ネットワークアナライザの操作と測定方法：基礎から実践まで

ネットワークアナライザは、高周波回路や電子機器の特性評価において不可欠な計測器です。特に、回路の伝送特性や反射特性を詳細に解析できるため、設計や検証プロセスで重宝されています。本記事では、ネットワークアナライザの基本操作、測定手順、さらに実践的な測定例について詳しく解説します。

ネットワークアナライザを使った測定の基本ステップ

ネットワークアナライザの操作には、次の5つの基本的なステップがあります。それぞれを正確に実行することで、測定精度を最大限に高めることができます。

1. ケーブルの取り付け

最初のステップは、ネットワークアナライザとDUT（被測定回路）を接続するケーブルの取り付けです。この際、使用するケーブルは測定する周波数帯域に適したものを選ぶ必要があります。また、ケーブルの端に取り付けるコネクタも、N型コネクタやSMAコネクタなど、適切なものを使用します。

接続の際には、トルクレンチを使うことで、適切な締め付け力でケーブルを固定できます。これにより、接続不良を防ぐだけでなく、コネクタの破損を防止することが可能です。不適切な接続は、測定精度に影響を及ぼすだけでなく、DUTやネットワークアナライザ本体を損傷する可能性もあるため、注意が必要です。

2. ウォーミングアップ

ネットワークアナライザを使用する前に、電源を入れて一定時間ウォーミングアップを行います。これは内部の温度を安定させ、計測器全体の動作特性を一定に保つために重要なプロセスです。特に高精度が求められる測定では、このウォーミングアップの有無が測定結果に大きな影響を与えます。

3. 測定条件の設定

ネットワークアナライザで測定を行う際には、以下の条件を正確に設定する必要があります。

測定周波数範囲

測定したい周波数範囲を指定します。通常は、測定開始周波数と終了周波数、または中心周波数と周波数スパンのいずれかで設定します。たとえば、広範囲の周波数を測定する場合はログスケール、狭い範囲を詳細に測定する場合はリニアスケールを選ぶと効率的です。

出力信号レベル

DUTに供給する信号レベルを設定します。高い信号レベルはS/N比を向上させますが、DUTの動作範囲を超えると誤差や飽和が発生するため、適切な範囲内で設定します。単位は通常dBmが用いられます。

測定ポイント数

測定周波数範囲内に設定する測定ポイント数を決定します。ポイント数を多くすると測定精度は向上しますが、掃引時間が長くなるため、目的に応じてバランスを取る必要があります。

4. 測定と結果表示の設定

測定を開始する前に、DUTをケーブルに接続し直し、測定条件に応じて結果表示のフォーマットを設定します。たとえば、伝送特性はLogMAG形式で、反射特性はSmith Chart形式で表示することが一般的です。特定の周波数の情報を確認したい場合には、マーカ機能を活用することで効率的に解析が可能です。

5. 測定開始

すべての設定が完了したら、測定を開始します。結果はリアルタイムでディスプレイに表示され、必要に応じてデータを保存することも可能です。測定を繰り返し行い、データの安定性や一貫性を確認することも重要です。

実際の測定例

測定例1：ローパスフィルタの伝送特性

DUTの仕様

通過帯域：10Hz～1kHz
減衰特性：3kHzで-60dB以上
最大入力レベル：0dBm

測定条件

周波数範囲: 10Hz～10kHz（余裕を持たせた範囲）
出力信号レベル: 0dBm
測定ポイント数: 801ポイント

測定結果

通過帯域: 1.05kHzで-3dBの減衰を確認。
減衰特性: 3kHzで-65dBの減衰を確認。
これらの結果から、設計目標通りの性能であることが確認できました。

測定例2：並列共振器の共振周波数とQ値

DUTの仕様

共振周波数：310MHz
3dB帯域幅：700kHz

測定条件

中心周波数: 310MHz
周波数スパン: 10MHz
出力信号レベル: 0dBm
測定ポイント数: 801ポイント

測定結果

共振周波数: 309.755MHz
Q値: 427.24
高いQ値を持つことから、この回路の選択性が非常に優れていることが分かります。

ネットワークアナライザの操作を成功させるポイント

ケーブルの選定と接続の精度

測定する周波数帯域に適したケーブルを選び、トルクレンチを用いて正確に接続することで、安定した測定が可能になります。

測定条件の最適化

DUTの特性に応じて周波数範囲や信号レベルを調整し、最適な測定条件を設定することが重要です。

結果の適切な表示と解析

LogMAGやSmith Chartなどの適切なフォーマットを選び、マーカ機能を活用して詳細なデータを取得します。

まとめ

ネットワークアナライザは、高精度な回路特性評価を可能にする計測器であり、その操作手順や測定設定を正確に行うことが成功の鍵となります。正確な測定を通じて、設計や解析プロセスをさらに効率化し、より高品質な成果を目指しましょう。