シンクランドでは、高周波通信用光コンポーネントの周波数特性検査が行える装置「PFDA」を製造販売しております。シンクランド製のTwo-Tone光源と、Rohde ＆ Schwarz社製のベクトルネットアナライザ（VNA）を組み合わせた構成です。今回は「ネットワークアナライザ」とは何かについてご紹介いたします。

ネットワークアナライザとは？

　ネットワークアナライザ（Network analyzer）は、テストデバイスとなる被測定物（DUT： Device under test）の電子回路網特性を評価する装置です。筐体内部に信号源と受信機を搭載しており、DUTを接続して信号を流す事によって電気特性を測ることができます。

　入力信号の減衰やインピーダンスを測定する事により電子部品等の動作、特性評価などが確認できる為、様々な電子デバイス測定にかかせない装置となっています。

ネットワークアナライザの種類

　分類を大きく分けると、振幅の特性を測定・解析するものはスカラ・ネットワークアナライザ（SNA）、位相特性も含めて同時に解析するものはベクトル・ネットワークアナライザ（VNA）と分ける事ができます。

　様々な電子機器に高周波部品が欠かせない昨今では、幅広い測定が可能なベクトル・ネットワークアナライザの事を指します。

ネットワークアナライザの測定原理

　ネットワークアナライザの測定原理について、信号源（Signal source）、パワースプリッタ、方向性結合器（Directional coupler）、受信機（Receivers）または検出器（Detectors）などを定義し、測定原理に当てはめる事ができます。この原理を用いて反射特性（S11）、伝送特性（Ｓ21）などの数値を算出する事ができます。

Sパラメータと各特性

　Sパラメータ（Scattering parameter）とは、交流信号を波として定義した場合、その波の反射や伝送強度で回路網特性を表わします。対象となる回路において、反射もしくは通過した値を測定する事により減衰、あるいは増幅されているのかがわかります。

　ネットワークアナライザのアウトプットは基本的には高周波の振幅と位相をＳパラメータとして下記S11 ～S 22 に表すことができます。

「JEMIMA:3-9-1 ネットアナライザ」より引用、一部改変

• 順方向の反射（S11）：端子1から信号を入力したときに端子1に反射する信号で、端子1の 反射損失（Return loss）を示します。

• 順方向の伝送（S21）：端子1から信号を入力したときに端子2に通過する信号で、端子1から端子2の 挿入損失（Insertion loss） を示します。

• 逆方向の伝送（S12）：端子2から信号を入力したときに端子1に通過する信号で、端子2から端子1の 挿入損失（Insertion loss）を示します。

• 逆方向の反射（S22）：端子2から信号を入力したときに端子2に反射する信号で、端子2の 反射損失（Return loss）を示します。

　弊社においても高周波部品の使用、関連する開発にはネットワークアナライザによる回路網の解析が必須となっております。特に高周波信号を扱うデバイスにおいてはインピーダンス（抵抗）の不整合によって起こる信号の反射を確認する必要があり、その他にもSパラメータを用いて各パラメータを求める事が重要になってきます。

電圧定在波比 (VSWR：voltage standing wave ratio）

　伝送線路にインピーダンスの不整合があると、反射が発生します。理由としては進行波が途中で反射、もしくは反射波（逆方向の波)が生じて重なりや打ち消しあいが起こる為、その振幅波の最大と最小の振幅の比率を指します。

　先に上げたSパラメータ「S11」や「S22」の振幅データをもとに計算する事ができ、高周波部品ではケーブルのインピーダンス整合などの評価を行う事ができます。

伝送特性

伝送特性の代表例：アンプデバイスなどでのｆ-3dB帯域を示す図

先に上げたSパラメータ「S21」の振幅データをもとに計算する事ができ、アンプデバイスの増幅、減衰値の評価に必要とされます。

位相特性

位相特性の代表例：アンプデバイスなどでのｆ-3dB帯域を示す図

先に上げたSパラメータ「S21」の位相データをもとに計算する事ができ、位相の遅れを時間軸に置き換える事により信号遅延の評価に必要とされます。

スミスチャート

スミスチャート参考図（データ未記入）

　高周波回路の計算を数式で行おうとすると複素数用いる複雑な計算になってしまうことから、図表上で行えるよう図式化したものがスミスチャートになります。先に上げたSパラメータ「S11」や「S22」の振幅データと位相データをもとに計算する事ができ、インピーダンスの整合確認、校正（キャリブレーション）を行う際にはとても重要となります。

　なお、校正（キャリブレーション）をする事で、計測に用いているケーブルの特性などを補正する事ができ、純粋にDUTの特性を計測することが可能となります。この為、校正（キャリブレーション）定期的に行う事が理想であり、量産目的で使用する測定器などは年1回などの頻度で製造メーカーへ返却し、校正（キャリブレーション）を行う事が求められます。

シンクランドのPFDA（Photonic Frequency Domain Analyzer）

ローデ・シュワルツ・ジャパン株式会社と協業し、R&S®ZNA ベクトル・ネットワーク・アナライザと、当社開発のtwo-tone発生器とを組み合わせて、高速通信用光変調デバイスおよび受光器の周波数特性検査装置、PFDA（Photonic Frequency Domain Analyzer）をご提案しています。詳細は是非関連製品からご確認ください。