ネットワーク解析

ベクトル・ネットワーク・アナライザは、信号発生器とレシーバの両方の機能を備えているため、多くの必要な仕様があります。このセクションでは、ネットワーク・アナライザの重要な仕様の一部について説明します。

最大周波数

VNAの最大周波数は、測定可能な最高周波数です。ネットワーク・アナライザのレシーバには、入力信号をデジタル形式に変換するアナログ/デジタル・コンバータ（ADC）が内蔵されています。これらの信号は、その後解析および表示されます。ADCは無線周波数帯の信号を変換できないため、入射信号はADCの動作周波数にダウンコンバートする必要があります。この動作周波数は中間周波数（IF）と呼ばれます。

ダイナミックレンジ

ダイナミックレンジとは、コンポーネントの応答が測定されるパワー範囲です。

図は、ダイナミックレンジが定義される2つの異なる方法を示しています。システムダイナミックレンジは、機器の仕様に使用される値です。

• システムダイナミックレンジは、ブースターアンプなしで、かつDUTゲインを考慮しない場合の機器の能力を示します。機器の最大ソースパワーは、最大パワーレベル Pref です。
• レシーバーダイナミックレンジは、パワー増幅を伴う機器のダイナミックレンジです。ソースパワーを最大パワーレベルとして使用するのではなく、この仕様は機器のレシーバーが測定できる最大パワー Pmax に基づいています。

下の左図は、帯域通過フィルタのS21測定のトレースを示しており、機器のダイナミックレンジを表しています。上限はフラットで、下限はノイズを含んでいます。これらの境界の形状を決定する要因を見てみましょう。

ソースのパワーレベルの上限とレシーバーの圧縮点が、ダイナミックレンジの最大パワーレベルを決定します。

レシーバーを構成するミキサーとアンプは、飽和するか、最大出力に達するまでに処理できる電力に限りがあります。デバイスが飽和領域にある場合、入力と出力の間に線形関係は存在しません。

アンプの飽和は、下の右図に示されています。1ワットを超える入力パワーでは、実際の出力（赤）は理想的な出力（緑）から逸脱します。この現象は圧縮と呼ばれます。レシーバーは、レシーバーの圧縮点を超えるデバイス出力を捕捉できません。この入力パワーの制限が、ダイナミックレンジの上限を形成します。

出力電力

出力パワーは、VNAの信号発生器とテストセットがDUTに供給できるパワー量を示します。これはdBmで表され、ほとんどのRF伝送線の特性インピーダンスに合わせるために50Ωのインピーダンスを参照します。

高出力は、測定のS/N比を改善したり、被測定デバイス(DUT)の圧縮限界を決定したりするのに役立ちます。

アンプなどの多くのアクティブデバイスは、ネットワーク・アナライザの電力制限を超える、困難な線形および非線形高電力測定を必要とします。

トレースノイズ

トレースノイズとは、システム内のランダムノイズによりDUT応答に重畳されて現れるノイズです。これにより、信号が滑らかでなく、あるいはジッターがあるように見えることがあります。

トレースノイズは、テストパワーの増加、レシーバーの帯域幅の低下、または平均化によって軽減されます。

正確な測定を行うには、適切なベクトル・ネットワーク・アナライザと、測定器をDUTに接続するためのケーブルやコネクタが必要です。

ベクトル・ネットワーク・アナライザ

ベクトル・ネットワーク・アナライザは、シンプルなSパラメータ測定ツールから、ラック全体を置き換えることができる高度に統合された測定器まで多岐にわたります。フィールド、計測ラボ、生産ラインのいずれにおいても、速度、性能、柔軟性の適切な組み合わせを提供するネットワーク・アナライザがあります。

キーサイトは、ポータブルなFieldFoxから高度に統合されたPNAまで、最も幅広いネットワークアナライザのモデルとフォームファクタを提供しています。

コネクタ

測定器とDUT間の接続は、信頼性の高い測定にとって非常に重要です。RF測定は非常に高感度であるため、コネクタの仕様を考慮するようにしてください。コネクタは、特性インピーダンス、周波数範囲、品質という3つの主要な仕様によって特徴付けられます。

コネクタの導体寸法によって、特性インピーダンスと周波数範囲を近似できます。特性インピーダンスは、内部導体と外部導体の直径の比（図中のdとD）の関数です。反射を最小限に抑えるために、ケーブルとコネクタの特性インピーダンスをDUTに合わせることが重要です。

周波数範囲は、外部導体の内径（D）に関連しています。同軸ケーブルの最大周波数は、以下の式で近似できます。

最大周波数(GHz) = 120/D (mm)

例えば、これは3.5 mm導体の最大周波数が約120 / 3.5 = 34 GHzであることを意味します。テストに必要な周波数をハードウェアが処理できることを確認する必要があります。30 GHzを超えるミリ波周波数では、より小型の導体を持つコネクタとケーブルが必要です。

コネクタを探す際には、ご自身に適した品質レベルを知る必要があります。品質とは、コネクタが製造される際の卓越性の度合いを測るものです。品質には、生産、計測器、および計測の3つのグレードがあります。

• プロダクショングレード：汎用グレードとも呼ばれ、これらのコネクタは、接続が限定され、再現性が低いことが許容される経済的なアプリケーション向けです。
• インストゥルメントグレード：計測器グレードコネクタは、繰り返し精度と長寿命が最優先される精密なテスト/測定機器向けに設計されています。
• メトロロジーグレード：メトロロジーグレードは、最高の性能と再現性が要求される校正アプリケーションに最適です。これらの高精度コネクタは、コネクタインピーダンスにおいて最高の確実性を提供します。

ベクトルネットワークアナライザアクセサリ

周波数エクステンダーからテストセットコントローラーまで、ネットワーク・アナライザ・アクセサリは、測定器を完全なソリューションに変えることができます。

ハードウェアアクセサリは、以下の用途に役立ちます。

• 誘電材料の特性評価
• オンウェハーデバイスのテスト
• 高出力アンプとミキサを測定します

その他多数。

ベクトル・ネットワーク・アナライザは、非常に多機能な測定器です。以下に、そのアプリケーションの一部をご紹介します。

スペクトラム解析

ネットワークアナライザにスペクトラム解析機能を追加することで、スプリアス検索の高速化、機器間の切り替えの排除、およびシングル接続・複数測定（SCCM）機能の活用により、テスト時間を大幅に短縮できます。

パルス測定

ネットワークアナライザは、標準動作で連続波（CW）信号を使用します。これは多くのアプリケーションで有用ですが、パルスRF信号が好ましい特定のシナリオがあります。例えば、

• パルス動作向けに設計されたアンテナのテスト
• CW信号の熱が懸念されるオンウェーハ測定
• 時間領域反射率測定（TDR）

PNAのような高度なネットワークアナライザは、これらのアプリケーションなどに利用できるパルスRF測定をサポートしています。

アクティブデバイス測定

現代のRFシステムは、アンプ、ミキサー、周波数コンバーターなどの能動デバイスで構成されています。これらの種類のデバイスのテストには、かつては装置一式が必要でした。現在、ネットワークアナライザは、追加のハードウェアなしで能動デバイスの特性評価を処理できるほど高度化しています。

従来のRFテスト・システムではなくネットワーク・アナライザを使用することで、すべての測定を1つの測定器に統合し、テスト時間を大幅に短縮できます。PNAのような統合型ネットワーク・アナライザを使用して、以下をテストします。

• Sパラメータ
• 非線形パラメータ (Xパラメータ)
• ゲイン圧縮
• 相互変調歪み (IMD)
• スプリアス
• 雑音指数

その他多数。