测试装置的校准方法

摘要

本发明涉及测试设备的校准方法，该测试设备具有用于对包括校准面内的第一端口(114)和第二端口(118)的双端口被测对象(20)即DUT进行测试的第一和第二定向耦合器(200，202)，其中，以校准该测试设备为目的，具有第一、第二、第三、第四、第五和第六测试端口的矢量网络分析仪(204)连接至校准面内的第一端口和第二端口，以使得经由电磁波的各个波导，第一测试端口(206)连接至校准面(16)内的第一端口、第二测试端口(208)连接至校准面内的第二端口、第三和第四测试端口(210，212)连接至第一定向耦合器并且第五和第六测试端口(214，216)连接至第二定向耦合器。针对不同的校准标准，散射参数是针对各期望频率所确定的并且用于计算描述经由定向耦合器的传输的各散射矩阵。针对不同的校准标准，为了获得校正后的散射矩阵而对散射矩阵进行校正。通过利用预定校准算法来使用校正后的散射矩阵的散射参数确定一方面为测试端口与另一方面为端口之间的信号传输所用的误差矩阵的项。

主权项

一种测试设备的校准方法，所述测试设备具有用于对包括校准面内的第一端口和第二端口的双端口被测对象即被测器件DUT进行测试的第一定向耦合器和第二定向耦合器，其中，以校准所述测试设备为目的，具有第一测试端口、第二测试端口、第三测试端口、第四测试端口、第五测试端口和第六测试端口的矢量网络分析仪即VNA连接至所述校准面内的第一端口和第二端口，以使得经由电磁波的各个波导，所述第一测试端口连接至所述校准面内的第一端口、所述第二测试端口连接至所述校准面内的第二端口、所述第三测试端口和所述第四测试端口连接至所述第一定向耦合器并且所述第五测试端口和所述第六测试端口连接至所述第二定向耦合器；在所述第一测试端口处，电磁波a₁沿所述校准面内的第一端口的方向离开并且电磁波b₁从所述校准面内的第一端口的方向进入；在所述第二测试端口处，电磁波a₂沿所述校准面内的第二端口的方向离开并且电磁波b₂从所述校准面内的第二端口的方向进入；在所述校准面内的第一端口处，电磁波a_DUT,1从所述第一测试端口的方向进入并且电磁波b_DUT,1沿所述第一测试端口的方向离开；在所述校准面内的第二端口处，电磁波a_DUT,2从所述第二测试端口的方向进入并且电磁波b_DUT,2沿所述第二测试端口的方向离开；在所述第一测试端口和所述校准面内的第一端口之间，所述第一定向耦合器将电磁波a₁的分量去耦作为a_Mess,1并且馈送至所述VNA的所述第三测试端口；在所述第一测试端口和所述校准面内的第一端口之间，所述第一定向耦合器将电磁波b₁的分量去耦作为b_Mess,1并且馈送至所述VNA的所述第四测试端口；在所述第二测试端口和所述校准面内的第二端口之间，所述第二定向耦合器将电磁波a₂的分量去耦作为a_Mess,2并且馈送至所述VNA的所述第五测试端口；在所述第二测试端口和所述校准面内的第二端口之间，所述第二定向耦合器将电磁波b₂的分量去耦作为b_Mess,2并且馈送至所述VNA的所述第六测试端口；为了校准所述测试设备，代替所述DUT，在所述校准面内设置至少三个不同的校准标准；以及对于各校准标准K并且对于a₁或a₂的频率为f的各期望频点，针对该校准标准K，在所述VNA的第y个测试端口和第x个测试端口之间确定散射参数S_xy,K,f，其中x＝1、2、3、4、5或6并且y＝1或2，以及根据已知值a_1,K,f和a_2,K,f且根据测量值b_1,K,f、b_2,K,f、a_Mess,1,K,f、b_Mess,1,K,f、a_Mess,2,K,f和b_Mess,2,K,f来确定频率f，其中：$\left[\begin{array}{c}{b}_{1,K,f}\\ b_{2,K,f}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{S}_{11,K,f}& S_{12,K,f}\\ S_{21,K,f}& S_{22,K,f}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_{1,K,f}\\ a_{2,K,f}\end{array}\right]$$\left[\begin{array}{c}{a}_{Mess,1,K,f}\\ b_{Mess,1,K,f}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{S}_{31,K,f}& S_{32,K,f}\\ S_{41,K,f}& S_{42,K,f}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_{1,K,f}\\ a_{2,K,f}\end{array}\right]$$\left[\begin{array}{c}{a}_{Mess,2,K,f}\\ b_{Mess,2,K,f}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{S}_{51,K,f}& S_{52,K,f}\\ S_{61,K,f}& S_{62,K,f}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_{1,K,f}\\ a_{2,K,f}\end{array}\right]$其中，描述经由定向耦合器的传输的散射矩阵S_unkorr,K,f为：$S_{unkorr,K,f}=\left[\begin{array}{cc}{S}_{11,unkorr,K,f}& S_{12,unkorr,K,f}\\ S_{21,unkorr,K,f}& S_{22,unkorr,K,f}\end{array}\right],$根据下式以散射参数S_{11,unkorr,K,f}、S_{12,unkorr,K,f}、S_{21,unkorr,K,f}和S_{22,unkorr,K,f}从校准标准的所测量到的散射参数S_xy,K,f来计算该散射矩阵S_unkorr,K,f，其中x＝3、4、5、6并且y＝1、2：$S_{11,unkorr,K,f}=\frac{b_{Mess,1,K,f}}{a_{Mess,1,K,f}}=\frac{S_{41,K,f}}{S_{31,K,f}}={\sigma }_{11}$$S_{21,unkorr,K,f}=\frac{b_{Mess,2,K,f}}{a_{Mess,1,K,f}}=\frac{S_{61,K,f}}{S_{31,K,f}}={\sigma }_{21}$$S_{12,unkorr,K,f}=\frac{b_{Mess,1,K,f}}{a_{Mess2,K,f}}=\frac{S_{42,K,f}}{S_{52,K,f}}={\sigma }_{12}$$S_{22,unkorr,K,f}=\frac{b_{Mess,2,K,f}}{a_{Mess,2,K,f}}=\frac{S_{62,K,f}}{S_{52,K,f}}={\sigma }_{22}$其中，利用校准标准的所测量到的散射参数S_xy,K,f，其中x＝1、2并且y＝1、2，将一方面描述所述VNA的所述第一测试端口和所述校准面内的第一端口之间的传输、另一方面描述所述VNA的所述第二测试端口和所述校准面内的第二端口之间的传输的散射矩阵S_I,K,f确定为：$S_{I,K,f}=\left[\begin{array}{cc}{S}_{11,K,f}& S_{12,K,f}\\ S_{21,K,f}& S_{22,K,f}\end{array}\right]$其中，利用散射矩阵S_I,K,f的所测量到的散射参数S_xy,K,f，其中x＝1、2并且y＝1、2，借助预定校准算法，根据电磁波a₁或a₂的频率f，针对一方面为所述第一测试端口和另一方面为所述校准面内的第一端口之间的信号传输，来确定误差矩阵I_A的项i₀₀、i₀₁·i₁₀和i₁₁：$I_A=\left[\begin{array}{cc}{i}_{00}& i_{01}\\ i_{10}& i_{11}\end{array}\right]$其中，I_A是根据下式的散射矩阵：$\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ a_{DUT,1}\end{array}\right]=I_A\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ b_{DUT,1}\end{array}\right]$其中，利用散射矩阵S_I,K,f的所测量到的散射参数S_xy,K,f，其中x＝1、2并且y＝1、2，借助预定校准算法，根据电磁波a₁或a₂的频率f，针对一方面为所述第二测试端口和另一方面为所述校准面内的第二端口之间的信号传输，来确定误差矩阵I_B的项i₂₂、i₂₃·i₃₂和i₃₃：$I_B=\left[\begin{array}{cc}{i}_{22}& i_{23}\\ i_{32}& i_{33}\end{array}\right]$其中，I_B是根据下式的散射矩阵：$\left[\begin{array}{c}{a}_{DUT,2}\\ b_2\end{array}\right]=I_B\left[\begin{array}{c}{b}_{DUT,2}\\ a_2\end{array}\right],$所述校准方法的特征在于：针对a₁或a₂的频率为f的各频率步长并且针对各校准标准K，执行散射矩阵S_unkorr,K,f的校正，从而得到根据以下公式的校正后的散射矩阵S_c,K,f：$S_{c,K,f}=\frac{1}{D}\left[\begin{array}{cc}{\sigma }_{11}-{\sigma }_{12}{\sigma }_{21}{\Gamma }_{F,K,f}& {\sigma }_{12}-{\sigma }_{11}{\sigma }_{12}{\Gamma }_{R,K,f}\\ {\sigma }_{21}-{\sigma }_{22}{\sigma }_{21}{\Gamma }_{F,K,f}& {\sigma }_{22}-{\sigma }_{12}{\sigma }_{21}{\Gamma }_{R,K,f}\end{array}\right]$其中，D＝1‑σ₁₂σ₂₁Γ_F,K,fΓ_R,K,f，并且描述了将波馈送通过所述VNA的所述第一测试端口时所述第二定向耦合器的输出处所测量到的传播波与反射波的比例，以及描述了将波馈送通过所述VNA的所述第二测试端口时所述第一定向耦合器的输出处所测量到的传播波与反射波的比例；利用散射矩阵S_c,K,f的散射参数，借助预定校准算法，根据电磁波a₁或a₂的频率f，针对一方面为所述第三测试端口和所述第四测试端口与另一方面为所述校准面内的第一端口之间的信号传输，来确定误差矩阵E_A的项e₀₀、e₀₁·e₁₀和e₁₁：$E_A=\left[\begin{array}{cc}{e}_{00}& e_{01}\\ e_{10}& e_{11}\end{array}\right]$其中，E_A是根据下式的散射矩阵：$\left[\begin{array}{c}{b}_{Mess,1}\\ a_{DUT,1}\end{array}\right]=E_A\left[\begin{array}{c}{a}_{Mess,1}\\ b_{DUT,1}\end{array}\right]$利用散射矩阵S_c,K,f的散射参数，借助预定校准算法，根据电磁波a₁或a₂的频率f，针对一方面为所述第五测试端口和所述第六测试端口与另一方面为所述校准面内的第二端口之间的信号传输，来确定误差矩阵E_B的项e₂₂、e₂₃·e₃₂和e₃₃：$E_B=\left[\begin{array}{cc}{e}_{22}& e_{23}\\ e_{32}& e_{33}\end{array}\right]$其中，E_B是根据下式的散射矩阵：$\left[\begin{array}{c}{a}_{DUT,2}\\ b_{Mess,2}\end{array}\right]=E_B\left[\begin{array}{c}{b}_{DUT,2}\\ a_{Mess,2}\end{array}\right]$根据以下公式来确定来自积i₀₁·i₁₀的孤立项i₀₁和i₁₀以及来自积i₂₃·i₃₂的孤立项i₂₃和i₃₂：$i_{01}=i_{10}=\pm \sqrt{i_{01}{i}_{10}}$以及$i_{23}=i_{32}=+\sqrt{i_{23}{i}_{32}}$其中，通过连续外推的方式从相位已知的频点开始在各情况下确定符号，其中在一个频点到下一频点之间的相位差超过预定阈值的情况下，该相位差减少180°；根据以下公式从积e₁₀·e₀₁来计算孤立项e₁₀：$e_{10}=i_{10}·\frac{a_1}{a_{Mess,1}}·\frac{1-e_{11}{S}_{11,DUT,K^{*}}}{1-i_{11}{S}_{11,DUT,K^{*}}}$由此确定孤立项e₀₁，其中，$S_{11,DUT,K^{*}}=\frac{(S_{11,K^{*},f}-i_{00})}{(i_{10}·i_{01}+i_{11}·(S_{11,K^{*},f}-i_{00}\left)\right)}$并且K^*指定没有传输的情况下的校准标准；根据以下公式从积e₃₂·e₂₃来计算孤立项e₂₃：$e_{23}=i_{23}·\frac{a_2}{a_{Mess,2}}·\frac{1-e_{22}{S}_{22,DUT,K^{*}}}{1-i_{22}{S}_{22,DUT,K^{*}}}$由此确定孤立项e₂₃，其中，$S_{22,DUT,K^{*}}=\frac{(S_{22,K^{*},f}-i_{22,f})}{(i_{32}·i_{23}+i_{33}·(S_{22,K^{*},f}-i_{22,f}\left)\right)}$并且K^*指定没有传输的情况下的校准标准。