专利名称：：量测待测物散射参数的方法
技术领域：
：本发明涉及一种转接器的散射參数(scatteringparameters,简称S參数)的量测方法，特别是涉及ー种以网络分析仪量测转接器散射參数的方法。
背景技术：
：随着电子电路的操作频率愈来愈高，电子元件的特性就愈复杂,包括走线上的电感值与电容值，或是元件的寄生效应都会随操作频率增加而显现出来。一般而言，在VHF(veryhighfrequency,30300MHz)下，电子元件的特性可以藉由精准的万用电表取得。当操作频率较高时，就必须藉由高频量测仪器来取得电子元件的特性。最常用的高频量测仪器为网络分析仪(networkanalyzer),可用来量测电子元件或是待测物的散射參数。网络分析仪是藉由量测待测物在不同频率下的散射參数(包括功率反射系数(reflectedcoefficient)与穿透系数(transmittedcoefficient))来分析待测物特性。一般而言，最常见的网络分析仪都是指向量式网络分析仪(VectorNetworkAnalyzer,VNA)。在进行高频电路量测时，常需要使用各种转接器(adapter)，这些转接器用来转接不同规格的接头，例如N-type转3.5mm、3.5mm转2.4mm,或是晶圆量测用的GSG转3.5mm等。由于这些转接器两边的接头规格不同,所以需要两组short,open与load校正器(calibrationkits)以及ー个具有不同接头规格的标准转接校正器来进行双端ロ(twoports)的校正。但是这种两边不同规格的标准thru校正器的价格昂贵，且适用频率愈高，其价格更高。
发明内容本发明提供一种量测待测物散射參数的方法，可以在不需要以标准转接校正器进行全双端ロ校正的情况下量测高频转接器(RFadapter)的散射參数，藉此降低量测的次数与对校正器的需求。本发明提出一种量测待测物散射參数的方法，适用于量测两端具有不同规格的第一接头与第二接头的ー待测物，此量测方法包括下列步骤首先，对网络分析仪的第一连接端ロ进行第一次单端ロ校正程序以取得第一组校正參数；连接待测物的第一接头至第一连接端ロ；经由待测物的第二接头，对第一连接端ロ进行第二次单端ロ校正程序以取得參考平面对应于待测物的第二接头的第二组校正參数；最后，对第一组校正參数与第二组校正參数进行运算以取得对应于待测物的散射參数。在对第一组校正參数与第二组校正进行运算以取得对应于待测物的散射參数的步骤中还包括利用下列方程式计算该待测物的散射參数_8]Erf^sAEdf-Edf)e'J\-e,fsu)2S21S12=—^-SFuJErfS22=Esf-たづう2其中，Sn、S12、S21>S22表示待测物的散射參数；edf表示第一组校正參数中的顺向指向性误差(ForwardDirectivityError),E'DF表示第二组校正參数中的顺向指向性误差；Esf表示第一组校正參数中的顺向讯号源端匹配误差(ForwardSourceMatchError),EiSF表示第二组校正參数中的顺向讯号源端匹配误差；EKF表示第一组校正參数中的顺向反射路径误差(ForwardReflectionTrackingError),E1KF表示第二组校正參数中的顺向反射路径误差。综合上述，本发明所提出的量测待测物散射參数的方法，利用两次的单端ロ校正程序即可求得高频转接器的散射參数。此方法不需要转接校正器(如3.5mmto2.4mmThrukit)与全双端ロ校正程序，可以降低校正成本与量测时间。为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图详细说明如下。图I示出了网络分析仪的量测示意图。图2A示出了顺向误差模型的示意图。图2B示出了反向误差模型的示意图。图3A示出了本发明ー实施例的第一次单端ロ校正程序示意图。图3B示出了本实施例的第一组校正參数的误差模型示意图。图4A示出了本实施例的第二次单端ロ校正程序的示意图。图4B示出了第二组校正參数的误差模型示意图。图5示出了本实施例的量测待测物散射參数的方法流程图。附图符号说明100:网络分析仪110、120:高频连接线111、121:接头130:待测物300:网络分析仪301:第一连接端ロ310:高频连接线311:接头351:短路校正器352:开路校正器353:负载校正器360:误差模型430:转接器431:接头432:接头451:短路校正器452:开路校正器453:负载校正器460:误差模型Edf,EiDF:顺向指向性误差Edk:反向指向性误差Esf,EiSF:顺向讯号源端匹配误差ESK:反向讯号源端匹配误差Elf:顺向负载端匹配误差Ele:反向负载端匹配误差Eef,EiEF-M向反射路径误差Εκκ:反向反射路径误差Etf:顺向穿透路径误差Etk:反向穿透路径误差Exf:顺向串音误差Εχκ:反向串音误差B1:对应于第一连接端ロ的入射信号Id1:对应于第一连接端ロ的反射信号或输出信号a2:对应于第二连接端ロ的入射信号b2:对应于第二连接端ロ的反射信号或输出信号Sn、S12,S21,S22:待测物的散射參数S510S540:流程图步骤具体实施例方式在下文中，将藉由本发明的实施例来详细描述本发明，附图中的相同參考数字可用以表示类似的元件。在进行量测前，网络分析仪必须先执行校正程序，求出系统误差项，再以反嵌入技术(de-embeddingtechniques)得到待测物的散射參数(S-parameters)。网络分析仪的误差主要可分为三种随机误差(RandomErrors、漂移误差(DriftErrors)与系统误差(SystematicErrors)。随机误差主要来自于仪器的热杂讯与接头，是属于无法预测(Unpredicted)与时变的(Time-Variant)的误差，所以目前的误差模型无法校正随机误差，只能靠多次量测的平均来降低随机误差的影响。漂移误差主要是来自于机械老化与温度的漂移，所以网络分析仪的环境温度最好是稳定的。在开机后进行暖机，等待仪器的温度稳定后再进行量测可以得到比较准确的量测結果。系统误差主要来自于网络分析仪内部装置的非理想特性，所以具有可重复性(repeatable)与非时变(Time-Invariant)的特性。由于系统本身无法预测到时变的随机误差与漂移误差，所以无法准确的去除这些误差。然而，系统误差则可以藉由校正程序与数学运算的方式去除以增加待测物的量测准确度。校正程序主要是为建立量测的參考平面(referenceplane)，将參考平面移至量测接头的前端，也就是待测物(deviceundertest,简称DUT)的两端，以特性化测试夹具与互连线效应。藉此，去除造成非理想特性的系统误差以反推待测物的真实散射參数。请參照图1，其示出了网络分析仪的量测示意图。网络分析仪100通过高频连接线110与120连接至待测物130，其中误差的来源包括网络分析仪100与高频连接线110与120，因此必需将量测的參考平面移至高频连接线110与120的接头111、121前端。这样所建立的误差模型可以包含网络分析仪100通过高频连接线110与120。待测物130的真实特性可以藉由数学运算的方式，自量测结果中去除误差模型(即系统误差与高频连接线)的影响求得。值得注意的是，在本实施例中，接头111、121的规格包括N_type、3.5mm、2.4mm或GSG等，上述图I仅为示意，本发明不受限制。以双端ロ的向量网络分析仪为例，主要的校正方式包括SOLT、TRL、TRM/LRM、LRRM和SOLR等。虽然校正的方式与校正器(calibrationkits)不同，但所采用的误差模型相同。请參照图2A与图2B,其分别示出了顺向(forward)误差模型与反向(inverse)误差模型的示意图。依照误差项的形式与产生原因，系统的误差项主要包括6种形式指向性误差(directivityerror)、讯号源端匹配误差(sourcematcherror)、负载端匹配误差(loadmatcherror)、反射路径误差(reflectiontrackingerror)、穿透路径误差(transmissiontrackingerror)与串首k差(crosstalkerror)。考虑顺向误差与反向误差两种状况，误差模型可以分为顺向误差模型与反向误差模型，共计12个误差项，其中顺向误差项有6项，反向误差项有6项，如图2A、2B所示。Edf表示顺向指向性误差(forwarddirectivityerror);EDK表示反向指向性误差(,reversedirectivityerrorノ。Esf表不顺Iロ」讯号源端匹配误差(forwardsourcematcherror);ESK表示反向讯号源端匹配误差(reversesourcematcherror)。Eur表示顺向负载端匹配误差(forwardloadmatcherror);Ey；表示反向负载端匹配误差(reverseloadmatcherrorノ。Erf表不顺向反身寸路径误差(forwardreflectiontrackingerror)；Ekk表示反向反射路径误差(reversereflectiontrackingerror)。Etf表示顺向穿透路径误差；(forwardtransmissiontrackingerror);ETR表不反向!穿透路位误差(reversetransmissiontrackingerror)。Exf表不顺向串音误差(forwardcrosstalkerror)；Exe表不反向串首误差(reversecrosstalkerror)。Sn、S12、S21、S22表不待测物的散射參数。在图2A中，Spb1表不待测物对应于第一连接端ロ的入射信号与反射信号，b2表示待测物对应于第二连接端ロ的输出信号。在图2B中，a2、b2表不待测物对应于第二连接端ロ的入射信号与反射信号，h1表不待测物对应于第一连接端ロ的信号。在经由上述实施例的说明后，本领域技术人员应可推知图2A、图2B中的误差项与符号意义，在此不加累述。以SOLT校正法为例，其包括四种校正器短路(Short)、开路(Open)、负载(Load)与穿透(Thru),所以一般简称为SOLT(Short-Open-Load-Thru)校正法。校正的程序分为单端ロ校正程序与双端ロ校正程序，其中单端ロ校正程序利用短路、开路与负载三个校正器进行校正，而双端ロ校正程序则利用短路、开路、负载与穿透四个校正器进行校正。单端ロ校正程序与双端ロ校正程序主要差异在是否进行“穿透”校正器的校正。在校正后，可以建立误差模型，其通常以矩阵的形式表示。当需要使用双端ロ量测时，就必须先进行两个连接端ロ的单端ロ校正程序与使用穿透校正器进行双端ロ校正程序后才能推知所有误差项，然后才能进行待测物的量測。若待测物的两端接头的规格不同，就需要两端不同规格的标准转接校正器来进行校正。例如，当要量测2.4_对3.5_转接器的散射參数时，现有的双端ロ校正程序中需要使用2.4mm对3.5mm的转接枚正器(2.4mmto3.5mmadapterkitorcalled2.4mmto3.5mmThrukit)来进行双端ロ校正。只是，不同接头规格的Thrukit的价格相当昂贵。本实施例提出一种新的量测待测物散射參数的方法，利用两次的单端ロ校正程序所取得的校正參数来就可以算出待测物的散射參数。接下来，以两端具有不同接头规格的转接器(例如3.5mm转2.4mm)为例,进ー步说明本实施例的技术手段。请參照图3A，其示出了本发明ー实施例的第一次单端ロ校正程序示意图。如图3A所示，逐一以短路校正器351、开路校正器352与负载校正器353三个校正器对网络分析仪300的第一连接端ロ301进行单端ロ校正。由于网络分析仪300的第一连接端ロ301连接有高频连接线310，因此校正的參考平面移至高频连接线310的接头311的前端，或是说是參考平面对应于高频连接线310的接头311。若网络分析仪300未连接高频连接线310，则校正平面位于第一连接端ロ301的前端。单端ロ校正的流程可以參照网络分析仪的说明书，在经由上述实施例的说明后，本领域技术人员应可推知其他实施方式，在此不加赘述。在进行第一次的校正程序后，网络分析仪300可以获得第一组校正參数，此校正參数可以利用误差模型表示，如图3B所示，其示出了本实施例的第一组校正參数的误差模型示意图。误差模型360包括顺向指向性误差Edf、顺向讯号源端匹配误差Esf与顺向反射路径误差Ekf。比较图2A与图3B，由于图3B是单端ロ校正的顺向误差模型，因此不需考虑表示顺向负载端匹配误差Eu、顺向穿透路径误差Etf、顺向串音误差Exf以及反向误差项。因为上述未包含的误差项是在双端ロ校正时才需考虑。误差模型360可以用来描述第一连接端ロ301的系统误差，其包括高频连接线310的特性。误差模型360可储存于网络分析仪300中，只要预先载入误差模型360作为校正參数，网络分析仪300便可经由第一连接端ロ301进行单端ロ量测以取得待测物的反射系数(reflectioncoefficient)Sll0值得注意的是，本实施例的待测物例如为3.5mm转2.4mm的转接器，因此高频连接线310的接头规格可以是3.5mm或是2.4mm。本实施例的高频连接线310是以3.5mm接头的连接线为例说明，因此第一次单端ロ校正程序中所使用的短路校正器351、开路校正器352与负载校正器353必须是3.5mm接头的校正器。在本实施例中，第一组校正參数(即误差模型360的误差项EDF、ESF、Ej会被储存起来，然后接下来进行第二次的单端ロ校正程序。如图4A所示，其示出了本实施例的第二次单端ロ校正程序的示意图。在第二次单端ロ校正程序中，转接器430的3.5mm接头431会先被连接至高频连接线310的接头311，然后经由转接器430的2.4mm接头432进行单端ロ校正程序。也就是利用2.4mm接头的短路校正器451、开路校正器452与负载校正器453进行第一连接端ロ301的校正程序。在第二次单端ロ校正程序后，网络分析仪300可以取得第二组校正參数，其误差模型如图4B所示，其示出了第二组校正參数的误差模型示意图。误差模型460同样包括顺向指向性误差E'DF、顺向讯号源端匹配误差E'SF与顺向反射路径误差E'KF。但是第二组校正參数与第一组校正參数的数值是不同。因为在第二次单端ロ校正程序，转接器430被包括在整个量测系统中，+使得參考平面移至转接器的2.4mm接头432前端，所以第二组校正參数中的误差项会包括转接器430的特性与第一组校正參数。也就是说，误差模型460可以用误差模型360加上转接器430的散射參数来表示，如图4B所示。换言之，经由数学运算，自第二组校正參数中去除第一组校正參数便可以求得转接器430的散射參数。上述运算可以利用软件或硬件方式整合在网络分析仪中以便直接由网络分析仪进行数学运算以求得转接器430的散射參数。此外，也可以是将第一组校正參数与第二组校正參数读取至计算机再进行运算求得的。运算的方式可以利用下列方程式进行—Er^EfJEdf-Edf).............⑴S21S12=ちスぶ...............(2)ErfS22=e'sf-^^l..................(3)其中，Sn、S12、S21>S22表不转接器430的散射參数；EDF表不第一组校正參数中的顺向指向性误差(ForwardDirectivityError),E1DF表示第二组校正參数中的顺向指向性误差；Esf表示第一组校正參数中的顺向讯号源端匹配误差(ForwardSourceMatchError),E1SF表示第二组校正參数中的顺向讯号源端匹配误差；EKF表示第一组校正參数中的顺向反射路径误差(ForwardReflectionTrackingError),E1KF表示第二组校正參数中的顺向反射路径误差。因为S參数为复数，故上述方程式⑴中S12S21(即S21XS12)亦为复数的形式，将S21XS12开根号后可得2个复数解，其中一个复数解的角度将非常接近待测物(转接器430)的相位变化，其与待测物大致的物理长度相关。此复数解即为最后正解，也就是待测物的S21与S12，因待测物为互易性(reciprocal)的转接器430，所以S21与S12相同。以下举例说明假设得到频率等于IOGHz时，S12S21等于0.8I310°(值0.8;角度310°)。在开根号得到S21=S12=0.894Z335°or0.894Z155°另假设待测物长度为L=3cm,εr=2,C为光速，带入以下公式估算相位变化X360。=149。CV^r比较以上其一解的复数角度155°，接近此估算的相位变化149°，所以得到S21=S12=0.894Z155°。换句话说，S12,S21的角度与待测物(转接器430)的物理长度相关，可以经由待测物的物理长度去求得正确的数值。在经由上述实施例的说明后，本领域技术人员应可推知方程式的推导方式，在此不加赘述。另外，值得注意的是，在进行第一次单端ロ校正程序与第二次校正程序吋，并不需要载入先前的校正參数(或称为校正档案)。换句话说，本发明的方法就是直接利用两次网络分析仪300的校正程序来获得待测物的所有散射參数，而非利用校正后的网络分析仪300来量测待测物。由上述可知，上述第一次单端ロ校正程序与第二次单端ロ校正程序的顺序可以调换，也就是说可以先取得第二组校正參数后，再取得第一组校正參数。校正參数的取得顺序并不会影响待测物的參数正确性。此外，值得注意的是，待测物必须是具有互易性的元件，例如不同接ロ的转接器，如3.5mm转2.4mm>GSG转3.5mm或N-type转3.5mm等。除了转接器以外,本方法也适用于其他具有互易性的元件，例如电阻、电感或Thru校正器等，在经由上述实施例的说明后，本领域技术人员应可推知其他待测物，在此不加赘述。在本发明另一实施例中，上述图3A与图4A的高频连接线310也可以采用2.4mm的接头，或是转接至GSG探针，这样可以量测不同规格的待测物。只是不同规格的接头或探针需要利用不同的校正器来进行校正，在经由上述实施例的说明后，本领域技术人员应可推知其实施方式，在此不加赘述。经由上述实施方式，本发明可以归纳为ー种量测待测物散射參数的方法，如图5所示，其示出了本实施例的量测待测物散射參数的方法流程图。对网络分析仪的第一连接端ロ进行第一次单端ロ校正程序以取得第一组校正參数(步骤S510)，然后连接待测物的第一接头至第一连接端ロ(步骤S520)，如图4A所示。经由待测物的第二接头，对第一连接端ロ进行第二次单端ロ校正程序以取得參考平面对应于待测物的第二接头的第二组校正參数(步骤S530)，然后对第一组校正參数与第二组校正參数进行运算以取得对应于待测物的散射參数(步骤S540)。步骤S540中的计算方式如上述方程式(I)、(2)、(3)与其说明，在此不加赘述。上述步骤S510与步骤S520、S530的顺序可以对调，但需要注意的是，在进行步骤S510的校正时，待测物需要先取下以便进行网络分析仪的单端ロ校正。上述量测待测物散射參数的方法的其余细节请參照上述实施例的说明，在经由上述实施例的说明后，本领域技术人员应可推知其实施方式，在此不加赘述。在量测高频转接器时，传统的量测方式需要两组标准的SOLT校正器以及与待测的高频转接器相同接ロ的转接校正器。然后需要使用两组SOLT校正器与转接校正器进行双端ロ校正程序以取得校正參数。之后，在载入校正參数后，才能量测频转接器的散射參数。比较本发明的量测方法与传统技术，本发明仅需要做两次的SOL单端ロ校正，所需要的量测次数较少，可以缩短量测时间。本发明不需要转接校正器，就可以得到待测物的散射參数，所需要的校正元件较少，可以降低校正所需的成本。综上所述,本发明的量测方法不需要转接校正器(如2.4mm转3.5mm的Thru校正器)，只需要两组标准的SOLT校正器，就可量测不同接ロ的高频转接器的散射參数，相当方便。此外，传统的量测方法需要转接校正器与多次的校正程序，本发明的量测方法所需的量测步骤与校正元件较少，可以有效节省量测时间与成本。虽然本发明的较佳实施例已掲示如上，然本发明并不受限于上述实施例，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明所掲示的范围内，可作若干的更动与调整，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。权利要求1.一种量测待测物散射参数的方法，适用于量测具有一第一接头与一第二接头的一待测物，包括对一网络分析仪的一第一连接端口进行第一次单端口校正程序以取得一第一组校正参数；连接该待测物的该第一接头至该第一连接端口以经由该待测物的该第二接头，对该第一连接端口进行第二次单端口校正程序以取得参考平面对应于该待测物的该第二接头的一第二组校正参数；以及对该第一组校正参数与该第二组校正参数进行运算以取得对应于该待测物的散射参数。2.如权利要求I所述的量测待测物散射参数的方法，其中该待测物为一转接器，且该第一接头与该第二接头的规格不同。3.如权利要求I所述的量测待测物散射参数的方法，其中在对该第一组校正参数与该第二组校正参数进行运算以取得对应于该待测物的散射参数的步骤还包括利用下列方程式计算该待测物的散射参数^—_Edf—Edf_ERF+ESF[EDF—EDF)OO_E^(I-EsfSu)2^21^12一J7c_J7'ESFSnS12°22_i^SF~λρο其中，Sn、S12、S21、S22表示该待测物的散射参数；Edf表示该第一组校正参数中的顺向指向性误差，!^表示该第二组校正参数中的顺向指向性误差；ESF表示该第一组校正参数中的顺向讯号源端匹配误差，E'…表示该第二组校正参数中的顺向讯号源端匹配误差出吧表示该第一组校正参数中的顺向反射路径误差，E'KF表示该第二组校正参数中的顺向反射路径误差。4.如权利要求I所述的量测待测物散射参数的方法，其中在对该第一组校正参数与该第二组校正参数进行运算的步骤包括经由运算自该第二组校正参数中去除该第一组校正参数以取得该待测物的散射参数。5.如权利要求I所述的量测待测物散射参数的方法，其中在对该网络分析仪的该第一连接端口进行第一次单端口校正程序以取得该第一组校正参数的步骤还包括利用适用于该第一连接端口的一第一短路校正器、一第一开路校正器与一第一负载校正器对该网络分析仪进行单端口校正程序。6.如权利要求5所述的量测待测物散射参数的方法，其中在对该第一连接端口进行第二次单端口校正程序的步骤还包括利用适用于该待测物的该第二接头的一第二短路校正器、一第二开路校正器与一第二负载校正器对该网络分析仪进行单端口校正程序。7.如权利要求I所述的量测待测物散射参数的方法，其中该第一组校正参数包括三个系统误差项，上述三个系统误差项包括一顺向指向性误差、一顺向讯号源端匹配误差与一顺向反射路径误差。8.如权利要求I所述的量测待测物散射参数的方法，其中该第二组校正参数包括三个系统误差项，上述三个系统误差项包括一顺向指向性误差、一顺向讯号源端匹配误差与一顺向反射路径误差，其中这些系统误差项包括该待测物的特性。9.如权利要求I所述的量测待测物散射参数的方法，其中该网络分析仪是在未载入校正参数的状态下进行第一次单端口校正程序与第二次校正程序以取得该第一组校正参数与该第二组校正参数。全文摘要本发明提供一种量测待测物散射参数的方法，可以在不需要使用转接校正器进行全双端口校正的情况下量测两端具有不同接头规格的待测物散射参数。本发明利用两次的单端口校正程序，建立两个误差模型，其中第一个误差模型包括网络分析仪的连接端口与接线的特性，第二个误差模型则还包括待测物的特性。所以，自第二个误差模型中移除第一个误差模型的参数后便可得到待测物的特性。文档编号G01R27/28GK102841261SQ20111018874公开日2012年12月26日申请日期2011年7月6日优先权日2011年6月22日发明者文圣友申请人:纬创资通股份有限公司