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Tinyネットアナ入門 LiteVNA 64のキャリブレーション


レンチを使った締め付けトルク管理も

ネットワーク・アナライザとキャリブレーションの基本

図1　ネットワーク・アナライザの測定精度を上げるにはレンチを使った締め付けトルク管理が重要．ショート/オープン/ロード/スルーのキャリブレーション用基準器の扱い方を解説．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［提供・著］川口 正．
詳細：［VOD/KIT］Tinyスペアナ×Tinyネットアナで作る6GHz My実験ベンチ

ベクトル・ネットワーク・アナライザ（VNA）は高周波測定において不可欠なツールです．ここでは50k～6.3GHzのベクトル・ネットワーク・アナライザ“LiteVNA 64”を例に，キャリブレーション・キットの構造と取り扱いを解説します．

測定精度を左右する第一歩「キャリブレーション」

ネットワーク・アナライザで正確な測定を行うためには，キャリブレーションが欠かせません．キャリブレーションでは，「ショート（Short）」「オープン（Open）」「ロード（Load）」「スルー（Through）」の4つの基準器が使用されます．

  1. ショート（Short）
    コネクタの中央ピンを平面的に完全に短絡する構造です．これは高周波のインピーダンスに対して最適化されており，測定系の基準点を決定します．
  2. オープン（Open）
    中央ピンが空洞に向かって開いた形状です．これは電磁波の反射特性を正確に評価するための基準になります．
  3. ロード（Load）
    高周波エネルギを50$\Omega$で吸収する設計です．理想的な終端として動作し，反射を最小限に抑えます．
  4. スルー（Through）
    2つのコネクタを直結することで測定の直通性を評価します．

各基準器は，SMAやN型といったコネクタ形状に合わせたものを使用します．また，キャリブレーション時には締め付けトルクを一定に保つことが求められ，専用のトルク・レンチ（例えば，0.9N・m）を使うことで精度を確保します．

適切な組み合わせが鍵

高周波測定では，コネクタの種類とその接続状態が測定結果に大きく影響を与えます．

  1. SMAコネクタ
    6GHzまでの測定に対応する一般的なコネクタ．小型で扱いやすい反面，取り扱いの際に締め付けトルクが適切でないと測定誤差が発生します
  2. N型コネクタ
    高耐久性があり，安定した接続が可能．オス型とメス型を正しく選定し，必要に応じてアダプタを利用することが重要です

キャリブレーション用の基準器は，個別に揃えるよりも，オープン・ショートがペアになった一体型のセットが便利です．これにより，接続ミスを防ぎ，効率的な校正が可能になります．

キャリブレーションの核心「基準器」と「締め付けトルク」

キャリブレーションの精度を左右する重要な要素として「基準器」と「締め付けトルク」が挙げられます．

基準器の役割と選び方

基準器は，測定系全体の「ゼロ点」を決定する役割を果たします．ショート基準器では，中央ピンを完全に短絡することでインピーダンスを定義します．この際，基準器内部の立体形状が周波数特性に影響するため，信頼性の高いメーカの製品を選ぶことが推奨されます．また，基準器は頻繁に使用されるため，取り扱い時には汚れや損傷に注意し，定期的に校正を行うことが必要です．

締め付けトルク:精度向上の鍵

コネクタの締め付けトルクが不適切だと，接続不良やインピーダンスの変化が発生し，測定精度が損なわれます．SMAコネクタでは0.9N・mが推奨トルクですが，専用のトルクレンチを使用することで均一かつ確実な締め付けが可能です．

正確な測定結果を得るためには，キャリブレーションの手順を正確に理解し，基準器やコネクタを正しく使用することが不可欠です．高周波測定の初めの一歩として，これらの基礎を確実に習得しましょう．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

  • メーカで高速ディジタル回路と高周波回路の開発設計に30年以上従事．高速回路設計，EMC対策回路設計のコンサルタント

著書

  1. ［VOD/KIT］Tinyスペアナ×Tinyネットアナで作る6GHz My実験ベンチ，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD］小型＆高出力！高効率電源設計のためのSiC/GaNトランジスタ活用 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．

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/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．
  4. ［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．
  5. ［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．
  6. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ，ZEPエンジニアリング株式会社．
  7. 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．