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(1)

計測の基礎セミナ

RF/マイクロ波コース

ネットワーク・アナライザの基礎

(2)

(3)

0

(4)

1

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 1

Schedule

•ネットワークアナライザセミナ

•測定器を使った実習（ハンズオン）

•質疑応答

(5)

2 セミナー内容

１章　ネットワーク測定とは

２章

　

ネットワークアナライザの測定結果表示とその意味

３章　ネットワークアナライザの構造と動作原理

４章　

ネットワーク・アナライザの基本的な使い方

５章　誤差の要因

６章　誤差補正

７章　

タイムドメイン

(6)

3 1章

(7)

4

Network　Analyzer　Basics

15/10/21 Agilent Restricted Page 4

伝送測定

利得・損失 Sパラメータ S21,S12 群遅延伝送係数挿入位相 T,t

反射測定

SWR 定在波比 Sパラメータ S11,S22 反射係数インピーダンス・アドミタンス R+jX, G+jB リターンロス G, r

入射信号

反射信号

伝送信号

R

_B

A

DUT（Device　Under　Test)：被測定物

高周波デバイスの特性評価

ネットワーク解析とは、回路網の反射、伝送特性を測定すること

入射信号と反射信号の

位相と振幅の変化

入射信号と伝送信号の

位相と振幅の変化

高周波、RFまたはマイクロ波デバイスの線形評価は、2つの基本テストに分けられます。一つはDUTに高周波正弦波信号を入射した場合、反射される信号がどのように変化するのか。もう一つはDUTに高周波正弦波信号を入射した場合、デバイス内部を伝送した信号がどのように変化するのかを測定します。反射測定と伝送測定のどちらも、入射信号がDUTから反射される、もしくはDUTを通過することにより信号の振幅と位相がどのように変化しているかを測定します。（変化とは、振幅が何倍になったのか、位相が何度回っているかという事を意味します。）信号の振幅と位相の変化を測定すれば、その結果を元に演算を行うことでさまざまなフォーマット（Sパラメータ、SWR、挿入損失等）でDUTの特性を表現する事ができます。それぞれのフォーマットは、ＤＵＴの特性を様々な観点から表現するために使用されます。

(8)

5 信号の位相と振幅のベクトル表記

•ベクトルの長さは信号の振幅

•ベクトルの角度は信号の位相

θ

Mag

0°

180°

90°

270°

O A B

_ｔ

ネットワーク測定では、入射信号としてサイン波の電気信号を用います。一般的に知られているようにサイン波は、振幅と位相の情報を持ちます。ここで、サイン波のベクトル表記についてふれておきます。図のように線分OAが中心Oの周りを一定の速さで回転している時、垂線ABの長さの時間変化がサイン波です。従って、図中の赤いベクトルの長さは信号の振幅、回転している角度が信号の位相情報を表しています。

(9)

6 DUTでの振幅の変化を測定

入射信号

反射信号

伝送信号

反射測定

DUT

　伝送測定

B

_R

R

A

入射信号と反射信号の振幅比

A/R

入射信号と伝送信号の振幅比

B/R

振幅とは、信号の波の大きさです。高周波デバイス測定ではDUTへ入射した信号がDUTで反射、もしくはDUTを通過することにより、振幅と位相がどのように変化するのかを測定するということは既に説明しました。振幅に関しては、入射信号の振幅に対して反射信号及び、伝送信号の振幅が何倍になるかを測定します。上記のスライドのように、入射信号の振幅をR、反射信号の振幅をA、伝送信号の振幅をBとした場合、ネットワーク測定で必要な情報はこれらの値の比を取ったA/R及びB/Rの値ということになります。

(10)

7 伝送測定における

DUTでの位相の変化を測定

入射信号

DUT

入射信号と伝送信号の位相差0°

①

②

一周期は360° 1/2周期 入射信号と伝送信号の位相差180° 上記のスライドでは、入射された信号がDUTを通過することにより、位相がどのように変化しているかを示してます。 ①の例では、DUTへ入射している信号の位相は全く変化せずにそのまま出力されています。この場合、測定される位相の変化は0°です。 ②の例では、DUTの内部で1/2周期分の位相が回転しています。DUTへ入射される信号と、出力される信号の位相差は、1周期が360°ですから、DUTを通過する事により180°位相が変化しているといえます。高周波デバイスの伝送測定では、このようにDUTを信号が通過する事により変化する位相量を測定します。

(11)

8 反射測定における

DUTでの位相の変化を測定

入射信号

反射信号

DUT

一周期は360° ¼周期 ½周期 入射信号と反射信号の位相差0° 入射信号と反射信号の位相差90° 入射信号と反射信号の位相差180° 次に反射信号の位相について見てみます。DUTへ入射された信号は、位相が変化した信号として反射されます。位相が変化する量はDUTのインピーダンス特性に依存します。 ①の例では、DUTへ入射している信号の位相は全く変化せずにそのまま反射されています。この場合位相の変化は0°です。 ②の例では、1/4周期分波形が移動していることが解ります。1周期が360°ですから、DUTをで反射される事により90°位相が変化しているといえます。同様に③の例では、入射した信号が1/2周期分、つまり180°の位相が変化した状態で反射されています。高周波デバイスの反射測定では、このようなDUTによって信号が反射されることにより変化する位相量を測定します。

(12)

9 ２信号の振幅と位相の変化を表すベクトル

入射波

＊ベクトル

AとBの比S

_xx

は

・２つのベクトルの振幅の比

・２つのベクトルの位相差

を示す。

入射波

_{反射波もしくは伝送波}

2信号の振幅と位相変化を求める場合、２信号のベクトルの比を計算します。これは２つのベクトルの割り算（比を取る）の結果は、２つのベクトルの振幅及び位相差の情報を持つベクトルとなるためです。上記のスライドに示されるように、・Aのベクトルの振幅がMag（A）、振幅がθ1 ・Bのベクトルの振幅がMag（B）、振幅がθ2 の場合、２つのベクトルの比をとった結果のベクトルCは、・振幅：ベクトルAとベクトルBの振幅の比(=MAG(B)/MAG(A)) ・位相：ベクトルAとベクトルBのの比(=θ2-θ1) となります。つまり、ベクトルAがDUTによってベクトルBに変化した場合、ベクトルAとBの比であるベクトルS_xx は、振幅が何倍になったか、位相が何度回ったかを教えてくれます。計算例：・ベクトルA=0.4∠20° ・ベクトルB=0.8∠50° →ベクトルC=2∠30° ⇒振幅が２倍で、位相が30°回っている。

(13)

10 ベクトルは実部と虚部の和としても表現される

jb

a

実軸

虚軸

θ

Mag(S

xx

)

ベクトル

S

xx

ベクトル

S

xx

=MAG(C)∠θ

　　　　　=

a+jb

ただし、

a=Mag(Sxx) x cosθ

　　　b=Mag(S

xx

) x sinθ

ベクトルであるSパラメータは、振幅と位相という表現方法だけでなく、実部(Real Part)と虚部 (Imaginary Part)の和としても表現できます。

一般的にはS_xx=a+jbという形で表現され、a=Mag(S_xx) x cosθを実部、b=Mag(S_xx) x sinθを虚部と

呼びます。

(14)

11 DUTの特性は位相と振幅から計算できる（反射測定）

実軸

反射特性を示すベクトルS11

反射係数Γ

=

|S11|

∠

θ

jb

a

虚

軸

θ

|S11|

リターンロス

=20log

|S11|

Sパラメータ=

a

+

jb

SWR定在波比=

(1+|S11|)/(1-|S11|)

DUTのインピーダンス＝[(

a

+

jb

)-Z0 ]/ [(

a

+

jb

)+Z0 ]

入射信号と反射信号の振幅と位相の変化を示すベクトルS11の振幅と位相がわかれば、後は計算をするだけでDUTの特性を示す様々な形式（フォーマット）で表現することが可能です。後のスライドで各パラメータの詳細な意味をご説明しますが、ここでは“DUTで変化する位相と振幅を測定すれば様々なDUTの特性が解る”という事だけを理解してください。

(15)

12 DUTの特性は位相と振幅から計算できる（伝送測定）

伝送特性を示すベクトルS21

jb

a

虚

軸

θ

|S21|

実軸

伝送係数

T=

|S21|

∠

θ

損失・利得

=20log

|S21|

Sパラメータ=

a

+

jb

挿入位相＝

θ

群遅延

=-d

θ

/dw

伝送測定でも同様に、入射信号と伝送信号の位相と振幅の関係が解れば、DUTの様々な特性を表示することが可能です。各パラメータは、位相と振幅の情報のみを元に計算されていることを理解してください。

(16)

13 入射信号

反射信号

伝送信号

DUT（Device　Under　Test)：被測定物

Port1

Port2

ネットワークアナライザとは？

・入射信号に対する反射信号の位相と振幅の変化を測定・入射信号に対する伝送信号の位相と振幅の変化を測定・これらのデータをもとに、様々な表現方法でDUTの特性を表示する ネットワークアナライザとは、入射信号に対する、反射信号もしくは伝送信号を測定し、振幅及び位相がDUTでどのように変化したかを測定する物です。ネットワークアナライザは内部に信号源を持ち、DUTへの入射信号を出力します。上記のスライドの例では、Port１より信号を出力しています。 DUTから反射された信号は、またPort１へ戻り、測定されます。 DUTを通過した伝送信号はPort２へ到達し測定されます。 DUTへ入射した信号と、測定された信号の比を取ることにより、DUTで変化した振幅及び位相の情報を得ます。 DUTで変化した振幅及び位相の測定結果を元に、ネットワークアナライザ内部で演算を行い、様々なフォーマットでのDUTの特性をディスプレイに示します。

(17)

14 ２章

(18)

15 入射

反射

反射係数

入射

伝送

伝送係数

=

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 15 それぞれのポートに信号を入力すると、反射、伝送信号はどうなるでしょうか？

DUT

1 2 Incident Reflected t Coefficien Reflection Incident d Transmitte t Coefficien on Transmissi = =

2ポート・デバイスの特性評価

デバイスの線形特性を求める場合、知りたい情報はごく単純です。DUTに正弦波信号が入射した場合、どれだけの信号がデバイスから反射され、どれだけの信号がデバイスを通って伝送されるでしょうか。図の矢印で示すように、この2ポート・デバイスには4つの可能性があります。これら4つのパラメータがわかれば、このデバイスの線形動作を完全に記述できます。 nポート・デバイスの場合、各ポートに1つの反射係数と、それぞれのポート対ポートに2方向の伝送係数が存在します。

(19)

16

15/10/21 Agilent Restricted

Page 16

S

_{2 1}

Signal Measured Here

(DUTからの出力ポート番号)

Signal Incident Here

(DUTへの入力ポート番号)

反射測定

=

同じポート番号

;

S

11

, S

22

伝送測定

=

違うポート番号

;

S

21

, S

12

Sパラメータの表記

これらの反射係数と伝送係数を定量化して表現するために、S(散乱)パラメータが定義されました。 Sパラメータを使えば回路から出力または散乱される電圧と、回路の入射電圧との比を、簡単に定量化してまとめることができます。 Sパラメータは常に2つの複素(振幅と位相)量の比となります。Sパラメータの表記では、上記の番号方式によってこれらの量を識別します。最初の数字は、信号が出力されるテスト・デバイス・ポートを表わします。言い換えれば、信号を測定するネットワーク・アナライザのポートです。2番めの数字は、信号が入射されるテスト・デバイス・ポートを表わします。言い換えれば、信号が供給されるネットワーク・アナライザのポートです。例えばSパラメータS11は、デバイスのポート1から出力された信号と、デバイスのポート1に供給された信号との複素数比から得られた測定値であることを示します(反射測定)。

(20)

17 S

₁₁

S

₂₁

DUT

S

₂₂

S

₁₂

Port 1

Port 2

2-ポートデバイスは4つのS-パラメータで全ての特性を表せます。

2ポート・デバイスのSパラメータ

2ポート・デバイスまたは回路には4個のSパラメータがあります。これらのうち2個は、DUTの入力ポートと出力ポートからの反射を表しています。残りの2個は、DUTを通る順方向と逆方向の伝送を表しています。この概念はマルチポート・デバイスにも拡張できます。この場合Sパラメータの数は、ポート数をnとして、nの2乗となります。例えば4ポート・デバイスの場合、Sパラメータの数は16 個です。

(21)

18

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 18 Incident Transmitted Reflected Reflected Transmitted Incident DUT Port 1 Port 2 a1 b₁ b2 a2 S11 S22 S21 S12 b1 = S11 a1 + S12 a2 b2 = S21 a1 + S22 a2

Sパラメータを使用する理由

l 高周波における特性を簡単に得られる。 l 既知の測定 (利得/損失,反射係数)と関連がある。 l カスケード接続回路が簡単に計算できる。 l H, Y, Z パラメータへ変換できる。 l ファイルデータが簡単にCADプログラムに取り込める回路(ネットワーク)の動作をモデル化するために、長年にわたって多くの方法が開発されてきました。H、Z、およびYパラメータやSpiceモデルは、回路動作の視覚化や予測に役だっています。しかし、回路周波数が高くなるとともに、これらのモデルの多くは複雑で扱いにくいものになります。その結果、単純な方法でネットワークをモデル化することが困難になります。 S(散乱)パラメータを使えば、回路からの出力電圧または散乱電圧と、回路の入射電圧との比を簡単に定量化できます。パラメータをカスケード接続*することにより、個々の回路ブロックのモデルを1つにまとめて、システム全体の動作を予測することができます。後で見るように、これらの比の測定は高周波でもそれほど困難ではありません。複素短絡電流や開放電圧といった難しい測定がSパラメータ測定には不要だからです。 Sパラメータは電圧比として定義されるので、利得、損失、反射係数などのおなじみの高周波特性に結果を容易にマッピングできます。H、Y、Zなどのその他のパラメータ形式への変換も簡単です。 Sパラメータはこのように変換が容易なので、今日の多くのシミュレーション/デザイン・ソフトウェア・プログラムへのインポートに最適です。 * アプリケーションノート１５４ ‘Sパラメータデザイン’

(22)

19 アッテネータの

Sパラメータ

20 dB (1.1 SWR) (1.2 SWR) 1

09 .

0 _Ð

_q

3

1 .

0 _Ð

_q

2

05 .

0 _Ð

_q

4

1 .

0 _Ð

_q

S

₂₁

S

₁₂

S

₂₂

S

₁₁ 代表的なデバイスのSパラメータの例をいくつか見てみましょう。ここでは、20 dBアッテネータについて説明します。先に述べたようにSパラメータは電圧比であるため、順方向伝送のSパラメータ S21は当然0.1であり、入射と出力の間に多少の位相シフトが存在します。アッテネータは単なる分圧器にすぎないので、その逆方向伝送特性S12も同様のはずです。アッテネータの設計目標の1 つはZ0への整合性を高めることなので、反射SパラメータS11およびS22は小さい値になります(それぞれ0.09と0.05)。これらの線形比を測定したら、定在波比(SWR)などの別の一般的な形式に変換したり、利得パラメータや損失パラメータとしてdB単位で表わすのは簡単です。

(23)

20

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 20 2N5103 @ 1 GHz

°

Ð18

07 .

0 °

-Ð 166

5 .

0 °

Ð54

3 °

-Ð 63

45 .

0 S

₂₁

S

₁₂

S

₂₂

S

₁₁

トランジスタの

Sパラメータ

トランジスタのSパラメータは、アッテネータのSパラメータとは大きく異なります。順方向のS21は正の整数で、デバイスに利得があることを表します。いっぽう、逆方向ではデバイスに損失があります。反射Sパラメータは、入射信号が大きな割合で反射していることを示します。トランジスタは整合性が低いのが普通で、デバイスの入/出力に信号を接続するには整合回路が必要となります。このことから、この測定を行う意味がわかります。この結果を基にデザイナは、トランジスタ用の整合回路を作成して、結合またはカスケード接続される回路の信号伝達、利得、安定性を最大化することができます。

(24)

21

Page 21

• Log MAG (Insertion Loss)

• Phase

• Delay

•他のフォーマットは特定のアプリケーションで使われる

• Lin MAG

• Real

• Imaginary

S21 (および S12)の一般的な表示フォーマット

DUTで変化する振幅及び位相の情報がわかれば、その情報を元にネットワークアナライザは各フォーマットに自動的に変換して表示してくれます。それぞれのフォーマットの意味を知っておくことはネットーワーク測定において重要です。伝送レスポンス(S21およびS12)の測定にはさまざまな表示フォーマットが使用できますが、広く用いられるのはその内のいくつかだけです。LogMAG、位相(および電気遅延)、群遅延などのフォーマットが広く用いられます。その他のフォーマット・オプションも使用できますが、通常は特定の測定アプリケーションにしか用いられません。例えばLinearMAGフォーマットは、伝送係数の大きさを単位なしで表示するもので、DUTの時間ドメイン・レスポンスの測定に使用します。なお、DUTを通る伝送測定の場合、SWRフォーマットやスミスチャート等の有効な使用法はありません。

(25)

22 S

₂₁

同軸ケーブル

周波数 = 30 kHz to 3 GHz

一般的な

S21 フォーマット表示の例

伝送測定(S21またはS12)に役立つフォーマットについて知るために、この理想同軸ケーブルの S21測定について検討します。低周波ではケーブルの挿入損失と電気位相長はわずかですが、周波数が高くなるにつれてケーブルの挿入損失が増加します。この例では、30 kHz～3 GHzの範囲の周波数を掃引し、測定したS21を複数の異なる表示フォーマットで表示します。

(26)

23 S

₂₁

測定の

Log MAG フォーマットが表示するのは

利得、挿入損失

CH1 S21 log MAG START . 000 030 000 GHz STOP 3. 000 000 000 GHz 0.5 dB / REF 0 dB

S21 のLog MAG フォーマット表示

S21=0.5∠30°の場合 S21(LogMag)=20log0.5=-6dB もしくはS21=a+jbの場合 S21(LogMag)= 20log[√(a2_+b2_)] 周波数(Hz) (dB) 振幅比 Log MAGフォーマットは、S21データを表示する際に最もよく用いられるフォーマットです。このフォーマットは通常、DUTの挿入損失または利得を示します。つまり、DUTへ入力した信号の振幅がどれだけ減少して（もしくは増加して）伝送するかということを示しています。このフォーマットは、測定されたS21(もしくはS12)の振幅値の20log₁₀を取ることにより計算できます。単位はdBです。例えば測定したS21=0.5∠30°の場合、S21(LogMag)=20log0.5=-6dBとなります。

また、S21=a+jbといった表現からLogMagの値を計算する場合は、S21(LogMag)= 20log[

√(a

2

+b

2

)]

となります。

注意すべき点として、デバイスの挿入損失は一般に正の値で表されますが、損失のあるデバイスを通る伝送をネットワーク・アナライザで測定した場合、S21は負の値を取ります(挿入「損失」という呼び方にはマイナス符号がすでに含意されています)。一方、DUTが利得を持つ場合、利得は正の値で表され、測定されたS21も正の値を持つことになります。

(27)

24

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 24 CH1 S21 Phase START . 000 030 000 GHz STOP 3. 000 000 000 GHz 100O_{/ REF 0}O

DUT

を通過すると、どれだけ位相が変化するのかを示す。

位相応答がのこぎり刃形となるのは

?

S21 のPhase フォーマット表示

S21=0.5∠30°の場合

S21(Phase)=30°

位相 (°) 周波数(Hz) テスト・ケーブルのS21測定結果をPHASE フォーマットで見てみましょう。このフォーマットは、入射信号と伝送信号の位相差を示しています。つまり、 DUTを通過することによりどれだけ信号の位相が回転するのかを示しています。 S21=0.5∠30°の場合、Phaseフォーマットでの表示は単純に30°となります。電気長の長いデバイスの位相を測定する場合、表示されるレスポンスはのこぎり波形になります。この曲線がのこぎり波になる理由は、アナライザが+/-180度の間で位相を折り返しているからです。

(28)

25

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 25 CH1 S21 Phase START . 000 030 000 GHz STOP 3. 000 000 000 GHz 100O_{/ REF 0}O なぜ、のこぎり波になるのか？位相応答は＋180°からー180° に入るように折り返される位相特性の傾き

位相特性とは位相長さ

と位相の線形性

+180

-180

測定した位相を

180ºから -180ºまで表示(折り返し)

アナライザのレシーバ・アーキテクチャのために、表示される位相は+/-180°の範囲に制限されます。位相レスポンスの傾きは保持されるので、情報の損失はありません。このため、デバイスによる電気遅延を求めることができます。アナライザは、位相が-180°より小さくなると位相レスポンスを折り返し、測定データに360°を加算します。 PHASEフォーマットは通常、2つのデバイス間の位相の違いを比較したり、周波数に対するデバイスの位相線形性を調べるために使用します。位相レスポンスが線形でないデバイスをシステムに使用すると、信号歪みの原因となるおそれがあります。

(29)

26

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 26 STOP 3. 000 000 000 GHz CH1 S21 delay START . 000 030 000 GHz 5 ns / REF 1.0 ms

表示フォーマット名は

郡遅延（

Group Delay

）

位相応答から計算する

S21のDelay フォーマット表示

Tg = -dΦ/dω

周波数(Hz) 遅延 (s) 位相ひずみのもう1つの有効な測定に群遅延があります。DELAY フォーマットを使用すると、アナライザはDUTの群遅延を測定することができます。群遅延は、デバイスを通る信号の通過時間の尺度です。DUTの位相と群遅延には数学的な関係があります。群遅延Tg=-dφ/dωの関係があります。遅延は、伝送位相レスポンスの傾きの尺度です。先に説明したように、デバイスが電気的に長い場合、位相の傾きが大きくなり、得られる平均通過時間または平均遅延も大きくなります。DELAYフォーマットは測定レスポンスの線形な傾きを除去するので、位相歪みを測定するためのもう1つの方法として使用できます。

(30)

27

Page 27

• Log MAG (Return Loss)

• SWR

• Smith Chart

• Polar

他のフォーマットは特定のアプリケーションで使われる

• Phase

• Delay

• Lin MAG

• Real

• Imaginary

S11 (および S22)の一般的な表示フォーマット

S11とS22の測定にはさまざまな表示フォーマットが使用できますが、広く用いられるのはその内のいくつかだけです。LogMAG、SWR、スミス・チャート、極座標などのフォーマットが広く用いられます。その他のフォーマット・オプションも使用できますが、通常は特定の測定アプリケーションにしか用いられません。例えばLinMAGフォーマットは、反射係数の大きさを単位なしで表示するもので、変換パラメータや時間ドメイン・データに使用します。

(31)

28 Z

_IN

DUT

H PORT 2 PORT 1

S

₁₁ W = 50 O Z S₁₁値は Z_INがどれだけ 50 ohmに近いかを表します

0 S

then

50 Z

if

_IN

=

W

₁₁

=

o 11 IN

then

S

1

180 Z

if

_{= short}

₌

_Ð

1 1 11 + -= O IN O IN Z Z Z Z S

DUTの入力インピーダンスに依存するS11

DUTの反射係数ΓまたはS11を測定する場合、反射信号の量はDUTの入力インピーダンスに依存します。S11は、DUTのインピーダンスと測定システムの特性インピーダンスZoとの違いを示す測定値です。ほとんどの高周波テスト機器は、50Ωの特性インピーダンスを持ちます。一部の低周波アナライザには、CATVアプリケーション向けの75Ω特性インピーダンスの構成が用意されています。DUTが50Ω終端の場合、S11の振幅は0。DUTがショート回路の場合、信号がすべて反射され、S11の振幅は1 (0 dB)、位相は180°となります。

(32)

29 R = 50 Ohms

L = 50 nH

S

₁₁

DUT

周波数 = 30 kHz to 3 GHz 理想的な直列 R-L 回路

S11 フォーマットを表示の例

反射測定(S11またはS22)に役立つフォーマットについて知るために、この単純なR-L回路のS11測定結果について検討します。インダクタLのインピーダンスは低周波ではきわめて小さく、回路からはショートに見えます。インダクタが短絡しているとDUTは50Ω終端に見えるため、反射係数の大きさは非常に小さくなります。高周波ではインダクタのインピーダンスが非常に大きくなり、DUTはオープン回路に見えるようになります。この場合、反射係数が非常に大きくなります。この理想回路に対して、周波数を30 kHzから3 GHzまで掃引し、複数の異なる表示フォーマットでS11を測定します。

(33)

30

15/10/21 Agilent Restricted Page 30

R = 50 Ohms L = 50 nH

Z

_IN

L

j

R

jX

R

ZIN

₌

₊

₌

₊

_w

30 kHzでは

W

»

+

=

50 j

0 .

009

50 ZIN

“マッチング良好”

3 GHzでは

W

»

+

=

50 j

942 j

942 Z

IN “オープン回路”

例

周波数依存項

入力インピーダンス

Z

INの計算

DUTの入力インピーダンスは、振幅と位相、あるいは実数部と虚数部によって表現できます。インピーダンスの実数部は抵抗Rと呼ばれ、虚数部Xはリアクタンスと呼ばれます。リアクタンスは、測定周波数におけるデバイス特性に応じて、誘導性にも容量性にもなります。理想インダクタのリアクタンスはωL、理想キャパシタのリアクタンスは1/ωCです。リアクタンスは通常、インピーダンスの周波数に依存する項で、多くのデバイスでは測定周波数に応じて誘導性にも容量性にもなります。例えば、チップ・キャパシタは低周波では容量性ですが、周波数が自己共振点を超えると、リードやパッケージのインダクタンスがキャパシタ自体の容量よりも大きくなるため誘導性に変わります。上記の直列R-L回路の場合、30 kHzではリアクタンスは非常に小さく(X=0.009Ω)、回路の入力インピーダンスは回路抵抗の50Ωにほぼ一致します。この付近の周波数ではDUTは50Ω終端で、システムの特性インピーダンスとよく整合したデバイスです。周波数が増加するにつれ、R-L回路はオープン回路に近づきます。3 GHzではインピーダンスは約942Ωで、非常に反射の大きいDUT となります。

(34)

31 )

(

log

20 )

(

₁₀ 11

dB

=

r

S

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 31 STOP 3. 000 000 000 GHz CH1 S11 log MAG START . 000 030 000 GHz 5 dB / REF -20 dB

S11を dB で表したものは

Return Loss

です

マッチング良好 S11 < -35 dB

マッチング悪い

S

₁₁

~ 0dB

S11のLog MAG フォーマット表示

S11=ρ∠θの場合 S11(LogMag)=20logρ 周波数(Hz) (dB) 振幅比 Sパラメータに対して最も広く用いられる表示フォーマットの1つがLog MAGフォーマットです。S11またはS22測定でLog MAGフォーマットを選択した場合、その値は通常DUTのリターン・ロスと呼ばれます。このフォーマットを計算するには、S11の測定結果の振幅の20 LOG₁₀を取ります。例えば測定したS11=0.5∠30°の場合、S11(LogMag)=20log0.5=-6dBとなります。また、S11=a+jbといった表現からLogMagの値を計算する場合は、S11(LogMag)= 20log[√(a2_+b2_)] となります。注意すべき点として、リターン・ロスはdBで表わされるスカラ量です。リターン・ロスの定義にはマイナス符号が含まれているので、リターン・ロスの値は常に正です(ネットワーク・アナライザで対数振幅フォーマットを使ってS11またはS22を測定した場合、結果のマイナス符号を無視するとリターン・ロスが得られます)。リターン・ロスは、反射信号が入射信号より何dB下にあるかを示す値と考えることができます。リターン・ロスは、無限大(Zoインピーダンスの場合)から0 dB(オープンまたはショート回路の場合)のあいだで変化します。この単純なR-L回路の場合、Log MAGスケールでS11を測定すると、低周波では非常に良好な整合性が見られます。低周波でのDUTの入力インピーダンスは約50Ωです。S11の測定値は、30 kHzで-35 dBより上です。周波数が増加するにつれ、S11の値が-35 dBからほぼ0 dBまで増加することがわかります。0 dBのS11は、DUTによる完全反射を表わします(全反射の場合、反射係数r = 1)。この例では、周波数が増加するにつれて、回路の誘導性部分が非常に大きくなり、反射デバイスとなることがわかります。

(35)

32

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 32 STOP 3. 000 000 000 GHz

定在波比：

SWR 又は

VSWR

マッチング

良好

SWR =1.0002

マッチング悪い

SWR > 100

CH1 S11 SWR START . 000 030 000 GHz 10 / REF 1

S11 のSWR フォーマット表示

S11=ρ∠θ°の場合

SWR=(1+ρ)/(1-ρ)

ＤＵＴ Emax Emin

SWR=E

_max

/E

_min

周波数(Hz) SWR DUTからの反射を表示するためのもう1つの非常に一般的なフォーマットが、SWR(定在波比)フォーマットです。この無次元の値は、伝送ライン上に存在する定在波の最大電圧レベルと最小電圧レベルとの比を表わします。この定在波は、2つの信号(DUTへの入射信号とDUTからの反射信号) が同じ伝送ライン上を反対方向に進行することによって生成されます。多くのデバイスでは、メーカによってSWRまたはVSWRの値が指定されています。この例の場合、上の図のように低周波では約1.0のSWRを示します。低周波ではDUTが良好な 50Ω終端のように見えるからです。より高い周波数では、インダクタが非常に大きなインピーダンスを持ちはじめ、回路は反射デバイスになって、SWRが100を超えます。

(36)

33 ポーラチャートは

振幅

と

位相

を同時に表示します

f

r 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

S

₁₁

= =

A

R

ReA + j ImA Re_R + j Im_R

=

r

f

振幅が大きい＝　反射が大きい 0O 90O 270O

S11のPOLAR フォーマット表示

•オープンの反射特性 = 1∠０°

•ロード（50Ω）の反射特性 = 0

•ショートの反射特性 = 1∠１８０°

POLARフォーマットはもう1つの便利なS11フォーマットであり、反射信号の振幅と位相を示します。このフォーマットは、実数と虚数で表現されている値を振幅と位相の値へ変換します。各ポイントが振幅と位相の特定の値に対応します。量はベクトルとして読み取られます。あるポイントの振幅は、その中心からの距離によって求められます。位相は、X軸の正の側から反時計回りに角度を測ることによって求められます。S11の振幅は、0(反射信号なし)から1(全反射)まで直線的に変化します。周波数軸がないため、周波数情報はマーカから読み取ります。また、理想的なOpenの特性は1∠0°ですのでチャートの右端、理想的なShortの特性は1∠180° ですのでチャートの左端、Load(50Ω)は無反射ですのでチャートの真中にプロットされます。

(37)

34

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 34 CH1 S11 1 U FS START . 000 030 000 GHz STOP 3. 000 000 000 GHz 直列R-L回路の周波数応答例 30 kHz 整合がとれている _{3 GHz} 整合がとれていない 0 11=1 0 S 定抵抗, R=50 Ω 0 11=0 90 S 300 MHz 0 11 =0.7 45 S

先の例の

S11のPOLAR フォーマット表示

上に示すのは、例の直列R-L回路のS11のPOLAR表示で、周波数レンジ30 kHz～3 GHzをカバーしています。低周波ではS11の振幅はほぼ0で、データはPOLAR表示の中心付近に集中しています。周波数が増加するにつれ、インダクタのインピーダンスが大きくなり、反射信号の振幅が増加するので、データは円弧を描きます。この回路の位相は、30 kHzの90°から3 GHzの0°まで変化します。反射信号の振幅はSWRおよびLog MAGフォーマットで簡単に表示できますが、POLAR表示ではこのほかに非常に役立ついくつかの情報が得られます。例えば、この回路が高周波で反射デバイスになることは(SWRまたはLog MAGフォーマットを調べることにより)わかりますが、この反射はオープン回路とショート回路のどちらに起因しているでしょうか。POLARフォーマットを使うと、S11の位相が0に近づくので、デバイスが高周波でオープン回路として動作していることがすぐにわかります。高周波で位相が180°になれば、回路がショートとして動作していることがわかります。なお、このデバイスの実数部(抵抗)は変化しないので、S11が描く円弧はR=50 Ωの定抵抗のラインとなります。

(38)

35 jX=誘導性

jX=容量性

定抵抗円 W =100 R W = 25 R W = 50 R

jX

R

W = 0 R

POLAR 表示：S11 の定抵抗ライン

固定50Ω抵抗と組み合わせたインダクタとキャパシタのS11レスポンスをつなぐと、周波数レスポンスは完全な円になります。S11の値がX軸の上にある場合、リアクタンスは誘導性で、軸の下にある場合は容量性です。この情報は、デバイスのデザインやトラブルシューティングに非常に役立ちます。周波数による振幅の変化だけでなく、DUTが誘導性か容量性かも判断できるからです。抵抗の値を変更すると、周波数を掃引したときの円の半径が変化します。それぞれの曲線は、抵抗が一定でリアクタンスが変化したときのラインを表わします。

(39)

36 誘導性

容量性

定リアンクタンス円

jX

可変R 固定X W = 0 X

R=50

_W

R=

¥

W =50 X W = 25 X W -= 25 X W -= 50 X

R=0

_W

POLAR 表示：S11 の定リアクタンス・ライン

上に示すのは、抵抗を変更し、定インダクタンス値またはキャパシタンス値でリアクタンスを固定することによって作成したPOLARプロットです。上記の曲線は抵抗の関数です。オープン回路のポイントはプロットの右端に振幅1、位相0°で示されています。ショート回路は振幅1、位相180°で、チャートの左端に示されます。

(40)

37 誘導性

容量性

スミス･チャートから読み取れるのは正規化した

Z

_IN 定抵抗のラインと定リアクタンスのラインを合わせるとスミスチャートになるスミスチャートはZ0で正規化される 1.0 -1.0 -0.5 0.5 1.0 0.5 0

スミス・チャート表示

一定の抵抗と一定のリアクタンスの曲線を1つの共通のグラフに組み合わせることにより、よく知られたスミス・チャートを作成できます。このチャートは通常、反射測定に使用され、データをインピーダンスとして直接読み取ることができます。POLARフォーマットのS11測定では反射信号の振幅と位相が表示されるのに対し、スミス・チャートはDUTに対する入力インピーダンスを示します。表示されるインピーダンスは、システムの特性インピーダンス(通常50Ω)に正規化されています。スミス・チャートの円の上半分にあるリアクタンス値は正の(誘導性)リアクタンスであり、下半分のリアクタンス値は負の(容量性)リアクタンスです。スミス・チャートは、システムの特性インピーダンスとのインピーダンス整合が必要となる、高周波コンポーネントのデザインとトラブルシューティングにおける優れたツールです。

(41)

38 DUTの Z

_IN

はマーカで直

読できる

CH1 S11 1 U FS START . 000 030 000 GHz STOP 3. 000 000 000 GHz 1: 50.0 ohms 188 ohms 1 .300 000 000 GHz R + j X = Z_IN

先の例のスミス・チャート表示

上に示すのは、この直列R-L回路の例をスミス・チャートで表示したものです。表示マーカを使用すると、特定の周波数での抵抗値とリアクタンス値を知ることができます。この例のように回路抵抗が50Ωの場合、DUTに適用する周波数を掃引することにより、1.0の定抵抗ライン(50Ωに正規化)がトレースされます。

(42)

39 3章

(43)

40 Network Analyzer

4つのブロック

Z₀ LOAD 信号分離 _{検波器と受信器} プロセッサと表示入射信号反射信号 DUT 2 3 4 信号分離 2 伝送信号１

信号源

Port1

_Port2

入射信号反射信号伝送信号

R

_B

A

R

A

B

では、ネットワークアナライザの内部がどのようになっているのか具体的に見ていき

ましょう。ネットワークアナライザの内部は、上記のスライドのように４つのブロックか

ら構成されます。測定の全体的な流れは、次の通りです。

・反射測定

①の“信号源”より信号を出力→②の信号分離により、“

DUT”への信号と、直接③

の“検波器と受信機”へ向かう信号を分離直接検波器へ向かった信号は、DUTへ

の入射信号と等価して測定される。→

DUTへ向かった信号は反射され、②の信号

分離により“検波器と受信機”へ向かうこの信号は反射信号として測定される。→

入射信号と反射信号の測定結果は④の“プロセッサと表示”へ送られる。→プロセッ

サは入射信号と反射信号の比をとることにより振幅と位相の変化を演算。→さらに

振幅と位相の測定結果を演算することにより、様々なフォーマットでディスプレイに

表示

・伝送測定

①の“信号源”より信号を出力→②の信号分離により、“

DUT”への信号と、直接

“検波器と受信機”へ向かう信号を分離直接検波器へ向かった信号はDUTへの

入射信号と等価して測定される。→

DUTへ向かった信号はDUTを通過し、②の信

号分離により“検波器と受信機”へ向かうこの信号は反射信号として測定される。

→測定された入射信号と伝送信号はプロセッサと表示へ送られる。→プロセッサ

は入射信号と伝送信号の比をとることにより振幅と位相の変化を演算。→さらに振

幅と位相の測定結果を演算することにより、様々なフォーマットでディスプレイに表

示

では、それぞれのブロックを詳細に見ていきたいと思います。

(44)

41 信号源

l

システムに信号を供給

l

周波数／パワーを掃引

l

Stepped掃引と、Ramp掃引がある

è

Stepped掃引⇒周波数が高確度

è

Ramp掃引 ⇒掃引速度が速い

　

(内部信号源は一般の信号源としては適当ではない)

内蔵されたシンセサイザタイプの信号源

1

まず、①の信号源について説明します。信号源は、DUTへの入射信号を供給しま

す。ネットワークアナライザに内蔵（もしくは外付け）されている信号源は、周波数

およびパワーを連続的に可変（掃引）させる事ができます。

（もちろん、一定のPowerで周波数のみを可変させることも可能です。）

周波数を変化させる方式として

Stepped　ModeとRamp　Modeがあり、どちらの掃引

方式を使用するかネットワークアナライザのフロントパネルより指定できます。

Steppedモードは、ある周波数を一定時間出力した後、次の周波数へ可変していく

掃引方式です。周波数を可変させたあと

PLL(Phase Lock Loop)という回路が動作

し、確実に希望の周波数が出力されていることを確認しつつ掃引していきます。周

波数の確度がよく、一定時間同じ周波数にとどまっているため、掃引速度が速す

ぎる事により受信側の周波数と、信号源の周波数の同期が取れないために発生

する、受信側で測定信号が受信できないという現象が発生しにくい掃引方式です。

一方、Ramp掃引は常に周波数を可変させる掃引方式で、同じ周波数にとどまる

時間は発生しません。周波数確度はSteppedモードより劣りますが、掃引速度が速

いため測定時間の短縮が望めます。

(45)

42

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 42 l

パワースプリッタ

è

抵抗性 (損失)

è

無方向性

è

広帯域

入射信号リファレンスの測定

6 dB 50 W 50 W _{6 dB} l

方向性結合器（カプラ）

è

方向性あり

è

低損失

è

アイソレーション、方向性が良好

è

低周波域での測定が困難

主信号基準用の信号 2

信号分離

このセクションでは、②の信号分離ブロックについて説明します。この機能に使用されるハードウェアは通常「テスト・セット」と呼ばれます。テスト・セットは、独立した装置の場合も、アナライザに内蔵されている場合もあります。信号分離ハードウェアが提供しなければならない機能は2つあります。第1には、入射信号の一部を測定して、比測定の基準を提供することです。このためにはスプリッタまたは方向性結合器を使用します。スプリッタは通常、抵抗性です。スプリッタは非方向性で(方向性については後で詳しく説明します) 、非常に広帯域のデバイスです。トレードオフとして、各アームに通常6 dB以上の損失があります。方向性結合器の場合、(メイン・アームで)非常に低損失で、優れたアイソレーションと方向性を持つものを作成できます。ただし、方向性結合器を低周波で動作させるのは困難です。RFネットワーク・アナライザでは低周波測定が重要なので、これが問題となる可能性があります。

(46)

43 カプラ

P

_a

_P

_b

P

_c

③分離度（

Isolation）

-10log(Pc/Pb)

通常

30～50dB程度

①挿入損失

(insertion loss)

通常

1～2dB程度

②結合度（

Coupling Factor）

-10log(Pc/Pa)

通常

10～20dB程度

ここで、カプラについて簡単に説明します。カプラは一般的に信号を分岐するアクセサリとして使用されます。理想的にはPaから入力された信号はPb、Pcへ出力されますが、Pbより入力された信号はPcへは出力されません。カプラの特性を決定する主な仕様としては、上記の挿入損失、結合度、分離度と、方向性があります。挿入損失は、メインの経路を伝送する信号の損失を示します。入力Paに対する出力のPbのPower比の-10Logをとった物で表現され、通常1～2dBです。つまり、カプラのメインの経路ではほとんど損失が無いといえます。 Paへ入力される信号の一部を分岐させ、モニタするための出力がPcとなります。PaとPcのPower 比の-10Logをとった物が結合度として表現されます。通常10～20dBの損失があります。Paの PowerをモニタするためにPcがあるため、Pbより信号の入力がある場合、PbからPcへの信号は伝送しない（損失が大きい）方が理想的と言えます。この経路の損失をあらわしたものが、分離度です。通常30～50dB程度の損失があり、この損失が大きいほど理想的なカプラといえます。ネットワーク測定で、このIsolationがとれていないカプラを使用すると測定誤差の原因の一つとなってしまいます。最後に、方向性(directivity)という仕様も一般的に使用されますので説明しておきます。方向性は、分離度と結合度の差で表現されます。方向性(dB)=分離度-結合度となります。例えば、分離度が30dB、結合度が20dBの場合、方向性は10dBとなります。

(47)

44 検波器と受信機

3

広帯域ダイオード検波

•スカラーネットワークアナライザ

狭帯域IF検波

•ベクトルネットワークアナライザ（VNA）

次に③のブロックの、信号を検波する方式をご紹介します。一般的に使用される検波方式としては、広帯域ダイオード検波と狭帯域IF検波が存在します。概略としては、広帯域ダイオード検波は、全周波数帯域の信号を検波する方式です。この方式を使用した場合、位相情報は失われてしまいます。主にスカラネットワークアナライザと呼ばれる、 DUTの振幅特性のみを測定するネットワークアナライザに使用されます。狭帯域IF検波方式は、特定の周波数範囲のみの信号をフィルタリングし、検波する方式です。ベクトル・レシーバを使用すれば、位相情報が失われることはありません。ベクトルネットワークアナライザでは、通常この方式が使用されます。

(48)

45 S

₁₁

(反射) = A/R

S

₂₁

(伝送) = B/R

基準

R

反射

A

伝送信号源パワースプリッタ方向性結合器またはブリッジ DUT

B

基本ネットワーク・アナライザ

3 2 1 では、いくつかのコンポーネントを組み合わせてリフレクトメータを構築してみましょう。リフレクトメータは、DUTの反射および伝送測定に使用するRF/マイクロ波信号を測定します。以下に、その動作原理について説明します。信号源(通常はRFまたはマイクロ波信号発生器、あるいは掃引発生器)から来た信号は、スプリッタによって2つの信号に等分されます。これらの信号の1つは「基準」と呼ばれ、ここではRで示されています。この信号は、DUTの入射信号を表わします。もう1つの信号は DUTに送られます。DUT までの途中で、方向性結合器またはブリッジを通ります。DUTからの反射信号は再度カプラに入り、 (結合係数に応じて)結合アームAで測定されます。DUTを通って伝送された信号は、ここでは量Bとして示されています。反射率(反射係数)は単にA/Rです。伝送係数はB/Rです。これは、スカラ解析とベクトル解析の両方にあてはまります。違いは、R、A、Bの測定方法にあります。単純な検波を使用する場合、比の計算プロセスに利用できるのはスカラ振幅だけです。一方、ベクトル・レシーバを使ってこれらの量を測定すれば、複素(ベクトル)反射/伝送係数を計算できます。上記の略図は、基本的なネットワーク・アナライザ・システムを示したものです。リフレクトメータを実現する別の方式を見てみましょう。

(49)

46 ミキシングとサンプリング（狭帯域レシーバ技法）

f

RF

f

LO

ミキサ

サンプラサンプリングクロックミキサ基本波ミキシング

IF=|f

_RF

–f

_LO

|

IF=|f

_RF

–

n

.f

_LO

|

IFフィルタ IFフィルタ 広帯域検波の問題を解決するために、狭帯域レシーバ技法が用いられます。広帯域テスト信号をより低い狭帯域周波数にダウンコンバートすると、安価で使いやすい信号処理技法(フィルタリング、増幅、振幅および位相検波、A-D変換)が可能になります。この方法は、ほとんどすべてのヘテロダイン/狭帯域レシーバ(ネットワーク・アナライザのレシーバを含む)で使用されています。マイクロ波のダウンコンバージョンには、サンプリング技法がよく用いられます。サンプラはミキサとよく似たダイオード・ベースのデバイスであり、サンプリング・クロックによってスイッチのようにオン/オフされます。オンの間は、RF波形のサンプルが出力に送られます。サンプリングのクロック速度を慎重に選択すれば、アンダーサンプリングされた(エリアジングのある)RF信号が希望のIF周波数で生成されます。同じ LOを使って複数のミキサまたはサンプラを駆動する場合、得られたIF 信号は、RFのときと同じ振幅/位相関係を保持します。一部のレシーバでは、基本波ミキシングが用いられます。この技法は、LOが信号源と同じ周波数レンジを持つ必要があるため費用がかかりますが、大きいダイナミック・レンジが必要なアプリケーションや、アンテナ試験など、測定のダウンコンバージョンがメイン・アナライザから離れているアプリケーションに使用されます。狭帯域検波には多くの利点があります。例えばIFフィルタリングによって、一度に1つの信号だけが測定されます。フィルタリングは、ノイズを減少させ、測定レンジと感度を増加させる働きもします。また、さらに高度な処理により、振幅と位相の測定が可能になります

(50)

47

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 47 DUT 基準

R

反射

A

伝送

B

信号源パワースプリッタ方向性結合器_またはブリッジローカル信号源 IF Filter IF Filter IF Filter ミキサまたはサンプラ狭帯域 IF

狭帯域検波を使ったネットワーク・アナライザ

ここには、真のヘテロダイン・レシーバを装備したリフレクトメータを示します。1つのLOまたはサンプリング・クロックを共通に使用することで、全チャネルの位相と振幅の関係が保持されます。これを同期レシーバと呼ぶ場合もあります。IFフィルタは1つのミキシング成分だけを通します。これによりシステム帯域幅とノイズが減少するとともに、その後の処理と検波に適した信号になります。

(51)

48

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 48 注意: このスイッチは測定経路に入る DUT RF A B トランスファスイッチ R_R S₁₁順方向　反射 = A/R_F S₂₂ 逆方向反射 = B/R_R S₂₁ 順方向　伝送 = B/R_F S₁₂ 逆方向伝送 = A/R_R 4-Port DUT R A B トランスファスイッチ 3-Port

フル

Sパラメータ・テスト・セット

ここまで見てきたリフレクトメータは、しばしば伝送/反射(T/R)テスト・セットと呼ばれます。この基本T/R構成は、デバイスを一方向でのみ測定します。逆方向Sパラメータを得るには、デバイスを物理的に方向転換しなければなりません。これを改善するため、フルSパラメータ・テスト・セットが開発されました。スイッチなどいくつかのコンポーネントを追加すれば、デバイスを回路から取り外さずに逆転できます。上の図は、フルSパラメータ・テスト・セットの安価な実現方法を示します。ここで必要となるのは、スイッチともう1つの方向性結合器だけです。この手法の欠点は、スイッチがテスト経路にある点です。スイッチに非再現性があると、測定誤差が生じます。下の図では、スイッチ、スプリッタ、カプラと、もう1つの測定ポートを追加しています。こちらのほうが費用はかかりますが、スイッチがスプリッタの前に来るため、スイッチによる不安定性が基準経路とテスト経路の両方に現れます。したがって、測定値の比を計算すると不安定性は除去されます。また、テスト・セットが対称になることから来る他の重要な利点もあります。

(52)

49

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 49 l

RF信号はポート１から常に出力される

l

ポート２は常に受信する

l

レスポンス, １ポート校正ができる

l

RF信号はポート１および２から出力される

l

順方向・逆方向の測定ができる

l

２ポート校正ができる

伝送

/

反射（

T/R)

テスト・セット

Port 1 Port 2 信号源 B R A DUT 順方向 Port 1 Port 2 トランスファ・スイッチ信号源 B R A

S

パラメータ・テスト・セット

DUT

T/Rテスト・セットとSパラメータ・テスト・セット

順方向逆方向ここでは、ネットワーク・アナライザと共に使用される2種類の基本的なテスト・セットについてまとめます。伝送/反射(T/R)テスト・セットの場合、RFパワーは常にテスト・ポート1から出力され、テスト・ポート2はアナライザのレシーバに接続されています。DUTの逆方向伝送(出力反射)を測定するには、DUTを取り外し、逆向きにしてアナライザに再接続する必要があります。T/Rベース・ネットワーク・アナライザでは、レスポンス校正と1ポート校正のみが可能です。したがって、Sパラメータ・テスト・セットを使用した場合と比べて測定確度が低下します。ただし、T/Rベース・アナライザのほうが安価です。 Sパラメータ・テスト・セットを使用すれば、DUTに対して順方向測定と逆方向測定の両方が実行可能です。4個のSパラメータすべてを評価するには、これらの測定が必要です。RFパワーは、テスト・ポート1と2のどちらからでも出力でき、どちらのテスト・ポートもレシーバに接続できます。Sパラメータ・テスト・セットでは、フル2ポート(12ターム)誤差補正も可能です。これは最も正確な誤差補正法です。Sパラメータ・ネットワーク・アナライザの性能はT/Rベース・アナライザよりも優れていますが、テスト・セットに用いられるRFコンポーネントが増えるため、より費用がかかります

(53)

50 ネットワークアナライザのまとめ

信号源

信号分離

• スプリッタ、カップラ

検波

•　ダイオード検波

　　→　スカラーNA

•　狭帯域IF検波（基本波ミキシング、高調波ミキシング）

　　→　VNA

プロセッサ、表示

テストセット

• T/Rテストセット

•　Sパラメータテストセット

(54)

51 ４章

(55)

52

Network　Analyzer　Basics 15/10/21 Agilent Restricted Page 52 • ウォームアップ • 汚れの確認、ゲージによるコネクタの検査 • ケーブル、アダプタをアナライザに接続 • アナライザをPRESET • 周波数、パワー、IF BW 、測定ポイント数を設定 • DUTを接続し、セットアップの確認 • Sパラメータ、表示フォーマットを選択。表示のスケーリング。 • DUTを取り外す • 校正する • 校正を検証する • 機器ステートを保存 • DUTを再び接続 • 測定

一般的な測定手順

PREPARE

CALIBRATE

MEASURE

ここに示すのは、ネットワーク・アナライザを使って測定を実行する際の一般的な手順です。これらのステップをひとつずつ検討することは、正確な結果を得るために役立ちます。ネットワーク・アナライザは、他の多くの測定器と異なり、出荷時には測定設定も校正も行われていません。この作業には高い確度が必要となるため、個々の被試験デバイスに対してユーザがアナライザの設定と校正を行う必要があります。このプロセスの主なステップについて見ていきましょう。

(56)

53 全ケーブルとコネクタの清掃、検査、ゲージング

• 可能であればプレシジョンコネクタ（APC)を使用

• 無塵綿、アルコールを使った清掃

• 衝撃による変形の確認

• 位相安定が良い高品質ケーブルの使用

• ケーブルの安定性をテスト

• コネクタのゲージ測定

アナライザおよび付随するハードウェアが動作温度で安定化した後に、ハードウェアを検査して、使用のための準備を行います。アナライザにはハードウェアの欠陥を補正する機能がありますが、この機能では低品質の不安定なアダプタやケーブルを補正することはできません。したがって、最高品質のコネクタ、アダプタ、ケーブルを使用する必要があります。それによって初めて、より微妙で再現性のある欠陥の補正が可能になります。コネクタはすべて清潔でなければなりません。最新のアナライザでは、指紋が1つついただけでも測定結果に影響します。汚れが残っていると、測定が不正確になり、再現性が失われるばかりでなく、高価なケーブルや校正キットに損傷を与えるおそれがあります。毎回、使用前に全コネクタの目視検査を実行することは、測定の問題や、コネクタからコネクタへの損傷の広がりを防ぐ上で最も重要なステップです。ケーブルは、システムを不安定にする最大の要因です。ケーブルの湾曲による位相シフトは、ネットワーク・アナライザ専用のケーブルを使用しないと制御が困難です。ケーブルを接続したら、ケーブルを曲げてみて、ケーブルやその他の機械的不安定要因による影響が測定結果に表れないかどうか、注意深く観察してください。定期的に、すべてのシステム・コネクタの機械的許容値を、特殊なゲージとマイクロメータを使ってチェックする必要があります。

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計測の基礎セミナ

RF/マイクロ波コース

ネットワーク・アナライザの基礎

0

1

Schedule

•ネットワークアナライザセミナ

•測定器を使った実習（ハンズオン）

•質疑応答

2

セミナー内容

１章 ネットワーク測定とは

２章

ネットワークアナライザの測定結果表示とその意味

３章 ネットワークアナライザの構造と動作原理

４章

ネットワーク・アナライザの基本的な使い方

５章 誤差の要因

６章 誤差補正

７章

タイムドメイン

3

1章

4

伝送測定

反射測定

入射信号

反射信号

伝送信号

R

B

A

高周波デバイスの特性評価

入射信号と反射信号の

位相と振幅の変化

入射信号と伝送信号の

位相と振幅の変化

5

信号の位相と振幅のベクトル表記

•ベクトルの長さは信号の振幅

•ベクトルの角度は信号の位相

θ

0°

180°

90°

270°

ｔ

6

DUTでの振幅の変化を測定

入射信号

反射信号

伝送信号

反射測定

DUT

伝送測定

B

R

R

A

A/R

B/R

7

伝送測定における

DUTでの位相の変化を測定

入射信号

DUT

①

②

8

反射測定における

DUTでの位相の変化を測定

入射信号

反射信号

DUT

9

２信号の振幅と位相の変化を表すベクトル

入射波

＊ベクトル

AとBの比S

１章　ネットワーク測定とは

３章　ネットワークアナライザの構造と動作原理

４章　

５章　誤差の要因

６章　誤差補正

７章　

_B

_ｔ

　伝送測定

_R

_{反射波もしくは伝送波}

　　　　　=

　　　b=Mag(S