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1
NMIJ計測クラブ 電磁界クラブ 第2回会合
ネットワークアナライザの基礎
平成19年2月15日17:20~18:00 (40分)
産業技術総合研究所
計測標準部門
電磁界標準研究室
廣瀬 雅信
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2
目次
• ネットワークアナライザの基礎– スペクトルアナライザとネットワークアナライザの比較
– ネットワークアナライザの構造• 4 ch receiver方式
– ネットワーアナライザの校正法• ネットワークアナライザによる測定系のエラーモデル
• Short、Open、Load校正
• Response校正
• SOLT校正
• TRL校正
– 最新のUnknown Thru校正法• アンテナ測定における適用
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3
スペクトルアナライザとネットワークアナライザの比較
アンテナ測定における
スペクトルアナライザ ネットワークアナライザ
振幅 ○ ○
位相 × ○
測定系の補正 △ ○
SG SA
VNA
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4
測定例
鉄板床
アンテナ間距離 5 m
高さ 4 m
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
MHz
S21
(dB
)
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
差
(dB
)
SAVNASA-VNA
長野県工業技術総合センタへ・軽部さんの測定
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5
SAを使用したアンテナ測定モデル
SG SAe11f
e10f
S12
S11 S22
S21
e22f
e32f
AUT
SG SA
Port 1 Port 2
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6
( )( )2
1221221122221111
213210
11 SSeeSeSeSee
PPffff
ffSGSA −−−
=
SG SAe11f
e10f
S12
S11 S22
S21
e22f
e32f
AUTアンテナ測定
ケーブル測定SG SA
e11f
e10f
1
1
e22f
e10f
2
2211
3210.. 1 ff
ffCSGCSA ee
eePP
−=
( )( )( )
2
1221221122221111
212211
.. 111
SSeeSeSeSee
PP
PP
ffff
ff
CSG
SG
CSA
SA
−−−
−= 近似値が求まる
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7
r1
a
b e00 e11
e01
e10
S12
S11 S22
S21
e22
e32
AUT r2 e23
e33
Error box A Error box B
VNAを使用したアンテナ測定モデル
Port 1 Port 2
VNAアンテナのみのSパラメータが求まる
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8
1ポートのエラーモデル[3]
(e01)
(e10)(R1)
(A)
d
Port 1
d
dm e
eeeab
Γ−Γ
+==Γ11
011000
0
0
1
mΓ
2ad
add Γ+Γ+=Γ μτδ校正後の残留誤差
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9
校正法の種類と特徴[4]2a
dadd Γ+Γ+=Γ μτδ校正後の残留誤差
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10
校正の比較
10 cm airline + short[4]
Open, Short, Load-slide TRL
S11 0.05 dB/div2 GHz to 10 GHz
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11
ネットワークアナライザの構造[1]
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12
4CH Receiver VNAの構成[1]
R1 R2
A BPort 1 Port 2
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13
8-term error モデル
r1
a
b e00 e11
e01
e10
S12
S11 S22
S21
e22
e32
AUT r2 e23
e33
Error box A Error box B
Port 1 Port 2
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14
各CH receiver間の漏れ混み無しのエラーモデル[3]
(R1)
(A)
(R2)
(B)
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15
1ポートの校正Short、Open、Load校正[3]
d
dm e
eeeab
Γ−Γ
+==Γ11
011000
0
0
1
(e01)
(e10)(R1)
(A)
d
Port 1
mΓ
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16
1ポートのShort校正またはOpen校正
(電気長補正)
(e01)
(e10)(R1)
(A)
dd
dm ee
eeee
ab
Γ≈Γ−Γ
+==Γ 011011
011000
0
0
1
d
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17⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ΓΓΓ
=⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
−⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
ΓΓΓΓΓΓΓΓΓ
mL
mO
mS
dLdLmL
dOdOmO
dSdSmS
eeeeee
11000110
11
00
111
mΓ dΓ
1ポートのSOL校正
d
dm e
eeeab
Γ−Γ
+==Γ11
011000
0
0
1 loadopenshortd ΓΓΓ=Γ ,,
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18
(R1)
(A)
(R2)
(B)
1 1
2ポート系のResponse校正
01233
0123210
0
321 ee
abSoree
abS mm ====
033221100 ==== eeee と仮定する
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19
2ポート系(Full 2-port)校正手順
VNA
Short Short
Open Open
Load Load
Through
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20
S11 10 dB/div2 GHz to 10 GHz
S21 0.02 dB/div2 GHz to 10 GHz
Figures from Ref. [4]
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21
TRL校正手順
VNA
Through
Line≈λ/4
Short Short
Reflect
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22
校正の比較
10 cm airline + short[4]
Open, Short, Load-slide TRL
S11 0.05 dB/div2 GHz to 10 GHz
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23
Unknown Thru校正手順
VNA
Short Short
Open Open
Load Load
Unknown Through
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24
校正手順の比較
VNA
SOL SOL
共通のSOL校正
VNA
従来のThru法
VNA
Unknown Thru法
校正された2アンテナ測定
提案の方法Thru無し
注意: S21=S12を満たす
(相反性の成立する)アンテナ系注意: iポートai、biは
特性インピーダンスで規格化
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25
2アンテナ測定
Port 1 Port 2
2.7 m
2.1 m
VNA
LP 0.3 GHz~2.2 GHz
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26
アンテナ間のS11とS22
0.0
0.3
0.5
0.8
1.0
0 3 6 9Frequency (GHz)
Mag
nitu
de
|S11||S22|
振幅
0.0E+00
1.0E-05
2.0E-05
3.0E-05
0 3 6 9Frequency (GHz)
Diff
eren
ce
|S11.proposed - S11.conv||S22.proposed - S22.conv|
SOLT校正との振幅差
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27
アンテナ間のS21とS12
-100
-70
-40
-10
0 3 6 9Frequency (GHz)
(dB
)
S21.prposedAverage(S21,S12).convAverage(S21,S12).unk
振幅
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0 3 6 9Frequency (GHz)
(dB
)
S21.proposed/Average(S21,S12).convS21.proposed/Average(S21,S12).unk
新提案、SOLT、Unknown Thruとの差
![Page 28: NMIJ ネットワークアナライザの基礎nmijclub/denjikai/bak/restricted/02...11 11 22 22 11 22 21 12 10 32 21 1 1 e S e S e e S S e e S P P f f f f f f SA SG − − − =](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052609/5aff38017f8b9a944d90167d/html5/thumbnails/28.jpg)
28
まとめ• SAでは測定系の不完全な校正のみ可能
• VNAでは測定系の完全な校正が可能
• VNA校正ではSOLT校正が良い
• TRL校正はさらに不確かさが小さい
• アンテナ測定ではUnknown Thru法を応用してSOL校正だけで測定可能
SOLT校正と9GHz 0.05 dB以下の差
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29
参考文献
[1]Agilent PNAマイクロ波ネットワークアナライザ5988-7989JA.pdf[2]ネットワークアナライザのアーキテクチャ5965-7708J.pdf[3]D. Rytting,”Network Analyzer Errror Models and Calibration Methods”,HP
(http://cpd.ogi.edu/IEEE-MTT-ED/DougRyttingSeminar.htm)[4] “Advances in Microwave Error Correction Techniques”,HP[5] A. Ferero and U. Pisani, “Two-Port Network Analyzer Calibration Using an
Unknown Thru”, IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 2, No. 12,
pp.505-507, December 1992.[6]廣瀬雅信、“新しいOSL法によるアンテナ測定”,計測研究会資料,IM-06-23,
6月 2006.