RFおよびマイクロ波測定の概要
RFおよびマイクロ波回路の正確な測定は、設計と検証の成功に不可欠です。周波数がギガヘルツ範囲に増加するにつれて、従来の測定方法では不十分になり、専門的な技術が必要になります。
測定周波数範囲
ベクトルネットワークアナライザ（VNA）基礎
ベクトルネットワークアナライザは、広い周波数範囲で振幅と位相の情報を提供するRF測定の基礎機器です。現代のVNAは、DCから100 GHz以上まで、高いダイナミックレンジと精度で測定できます。
主要なVNA仕様
- 周波数範囲: ミリ波アプリケーション用DC～100+ GHz
- ダイナミックレンジ: 高アイソレーション用に通常100-130 dB
- トレースノイズ: 正確な測定のための低ノイズ
- 測定速度: 生産テスト用の高速スイープ
Sパラメータ測定と解釈
Sパラメータ（散乱パラメータ）は、RF エネルギーがネットワークを通じてどのように伝播するかを記述し、RF回路解析の基礎です。4つの基本的なSパラメータ（S11、S12、S21、S22）は反射と伝送特性を表します。
Sパラメータクイックリファレンス
- < -10 dB: 良好なマッチング
- < -20 dB: 優れたマッチング
- VSWR = (1 + |S11|)/(1 - |S11|)
- 挿入損失 = -20log|S21|
- 群遅延 = -dφ/dω
- ゲイン = 20log|S21| (増幅器)
校正技術と標準
校正は、指向性、ソースマッチング、反射追跡誤差を含むVNA測定の系統誤差を除去します。
校正方法
短絡-開放-負荷-スルー
同軸に最適
スルー-反射-ライン
平面に最適
ライン-反射-反射-マッチ
ハイブリッド方式
時間領域測定とTDR
時間領域反射率測定（TDR）は、インピーダンス不連続性からの反射を分析することで、回路の物理的挙動についての洞察を提供します。TDR測定は、伝送線路に沿ったインピーダンス変化の位置と大きさを明らかにします。
- 時間領域変換はインパルスおよびステップ応答を明らかにする
- 共振、不連続性、結合効果を識別
- ゲーティングは不要な反射を除去し、特定の要素に焦点を当てる
ノイズ指数とノイズ温度測定
ノイズ指数は、デバイスを介した信号対ノイズ比の劣化を特徴付け、受信機感度計算に不可欠です。校正されたノイズ源を使用するY因子法が標準的な方法です。
ノイズ測定リファレンス
ノイズ指数計算：
一般的な値：
電力測定と校正
正確な電力測定は、増幅器、送信機、受動部品の特性評価に不可欠です。電力センサーには、サーミスタマウント、熱電センサー、ダイオード検出器があり、それぞれ特定の周波数範囲と電力処理能力を持っています。
非線形および大信号測定
非線形測定は、大信号条件下のデバイス動作を特性評価し、圧縮点、相互変調歪み、高調波歪み測定を含みます。
主要な非線形測定
- P1dB: 1-dB圧縮点はゲイン圧縮の開始を示す
- IMD: 2トーン相互変調はスプリアス生成を明らかにする
- ロードプル: 可変負荷インピーダンスに対する性能
- EVM: 変調信号のエラーベクトル振幅
ウェーハおよびプローブステーション測定
ウェーハ測定は、パッケージング前のデバイスの特性評価を可能にし、開発中により迅速なフィードバックを提供します。精密マニピュレータと安定した環境制御を備えたプローブステーションは、再現性のある測定に不可欠です。
プローブ測定のベストプラクティス
- • 校正にはインピーダンス標準基板（ISS）を使用
- • 一貫したプローブ接触力を維持
- • 安定した測定のため温度を±1°Cに制御
- • できるだけ短いプローブケーブルを使用
- • プローブ先端の状態を定期的に確認
- • 正確な特性評価のためパッド寄生成分をディエンベッド
よくある測定の落とし穴
トラブルシューティングガイド
問題：校正精度が低い
- • 測定に適切な校正タイプを使用
- • コネクタとケーブルの状態を確認
- • 校正中の環境条件を制御
問題：ダイナミックレンジ不足
- • IF帯域幅と平均化設定を最適化
- • 低レベル信号には外部増幅を使用
- • 適切な遮蔽と絶縁を実装
問題：測定ドリフト
- • 機器に十分なウォームアップ時間を確保
- • 温度と湿度の変動を制御
- • 定期的な校正検証を実施
重要なポイント
- VNAは適切な校正による正確なRF測定に不可欠
- Sパラメータは包括的な線形回路特性評価を提供
- 時間領域解析は物理的挙動と不連続性を明らかにする
- ノイズ指数と電力測定には専門的な技術が必要
- 非線形測定は実際の動作条件を特性評価