利用频域内的校准的时域测量方法
【专利摘要】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e。。、eM、ei。和en，然后在第二步骤中，通过第一数学运算将信号值^(0和v2(t)变换成频域作为波量％(f)和\(f)，并且根据波量Vi(f)和V2(f)，利用误差项。和e^来计算校准平面（14)中的频域内的绝对波量％和bi。
【专利说明】利用频域内的校准的时域测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于在导电体上的校准平面中确定时域内的RF信号的电压u(t)和/ 或电流i(t)的方法，其中：根据权利要求1的前序部分，导电体的一端具有第一端口并且相 对端具有校准平面；在该校准平面中，导电体被设计成如下：待测装置可以以电气方式与 校准平面中的导电体相连接；利用具有两个输出的至少一个定向耦合器来耦合出第一 RF 信号和第二RF信号，其中该第一 RF信号从第一端口起沿校准平面的方向在导电体上行进， 以及该第二RF信号从校准平面起眼第一端口的方向在导电体上行进；在定向耦合器的第 一输出处测量第一 RF信号的分量的时变的第一信号值Vl (t)，并且在定向耦合器的第二输 出处测量第二RF信号的分量的时变的第二信号值v2(t);对于具有如下误差矩阵E的定向 耦合器的两端口误差，
[0002]
【权利要求】
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力(0 (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，
在第一步骤即校准步骤中，根据频率f确定误差项e(ll、e1(l和en，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&(0和^(〇变换到频域作为波量'(f)和 V2(f);利用所述误差项eoo、％、e1(l和en，根据所述波量Vjf)和V 2(f)来计算所述校准平 面（14)中的所述频域内的绝对波量&1和131;通过第二数学运算将所计算出的绝对波量 和匕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和en，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 Vl (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f禹合器（18)的所述第一输出（20) f禹合出的所述第一 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b 2， 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，
确定误差项4、icu、11(1和in，并且根据所述误差项im、icu、in)和iu确定所述误差项 eoo、eoi、eio 矛口 eii， 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 lliK、S21，K 和S31，K/S21，K来计算所述误差项e^、e 1(l和en以及所述误差项4、i1(l和in，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0、S或M， 并且K分别代表类型0开路、类型S短路或类型Μ匹配的校准标准（16) : i〇〇 = SlljM, (4)
m _ (7) _ P) 其中，q是开路校准标准（16)的已知反射因数，并且。是短路校准标准（16)的已 知反射因数， 由此，根据以下公式，
m m 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511^ S21，K 和S31，k/S21，k:K述第一端口（12)处的所述第一 RF信号的波量％、所述第一端口（12)处的 所述第二RF信号的波量k、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b 2，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％和bp (13) (15) (18) 其中：
{?) (10) (14) 其中，rDUT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 Zi是所述定向f禹合器（18)的第一输出和第二输出（20,22)处的阻抗。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时变的第一信号值Vl(t) (72)和所述 时变的第二信号值v2(t) (74)分别是电压或电流。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一数学运算是根据下式的快速 傅立叶变换即FFT， {V^l · Af)} = FFT{Vl(k · At)} (16) {V2(l · Af)} = FFT{v2(k · At)} (17) 其中 k = 0，1，"·，Ν-1 并且
其中：N是数据点的数量；Af是频率增量，其中Af = 2fmay(N_l) ;At是时间增量，其 中Λ t = 0. 5/fmax ;fmax表示校准数据可用的最大频率， 其中，所述第二数学运算是根据下式的逆快速傅立叶变换即IFFT，
(20) (21) 其中：?是所述校准平面中的阻抗。
4. 根据权利要求1至3中至少一项所述的方法，其特征在于，使用示波器作为所述时域 测量装置（34)。
【文档编号】G01R35/00GK104220894SQ201380018251
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月7日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】C·齐茨, G·阿姆布雷希特 申请人:罗森伯格高频技术有限及两合公司