ベクターネットワークアナライザー（VNA）の理解：原則と機能

ベクトルネットワークアナライザー（VNA）は、最新の電子機器の基本であり、RFシステムの設計、テスト、および最適化に有益な複雑なネットワークパラメーターを測定するのに精度を提供します。従来の信号分析を超えて、VNAは、単純な反射測定から詳細な振幅および位相分析に至るまで、高度な機能を提供します。これらのツールは、コンポーネントテストや包括的なマルチポートネットワークの特性評価などのアプリケーションに必要です。

VNASは、高周波信号を分析して、さまざまな条件下で信号の整合性とパフォーマンスを確保することにより機能します。この記事では、VNAの高度な機能を調査し、強化された運用技術、ネットワークアナライザーの詳細な分類、およびスペクトルアナライザーとの比較を通じて、エレクトロニクスにおける重要な役割を紹介します。また、VNAメカニクスに関する洞察、ブロック図とキャリブレーション方法を備え、技術の進歩と電子システムの信頼性を確保する上での深刻な役割を強調しています。

カタログ

図1：ベクターネットワークアナライザー（VNA）

VNAテクノロジーの探索

ベクターネットワークアナライザー（VNA）は、電子回路のネットワーク特性を評価するために設計された高度に専門化されたツールです。高周波信号を回路に送信し、返される信号を分析することにより機能します。このプロセスにより、VNAは、広範囲の周波数にわたって信号の振幅と位相の両方をキャプチャできます。この正確な測定機能により、特に電圧や電流測定などの従来の方法が信頼性が低下する高周波数では、正確な電力測定値が維持されます。

VNAには、挿入損失や返品損失など、ネットワークパラメーターの徹底的な分析を容易にする高度な計算機能が装備されています。これらの分析の結果は、通常、さまざまなグラフィカル形式を通じて提示されます。たとえば、スミスチャートは複雑なインピーダンスを視覚化するために使用されますが、マグニチュード相プロットは、異なる周波数で信号がどのように動作するかを理解するのに役立ちます。

これらのデバイスは、高速システムの厳密なテストに必要です。これらは、フィルター、アンプ、伝送ラインなどのコンポーネントなど、複雑なマルチポートネットワークの分析に特に効果的です。VNAは、PCIEシリアルリンクに見られる差動ペアなど、複雑な構成を処理するのに非常に適しています。これにより、高度な電子システムの設計と評価における危険なツールになります。

図2：ベクターネットワークアナライザー（VNA）の操作

ベクターネットワークアナライザー（VNA）の操作

ベクトルネットワークアナライザー（VNA）は、電子コンポーネントのパフォーマンスを評価するための便利なツールです。それらの操作は、テスト中のデバイス（DUT）に向けられた刺激信号を放出するソースモジュールから始まります。信号がDUTと相互作用すると、変更が発生し、レシーバーモジュールによってキャプチャされます。VNAは、入力から反射される信号と出力を介して送信される信号の両方を慎重に測定します。これらの変更された信号を元の刺激と比較することにより、VNAはDUTの行動を正確に測定します。

最新のVNAは多くの場合、マルチパス機能を備えているため、刺激信号を複数のポートに同時に送信できます。この機能は、さまざまなテスト構成で汎用性を高めます。たとえば、基本的な1ポートVNAは、反射信号のみの測定に焦点を当てており、入力での信号の動作について詳細な洞察を提供します。違いとして、より高度な2ポートVNAは、複数のパスで同時に信号の伝送と反射の両方を測定できます。このマルチパス機能は、単純なコンポーネント分析からより複雑な多次元評価まで、双方向の信号の流れなどの複雑なシナリオを分析し、幅広いテストニーズに適応できるようにするのに特に役立ちます。

RFネットワークアナライザーの分類と機能

RFネットワークアナライザーは、電子機器と通信に影響を与え、RF回路とシステムの開発、テスト、およびメンテナンスに重要な役割を果たします。これらのアナライザーは、測定機能に基づいて分類されており、さまざまなアプリケーションへの適合性を決定します。

図3：スカラーネットワークアナライザー（SNA）

SNAは、信号の振幅のみを測定するように設計されています。彼らは信号強度に関する情報を提供しますが、位相データをキャプチャしません。SNAは一般に、詳細な分析が不必要な基本的な診断タスクに使用されます。それらのシンプルさにより、それらは簡単なテストシナリオに最適です。SNAは費用対効果が高く、日常的なテストや教育目的で十分であり、基本的なアプリケーションにアクセスできるようにします。

図4：大型信号ネットワークアナライザー（LSNA）

マイクロ波遷移アナライザーとしても知られるLSNAは、動的かつ高振幅条件下でRFデバイスの分析に特化しています。LSNAは、衛星通信やレーダーシステムなどのデバイスの非線形挙動と高調波生成を分析する必要があるシナリオに落ち着いています。LSNAは、現実世界の高出力条件下でデバイスのパフォーマンスについて洞察を提供することにより、堅牢なRFシステムを開発するために必要です。

RFネットワークアナライザーの機能
測定タイプ	RFネットワークアナライザーは幅広い範囲をカバーしています 測定能力 - SNAの基本的な振幅測定から VNAと動的大型署名のより複雑なベクトル測定 LSNAでの分析。この範囲により、シンプルなものからすべてを処理できます 洗練された分析にチェックします。
信号の完全性	VNAやLSNAなどの高度なアナライザー 高周波コンポーネントの信号の完全性を維持するために深刻です。 彼らは、インピーダンスの不一致や非線形性などの問題を特定します。 最適なパフォーマンスを確保するためのダイナミック。
適応性	最新のネットワークアナライザーはしばしばです モジュール、つまり、特定の研究を満たすために拡張または強化できることを意味します または産業のニーズ。この柔軟性により、最先端の価値があります 技術開発
自動化と統合	多くのネットワークアナライザーにはソフトウェアが付属しています これは、自動化されたテストと他のテストシステムとの統合をサポートします。これ 機能は、複雑なテスト環境での有効性を高め、 高度なテストセットアップで基本的なツールを作成します。

図5：RFネットワークアナライザーとスペクトルアナライザー

RFネットワークアナライザー対スペクトルアナライザー：違い

RFネットワークアナライザーとスペクトルアナライザーはどちらも電子信号を調べるために必要なツールですが、さまざまな目的を果たしています。RFネットワークアナライザーは、コンポーネントまたはネットワーク全体のパフォーマンスと整合性を評価するための信号を積極的に生成します。それらは、振幅と位相の両方の詳細な測定を提供します。これは、ネットワークを徹底的に特徴付け、問題の診断に深刻です。この機能により、さまざまな動作条件下でネットワークがどのように動作するかを深く理解できます。

違いとして、スペクトルアナライザーは、外部信号を観察および分析するように設計されています。彼らは、信号強度、頻度分布、高調波、バックグラウンドノイズなど、信号スペクトルの特性の評価に焦点を当てています。RFネットワークアナライザーとは異なり、スペクトルアナライザーは信号を生成しません。代わりに、外部ソースから信号を測定および分析します。これにより、環境シグナルの監視や電磁干渉のテストなどのタスクに特に役立ちます。

これらのツールの明確な機能は、専門的な用途を強調しています。RFネットワークアナライザーは、ネットワークコンポーネントのアクティブなテストと開発に最適であり、ネットワーク設計とトラブルシューティングに必要な洞察を提供します。一方、スペクトルアナライザーはパッシブ信号分析に適しているため、環境監視や信号干渉の検出などのタスクの選択肢になります。

ベクトルネットワークアナライザーのブロック図

ベクトルネットワークアナライザー（VNA）ブロック図は、デバイスがどのように機能するかを理解し、信号ソース、受信機、処理ユニットなどの重要なコンポーネントをレイアウトするために永続的です。この図は青写真として機能し、VNAを通る信号の流れを示し、各コンポーネントが信号処理にどのように寄与するかを説明します。

図6：VNAブロック図のコンポーネント

シグナルソース： このコンポーネントは、テスト中のデバイスに送信される刺激信号（DUT）を生成します。信号ソースは、測定プロセス全体の出発点です。

方向カプラー/スイッチ： これらの要素は、反射信号と送信された信号を分離しながら、刺激信号をDUTに指示します。DUTから戻ってくる信号が、分析のために受信機に正しくルーティングされることを保証します。

レシーバー： 受信機は、元の刺激とDUTからの応答シグナルの両方をキャプチャし、振幅と位相の変化を検出します。このデータは、DUTが信号をどのように変えるかを理解するために深刻です。

参照チャネル： これらのチャネルはベースライン信号を提供し、DUTが信号をどのように変更したかを正確に測定できるようにします。参照により、信号パスの変動を補正することにより、測定値が正確であることが保証されます。

データプロセッサ： 信号がキャプチャされると、データプロセッサは情報を分析し、生データを散乱係数などの意味のあるパラメーターに変換します。これらのパラメーターは、DUTの特性を評価するのに役立ちます。

ディスプレイユニット： 最後に、ディスプレイユニットは、通常、スミスチャートやマグニチュードフェーズプロットなどの形式を使用して、処理されたデータを視覚化します。これらの視覚化は、ユーザーがDUTのパフォーマンスと行動を直感的に理解するのに役立ちます。

図7：ベクターネットワークアナライザー（VNA）のキャリブレーション技術

正確な測定のためのキャリブレーション技術

ベクターネットワークアナライザー（VNA）の精度と信頼性を維持するには、キャリブレーションが必要です。VNAには、さまざまなテスト環境と運用上のニーズに合わせて調整できる高度なキャリブレーション機能が付属しています。これらの中には、ユーザーが開始するキャリブレーションがあり、現場で正確に調整できるようになり、測定が特定の条件に合わせていることが保証されます。

•応答キャリブレーション

これは、VNAの応答を調整するための既知の標準の測定を含む、最も基本的なキャリブレーション方法です。特に反射測定のみが必要な場合、簡単なタスクに適した簡単な手法です。

•完全な1ポートと2ポートのキャリブレーション

これらの方法は、より包括的な調整を提供します。既知の標準を使用することにより、反射測定と伝送測定における大きさと位相エラーの両方を修正します。これらの手法は、高精度を必要とするアプリケーションにとって動的であり、反射データと伝送データの両方が正確である必要がある場合に一般的に使用されます。

•電子キャリブレーション（E-Cal）

この手法は、電子制御された標準を使用してキャリブレーションプロセスを自動化します。セットアップ時間を大幅に削減し、ヒューマンエラーのリスクを最小限に抑えます。E-Calは、テスト条件の変化により頻繁に再調整が必要な環境で特に役立ちます。

最新のテクノロジーにおけるベクトルネットワークアナライザーのアプリケーション

ベクターネットワークアナライザー（VNA）は、さまざまな分野で必要な機器であり、RFシステムの開発とテストにおいて危険な役割を果たしています。

図8：コンポーネントテスト

VNAは、アンプやフィルターなどのRFコンポーネントを評価するために排除されます。ゲイン、リターンロス、運用安定性などの動的なパラメーターを測定し、各コンポーネントが指定された制限内で実行されるようにします。

図9：アンテナの設計とテスト

VNAは、アンテナゲイン、放射パターン、インピーダンスなどの重要なパラメーターを測定することにより、アンテナ設計の最適化に役立ちます。これらの測定値は、アンテナのパフォーマンスと効率を改善するのに役立ちます。

図10：ケーブルテスト

VNAは、RFケーブルの整合性を検証するために使用されます。それらは、長距離にわたって信号品質を維持するために使用される挿入損失と位相安定性を測定します。

図11：材料分析

VNAは、材料の誘電特性も分析し、電子機器の製造と材料科学に深刻なデータを提供することもできます。この分析は、特定のアプリケーションに適した材料を選択するのに役立ちます。

結論

ベクターネットワークアナライザー（VNAS）の調査は、電子システム開発およびRFシステム開発の領域における必要な役割を明らかにしています。振幅と位相の両方を測定する高度な機能により、VNAは、スカラーネットワークアナライザーやスペクトルアナライザーなどのよりシンプルなデバイスを使用して、分析の深さを達成できません。それらのアプリケーションは、洗練されたキャリブレーション技術、詳細なネットワークの特性評価、および複雑なRF経路の最適化を含む包括的な機能スイートを含むために、単なるコンポーネントテストを超えて拡張されています。VNAは、マルチパス機能と最新のソフトウェアとの統合により、テクノロジーインフラストラクチャの礎石として立っており、電気通信から衛星システムまで、すべての革新と精度を促進しています。

この完全な分析は、VNAの技術的能力を強調するだけでなく、現代のテクノロジー景観の要求に適応する際の進化的軌跡を反映しています。この議論は、さまざまなハイステークス業界での設計効率、システムの信頼性、運用上の卓越性を確保する上で、VNAの重大な重要性を強調しています。テクノロジーが進歩し続けるにつれて、VNAの役割は成長する可能性が高く、進行中の革新と電子システムの拡大の複雑さを反映しています。

よくある質問[FAQ]

1.ベクトルネットワークアナライザーはどのように機能しますか？

ベクトルネットワークアナライザーは、既知の信号を介して既知の信号を送信し、信号の変更方法を分析することにより、デバイスの複雑なインピーダンスを測定します。この信号をさまざまな周波数で送信し、テスト中のデバイスから発信信号を受信します。VNAは、発信信号を元の信号と比較して、大きさと位相の両方の変化を決定します。この情報は、さまざまな周波数でデバイスがどのように動作するかを理解するのに役立ちます。

2.使用されるベクトル信号アナライザーとは何ですか？

ベクトル信号アナライザーは、主に複雑な信号の変調特性の詳細な分析に使用されます。電気通信では、周波数、位相、振幅などのパラメーターに焦点を当てて、送信および受信される信号の品質を分析するために使用されます。これは、システムのパフォーマンスを最適化し、ワイヤレス通信でトラブルシューティングを行うことをお勧めします。

3.ベクターネットワークアナライザーとは何ですか？スカラーネットワークアナライザーとどのように違いますか？

ベクトルネットワークアナライザーは、信号の大きさと位相の両方を測定し、さまざまな周波数にわたるデバイスのネットワーク特性の詳細なビューを提供します。対照的に、スカラーネットワークアナライザーは、信号の大きさのみを測定します。VNAがマグニチュードに加えて位相を測定する能力により、より包括的なテストとデバイスの分析が可能になります。

4. VNAの周波数範囲はどのくらいですか？

ベクトルネットワークアナライザーの周波数範囲は、モデルと設計によって大きく異なる場合があります。通常、数キロハーツ（KHz）から数テラヘルツ（THZ）までに及びます。一部の専門モデルは、電気通信、レーダーシステム、その他のRFアプリケーションなどの特定のアプリケーションに適した特定の周波数で動作するように設計されています。

5.なぜVNAが注目に値するのですか？

ベクターネットワークアナライザーは、RFおよびマイクロ波産業のコンポーネントの設計、テスト、保守に深刻です。アンテナ、ケーブル、アンプなどのデバイスが、すべての動作周波数にわたって指定されたパフォーマンス基準を満たすことを保証します。振幅と位相の両方を測定する能力は、システムが信頼性が高く、効率的で、厳しい運用基準を満たすことができるようにするための動的です。