60， m2 62， m3 64和m4 66，每個(gè)測(cè)試端口對(duì)應(yīng)兩個(gè)測(cè)量位置。第一開關(guān)58有選 擇性地將信號(hào)源10與位于前面和后面的平面導(dǎo)線68， 70形式的電導(dǎo) 線相連接，平面導(dǎo)線68， 70以不同側(cè)引至DUT34，使得測(cè)試信號(hào)可 在DUT34的前面和后面被耦入。為了在兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀56內(nèi) 部耦出電導(dǎo)線12上的前向波和反向波，測(cè)量位置mi 60, m2 62, m3 64 和m4 66與兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀56的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連接是分開的。而 第一和笫二測(cè)量位置nn 60， m2 62通過第二開關(guān)72與分配給兩端口 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀56的第一個(gè)端口的5個(gè)測(cè)量探頭74可選地連接，使 得測(cè)量探頭74中的一個(gè)與第一測(cè)量位置mi 60相連接，測(cè)量探頭74 中的另一個(gè)與第二測(cè)量位置m2 62相連接。類似地，設(shè)置了然二開)( 76，它有選擇性地將分配給兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀56的第二個(gè)端口的 另外5個(gè)測(cè)量探頭78與第三和第四測(cè)量位置m3 64， m4 66相連接， 使得測(cè)量探頭78中的一個(gè)與第三測(cè)量位置m3 64相連接，而測(cè)量探頭 78中的另一個(gè)與第四測(cè)量位置m4 66相連接。開關(guān)72， 76以及測(cè)量 探頭74， 78分別設(shè)置在一個(gè)基片80上。分配給兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析 儀56的第一個(gè)端口的測(cè)量探頭74被放置在前面的平面導(dǎo)線68附近， 以便在不同的耦合位置處從前面的平面導(dǎo)線68耦出HF信號(hào)，而分配 給兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀56的第二個(gè)端口的測(cè)量探頭78被放置在后 面的平面導(dǎo)線70附近，以便在不同的耦合位置處從后面的平面導(dǎo)線 70耦出HF信號(hào)。開關(guān)72， 76實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合位置成對(duì)配置的選擇，測(cè)量探頭74和78位于這些耦合位置處?？刂蒲b置82，特別是計(jì)算機(jī)， 控制兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀56，并通過電壓源84控制開關(guān)72和76。
圖5舉例示出根據(jù)本發(fā)明的基于四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀90的HF 測(cè)量裝置的第二優(yōu)選實(shí)施方式。四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀90包括用于產(chǎn) 生HF測(cè)試信號(hào)的信號(hào)源10，第一開關(guān)58和8個(gè)測(cè)量位置mi 92， m2 94， m3 96， m4 98， m5100， m6 102， m7 104和m8 106，每個(gè)測(cè)試 端口對(duì)應(yīng)兩個(gè)測(cè)試位置。前4個(gè)測(cè)量位置n^92， m2 94， m3 96和m4 98分別與測(cè)量探頭74中的一個(gè)相連接，這些測(cè)量探頭被設(shè)置在前面 的平面導(dǎo)線68處的耦合位置處。另外四個(gè)測(cè)量位置ms 100， m6102， m7 104和m8 106分別與測(cè)量探頭78中的一個(gè)相連接，這些測(cè)量探頭 被設(shè)置在后面的平面導(dǎo)線70處的耦合位置處。通過應(yīng)用這八個(gè)測(cè)量位 置mi92， m2 94, m3 96， m4 98, m5 100， m6 102， m7 104和m8 106， 可以省去圖4所示實(shí)施方式中的第二和第三開關(guān)。這里耦合位置對(duì)或 每?jī)蓚€(gè)測(cè)量探頭74或78的選擇在四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀90內(nèi)部實(shí) 現(xiàn)，即差異性校準(zhǔn)在網(wǎng)絡(luò)分析儀中進(jìn)行。
每個(gè)測(cè)量端口應(yīng)用多于兩個(gè)的測(cè)量探頭顯示了無接觸網(wǎng)絡(luò)分析 方法的改進(jìn)。通過增加測(cè)量探頭所獲得的冗余被用來改善動(dòng)態(tài)特性， 從而可形成寬帶的測(cè)量系統(tǒng)。為此在進(jìn)行差異性校準(zhǔn)時(shí)對(duì)每種可能的 測(cè)量探頭組合進(jìn)行一次常規(guī)的校準(zhǔn)。在此校準(zhǔn)之后，在被校準(zhǔn)的參考 阻抗、例如標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載或校準(zhǔn)線上反過來針對(duì)每個(gè)探頭成對(duì)組合進(jìn)行測(cè) 量。由校準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果可以推斷出動(dòng)態(tài)特性。在程序內(nèi)部現(xiàn)在針對(duì)每 個(gè)頻率點(diǎn)比較每種測(cè)量探頭組合的動(dòng)態(tài)范圍。分別選擇出具有最大的 測(cè)量動(dòng)態(tài)特性的探頭對(duì)。對(duì)于每個(gè)頻率點(diǎn)選出的探頭對(duì)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ) 器中，并被用于未知測(cè)量對(duì)象的測(cè)量。
此外在無接觸差異性測(cè)量系統(tǒng)中也可選用其它的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，例如 為了提高測(cè)量精度而利用附加的探頭對(duì)組合的冗余性。例如在其中多 個(gè)測(cè)量探頭對(duì)具有相近動(dòng)態(tài)特性的頻率范圍中，針對(duì)一次測(cè)量的測(cè)量 探頭測(cè)量結(jié)果被平均。這樣減小了例如由測(cè)量探頭錯(cuò)誤定位這樣的測(cè) 量誤差造成的影響。此外冗余性可用來識(shí)別有缺陷的或錯(cuò)誤定位的測(cè)量探頭。如果一 個(gè)有缺陷的探頭被識(shí)別出來，它可以通過電子方式被排除不再用于測(cè) 量,或者可以把故障情況呈現(xiàn)給用戶。為了檢測(cè)出有缺陷的測(cè)量探頭， 例如在校準(zhǔn)時(shí)確定測(cè)量探頭之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。然后在每次測(cè)量未知測(cè) 量對(duì)象時(shí)檢查是否符合此數(shù)學(xué)關(guān)系。
測(cè)量探頭的實(shí)施方式是任意的。探頭可以實(shí)現(xiàn)為平面的或三維 的，其中探頭不必須是相同的。具有不同耦合形式的測(cè)量探頭可以被 組合使用。為了結(jié)構(gòu)緊湊，最好采用在基片上的平面設(shè)計(jì)。
一個(gè)耦合位置也可以理解為多個(gè)探頭的組合(例如兩個(gè)探頭測(cè)量 位置的合成)。對(duì)于每一個(gè)頻率點(diǎn)，選擇例如在動(dòng)態(tài)特性、測(cè)量精度 等方面最適合于測(cè)量使用的探頭對(duì)。這種選擇在反過來測(cè)量已知標(biāo)準(zhǔn) 件、例如標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載時(shí)進(jìn)行。
權(quán)利要求
1. 一種用于校準(zhǔn)具有N個(gè)測(cè)試端口的高頻測(cè)量裝置(HF測(cè)量裝置)的方法，其中N是大于等于1的整數(shù)，用來通過n端口測(cè)量確定測(cè)量對(duì)象的散射參數(shù)，其中n是大于等于1的整數(shù)，其中高頻測(cè)試信號(hào)(HF測(cè)試信號(hào))被饋入與測(cè)量對(duì)象或者與包含該測(cè)量對(duì)象的電路相連接的第一電導(dǎo)線中，其中對(duì)于每個(gè)端口，在第一耦合位置處并在與第一耦合位置相隔一定距離的第二耦合位置處從與測(cè)量對(duì)象相連接的第二電導(dǎo)線耦出在第二電導(dǎo)線上傳送的高頻信號(hào)(HF信號(hào))，其中由每個(gè)端口中的兩個(gè)在這兩個(gè)耦合位置處耦出的HF信號(hào)分別按每個(gè)測(cè)量位置或耦合位置相對(duì)于第二電導(dǎo)線上朝測(cè)量對(duì)象前進(jìn)的HF信號(hào)和第二電導(dǎo)線上離開測(cè)量對(duì)象前進(jìn)的HF信號(hào)的HF測(cè)試信號(hào)確定幅度和/或相位，并由此計(jì)算出測(cè)量對(duì)象的散射參數(shù)，其特征在于，對(duì)于HF測(cè)量裝置的至少一個(gè)端口，在至少三個(gè)相互間隔一定距離的耦合位置處耦出在第二電導(dǎo)線上傳送的HF信號(hào)，其中對(duì)于所述至少三個(gè)耦合位置中的每個(gè)成對(duì)組合，用以散射參數(shù)是已知的至少一種校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件作為測(cè)量對(duì)象的預(yù)定的校準(zhǔn)方法對(duì)HF測(cè)試信號(hào)的至少一個(gè)頻率確定至少一個(gè)散射參數(shù)，對(duì)于所有的成對(duì)組合，在HF測(cè)試信號(hào)的一個(gè)頻率下確定的至少一個(gè)散射參數(shù)值與校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件的已知的至少一個(gè)散射參數(shù)值進(jìn)行比較，其中這樣的耦合位置成對(duì)組合作為對(duì)該頻率測(cè)量未知測(cè)量對(duì)象時(shí)優(yōu)選采用的第一和第二測(cè)量位置被存儲(chǔ)，在這樣的耦合位置組合下所確定的散射參數(shù)值與校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件的已知的散射參數(shù)之間的差值最小。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述HF測(cè)量裝置 是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二電導(dǎo)線是 平面導(dǎo)線。
4. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，釆用校 準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件"短路件，，、"開路件"和"標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載"的SOL方法或者采用8項(xiàng)或12項(xiàng)方法或者多端口校準(zhǔn)方法作為校準(zhǔn)方法。
5. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，SOLT 方法，LLR方法，TRM方法，TAN方法，TLN方法或LNN方法凈皮 用作校準(zhǔn)方法。
6. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在耦合 位置處HF信號(hào)的耦出無接觸地實(shí)現(xiàn)。
7. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在耦合 位置處HF信號(hào)的耦出是電容式耦合或電感式耦合，或者同時(shí)采用電 容式和電感式耦合，或者借助于電光學(xué)測(cè)量方法、借助于力顯微鏡或 借助于電》茲測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)。
8. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從第二 電導(dǎo)線由至少兩個(gè)耦合位置耦出的HF信號(hào)還借助至少一種數(shù)學(xué)運(yùn)算 和/或至少一種算法被合并到一起，得到一個(gè)HF信號(hào)，特別是通過相 加或相減被合并，然后在這個(gè)測(cè)試端口被傳輸至進(jìn)一步的信號(hào)處理。
9. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用一 個(gè)測(cè)量探頭，該測(cè)量探頭順序地被放置在多個(gè)耦合位置處。
10. 如外又利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，每個(gè) 測(cè)量端口使用兩個(gè)或更多個(gè)、尤其是數(shù)目對(duì)應(yīng)于耦合位置數(shù)量的測(cè)量 探頭。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在校準(zhǔn)時(shí)確定并 存儲(chǔ)測(cè)量探頭之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
12. —種用于借助具有N個(gè)測(cè)試端口的高頻測(cè)量裝置(HF測(cè)量 裝置)確定測(cè)量對(duì)象的散射參數(shù)的方法，其中N是大于等于1的整數(shù)， 所述高頻測(cè)量裝置按照權(quán)利要求1至8中至少一項(xiàng)所述方法被校準(zhǔn)， 其中采用n端口測(cè)量，n是大于等于1的整數(shù)，其中高頻測(cè)試信號(hào)(HF 測(cè)試信號(hào))被饋入與測(cè)量對(duì)象或者與包含該測(cè)量對(duì)象的電路相連接的 第一電導(dǎo)線中，其中對(duì)于每一端口，在第二電導(dǎo)線的第一耦合位置處 并在與第 一耦合位置相隔一段距離的第二耦合位置處從與測(cè)試對(duì)象相 連接的第二電導(dǎo)線、特別是平面導(dǎo)線耦出在第二電導(dǎo)線上傳送的高頻信號(hào)(HF信號(hào))，并且由每個(gè)端口中的兩個(gè)在這兩個(gè)耦合位置處耦 出的HF信號(hào)分別按每個(gè)耦合位置相對(duì)于笫二電導(dǎo)線上朝測(cè)量對(duì)象前 進(jìn)的HF信號(hào)和第二電導(dǎo)線上離開測(cè)量對(duì)象前進(jìn)的HF信號(hào)的HF測(cè) 試信號(hào)確定幅度和/或相位，并由此計(jì)算出測(cè)量對(duì)象的散射參數(shù)，其特 征在于，對(duì)于HF測(cè)試信號(hào)的每一頻率，在如權(quán)利要求1至11中至少 一項(xiàng)所述校準(zhǔn)方法中為該頻率所存儲(chǔ)的耦合位置的成對(duì)組合被選擇作 為所述第一和第二耦合位置。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述HF測(cè)量裝 置是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述第二電 導(dǎo)線是平面導(dǎo)線。
15. 如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì) 于HF測(cè)試信號(hào)的每個(gè)頻率，除了應(yīng)用所存儲(chǔ)的耦合位置成對(duì)組^^確 定散射參數(shù)外，還用一個(gè)或多個(gè)耦合位置成對(duì)組合實(shí)現(xiàn)散射參數(shù)的確 定，這些耦合位置成對(duì)組合在按照權(quán)利要求1至11中至少一項(xiàng)所述的 校準(zhǔn)中具有的被確定散射參數(shù)值與已知校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件散射參數(shù)值之間的 差別僅比所存儲(chǔ)的耦合位置成對(duì)組合大，其中根據(jù)對(duì)于相應(yīng)的散射參 數(shù)對(duì)HF測(cè)試信號(hào)的一個(gè)頻率所確定的所有值計(jì)算其平均值作為相應(yīng) 的散射參數(shù)。
16. 如權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在 未知對(duì)象上測(cè)量時(shí)，在校準(zhǔn)時(shí)所確定的多個(gè)測(cè)量探頭之間的數(shù)學(xué)關(guān)系 被重新確定并與校準(zhǔn)時(shí)所得到的值進(jìn)行比較，并且根據(jù)其區(qū)別識(shí)別有 缺陷的測(cè)量探頭。
17. —種用于確定測(cè)量對(duì)象的散射參數(shù)的HF測(cè)量裝置，該測(cè)量 裝置具有N個(gè)測(cè)試端口，其中N是大于等于1的整數(shù)，并且具有用于 產(chǎn)生HF測(cè)試信號(hào)的源(10)，此信號(hào)源能夠連接到與測(cè)量對(duì)象(34) 相連接的第一電導(dǎo)線(12， 68， 70)，其特征在于，對(duì)于至少一個(gè)測(cè) 試端口，設(shè)置了至少三個(gè)相互間隔的耦合位置(14， 16， 18)，用于 耦出在與測(cè)量對(duì)象(34)相連接的第二電導(dǎo)線(12， 68， 70)上傳送的HF信號(hào)。
18. 如權(quán)利要求17所述的HF測(cè)量裝置，其特征在于，對(duì)于每 個(gè)耦合位置(14, 16， 18)，設(shè)置了一個(gè)獨(dú)立的、設(shè)置在相應(yīng)耦合位 置處的測(cè)量探頭(74, 78)。
19. 如權(quán)利要求17所述的HF測(cè)量裝置，其特征在于，對(duì)于每 個(gè)測(cè)試端口 ，設(shè)置了 一個(gè)單個(gè)的測(cè)量探頭和用于把此測(cè)量探頭移動(dòng)到 各耦合位置的裝置。
20. 如權(quán)利要求17所述的HF測(cè)量裝置，其特征在于，對(duì)于每 個(gè)測(cè)試端口，設(shè)置了一定數(shù)量的測(cè)量探頭，其數(shù)量大于等于2并小于 等于耦合位置數(shù)減1,其中所述HF測(cè)量裝置具有至少一個(gè)用于把至 少一個(gè)測(cè)量探頭移動(dòng)到不同耦合位置的裝置。
21. 如權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的HF測(cè)量裝置，其特征 在于，至少一個(gè)測(cè)量探頭(74, 78)被構(gòu)造成無接觸的或有接觸的。
22. 如權(quán)利要求17至21中任一項(xiàng)所述的HF測(cè)量裝置，其特征 在于，所述HF測(cè)量裝置是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
23. 如權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的HF測(cè)量裝置，其特征 在于，所述第二電導(dǎo)線(12， 68， 70)是平面導(dǎo)線。
24. 如權(quán)利要求17至23中任一項(xiàng)所述的HF測(cè)量裝置，其特征 在于，至少一個(gè)測(cè)量探頭(74， 78)被構(gòu)造成電容式耦合的或電感式 耦合的，或者采用同時(shí)電容式和電感式耦合，或者借助于電光學(xué)測(cè)量 方法、借助于力顯微鏡或借助于電磁測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及校準(zhǔn)具有N個(gè)測(cè)試端口的高頻測(cè)量裝置的方法。對(duì)于HF測(cè)量裝置的至少一個(gè)端口，在至少三個(gè)相互間隔的耦合位置處耦出在第二電導(dǎo)線上傳送的HF信號(hào)，并且對(duì)于此至少三個(gè)耦合位置中的每個(gè)成對(duì)組合用采用散射參數(shù)是已知的至少一個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件作為測(cè)量對(duì)象的預(yù)定的校準(zhǔn)方法對(duì)于HF測(cè)試信號(hào)的至少一個(gè)頻率確定一個(gè)散射參數(shù)，其中在HF測(cè)試信號(hào)的一個(gè)頻率下對(duì)所有成對(duì)組合所確定的至少一個(gè)散射參數(shù)的值與已知校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件的該至少一個(gè)散射參數(shù)值進(jìn)行比較，并且這樣的耦合位置成對(duì)組合作為對(duì)該頻率測(cè)量未知測(cè)量對(duì)象時(shí)優(yōu)選采用的第一和第二耦合位置被存儲(chǔ)，在此組合下所確定的散射參數(shù)值與已知的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件散射參數(shù)之間的差別最小。
文檔編號(hào)G01R27/28GK101479614SQ200780023964
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者T·賽爾德 申請(qǐng)人:羅森伯格高頻技術(shù)有限及兩合公司