目次 1. S パラメータについて 2. ネットワークアナライザの構造と動作原理 3. 誤差解析と測定確度向上 4. ネットワークアナライザのラインアップと測定例 Page 2

ネットワークアナライザ

の基礎

1950’ 1960’ 1985’ 2010’

１. Sパラメータについて

２. ネットワークアナライザの構造と

動作原理

３. 誤差解析と測定確度向上

４．ネットワークアナライザの

ラインアップと測定例

目次

1. Sパラメータ

伝送・反射測定における振幅変化を測定

入射信号 反射信号 伝送信号

反射係数

DUT

伝送係数

B _R R A

A/R

B/R

Sパラメータの定義（順方向特性）

V i Vr Vt

Z

₀ 入射波 反射波 伝送波

（順方向の反射係数）

入射波電圧

反射波電圧

Γ

V

V

i r 11









_

_

_

S

（順方向の伝送係数）

入射波電圧

伝送波電圧

















i t 21

V

V

S

特性インピーダンスで終端 S11 S12 S21 S22 ポート１ _ポート2 DUT

Sパラメータの定義（逆方向特性）

V i Vr Vt 0 Z 入射波 反射波 伝送波

（逆方向の伝送係数）

入射波電圧

伝送波電圧

















i t 12

V

V

S

特性インピーダンスで終端 S11 S12 S21 S22 ポート１ ポート2

（逆方向の反射係数）

入射波電圧

反射波電圧

Γ

V

V

i r 22









_

_

_

S

DUT

Sパラメータの定義













22

21

12

11

S

S

S

S

ij

S

入力ポート 出力ポート : : j i

番号の付け方

ポート1 ポート2 右にある番号が入力

Sパラメータの特長

高周波で測りやすい

• DUTを特性インピーダンスで終端して測定できるため、発振や過電

流等の問題が少なく、安定した測定ができる

• ネットワークアナライザを使用した測定が可能

直感的でわかり易い

• パラメータがゲイン、ロス、反射などの物理パラメータを表してい

る

回路網解析に使用し易い

• H,Y,Z,Fパラメータなど他のパラメータに変換できる

dB

)

|

(|

20log

Gain/Loss



₁₀

S

₂₁

dB

)

|

(|

20log

-Loss

Return



₁₀

S

₁₁

Sパラメータの活用例

高周波増幅器の整合回路の開発

• 利得、NF、消費電流、発振抑制等の様々なトレードオフを考慮する必要あり

• 増幅器、アンテナ、フィルタの正確なSパラメータもとにスミスチャートを

駆使して最適な整合回路を設計

 

S

出力

整合回路

増幅器

入力

整合回路

 

S

 

S

Sパラメータの活用例

高速デジタル伝送評価や波形の観測点移動

Sパラ

パッケージ ＆基板 Sパラ ケーブル Keysightオシロスコープ Infiniisim オプション

信号源 Z0 ロード 信号分離 （テスト・セット） 検波器と受信器 プロセッサ と デイスプレイ 入射波 反射波 伝送波 DUT 1 2 3 4

ネットワーク・アナライザ

4つのブロック

信号源



システムに信号を供給



周波数／パワーを掃引



現在販売されているアナライザのほとんどはシンセサイザに統一

シンセサイザ内蔵

1

スプリッタ



抵抗性 (損失)



無方向性



広帯域

入射基準信号の測定

-6 dB 50 W 50 W -6 dB

方向性結合器



方向性あり



低損失



アイソレーション、方向性が良好



低周波域での測定が困難

デバイスへの入力信号 基準用の信号 2

信号分離

基準用の信号 デバイスへの入力信号

2

方向性(dB)＝アイソレーション(dB)－結合係数(dB)

方向性結合器：入射波と反射波を分離

ネットワーク・アナライザの基本構成

S

₁₁

(反射) = A/R

S

₂₁

(伝送) = B/R

基準信号

R

反射信号

A

信号源 方向性結合器または パワースプリッタ 方向性結合器 DUT 伝送信号

B

Z₀ ロード 方向性結合器

Sパラメータ・テストセット

PNAの例：

IF フィルタ（IF Bandwidth）について

掃引時間：遅くなる ノイズ：小さくなる(高ダイナミックレンジ) IFBWを絞ると入力ノイズ レベルも下がります。 掃引時間：速くなる ノイズ：大きくなる(低ダイナミックレンジ) 10 Hz IFBW 30 kHz IFBW f 測定ポイント周波数以外の ノイズ成分をカットしながら掃引 R2 B A R1 Port1 Port2 IFBWを広くする IFBWを狭くする トレードオフ RF LO IF IFBW レシーバー・ ブロック

データ表示

4 IF フィルタ IF = F _LO ± F _RF RF LO ADC / DSP

測定フォーマット

振幅系

LogMag(dB)=

LinMag

SWR（Standing Wave Ratio)

インピーダンスなど値をdB 以外の単位で読みたい時

)

(

log

20

₁₀

Sab

測定フォーマット

位相系

Phase

Positive Phase

Expand Phase

Group Delay

0から360度へ折り返し -180から180度へ折り返し 郡遅延＝ Δ周波数 Δ位相 折り返しなし

測定フォーマット

ベクトル系

Smith

Polar

Real

Imag

選択したフォーマットでマーカー値 が表示されます。 チャート上のトレース表示は変化 しませんが、データ保存の際の形 式が変わります。

３. 誤差解析と測定確度向上

S

₁₁ M

S

₁₁ A

A

B

ソースマッチ

ロードマッチ

クロストーク

方向性

DUT

R

終端 アダプタ DUT システムの方向性 （最悪ケース） 28 dB 17 dB 14 dB APC-7 to SMA (m) SWR:1.06 APC-7 to N (f) + N (m) to SMA (m) SWR:1.05 SWR:1.25

APC-7 to N (m) + N (f) to SMA (f) + SMA (m) to (m) SWR:1.05 SWR:1.25 SWR:1.15 APC-7 から SMA (m)への変換 カプラの方向性 = 40 dB 方向性による信号 希望測定信号 アダプタからの反射 DUT のコネクタ： SMA (f)

誤差の要因:再現性のある誤差

:システマティック測定誤差

例：

アダプタの反射による影響

A

B

ソース

マッチ：Ｅ

_Ｓ

_{ロードマッチ：Ｅ}

_Ｌ

クロストーク：Ｘ

_Ｃ

方向性：Ｅ

_Ｄ

DUT

周波数応答



反射トラッキング (A/R)：Ｅ

_ＲＴ 

伝送トラッキング (B/R)：Ｅ

_ＴＴ

R

２ポートデバイス測定では、順方向

6

つ、逆方向

6

つの合計１２ターム誤差を測定

システマティック測定誤差



反射 Ｅ

_Ｒ 

伝送 Ｅ

_Ｔ

主たる2つの誤差補正:

●レスポンス校正 (正規化)



シンプル



トラッキング誤差のみの補正



基準トレースをメモリーに保存し、



データをメモリー値で割る

●ベクトル誤差補正：

高精度



より多くの標準器が必要



位相測定が必要



システマティック誤差の全ての要因を評価

S

₁₁ M

S

₁₁ A LOAD 1-PORT 2-PORT THRU SHORT OPEN OR OR THRU

誤差補正の種類

SHORT OPEN

ED = 方向性 ERT = 反射測定のトラッキング ES = ソースマッチ S11M = 測定値 S11A = 真値 S11_M ES S11A E_RT E_D 1 RF in エラーアダプタ

・システマティック誤差が既知なら、真の

Sパラメータが求まる

・3つの標準器 (open, short, Z

₀

load) により

3つの誤差が測定される

1ポート誤差モデル（反射）

S11Aを解くための3つの方程式と3つの未知数がある

A S A RT D M

S

E

S

E

E

S

11

1

11

11









１ポート校正

Port1 Port2

Reflection (反射)

Open Short Load

・反射測定用

・特性の良いターミネーションが必要

・３つの誤差を除去:

方向性、

ソース・マッチ

反射トラッキング

S11=1Δ 0° S11=1Δ180° S11=0

Ｓパラメータの真値は４つのＳパラメータの関数に なる。 どのＳパラメータを求めるにも順方向と逆方向の 両方のデータが必要になる。 計算式はネットワーク・アナライザの機能に入って いるので、ユーザはこの式を解く必要はありませ ん！ = 順方向方向性 =順方向ソースマッチ = 順方向反射トラッキング = 順方向ロードマッチ = 順方向伝送トラッキング = 順方向アイソレーション ES ED ERT ETT EL EX Port 1 E Port 2 S11 S21 S12 S22 ES ED ERT ETT EL a 1 b 1 A A A A X a 2 b 2

順方向モデル

= 逆方向反射トラッキング = 逆方向伝送トラッキング = 逆方向方向性 = 逆方向ソースマッチ = 逆方向ロードマッチ = 逆方向アイソレーション ES' ED' ERT' ETT' EL' EX' Port 1 Port 2 S11 S S12 S22 ES' ED' ERT' ETT' EL' a 1 b1 A A A EX' 21 A a 2 b 2

逆方向モデル

S _a S _{m E D} E RT S _{m E D} E RT ES E L S _{m E X} ETT S _{m E X} ETT S _{m E D'} E RT ES S _{m E D} E RT ES E L E L S _{m E X} ETT S _{m E X} ETT 11 11 ₁ 22 21 12 1 11 1 22 21 12               ( )( ' ' ' ) ( )( ' ' ) ( )( ' ' ' ) ' ( )( ' ' ) S _a S _{m E X} ETT S _{m E D} E RT ES E L S _{m E D} E RT E S S _{m E D} E RT ES E L 21 21 22 1 11 1 22   1        ( )( ' ' ( ' )) ( )( ' ' ' ) ' ( )( ' ' ) E L S m E X ETT S _{m E X} ETT 21  12  ' S E S E ( ' )( ( ' )) ( )( ' ' ' ) ' ( )( ' ' ) m X ETT m D E RT E S E L S _{m E D} E RT ES S _{m E D} E RT ES E L E L S _{m E X} ETT S _{m E X} ETT S _a 12 ₁ 11 1 11 1 22 21 12 12           ( ' ' )( ( S _{m E D} E RT S _{m E D} E RT S _a 22 1 11 22  ) ' ( )( ' ' ) S _{m E D} E RT ES E L S _{m E X} ETT S _{m E X} ETT 11  _ 21  12     E S S m E D E RT E S E L E L S _{m E X} ETT S _{m E X} ETT )( ' ' ' ) ' ( )( ' ' ) 1 22   21  12  1 

2ポート誤差モデル

フル２ポート校正

Port1 Port2

Reflection (反射)

Open Short Load Port1 Port2

Transmission (伝送)

Thru

・最高確度

・以下の誤差を除去:

方向性、

ソース・マッチ

ロード・マッチ

反射トラッキング

伝送トラッキング

4ポート誤差モデル

Ed : Ed1,Ed2,Ed3,Ed4 Ex : Ex21,Ex31,Ex41 Ex12,Ex32,Ex42 Ex13,Ex23,Ex43 Ex14,Ex24,Ex34 Es : Es1,Es2,Es3,Es4 El : El21,El31,El41 El12,El32,El42 El13,El23,El43 El14,El24,El34 Er : Er1,Er2,Er3,Er4 Et : Et21,Et31,Et41 Et12,Et32,Et42 Et13,Et23,Et43 Et14,Et24,Et34 Ed1 Es1 1 Er1 El21 El41 El31 Ex21 Et21 Port 1 Port 2 Port 3 Port 4 Et41 Et31 Ex41 Ex31 ４８タームの誤差要因

電子校正モジュール(ECal)

温度湿度の影響を低減するため、チップは密閉されたケースに入れられ、コネクタまでの 経路も温湿度特性のよい特殊なものが用いられている チップ上に形成されたECal MMIC（モノリシックマイクロ波 集積回路） 温度、湿度変化に対し安定し た特性が得られる設計

基準面

標準器が接続された所が基準面と定義される

(反射 または伝送)

可能な限りDUTに近い所に設置する

校正後の理想的な特性 :

• オープンの反射 = 1∠0°

• ショートの反射 = 1∠180°

• インピーダンス = Z

₀ 基準面 DUT アダプタ アダプタ Port1 Port2 ０Ω ショート 50Ω ∞Ω オープン

校正の検証

校正を終えた後、使用した校正キットを再び接続し、校正されていることを確認します。

Open

Short

Load

_Thru

<±0.1dB <-30～-40dB <±0.1dB <±0.1dB

捕捉：メカニカル校正キットの注意点

校正後、校正キットのオープンとショートを

測定したら

…

校正キットのオフ セット・インダクタ ンス成分により、 点にはならない 校正キットのオフ セット容量成分 により、点にはな らない

オープン

ショート

標準校正キットのデータ

校正標準器には、高精度な校正データが添付されている

周波数依存の３次多項式の係数で定義

オープン

ショート

基準面 基準面

携帯型

箱型

モジュール型

５.ネットワークアナライザのラインアップと測定例

ENAシリーズ

テストコストを削減 5 Hz to 20 GHz ＋ 1スロットPXIネッ トアナ (M937xA) 300 k to 26.5 GHz 高性能PXIネット アナ (M9485A) 10 M to 9 GHz FieldFox いつでもどこでも高精 度測定 30 k to 50 GHz

PNAシリーズ

最高性能を実現 300 k to 1.1 THz 幅広いラインナップからお選びいただけます

Keysight

箱型ネットアナのラインナップ

最高水準の信頼性

ENAシリーズ

テストコストを削減

PNAシリーズ

最高性能を実現

PNA-L

低価格のマイクロ波ネットアナ 300 k to 8.5/13.5/20 GHz 10 M to 43.5/50 GHz

PNA

高性能マイクロ波ネットアナ 10 M to 13.5/26.5/43.5/50/67 GHz Up to 1.1 THz with extenders

PNA-X

業界最高水準ネットアナ 10 M to 8.5/13.5/26.5/43.5/50/67 GHz Up to 1.1 THz with extenders E5063A E5061B 5 Hz to 3 GHz E5071C 9 k to 20 GHz E5072A 30 k to 8.5 GHz E5080A 9 k to 9 GHz  ワイヤレスRF部品  大量生産の製造ラ イン向け  高速デジタル通信  低周波-高周波部品  CATV向け75Ω部品  アンプなどの部品評価  計測、校正ラボ  アンテナテスト  超広帯域な部品評価  ワイヤレスミリ波通信  ラックシステムの数ある測 定器の機能を1台で実現。  アクティブ部品の線形、非 線形の完全な特性評価。 ミリ波ソリ ューション Up to 1.1 THz PNA-X レシーバ  シンプルなSパラ測定  シグナル・インテグリティ  材料測定 高速伝送路のデ バックに最適 （TDR機能)

高速デジタル向け ケーブルアセンブリ

ネットワーク・アナライザの用途

ポート数、測定の複雑さの広がり

試料のポート数 測定の複雑さ アンテナ パワーアンプ ケーブル コネクタ ミキサ MIMOアンテナ SAW デュプレクサ デュプレクサ カプラ 4 基地局 フィルタ 基地局アンテ ナ PA + デュプレ クサ (PAD) フロントエン ドモジュール 携帯端末用アンテナス イッチモジュール 多ポート スイッチ TMA LNA コンバータ 携帯端末用 アンテナ フェーズドアレ イアンテナ・ス マートアンテナ 1

Interconnects

ネットワーク・アナライザの用途

ポート数、測定の複雑さの広がり

測定の複雑さ Antenna PA Cable Connector Adaptor Mixer MIMO Antenna SAW Duplexer (dual-band) Duplexer Coupler Diplexer BTS Filter Multi-band BTS Antenna PA + Duplexer (PAD) FEMiD Antenna Switch Module SPnT SW TMA LNA Converter Handset Antenna Phased Array Antenna / Smart Antenna

PXI VNA (M9485A)

PXI VNA (M937X) 箱型ネットアナ (PNAシリーズ) 箱型ネットアナ (ENAシリーズ) 箱型 or モジュール型ネットアナ＋ スイッチマトリックス

1）14GHzバンドパスフィルタ測定例

2）Low Noise Amp測定例

Gain,RL特性

Gain特性

AM-PM変換特性

3）基板の電源ラインのインピーダンス測定例

DC-DCコンバータをIC負荷ボードに接続、電源を５V印可

DC-DCコンバータの働きで 低周波のインピーダンスが 3.3Vout 5Vin Vref PWM + -C L 1.2uH 180uF Cout 1uF

4）USB Type-Cケーブル測定例

12ポート、15GHzのマルチポートSパラ測定

– コンプライアンス試験で必要な全ての必 須試験項目が一度の接続で測定可能！ • 周波数ドメイン（Sパラメータ） • 時間ドメイン（TDR) – 測定手順書（MOI）と設定ファイルが以 下からダウンロード可能！設定、校正、 測定が簡単にできます。 www.keysight.com/find/ena-tdr_compliance

１. Sパラメータについて

２. ネットワークアナライザの構造と

動作原理

３. 誤差解析と測定確度向上

４．ネットワークアナライザの

ラインアップと測定例

まとめ

キーサイトの有償教育コース

• 集合形式トレーニングコース • 弊社横浜オフィスにて定期開催。実機を用いた実践 的なコースとなります。 www.keysight.co.jp/find/training • スタートアップトレーニング • 製品購入時の取り扱い説明トレーニング。納品させ ていただいたお客様の現場にて実際に使われる方に 納入させていただいた製品でトレーニングを行いま す。 • オンサイトトレーニング • お客様のご希望によりオンサイトにてのトレーニン グを実施することが可能です。お客様のご要望をと りいれたトレーニングが実施可能です http://literature.cdn.keysig ht.com/litweb/pdf/5990-7268JAJP.pdf ネットワークアナライ ザの集合形式トレーニ ングは次回は2月、4月、 5月に予定されており ます