Microwave Methods for Interferometric Measurements

Interferometrická mikrovlnná měření mohou najít uplatnění v celé řadě aplikací jako jsou měření malých fázových rozdílů, měření vysokých impedancí nebo nedestruktivní testování. Ačkoliv jsou interferometrická měření dobře známá například z optiky, v mikrovlnné technice mají svá specifika. Jak ukazují různé práce publikoavné v nedávné době, je zde několik nevyřešených problémů týkající se interferometrických měření. Jedním z takových problémů je přítomnost systematických chyb, která je v řadě prací opomíjena a systémy jsou považovány za ideální. S tím souvisí i fakt, že nebyly vyvinuty vhodné kalibrační techniky a vhodné kalibračních standardy pro taková měření. V případě přesného měření fází zcela chybí metodika pro absolutní měření, protože doposud publikované práce používaly interferometrické systémy jen pro relativní měření. Cílem této disertační práce je vyřešit problém absolutního měření pro přesné měření fází, analyzovat systematické chyby použitých systémů a navrhnout vhodnou kalibrační/korekční techniku pro odstranění těchto systematických chyb. Tyto cíle jsou v práci systematicky řešeny, od základních rozborů a analýz systémů s idealizovanými parametry, přes rozbor systematických chyb, díky němuž bylo možné navrhnout zcela speciální kalibrační techniku, která využívá frekvenčně závislých modelů pro kalibrační standardy a vyhodnocuje měřená data přes celé kmitočtové pásmo zároveň narozdíl od běžných kalibračních technik. Navržená kalibrační technika byla experimentálně ověřena pomocí interferometrického systému ve frekvenčním pásmu 8 ÷ 10 GHz. Výsledky prokázaly, že navržená technika umožňuje kalibraci interferometrického systému pro přesné měření fází. Dále bylo ukázáno, že nejhorší případ nejistoty měření s takto zkalibrovaným systémem je téměř dvakrát menší v porovnání s přímým měřením pomocí vektorového obvodového analyzátoru. Klíčová slova Interferometrické měření, měření fází, kalibrační techniky, vektorový obvodový analyzátor

[1]  K. F. Sodomsky,et al.  An Explicit Solution for the Scattering Parameters of a Linear Two-Port Measured with an Imperfect Test Set (Correspondence) , 1971 .

[2]  S. Rehnmark,et al.  On the Calibration Process of Automatic Network Analyzer Systems (Short Papers) , 1974 .

[3]  G. F. Engen,et al.  Thru-Reflect-Line: An Improved Technique for Calibrating the Dual Six-Port Automatic Network Analyzer , 1979 .

[4]  Andrea Ferrero,et al.  QSOLT: A New Fast Calibration Algorithm for Two Port S Parameter Measurements , 1991, 38th ARFTG Conference Digest.

[5]  R. Marks.  A multiline method of network analyzer calibration , 1991 .

[6]  K. Silvonen.  A general approach to network analyzer calibration , 1992 .

[7]  A. Ferrero,et al.  Two-port network analyzer calibration using an unknown 'thru' , 1992, IEEE Microwave and Guided Wave Letters.

[8]  Douglas L. Maskell,et al.  A high accuracy microwave ranging system for industrial applications , 1993 .

[9]  Andreas Stelzer,et al.  A microwave position sensor with sub-millimeter accuracy , 1999, IMS 1999.

[10]  N. Ridler,et al.  Propagating S-parameter uncertainties to other measurement quantities , 2001, 58th ARFTG Conference Digest.

[11]  Ulrich Stumper.  Influence of TMSO calibration standards uncertainties on VNA S-parameter measurements , 2003, IEEE Trans. Instrum. Meas..

[12]  U. Stumper.  Influence of Non-Ideal TRL Calibration Items on VNA S-Parameter Measurements , 2004, 2004 Conference on Precision Electromagnetic Measurements.

[13]  B. D. Hall,et al.  Using uncertain complex numbers with VNA measurements , 2008, 2008 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest.

[14]  A. Omar,et al.  Phase Measurement of RF Devices Using Phase-Shifting Interferometry , 2008, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.

[15]  K. Hoffmann,et al.  A simple method for extreme impedances measurement - experimental testing , 2008, 2008 72nd ARFTG Microwave Measurement Symposium.

[16]  L.-P. Schmidt,et al.  Absolute Phase-Based Distance Measurement for Industrial Monitoring Systems , 2009, IEEE Sensors Journal.

[17]  Ulrich Stumper,et al.  Influence of Nonideal Calibration Items on S-Parameter Uncertainties Applying the SOLR Calibration Method , 2009, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement.

[18]  Michael D. Janezic,et al.  Quantitative Permittivity Measurements of Nanoliter Liquid Volumes in Microfluidic Channels to 40 GHz , 2010, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement.

[19]  K. Hoffmann,et al.  Contactless distance measurement method , 2011, 77th ARFTG Microwave Measurement Conference.

[20]  T. Rozzi,et al.  Broadband Scanning Microwave Microscopy investigation of graphene , 2011, 2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposium.

[21]  K. Hoffmann,et al.  A Method for Direct Impedance Measurement in Microwave and Millimeter-Wave Bands , 2011, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.

[22]  M. Příhoda,et al.  Precise microwave measurement of liquid level , 2012, 79th ARFTG Microwave Measurement Conference.

[23]  M. Garelli,et al.  A Unified Theory for $S$-Parameter Uncertainty Evaluation , 2012, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.

[24]  M. Randus.  Methods for Measurement of Extreme Impedances , 2012 .

[25]  T. Schrader,et al.  Influence of Different Configurations of Nonideal Calibration Standards on Vector Network Analyzer Performance , 2012, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement.

[26]  Kamel Haddadi,et al.  Interferometric technique for microwave measurement of high impedances , 2012, 2012 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium Digest.

[27]  Stuart O. Nelson,et al.  A Planar Transmission-Line Sensor for Measuring the Microwave Permittivity of Liquid and Semisolid Biological Materials , 2013, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement.

[28]  Kamel Haddadi,et al.  Interferometric technique for scanning near-field microwave microscopy applications , 2013, I2MTC.

[29]  Karel Hoffmann,et al.  Microwave interferometric method for metal sheet thickness measurement , 2013, 81st ARFTG Microwave Measurement Conference.

[30]  Kamel Haddadi,et al.  Three-paths microwave inteferometric system based on a six-port technique , 2013, 2013 European Radar Conference.

[31]  J. Borngraber,et al.  Application of multivariate analysis to gas-phase spectroscopy at 245 GHz , 2014, 2014 39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz).

[32]  P. Kabos,et al.  Near-Field Scanning Microwave Microscopy: An Emerging Research Tool for Nanoscale Metrology , 2014, IEEE Microwave Magazine.

[33]  K. Haddadi,et al.  Interferometer-Based Microwave Microscopy Operating in Transmission Mode , 2014, IEEE Sensors Journal.

[34]  Henri Happy,et al.  Measurement Techniques for RF Nanoelectronic Devices: New Equipment to Overcome the Problems of Impedance and Scale Mismatch , 2014, IEEE Microwave Magazine.

[35]  Karel Hoffmann,et al.  Study of calibration standards for extreme impedances measurement , 2014, 83rd ARFTG Microwave Measurement Conference.

[36]  Gilles Dambrine,et al.  Measurement accuracy and repeatability in near-field scanning microwave microscopy , 2015, 2015 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) Proceedings.

[37]  A. El Fellahi,et al.  Near-field scanning microwave microscope for subsurface non-destructive characterization , 2015, 2015 European Microwave Conference (EuMC).

[38]  Karel Hoffmann,et al.  Calibration/verification standards for measurement of extremely high impedances , 2015, 2015 86th ARFTG Microwave Measurement Conference.

[39]  Kamel Haddadi,et al.  Setting Parameters Influence on Accuracy and Stability of Near-Field Scanning Microwave Microscopy Platform , 2016, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement.