3GHzネットアナNanoVNA入門 Qucsの定数設計機能

値を連続可変させて最適解を手早く探し出す

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Qucsの定数設計機能による最適化

NanoVNAの概要と用途

NanoVNAは，小型かつ高性能なベクトル・ネットワーク・アナライザ（VNA）として，アマチュア無線や電子回路設計者の間で人気です．このデバイスは，Sパラメータ測定をはじめとする高周波特性解析を簡単かつ手軽に行えるツールとして設計されています．3GHzまでの周波数範囲での測定が可能で，アンテナ特性やフィルタ特性の評価に最適です．

回路シミュレーション・ソフトウェア「QucsStudio」には，NanoVNAで得た測定データを解析・最適化するための強力な機能が備わっています．このソフトウェアは，AC解析やSパラメータ解析など，多様な解析機能を提供し，リアルタイムで部品値を調整しながら回路特性を評価することが可能です．

QucsStudioの「定数スイープ」機能とは

QucsStudioの「定数スイープ」は，部品値を連続的に変化させながら，回路の応答を解析するための設計支援機能です．キャパシタの値を5pFから15pFまでスイープし，その間のゲイン特性や周波数応答の変化をリアルタイムで観察できます．この機能は以下のような手順で使用されます．

1. ターゲット選択
   定数を調整する部品（例: キャパシタ）を選択します
2. スライダー操作
   スライダーを動かすことで，部品値を動的に変更し，各値に対応する特性をグラフで確認します
3. 最適値の固定
   適切な特性が得られた値を見つけたら，「Adapt」ボタンでその値を固定します

この機能により，従来手動で試行錯誤を繰り返していたプロセスを大幅に効率化できます．また，部品値の変さらに応じて自動的に生成される特性グラフは，視覚的にも理解しやすく設計されています．

解析結果を活用した最適設計

定数スイープで得られた結果は，実際の回路設計において非常に重要です．高周波回路においてキャパシタやインダクタの値がわずかに変化するだけでも，周波数特性やインピーダンス整合が大きく変わることがあります．QucsStudioのスイープ機能を用いることで，最適な部品値を迅速に見つけ出し，製品の性能向上や設計期間の短縮に貢献できます．〈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．