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n-1ポート測定による相反nポート回路のSパラメータ推定

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全文

(1)

Author(s)

前田, 登; 福井, 伸治; 市川, 浩司; 櫻井, 礼彦; 関根, 敏和; 高橋,

康宏

Citation

[電子情報通信学会論文誌. C, エレクトロニクス] vol.[96]

no.[12] p.[463]-[470]

Issue Date

2013-12

Rights

copyright 2013 IEICE

Version

出版社版 (publisher version) postprint

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12099/53408

※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。

(2)

論  文

大 学 発マ イ クロ波 論 文 特 集 n

1

に よ る

相 反

n

回路

S

ラ メ

推 定

†・)

関根

 

敏 和

†††

冨井

  

申治

高橋

 

康 宏

†††

市 川

 

浩司

††

櫻 井

礼彦

††

SParameter

 

Estimation

 of n 

Port

 

Reciprocal

 

Circuits

 with  n

1Port

Measurements

Noboru

 

MAEDA

†a)

Shinji

 

FUKUI

, 

Kou

j

 

i

 

ICHIKAWAtt

Yukihiko

 

SAKURAI

††

Toshikazu

 

SEKINEt

†+

, amd  

Yasuhiro

 

TAKAHASHI

†††  あ ら ま し 相反n ポ

ト回路の

S

ラ メ

を求め る

い る

本方法で は

つ の ポ

トに 既知 の負 荷を接 続し

残りの n

1ポ

ト問の反射及び 透 過特性 を 測定す る こ と で

n ポ

ト と しての

S

パ ラ メ

タ を推 定 する

し た がっ て

既 知の負 荷を接 続 する ポ

ト に測 定 器を接 続 する必 要が ない

この と き

線 形 方 程 式 と2次 代 数 方 程 式を解 くだけで

S

パ ラ メ

タ が求ま る ように

推 定 式を 工夫 してい る

す なわち

非 線 形の連 立 方程 式を解かな くともSパ ラ メ

タが求まる とこ ろ に本 方 法の特 長がある

ま た, 3ポ

回路な せ ミュ ニ ィ試 験シス テムの Sパ ラ メ

タ推 定に本 方法を適用し

本 方 法の有 効 性を確か め ている

 キ

ド 

S

パ ラメ

測定

n ポ

ト回路

イミュ ニ テイ試験シ ス テム

 

BCI

試 験

自動車部品

1

 

 

近年

,多

くの

ECU

電 子 制御装 置

が車両 に 搭載さ れて きてお り, 通 常 それ ら は必 要な情 報を取 得 する た めの多 数の センサに ワイ ヤハ

ス を 介 して接 続 さ れ て い る

こ の ようなシステム は現在車両の動 作に不 可 欠 な ものと なっ てい るが

車 載ア クチュ エ

タ によ る 電 磁ノ イ ズや外 来の 電 磁 ノ イ ズ が

ワイヤハ

ネス を 介 して

ECU

の動作を妨 害 すると 重 大な 問題を 生じ 得る

そこ で

,ECU

の ノ イ ズ 耐 性 を 前 もっ て知 る た め に

外 来電磁ノイズ の影響を受け るワイ ヤハ

ス の性を模擬する イミュ ニ テ ィ試験シス テ ム が使わ れ てい る

この試 験シス テム は

擬 似 的 な外 来電磁ノイ ズの 印加 を

BCI

プロ

ブな どの ノ イズ注入源で行っ て お り

1

2

注入源の端 子 対とワイヤ ハ

ス の全  †株 ) 日本 自動 車 部 品 総 合 研 究 所

西 尾 市

  NIPPON  SOKEN

  INC

 14 1waya

 Shimohasurni

cho

  Nishio

shi

445

OO12  Japan

1†ンソ

ー,

刈 谷 市

  DENSO  CORPORATION

1

1

 Showa

cho

 Kariya

shi

448

  8661 Japan

t++岐 甲

大 学学部

岐阜市

  Dept

 of  Electrical and  Electronic Eng

 Gifu University

1

1

  Yanagido

 Gifu

shi

501

1193 Japan

a)E

mai 且: noboru

maeda ◎sokenl

denso

co

jp

端子対と併せ て n ポ

ト回路とみなすこ とが で きる

した がっ

こ の試 験シ ステム の n ポ

S

パ ラメ

タを求め る こと がで きれ ば,

ECU

の動 作を模 擬 する 回路シ ミュ レ

タ に組み込ん で

ECU

のイミュ ニ 試 験 を数 値 シ ミュ レ

ショ ンで きる ように な り 望 ま しい

  現状

測定対象のポ

ト数が

4

よ り少 ない程 度 で あ れば

それ らの

S

パ ラ メ

タ は通 常の ネッ トワ

ク ア ナ ライ ザで 直接 測 定が可 能で あり

ト数が多い 合 には

通 常の 2 また は

4

個の測定ポ

トをもつ ッ トワ

クアナ ラ イ ザ を 用い た測定 を反復 する手 法が 提 案さ れてい る

5

しか し

これ らの 手 法では

被 測 定 物の ポ

ト全てが ネッ トワ

ク アナライ ザの測 定ポ

ト に直接ケ

ブ ル接 続可能と仮 定し てい る

イ ミュ ニ シ ス テム の

,ECU

は TEM セ ル 試 験装置に入 れるな どするの で

そのポ

トを測 定 器 に直接ケ

ブ ル接 続する の は困難な場合が多い

ま た

放射イミュ ニ テ ィ試験の場合のように

直 接接続して し まうと測定ケ

ブル に もノイ ズ が 誘 起 して し まうた め 精 度 良 く測定 する ことが 困 難 な 場合 もある

 

こ れまで に この ような測定器が接 続困 難な ポ

ト を もつ被 測定物 が

2

ト回 路の場合に適 用 可能な手 法と して 2 ポ

トの ち 測 定 器が接 続 困 難な 1 ボ

(3)

電 子 情 報 通 信 学 会論 文誌 2013 /12Vol

 J96

−C

 No

 12 トを 開放

短絡 し

その ときの も う

の ポ

トの 性を測 定 するこ とに より

2

トイン ピ

ダン ス パ ラ メ

タ を推定する方法が

,LSI

パ ッケ

ジの特性 測定 を想定し て提 案さ れ てい る

6]

また

三つ の 既知負荷 を川頁次

つ のポ

トに 接 続 し

残 りの

1

トの反 射 特性を測定して 最 小 2乗法に より2 ポ

S

パ ラ メ

タを推 定 する手 法 も提 案 されてい る

7

ま た

筆 者 ら は

,3

ト回 路でモ デル化で きるイミュ ニ 試 験シス テムが 測 定 器と直 接 接 続 困 難 なポ

トを

つ もつ と きに 残 りの

2

ト問の反射 及び 透過 特 性を 測定し, 線 形 最 小

2

乗 法

8]

を用いて

3

S

タを推定 する方法を提 案し

BCI 試験に適用して い る

9]

10】

こ れ は

文献

7]

の方法の

3

回路 へ の 拡 張になっ て い る

更に

,3

ト回 路に対 して 最 小

2

乗 法を用い ない 推定 式の導 出と評価 も行っ てい る

11].

 

本 文で は, 文 献

11】

の方法 をn ポ

ト回路場 合 に 拡 張 する

すな わ ち

つ の ポ

トに既知の負荷を接 続 し

残りの n

1ポ

ト問の反 射 及び透過 特性を測 定 する ことで n ポ

ト回路と しての

S

パ ラメ

タを 求める方法を述べ

本 方 法 も既負 荷を接 続 す る ポ

ト に測 定 器を接 続 する必 要 が ない

本 方 法の特 長は

線 形 方 程式と

2

次代 数 方程 式を解くだ けで

S

パ ラ メ

タ が求まる ように

推 定 式 を工夫 して い ると こ ろ にある

すな わち

非 線形の遮立方程式を解い た り, 最 小

2

乗 法 を 用い な くて もn ポ

S

パ ラ メ

タを 推 定可能である

すなわち, 本方 法で は非 線 形 連 立 方 程 式の数値 解法で必 要となる初期 値の選 定や反復 演 算 の収 束性の保 証

複 数解全て の導出の確 認等の 困難さ を避 け ることが で き る

ま た, 最 小

2

乗法では, 解く べ き方程 式の数が多くなる の で

推 定に必 要な測 定 数 が 増 加 す る が, 本方法では 最 小の測定 数で

S

パ ラ メ

タを推 定で きる

  本 文で提 案する方 法で は

測定器を接 続できるポ

ト とできない ポ

ト間の

S

パ ラメ

透過 係数

の 符号は定 まら ない

しか し , この不確 定さのある

S

パ ラメ

タか らで も

測 定 器を接 続で きない ポ

トの電 圧の大き さは求まる

よっ て

,ECU

の端 子に誘起す るノイ ズ 電 圧の位 相 関 係 が 不 明 で も

その 大 き さが 推 定で きれば

,EGU

内の ノイズ対 策の設計に反 映 で きる の で 本 方 法は有 用であ る

 

最 初に推 定式の導出を述べ , 次に その推 定 式が

解 を もつ た めの条件を述べ る

ま た

推 定した

S

パ ラ メ

タ を使っ て各ポ

トに誘 起 さ れる電 圧 を求める方 Port l

 

al →

    

bl

←        an

J→ Port n

l

    

bn

J← 二

Saa

 

Sa

← α ロ → わ         π :

s

&. Port n       図 l Sパラメ

タ測 定 時端 子 構 成

Fig

1 Sparameter measurement  arrangement

ZL

法を述べ る

更に

3

ト回 路 と み な せ る イ ミュ ニ ティ試 験シ ス テ ム の

S

パ ラ メ

タ導出に本 方法を 適 用 し

本 方 法の 有 効 性 を確かめ る

2

定  

 

2 .1

  導      出

 

図 1 に示 す 相 反 n ポ

ト回 路で 測定プロ

ブ が 直 接接 続可能なn

− 1

個の ポ

トのに添 字a

測 定 プロ

ブ が直接接 続で ないポ

トn に添字u を使用 する ことにすると

その

S

行 列

S

は ・

Saa

 

Sau

S

Suu

1

の よ うに表 さ れ る

こ こ で

入 射 波ベ ク ト ル

aaT  au

T び 反射 波ベ ク ト

baT

 

bu

T の間に

1]

1

た だ し

Saa

C

「×T

, 

Sau

∈(:; T × ’ , 

Suu

C

 

aa

ba

C

「Xl  a、、1bv

∈ (二

2)

の関係が ある

ここで

トn に反射係 数が

SL

の 負荷 を接 続 する と au

=SLbu

で ある か ら

こ れを式

2

に代入 して

b

S

。a +

SauS

1 − SunSL )

1  

S

・・

3)

4)

が得られ る

よっ て , ポ

n を縮

し て

れ る n

− 1

ト回路の

S

行 列を

S

とすると

Sa

ε 、十

SauSL

1 −

SuuSL

1Sa . T

5)

464

(4)

論 文 /n

1ポ

ト測 定による相 反n ポ

ト回路の

S

タ推 定

で あ る

5)

の両 辺に左 か ら

1 − SuuSL )

を形 式的

に乗 じ て

1

SLSuu

S

=(1 −

SuuSL

Saa

 

1

− SuuSL )SauSL (1− SuuSL )

1 

Sa

T

6)

を得る

こ こ で

Suu

SL

がス カ ラ

である から

右 辺第

2

項は

SauSLSauT

と なり

S

・ ・ +

SL

SauS

・ ・ T

− S

。 ・

S

・ ・

S

SSuu

S

      (

7

) と整 理できる

これ を

S

要 素と そ れ 以外に分離して 行 列 形 式 に変 形 す ると

1

− ・

       

8)

と なる

こ こで

In−

1 はn

− 1

の単 位 行 列である

以 下

簡 便に す る た め

式中 で は n

ユ の代わ り に r

= n

1

を 用い る

また

,S

の 要 素を未 知ベ ク トル とし て方 程式を解 くた め

行列の全列ベ ル を 順に 縦 に並べ て 1個の列ベ ク トル とする行列

ベ ク ト ル変 換を記号

,,で表す

こ の とき

8)

一(

m

SauS

、、

v

− S

・・

Saa)

・ た だ し

        2 M2 ∈

C

「 X1

9)

10

と書 ける

こ れ が

n

1 ポ

ト測 定に よ りn ポ

S

パ ラ メ

タを推 定 するた めの基 本 式と なる

g)

,SL

S

を 測 定に よっ て 求 め

,(

Saa)

v , M2 ,

Suu

を導出する線形方程式になっ てい る

こ こ で m2 は

Sau

を線 形 方程 式と

2

次 代 数 方程 式で求め る た め に導入 さ れ た 中 間パ

タ で, 式

9)

か ら求 め た

Saa )

” , m2 , 

Suu

を式

10

に用い る と

SauS

が求

まる

10

,Sau

の n

1個の 全 要素を

自身 も含め て

2

個 ずつ 掛 け 合わせ た

n

− 1)

2 個の

2

次 代 数 方 程 式の組である

例え ば

こ の うち 第

1

行に 相 当 する n

1個 を 用い

S

i の 式か ら ± 〉唇

を 求め

他の

SllS1

2

≦ゴ≦n

− 1

に関 する式か ら θ1ゴ

2 ≦ ゴ≦n

1

を求め る操作を行うことで

,Sau

各 要 素が 全て得ら れる

その

,2

次 方 程 式の 求 解に伴ない

符 号の み異な る 2組の値 が得ら れ る

こ れ は 物理的には

トn に

1

− 1

の 変 成 器 が あっ て も

他のポ

トか らは観 測で き ない こと

すな わち

,Saa

, 

Su,

u は

n 端子反転影響 を受 け ない ことに よ る

同様の性 質が

,2

ト回路 の イン ピ

ダン ス パ ラメ

タ や ア ドミ タン ス パ ラ メ

タを

方の ポ

トの み の電 圧 電 流 か ら算 出 する とき の符 号の 不確 定 性とし て文 献 [

12

に 述べ ら れ てい る

 

2 .2

正 則 化

 

推 定の 基 本 式

9

は,

n

1

2 個 の 方 程 式 と

2(

n

− 1)

2 +

1

個の未 知 数か ら なっ てい る の で

こ の ま までは 方 程 式の数 が 未 知 数の数 よ り少 な く

解 が

ま ら な

こ で

n に接 続 す

SL

の値を替えて

S

を複 数回測定するこ とで 方程 式 数 を未 知 数の数 に

致 させ て式

9)

の係 数 行 列 を 正 則 化 し て解が

一・

意に定まる ようにする

た だし

,Seu

= 0 である回路

すな わ ち

トn と他の n

− 1

の ポ

トの組との 問の透過係 数が全て 0 である回路は

SL

を替えても

S

が変化しない ので以降の解 析 対 象か ら除 外 する

  負 荷

SL

を替 えて

S

を 測定する回数を最小とす るこ と を考慮 す る と

,1

回の測定で式

9

n

− 1

2 個の 方 程 式が得 られ る た め 未 知 数の数 2

n

1

2+1 個の方程 式を得る には

値の異 なる

SL

が最低

3

個 必 要と なる

,SL

を替えて

S

の測定を

3

回行い

乞番 目の測定で用い た

SL

の値及 び測 定で得 られた

S

を上 付 き添字

o

を付けて表すと

9)

1

li

liiii

iiiiii

        (

11

となる

11

の方 程 式 数は

3(

n

− 1)

2個で

未 知 数 の数よ り多い

以 下

S

を 得るには, 

SL

を 替えて

S

の全 要素の測定を

2

回 と要素の部分的 な測 定を 1 回す れ ば十 分 なこ と を示 す

 

11)

の係 数行 列の部 分ブロ ッ ク行 列

(5)

電子 情 報通 信 学 会 論 文 誌 2013112vol

 J96

c No

12 の 構 造か ら,

sLi

〕 ≠

5L2

) な ら, こ の各 行ベ ク トル は 線 形 独立であ り

11)

の上二つ のブロ ック行ベ ク トル

1

ブロ ック行ベ ク トル の独 立 性 は保 証 さ れ る

次 に

三つ の ブロ ック行ベ ク トル

・ ,・ ・

E3

.・ ・

E3

§・3・

v

か ら

1

行を残して他の行を除去 する ことで係 数 行 列を 正 則化で る こ とを示す

)に関する第 1 行

31 ( −

5

) OL  

O0

に ム

50

 

0

 

1

を残すもの とする

6

か ら ・…

£

IS

・ ・ T ・

 

 

 

L

IS・

u

 

Saa

σ

§

ω

      (

12)

であ る

こ こで

S

£

i)

Suu

1

とする と

SauSauT

0

とな り, Sau

0 の 仮 定 と矛 盾 するの で , 対象の 回 路では

5

£

i)の選び方によ らず

,511i

Suu

1

である

よっ て

12)

よ り §(t

 

52

         SauSauT

Saa

   

1 −

sEi

s

。u

ユ3

が得ら れ る

こ れ よ り

各 iに対 する

5

が異なるな ら ば

異 なる

i

に対する

§

ω の対応 する要 素は異 なる こ とが 分 か る

よっ

gil

Sl

)かつ

5il

P

で あるの で

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

但 ・

とする ときの係 数 行 列の 各行ク トル は線形独立とな り

フ ル ラン ク の正 方 行 列

1

す なわち

正則となる

な お

三つ 目の ブロ ッ ク行ベ ク トル で

)以外の要素 に関する行を残し た場 合でも 同様である

この式

14)

が本文で提 案 する推 定 式である

  結局

本 来導出 すべ き未 知パ ラ メ

タは

S

行 列の全 要 素 n2 あ り

 n2 非 線 形 方 程を連 立 して 出で る可能 性がある が

9

未 知ベ クトル に中 間パ ラ メ

タm2 を導 入して問題の主要 部を線 形 化し たこ とで

必 要 な 関 係式が 2

n

1

2+ 1個に増加し た と考 えるこ と が で きる

 

補 足 と して付 け加 え ると

11)

方 程式 数が未 知 数の数より

い の で, 最 小 2乗法で解くこ と が で き, n =

2

の と き文 献

7

の推 定 式と

ま た

n =

3

の と き文 献

10

の推 定式と

そ れ ぞ れ

致する

ま た

本 文で提案す る式

14)

11

と比較して

必 要 な 負荷の個 数は同じ3個である が 測定 する

S

パ ラ メ

タ数 は最小 数の r2 +r +

1

個で

,(

r2 + r

2 − 1

個 少 ない

3

圧  

3.1

  導      出  図

1

の ポ

ト の 入射 波ベ ク トル a と反射 波ベ ク ト

b

は       ユ              a =

Ro

 2 

V

R31

      ユ      ユ

b

=Ro

 2 

V − R81

15)

16)

と表さ れる

こ こ で

V ,1

それぞれ ポ

トの電 圧 ベ ク トル と電流ベ ク トルで

Ro

は各ポ

ト の電圧 と 電 流 を

S

パ ラメ

タに関 連づけ るの に必 要 な ポ

トイ ン ピ

ダンス を並べ た対角 行列である

ま た, 各ポ

トに接 続 さ れ た 信 号 源とその内 部 イン ピ

ダン ス の ベ ク トル をそ れぞれ Es ,

ZL

とすると

Es

ZLI

V

であ る か ら      

 

エ v =

Ro

 2 

V

     

 

エ es

;R

〔〕 2Es         ユ        ZL =

Ro

 2 

ZLRo

 2

17)

18)

19

20)

と規 格 化 する と

,S

か らv を導出 する方 程式として

ln − S

1

。・+

S

1

ln

S

E

] ・s

       (

21)

を得る

466

(6)

論 文/n

1ポ

ト測定に よ る 相 反 n ポ

ト回路の

S

パ ラメ

タ推 定  

3 .2

 ポ

ト電圧 の絶 対値の

意 性  

2 .

手 法推 定した

S

パ ラメ

タ に関して

Sau

の 部分の符 号が不確 定があっ て も , ポ

ト電 圧絶対 値

意に定まる こと を示す

 

10)

にお け る

Sau

の平方 根 演算で

正 符 号 を用 い た場 合の

S

行 列を

1

式の

S

とする と, 負符 号を用 い た場 合の

S

行 列

S

は ・

22

        NetWork Analyzer   図 2 BCI プロ

プ を用いた イ ミュ ニ テ ィ試験 系

Fig

2 1mmunity  testing system  using  BGI  probe

と書 ける

よっ て

K −

を用い て

S

KSK

23

24)

と表さ れ る

こ こで

,S

を 用い て算出 さ れ る ポ

ト電 圧 を▽ とすると

21)

と 同様に

ln

S

L

S

1

マ ー (

1

S

)・Σ1e ・

       (

25

が 成 り立つ

これ に式

24

を適用 し,

KK

=In

であ る こと を用い ると

K

1

− S

K

K (ln

S

K

・五 1

V

      

K (

ln

S)KzZle

26)

と な る

K

及 び zii は対 角 行 列の ため 可換で る か ら K

1バ

S

1

・ +

S

KV

     

− K (

ln

S )

K

・、 である

よっ て

左 か らK を乗 じて

1

・−

S

ln+

S

11

KV

      

− (

ln

S )

K

27)

28)

である

トn には 負 荷のみ接 続 する た め

e の 第n 要 素 は

0

とな るの で

Kes =

es である

よっ て式

28)

29)

1

S)

1・

・+

S )

E1

KV − (ln

S)

Ele

       (

30)

とな る

こ れ を式

21

と比較 する と 左辺の K サ 以 外は同 じ である た め

K

v

31)

である

こ の両 辺に

K

を 乗 じ

v

= [

VaT Vu

T とす る と ▽

=Kv

匿 ]

32)

と なる

よっ て

,S

を用い て算出 し た各ポ

ト電 圧は

S

を 用い て算出 し た各ポ

ト電 圧 と絶 対 値は等しく

トn の み逆符 号と なる

な お

24)

物 理 的にポ

トn の端 子 を 反 転 す る 操 作 を 表 してい る

4

. 推  定

  4

1  推定値と実測 値の比 較   対 象とする

BCI

プロ

ブを用い た イミュ ニ 験シス テム を図

2

に示 す

こ の シ ス テム は

3

ト 回 路 網とみ な すこ とがで きる

こ こ で ワイ ヤハ

ネ ス の 特性インピ

ダンス と ネッ トワ

ク ア ナ ライ ザの ポ

トイン ピ

ダン スは

致 してい ない

ま た

3

が 測定器を接 続で ない と仮定した ポ

トで

3

に終 端 接 続 する既 知のイン ピ

ダン ス と し て

,3

種の抵 抗

75

Ω

,150

Ω

,300

Ω を用い る

こ こで

抵 抗は size 

2012(0805)

±

1

膜 チップ 抵

(7)

電子 情 報通信 学会 論 文 誌 2013 /12 vol

 J96

−c

 No

12 1

 

5

 

0

 

5

 

1   。 →

11S

ー 眄 。 婿 →

21S

− 筋 。 燗 刈 31S − 肪 。 燗 →

22S

− 師 。 欄 州

32S

− 師 。 舶 刊

33S

Real

Measured

鄲一

Estimated

 

1

− wEstimated

 2 0        200       400       600     F瑚 uonoy  IMHz

o         2oo        4oo       6oo

   Frequency[MHz] 0      

00      4 願D       600     Frequency [MHz ] ロ         2          4oo       fi ロ     Fr巳quoncyMHz り         2oo       4ロロ       6oo    Frequency[MHz ] 10

50

o

5

T 10

50

0

5

1 10rsn

Q

5

1 10

50

05

1 105D

05

1 1050

05

1

Imaginary

ロ       !ロロ      4ロロ      eロロ   Frequenoy 〔MHz 】 o          !oo        ヰoo       6eo   Frcqucncy[MHz ] 0         200       400        600   Frequency[MHz」 ロ         2ロロ       qco       6oe   Frequency [MHz ] o       ヱ                  6oo   Frequency[MHz]   D     !OO      400      SDO      D       2QO      400      60D     Froquency [MHz ]      Frequency [MHz ]     図 3 S パラ メ

タ実測 及び推 定 結 果

Fig

3 Measured and  estimated  S

parameters

抗であ り

本推 定例では その公称 抵 抗値を既 知のイン ピ

ダン スと して用い る こ と とする

S

タ の推 定に は

,75

Ω,

300

Ω で負 荷したときの全ての

S

パ ラメ

タ に関 する式そ れ ぞ れ

3

個, 及 び, 150Ω で負 荷 したときの

S12

に 関 す る式

合 わ せて

7

個の式を用 い る

3

に, 推 定し た

S

パ ラメ

Estimated

 

1

Esti

皿 ated  

2)

3

にもネッ ト ワ

ク アナラ イザを接 続 して実 測 した

S

パ ラ メ

Measured )

を 併せ て示 す

こ こで

Estimated

 1,

2

は, 式

10)

に 現 れ る 2 次方 程 式の解で

そ れ ぞ れ相 異なる符 号を取っ た場合である

これ らの結 果 か ら

S13

S23

に関し 0 01

51

02

52

03

〉 ロ自 ℃

統 盛 。 〉

・ 眉 £

_

Measured

  一

Estimated 200       400 FrequencyMHz 60e  図 4 15 Ω負 荷時のポ

ト3 電圧

Fig

4 Port 3 voltage  with  150Ωload

F

10

 

i5

25 岩 Pt

30      0       200      400      

600

      Frequcncy[MHz ]     図 5 100Ω 負 荷 時の ポ

ト3 電 圧

  Fig

5 Port 3 voltage  with  100Ωload

5

1

15

Pt

25      0       200      400      600             

Frequency

MHz

】     図6270 Ω 負 荷 時の ポ

ト3 電 圧   Fig

6 Port 3 voltage  with  270Ω load

_

Measured

− −

Estimated て は前節で述べ た複 号の不 確 定 性 が 現 れて い る が

こ れ ら以外では

推 定値と実 測 値は測定し た範 囲で ほ ぼ

致して い るこ とがわかる

た だ し

,S33

虚 部につ い て は

測 定範囲の高い周 波 数で

致して い ない

こ れにつ いて は

4 .

2

で考察する

 

次に

この推定した

3

S

タ を用いて

ト2 とポ

ト3 に150Ωの抵 抗負荷を接 続し, ポ

1

10dBm

の入力を加え た際にポ

3

に生 じ る 電 圧を推 定 する

4

こ の推 定 値

Estimated)

と実測値

Measured )

との 比較を 示 す

結 果

 

S

パ ラ メ

タ計 算 時の複 号による 不

確定

さ は なくなり

図か ら よ く

致して い る ことがわか る

3

の 抵 抗 負 荷の値 150Ωは

,S

パ ラ メ

タ推 定 時に用い てい る ため

良 好 な 結果 が 出 るこ と は 当 然 と もい え るの で

468

(8)

論 文 /n

1ポ

ト測 定によ る相 反n ポ

ト回路の Sパ ラ メ

タ推 定 1o 鴫

11S

− 05D α5 →    

21S

    1     05S13  0    

o

5    

1 −   D 茄 →  

22

 

S

− 偽 。 輔 司  

23

 

S

− 師 。 輔 →

33S

Real

Measured

−  

Estimated

 

l

Ut

di

 Estlmated 2 0      200      如0     600    Frequency【MHz ] D         200         400         600    FrequencyMHz] 0        200       40D      600    Frequency[MHz ] D        200       400      6騨D     F匸閃 uency [MHz ] o      れ ロ      ロo           Frequency[MHz】         0D     4oo     お     Frequency [MHz 】 1050

05

1 1050

0

5

1 10

50

05

1 10

50

c

5

1 10

50

05

1 1050

05

1

Imaginary

0       20じ      中DO      500    Frequency [MHz ] 0     200     400     臼OO    Frequency[MHz ] 0         2DO      孕pe         6DO     Frequency [MHz ]

ロ         2oo         4eo         fieo

   Fr閃uoncy [MHz エ

ロ     2oo     4oロ     fioo

   Frequency[MHz ]

ロ         2oo         4oロ         6o 

   Frequemcy [MH2 図 7 S パラメ

タ実 測 及び推 定 結 果 (静電容量 σp

    1

2pF に よ る負荷補正後)

Fig

7 Measured and  estimated  S

parameters  With

     load value  correction  of OP

1

2pF capaci

      tance

S

パ ラ メ

タ推 定 時に用い てい ない値である 100Ω と 270Ω の抵抗 負荷 を接 続し た場 合のポt ト

3

に生 じる 電圧につ いて

推 定値 と実 測 値の比 較 を 図

5

及 び 図

6

に示 す

誤差が 2dB 程 度生 じてい る もの の

,150

Ω の 場 合と同様に良好な

致を示 してい ること が わ か る

 4 .

2 

推定 誤 差に対す る 考察

 

3

で,

S33

の 虚部の推 定値が測定 範 囲の高い周 波 数で実 測値と

致し てい ない

こ の原 因と して

推 定 の場 合は被 測 定 物に負 荷を直 接接 続 し た が, 実 測の場 合は

被 測定物の ポ

3

SMA

レ セプタクルを接 続し て か らネッ トワ

ク ア ナ ラ イ ザ を接 続し た ことで

推 定 時と実測 時で被測定物の構造に差 が 生 じたこ と

考 えら れ る

そこで

3

周波 数 範 囲

SMA

レ セ プタ ク ル は特 性イン ピ

ダン スが

50

Ω の短い伝 送 線 路であ り

シ ャ ン ト容 量 が 主で ある と考え

SMA

レ セプタ ク ル をシャ ン ト容量

Op

でモ デル

こ の 異 を考 慮して

S

パ ラメ

タ を 再 推定した

Cp

の値は

測定 範囲で実 測 値 に 合うように 決定した

結果 を 図

7

に示 す

.S33

虚 部につ いて図

3

で見ら れてい た誤差 が小さくなっ てお り

かつ

他の

S

パ ラメ

タ に は ほ とんど違い が 生 じてい ない ことが分か る

こ れ に よ り

3

S33

の虚部の推定 誤 差は

ネッ トワ

ク ア ナ ラ イ ザ を接 続 す る た めにポ

3

に 取 り付け た

SMA

レ セ プタクル の 影 響 によ る もの で, こ れを補正すれば, 取 り除 ける こと が わ かる

5

 

  び

 相 反n ポ

ト回路の

S

パ ラ メ

タを求め る

方 法 を 述べ た

本 方 法では

測定器 を接 続 し ない

つ の ポ

トに既 知の荷を接 続 し, 残りの n

− 1

ト 問 射及 び 透 過特性 を 測 定 するこ とで n ポ

ト と して の

S

パ ラメ

タを推 定して い る

した がっ て

本 方法は

測定器 を直接 接 続 する のが困 難な ポ

トを もつ 回 路 シ ス テ ム の

S

パ ラ メ

タを求めるの に有用で

こ のと き

線 形 方 程式と

2

次 代 数 方程 式 を解 くだけで

S

タ が求まる ように推 定 式を工夫した

本方法 では

測 定器を接続 しない ポ

トと測 定 器 を接 続 する ポ

ト問の

S

パ ラ メ

透 過 係 数

の符 号は定ま ら ない が

測定 器を接続 し ない ポ

トの電圧のきさ は 正 し く推 定で きる こと を示した

ま た

,3

ト回路 とみ なせ るイミュ ニ ティ試 験シス テム の

S

パ ラメ

タ 推 定に本 方法を 適 用 し

本 方 法の有 効 性 を確か めた

 

本 方 法では

既 知の負 荷を 接 続 する ポ

トに測定器 を 接 続 する必 要がない の で

ト間の グ ラン ドが共 通で ない 場 合に も応用可 能で ある

 今後の 課 題 として は

測定器 を接 続しない ポ

ト と 測 定器を接 続するポ

ト間の

S

パ ラメ

透 過 係 数

の符号を 決 定 す る 方法

及び

精度の良い結果 を得る た め の負荷に接 続する既知の イン ピ

ダン ス の組み合 わせ を定め る方 法の検討が考え ら れ る

ま た, 測定器 を 接 続 しない ポ

ト数 を 増や した場合の 推定 方法を与 え るこ と も今 後の課 題であ る

(9)

電 子 情 報 通信 学 会論 文 誌 2013112voL  J96

−C

 No

12 ] 1 [ 】 2 [ ] 3 ー ー 4 [ ] 5 [ ] 6 ー ] 7 ー ] 8 ー ー 9 [ [10 [11] [12 文 献

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J

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和田修己

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トモデル化 を 目的 と した参 照 グラ ウン

ドが 不 要 な ユエ ンドインピ

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福 井 伸 治

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1966

      (平成 25 年4月12 日受 付

7 月 22 日再 受 付

                      11 月 13 日公 開) 前 田

 

 

(正 員)  1984 京 大

電 気 第二卒

同 年日本 電装 (株 〉人社

1990Stanford 大 Computer Science修士課 程

r,

1994 〔株 ) 日本 自動 車 部 品 総 合 研 究所 出 向

電 動 車 両の充 電 回 路

車載通信回路

車両 EMC 解 析の研 究 に従事

2012 より岐阜 大学大学 院工学 研 究 科 電 予 情 報システム工学 専攻博 士 課 程に在学中

IEEE 会員

驪 福 井  伸 治    (正員 )  1985 豊 橋 技術科 学大

電 気 電 子 卒

1987 同大大学 院 修 士 課 程 了

同 年 (株 〉デ ンソ

入 社

同年 (株)日本 自動車部 晶総 合 研究所出向

移動 通信 用ア ン テナ

車 載 通 信 機器

車 両EMC の解 析 等の研 究開発 に従 事

IEEE 会 員

市 川  浩 司  (正員 )  1987 東 京 農工大工

電子 卒

ユ989 同 大 大学院修十課程 了

同年 〔株 )デ ン ソ

入 杜

車 両 用 集 積 回 路

電 子 制 御ユ ニ 研 究に従事

20D8 神戸 大電子工学 博士課 程 了

工博

エ レク トロニ ク ス実 装 学 会

IEEE

 NARTE 会員

櫻 井 礼彦  2001 同志 社 大

電 子工学 卒

2003 同 大 大学院修 士 課 程 了

2003 (株 )デ ン ソ

入社

車両 用 集積 回路

電 子 制御ユニ ッ の 電 磁イミュ ニ テ ィの研 究に従 事

NARTE 会 員

関根  敏 和    (正員 )  1974 山 形 大

電 子 卒

1976 同大学 院修士課程修了

「司年 岐阜大学工学 部助 手

現在同 大学 准 教 授

博士 (工学 )

分 布 集 中 定 数 混 在 回 路

マイク ロ波フ ィ

超 高 速 配 線 網の研 究に従 事

IEEE 会員

高 橋

 

康 宏

  (

正 員

 2000 山 形 大

電 子 情 報 卒

2005同 大 学 院博 士 後 期 課 程修了

博士 (⊥学〉

同 年 岐 阜 大 学工学 部 助 手

2007 年 同 大 学 助 教

主 と して

低 消費電力半 導体集積回路 の設 計

研 究に従 事

電 気 学 会

IEEE 等 の会 員

470

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