ポケットネットアナ NanoVNAV2入門

リターン・ロスS11と通過ゲインS21の実測

NanoVNAV2によるSパラメータ測定入門

NanoVNAV2とは

NanoVNAV2（SAAV2）は，小型で手軽なベクトルネットワーク・アナライザであり，最大3GHzまでの高周波測定が可能です．従来のデスクトップ型ベクトルネットワーク・アナライザと比較して，約1/1000の容積と1/500の価格で同様の機能を提供します．NanoVNAV2は，リターン・ロス（$S_{11}$）や通過ゲイン（$S_{21}$）の測定に適しており，電源供給はUSBから行われるため，ポータブルで便利な測定ツールとして広く活用されています．

リターン・ロス（$S_{11}$）と通過ゲイン（$S_{21}$）の測定手順

リターン・ロス（$S_{11}$）は，入力ポートから反射される信号の割合を示し，アンテナやインピーダンス整合の評価に用いられます．通過ゲイン（$S_{21}$）は，入力ポートから出力ポートに伝達される信号の比率を表し，フィルタやアンプなどの回路性能を評価するのに利用されます．

測定の流れ

1. 接続と校正
   NanoVNAV2本体をPCとUSBケーブルで接続し，専用アプリ（nanovna-saver）を起動します．校正用SMA端子（SOLT: Short, Open, Load, Through）を使用して，測定周波数範囲に応じたキャリブレーションを実施します
2. アッテネータの使用
   高周波信号の正確な測定のため，出力ポート（Rx）には10dBや15dBのアッテネータを接続します．これにより，測定系への過剰な信号入力を防ぎます
3. 測定データの取得
   測定範囲（例：50k～3GHz）を設定し，掃引（Sweep）を開始します．測定データはアプリ上でグラフとしてリアルタイム表示され，Sパラメータの特性が視覚化されます．

アプリの活用: NanoVNAV2の強み

NanoVNAV2は，nanovna-saverという専用アプリを使用することで，USB経由での測定データ管理や詳細な解析が可能です．このアプリでは，最大1024ポイントまでのデータ取得が可能で，精密な特性評価をサポートします．

リターン・ロスとは

リターン・ロス（$S_{11}$）は，高周波設計における重要な指標の1つです．これは，負荷インピーダンスが信号源インピーダンスにどれだけ近いかを評価する指標であり，次式で表されます．

$ S_{11} = 20 \log_{10} \left| \frac{V_{reflected}}{V_{incident}} \right| $

ここで，$V_{incident}$は入力信号の振幅，$V_{reflected}$は反射信号の振幅を示します．リターン・ロスの値が大きいほど，反射が少なく，効率的なエネルギ伝送が実現されていることを意味します．

アンテナ設計とインピーダンス整合

アンテナ設計において，リターン・ロスはアンテナの整合性を示す重要な指標です．例えば，携帯電話やWi-Fiデバイスでは，アンテナのリターン・ロスが良好であることで，信号強度が向上し，通信の安定性が確保されます．

リターン・ロスは高周波回路設計におけるインピーダンス整合の評価にも用いられます．送信回路からアンテナまでのインピーダンスが整合していない場合，信号の一部が反射し，送信効率が低下します．リターン・ロス測定を活用することで，これらの問題を特定し，設計を最適化することが可能です．

〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 沖縄高専名誉教授，GLEX代表　(教育・研究コンサルタント)
• (株)東芝にて光通信用半導体・送受信器の開発，高周波デバイスの応用技術などに25年間従事．国立沖縄高専にて，アナログ・ディジタル電子回路，高周波回路の講義などに12年間従事．専門領域：光通信，無線工学，半導体工学, バイオ・エレクトロニクス(工学博士，第一級陸上無線技術士，電気通信主任技術者）

著書

1. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. 7大電子回路シミュレータRF解析性能の見極め方，トランジスタ技術2020年1月号，CQ出版社．
3. 測定周波数50k～900MHz 5千円のネットワーク・アナライザ NanoVNA，トランジスタ技術2020年7月号，CQ出版社．
4. 2.5GHz帯アンテナとLNA回路製作，トランジスタ技術2020年2～3月号，CQ出版社
5. QAM-OFDM変調ディジタル無線通信における多層・複合材料の電磁波遮蔽の評価，電子情報通信学会論文誌 招待論文2021年6月号，電子情報通信学会論文誌

参考文献

1. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］高精度アナログ計測回路＆基板設計ノウハウ，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータMkⅡ，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［KIT］実験用28GHzミリ波パッチ・アンテナ，ZEPエンジニアリング株式会社．
7. [技術連載]5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室 [Vol.8 初めての28GHzミリ波伝搬実験]，ZEPエンジニアリング株式会社．