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テスト、測定、評価の世界において、ベクトル ネットワーク解析 (VNA) は RF およびマイクロ波測定メソッドの中でも最も重要です。 優れたRF特性から多彩な解析機能まで、最新のVNAソリューションは、重要な性能パラメータの取得と評価を容易にします。 ここでは、最新のソリューションのいくつかを、関係各社の担当者が紹介します。

Advanced Architectures

アンリツの ShockLine ME7868A 2ポートVNAは、位相同期VNAポートを単一シャーシ外に物理分散できる先進のアーキテクチャでデザインされています。 これにより、測定器を1つの場所に縛られることなく、被測定機（DUT）に配置することができます（図1）。

1. ShockLine ME7868A 2ポートVNAは、位相同期されたVNAポートを単一のシャーシ外に物理的に分散させることができます。 ShockLine ME7868A 2-port VNAは、位相同期されたVNAポートを単一シャーシ外に物理的に分散することができます。

ShockLine VNA製品マネージャのStan Oda氏によると、ME7868Aは、同社のPhaseLync技術を使用して2つのShockLine MS46131A 1-port VNAを同期させるとのことです。 これにより、2つのVNA間のベクトル挿入損失測定が可能になります。 PhaseLync は、1 ポート VNA 間で 100 メートル以上の同期をサポートしており、従来の VNA ソリューションと同等の距離で 2 ポート S パラメータ測定性能を向上させます。 VectorStar ME7838G広帯域VNAシステムは、1回の掃引で70 kHzから220 GHzまでのオン・ウェーハ・デバイスの特性評価を可能にすると指摘しました。 このシステムは、業界最高の生指向性で優れた性能を発揮するアンリツの非線形伝送線路（NLTL）モジュールを使用し、クラス最高の校正性能と測定安定性を実現しています（図2）。 VectorStar ME7838G広帯域VNAシステムは、1回の掃引で70 kHzから220 GHzのオンウエハーデバイス特性評価を提供することができます。2. VectorStar ME7838G広帯域VNAシステムは、1回の掃引で70 kHzから220 GHzまでのオン・ウェーハ・デバイス特性評価を提供します。

110 GHzからそれ以上の導波管バンドまで、ウェーハプローバーステーションを再構成する必要がなく、従来の境界を超えた1回の掃引で実現することが可能です。 また、アンリツは最近、シグナルインテグリティ測定における高周波フィクスチャ抽出のニーズを満たすVectorStar用ユニバーサル・フィクスチャ抽出オプション（UFX）を発表しました。

VectorStar VNAプロダクトマネージャーのNavneet Katariaは、VectorStarベースのME7848A光電子VNAシステムで光電子デバイスの特性評価を実施できると付け加えました。 これらの光ネットワークアナライザ（ONA）システムは、VectorStar VNA、E/Oコンバータ、銀規格のNISTトレーサブル基準光検出器を組み合わせ、光検出器や光変調器/伝送器などのデバイスで、最大70 GHzまでのNISTトレーサビリティによるE/O測定を行うことができます。

Device Characterization

5Gや大型車両テストにおける長距離での無線（OTA）特性評価要件は、長いインターコネクトケーブルにより、従来のVNAにとってより困難なものとなってきています。 ShockLine ME7868Aは、VNAポートをDUTに移動させ、ケーブルをなくし、測定の安定性とダイナミックレンジを向上させることでこの要件に対応します。

オン・ウェーハ測定では、正確なデバイス特性評価のために、mmWaveの上部周波数に及ぶ測定が必要です。 これらのシステムを開発する場合、DC付近から動作周波数をはるかに超える、より広い周波数範囲にわたってデバイスを特性評価することが重要である。 たとえば、802.11ad などのアプリケーション用に設計されたアンプは、60 GHz をはるかに超える mmWave 領域まで、理想的には 180 GHz 以上で、第3高調波テストを含むように掃引する必要があります。 そのような技術の1つがオプトエレクトロニクスで、膨大な帯域幅と低遅延を提供し、商業的に実現可能な技術である。 これらのオプトエレクトロニクスデバイスを正確にテストする要求は、今日、大きな課題となっています。 アンリツのONAソリューションは、これらのオプトエレクトロニクスデバイスの正確で精密な測定をNISTトレーサビリティで提供します。

VNA は、デバイスの特性評価から材料の測定まで、さまざまな用途で使用され続けています。 110 GHzをはるかに超えるmmWave測定を正確に行う必要があることは、重要な傾向です。 次世代 6G 携帯電話ネットワークは、170 GHz D バンド無線周波数を超えて 325 GHz 地域に入ると予想され、データ処理能力が引き続き拡大します。

Active and Passive Device Characterization

特定のアプリケーション空間への対応に関しては、Stan Oda は ShockLine VNA が製造および受動部品テストに適していると話しています。 1ポート、2ポート、4ポートのVNAをさまざまなパッケージに搭載し、50 kHzから92 GHzまでの周波数をカバーするShockLineファミリーのVNAは、幅広いアプリケーションをカバーしています。 Navneet Kataria氏は、VectorStar VNAは、アクティブおよびパッシブデバイスの特性評価という主要なターゲット市場をすべてカバーしていると付け加えています。

光電子デバイスの特性評価も、アンリツのVectorStarベースのONAシステムのターゲット分野です。 アップグレードの容易さ、柔軟性、測定結果のNISTトレーサビリティなど、お客様を支援するユニークな提案を行っています。

ShockLine VNA は、アンリツの特許取得済み NLTL 技術を使用して、コストとスペース効率に優れた高周波 VNA 機能を実現します。 今後も、この実績ある技術を使用して、ShockLineファミリーの試験能力を高めていく予定です。 VectorStarはまた、NLTLサンプラー技術を使用して、最大70 GHzベースバンドおよび110、125、145、220 GHzブロードバンドまでの正確な高周波VNA解析を行っています。 広帯域解析の次のステップとして、220 GHzまでの差動測定が可能となり、最適な差動解析を実現します。

アンリツは、5G、自動車、そして小型UEから大型自動車まで、あらゆるデバイスのOTA特性評価においてVNAが引き続き重要な役割を果たすという立場を取っています。 周波数が上昇し、オンウエハが集約されていく中で、テストフィクスチャやオンウエハの伝送路を正確にデエンベッドする能力だけでなく、その場で正確な校正を行う必要性が今後も高まっていくだろう。

Non-Invasive Stability Measurement

Picotest のセールス & マーケティング VP である Charles Hymowitz に連絡を取ったところ、彼は Steve Sandler が作った数学アルゴリズムを使った独自のソフトウェアに基づく Non-Invasive Stability Measurement について話を持ち出しました。 しかし、同社はこれを多くのVNAに無償で移植しており、できるだけ多くのVNAに追加してもらえるよう努力しているとのこと。 NISMは、出力インピーダンス測定から位相余裕を得ることを可能にする。

多くの電源ICは固定されており、その制御ループをボード線図に利用できないし、多くのレギュレータは複数の内部ループを持つ。 また、レギュレータが小型化したため、ループを断つことが現実的でなくなったケースもあります。 ステップ負荷テストは位相マージンの数値を提供しませんが、このようなレギュレータの制御ループの安定性を得るには、NISM を使用する以外に方法はありません。

たとえば、NISM は OMICRON Lab Bode 100（図 3）に付属し、ソフトウェアアドオンとして Keysight E5061B/E5071C や Rohde ZNL/ZNLE、Copper Mountain CMT VNA の製品群に使用されています。

3. OMICRON Lab Bode 100などのデバイスは、Picotestの非侵襲的安定性測定技術を搭載しています3. OMICRON Lab Bode 100などの装置には、Picotest社の非侵襲的安定性測定技術が搭載されています。

Picotest社のすべてのプローブとシグナルインジェクタは、あらゆるVNAで使用でき、DUTをVNAに接続し、各種測定ができます (図4参照)。 これらのインジェクタのほとんどは（ボード線図関連以外）独自のものであり、他のVNAメーカーからは入手できないものです。 J2102Bなどの各種ラインインジェクタは、PDNケーブルを提供し、PSRRや2ポートインピーダンス測定に対応しています。 J2161Aアクティブ・スプリッタはユニークで、オシロスコープをVNAに変えることができます。

4. Picotestのすべてのプローブとシグナル・インジェクタは、どのVNAでも使用できます。

多くの新しいオシロスコープは、VNAとして使用することが可能です。

課題

2ポート・インピーダンス測定は、現在、低インピーダンス測定のゴールド・スタンダードとなっており、パワー・インテグリティとPDN（電力分配ネットワーク）インピーダンスが設計および性能上の大きな関心事となっています。 シミュレーションとは別に、測定は優れたPDNの理解、境界、設計に不可欠です。

低および超低インピーダンスを測定するために、Picotestは、J2102B/J2113Aグランドループブレーカ（測定に固有のグループループ誤差を取り除くのに不可欠）や低シールドロス、超薄型、フレキシブルPDNケーブル（図5）など正確な測定に不可欠な多くのアクセサリーを作成しました。 低シールドロスで超薄型のフレキシブルなPDNケーブルが正確な測定を可能にする5.

低シールドロス、超薄型、フレキシブルなPDNケーブルが正確な測定を可能に

ミリオームやマイクロオームのPDNインピーダンス測定では、測定誤差の原因を抑えることが重要ですが、これらの製品はそれを可能にします。 さらに、Picotest では、現在の 2 ポート・プローブの代わりに、ミリオームの電源プレーン・インピーダンスを測定できる真の 4 ポートのハンドヘルド BROWSER プローブを発表する予定です。 DUT への接続、特に高密度 PCB での PDN インピーダンス測定は困難な側面がありますが、新しい Picotest P2102A 2 ポート・プローブはこの障壁を大幅に緩和することになるでしょう。

Trends

VNA 機能を備えたオシロスコープの傾向は著しく、特にスコープ・ベンダーがより優れたインターフェイスを搭載していけば、従来の VNA 装置の売り上げに劇的に影響する可能性があります。 VNA にとって現在最も重要な分野の 1 つは、パワーインテグリティ/PDN インピーダンス測定です。

特に、パワーレール インピーダンスの 2 ポート測定は、ほとんどすべてのシステムで決定的に重要となってきています。 これには、高速デジタル回路やRF回路用の電源も含まれる。 従来、パワー レール プローブは時間領域ノイズの測定に使用されていましたが、これはレール上で発生し得る電圧エクスカーションを拘束しないため、受け入れられません。

インピーダンスは、パワー レールの状態や考えられる性能問題を定義することができます。 さらに、対象となる周波数帯域は低周波（数十Hz）から数GHzに及ぶため、測定は困難であると同時にVNAの領域となります。 また、VNA ユーザーが DUT に接続するのに役立つ 1 ポートおよび 2 ポートのプローブ シリーズを導入する予定です。

強力で柔軟なツール

クラウド対応システムおよび RF ベース インフラの爆発は、無線分野を担当するエンジニアに多大なプレッシャーを与えています。 ローデ・シュワルツUSAのベクトル・ネットワーク・アナライザーのプロダクト・マネージャーであるRich Pieciak氏に連絡を取り、これらの問題に対処するために同社がどのような製品を提供しているかを尋ねました。 ローデ・シュワルツの最新のベクトル・ネットワーク・アナライザ・プラットフォームは、R&S ZNAファミリーと、マルチポート・ソリューションを40 GHzまで拡張し、最大24ポートを備えたR&S ZNBT40プラットフォームだと言います（図6）

6. RS ZNBT40プラットフォームは、最大24ポートで40 GHzまでのマルチポート・ソリューションを備えているのが特長。

R&S ZNAシリーズの高性能ベクトル・ネットワーク・アナライザは、その洗練された柔軟なハードウェア・アーキテクチャにより、進化するアプリケーション領域に対応します。 R&S ZNAファミリーのRF特性は、感度、パワー掃引範囲、直線性で強調され、4つの内部位相コヒーレントソース、2つの内部ローカルオシレータ、8つのレシーバによる新しいハードウェアアーキテクチャによって、高いレベルの測定汎用性が強化されています。

高速デジタル・アプリケーションも、これら2つの測定器ファミリ（同様にR&S ZNBおよびR&S ZNDファミリ）で拡張されており、新しいディエンベディング・ソリューションを導入することにより、ますます増大する周波数範囲をサポートする高速デジタル設計構造の特性評価を、業界で認められたソリューションを使ってより容易に行うことができます。

Keeping Ahead of the Application

ワイヤレスおよび航空宇宙 & 防衛アプリケーションにおける技術の進歩は、ビームフォーミング、統合アンテナ構造、およびこれまで以上に高速なデジタル データ伝送速度などの高度な機能により、高いポート数を含む統合アセンブリに対処し続けています。 このような統合の取り組みにより、性能検証への新しいアプローチが必要とされています。

テスト装置のアーキテクチャは、テスト対象デバイスの性能を把握するために進化する必要があります。 たとえば、R&S ZNA アーキテクチャは、複数の内蔵シンセサイザおよびデュアル ローカル オシレータとデュアル デジタル レシーバ アーキテクチャにより、LO 内蔵のアンテナ アセンブリの近接場特性を測定できます。

6G およびその他のミリ波領域でのアプリケーション研究では、従来の VNA 測定を 300 GHz 以上の周波数領域に拡張することに重点を置いています。 コンポーネントや対応するチャネル環境の適切な特性評価には、汎用性の高い VNA アーキテクチャが最も重要です。

Addressing Applications

高速デジタル設計は、特にシグナル・インテグリティの分野で重要視され続けています。 さまざまな規格の普及とそれに対応した基板レイアウトにより、周波数と時間の両領域で信号をプローブし、分析する新しい方法が必要とされています。 ローデ・シュワルツは最近、設計の性能をより良く評価し、コネクタ、ケーブル、プローブなどの外部ソースからその性能を分離するためのツールを発表しました。

P370規格に基づくディエンベッド技術、Packet Micro社のSmart Fixture De-embedding、およびAtaiTec社のIn Situ De-Embeddingをサポートする新しいオプションをR&S ZNA、R&S ZNB、R&S ZNBT、およびR&S ZNDファミリのオプションとして追加し、それぞれのアプリケーションに最も適した技術の評価ができるようになりました。

また、Delta-L PCB特性評価用のオプションも用意されています。 周波数変換測定は、R&S ZNA の複数のシンセサイザー・アーキテクチャと、ローカル・オシレーターを内蔵したサブアセンブリを対象とした測定技術により、非常に適したコア測定分野の 1 つです。

R&S ZNAのDDSシンセサイザは、4つの位相コヒーレントで位相再現性の高いソースの基礎となるものです。 ビームフォーミングやターゲット・シミュレーションなどのアプリケーションのために、4つの信号の振幅と位相差を定義することができます。

A Changing Landscape

ネットワーク・アナライザは、ほとんどすべての産業において電子部品の特性評価を行っています。 その汎用性が高まる一方で、ネットワーク・アナライザのコア・アーキテクチャは、過去数十年間ほとんど変わっていません。

Keysight Technologiesの製品マーケティング・エンジニアであるMatt Campbell氏は、ネットワーク・アナライザのソースは従来から高精度である必要はなく、不連続性は測定値から除外すればよかったと指摘します。 しかし、今日の複雑な広帯域および非線形測定では、信号源の性能がより大きな影響を与える可能性があります。

この問題に対処するため、Keysight は、PNA および PNA-X ネットワーク アナライザに、ハイエンド信号発生器と同じ信号源を使用できるようにしています。 位相ノイズが最も低いので、エンジニアは、EVM、位相付きコンバータ測定、および非線形ネットワーク解析などの測定を、結果に確信を持って迅速に実行できます (図 7)。7. Keysight’s N5245B PNA-X mcrowave network analyzer.

5G製造テストに役立つように、Keysightは、ネットワーク解析と変調信号測定の両方を実行できる最初のモジュラー・マルチポート機器として発表したベクトル成分分析計を発表しました。

Matt氏は、顧客がネットワーク・アナライザを探すとき、パルスRF測定、スペクトラム解析、タイムドメイン解析などのアプリケーションは、しばしばSパラメータと同じくらい重要であると指摘します。 Keysightのネットワーク・アナライザは、ECalモジュールによるガイド付き校正や、高度な測定を行うためのウィザードなどの機能を提供しています。

Keysightのネットワーク・アナライザは、R&Dから製造、フィールドテストまでのあらゆるアプリケーションを、各アプリケーションに合わせたフォームファクタでカバーしています。 便利で高性能なUSB VNA、最大50ポートのマルチポートVNA、頑丈なハンドヘルドFieldFoxは、必要な場所でパフォーマンスを発揮します。 ほぼすべての産業で周波数が上昇し、デバイスがより統合されているため、Keysightは、ミリ波までの周波数をカバーし、あらゆるフォームファクタに対応する柔軟な測定アプリケーションを提供します。 Pasternack 社の製品ライン マネージャー Steve Ellis 氏によると、同社の柔軟性の高い VNA テスト ケーブルの最新ラインは、要求の厳しいラボやテスト アプリケーションの広い範囲に対応しています (図 8)。 その特徴として、屈曲により 50 GHz で ± 6°、70 GHz で ± 8° の位相安定性と、50 GHz で 1.3:1、70 GHz で 1.4:1 の VSWR があります。

8 Pasternack の VNA テスト ケーブルは厳しいラボおよびテスト アプリケーションに幅広く対応します。

これらの50 GHzアセンブリは2.4 mmコネクタで終端され、70 GHzアセンブリは1.85 mmコネクタを使用します。 また、適切な注意を払って取り付けることにより、最大5,000回の嵌合サイクルが可能な堅牢なステンレス鋼製コネクタで終端されています。 50GHzと70GHzの両バージョンは、NMDスタイルのコネクタで提供され、掃引ライトアングル2.4mmと1.85mmコネクタのオプションがあります

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