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周波数変換デバイスの高確度測定
Agilent ENA RFネットワーク・アナライザ Application Note 1463-6 周波数オフセット・モードを使用した、 周波数変換デバイスの高確度測定 目次 はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 凡例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 1 ミキサの測定パラメータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2 ベクトル・ミキサ校正（VMC）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2.1 校正ミキサ/IFフィルタとMUT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2.2 ベクトル・ミキサ校正の概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2.3 ベクトル・ミキサ校正手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3 スカラ・ミキサ校正（SMC） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3.1 スカラ･ミキサ校正の概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3.2 スカラ・ミキサ校正手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 4 ミキサ測定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.1 変換損失（コンバージョン・ロス） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 4.1.1 変換損失（コンバージョン・ロス）測定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 4.1.2 変換損失の測定例（ベクトル・ミキサ校正／スカラ･ミキサ校正） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 4.2 リターン・ロス/SWR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 4.2.1 リターン・ロス/SWRの測定手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 4.2.2 SWRの測定例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 4.3 コンバージョン・コンプレッション . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 4.3.1 コンバージョン・コンプレッションの測定手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 4.3.2 コンバージョン・コンプレッションの測定例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 4.4 アイソレーション 4.4.1 アイソレーションの測定手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 4.4.2 LOとRFポート間のアイソレーションおよびLOフィードスルー測定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 4.4.3 アイソレーションの測定例1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 4.4.4 RFフィードスルー測定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 4.4.5 アイソレーションの測定例2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 4.5 2トーン3次相互変調歪 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 4.5.1 相互変調歪測定手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 4.5.2 相互変調歪の測定例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 まとめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 Appendix 1 校正ミキサの属性と注意事項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 Appendix 2 平衡ミキサ測定用の校正ミキサの特性付け . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 Appendix 3 外部信号源の設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 Appendix 4 パワー・メータの設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 関連資料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 Webリソース . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 2 はじめに ミキサなどの周波数変換デバイスは、RF通信機器 の重要なコンポーネントです。最先端の新しい変調 方式によりミキサが複雑になり、テスト要件は厳し くなっています。評価では厳密な仕様に対して正確 であることが要求されますが、コスト削減の必要性 もあります。これまでのベクトル・ネットワーク・ アナライザは入力信号と応答信号の周波数が同じで あるため、ミキサの評価に制限がありました。ENA RFネットワーク・アナライザには周波数オフセッ ト・モード（FOM）1があり、信号源とレシーバの周 波数を個別に設定してミキサ測定を行えます。つま り、ある周波数レンジで入力信号をミキサに印加し、 別の周波数レンジで応答信号を測定できます。 このアプリケーション・ノートでは、ENA FOMを 使用して、変換損失、リターン・ロス、アイソレー ション、相互変調歪などのミキサ特性を評価するた めの推奨測定手順を、Agilentのスカラ／ベクトル・ ミキサ校正手法の利点とともに説明します。 このアプリケーション・ノートを最大限に活用する には、ネットワーク解析の基礎およびスカラ／ベク トル・ミキサ校正を理解している必要があります。 ミキサ測定および校正手法に関する資料としては、 Agilentのアプリケーション・ノート1408-1、1408-2、 1408-3が用意されています。詳細は、関連資料のセ クションを参照してください。 凡例 このアプリケーション・ノートでは、 ● ハード・キーは[EXAMPLE]で表記しています。 ● ソフト・キーは[Example]で表記しています。 1. オプションE5070B-008またはE5071B-008が必須です。 3 1 ミキサの測定パラメータ ENA FOMでは、スカラ・ミキサ校正（SMC）とベク トル・ミキサ校正（VMC）の2つの高度なミキサ校正 手法を利用できます。 これら2つの校正手法を適切に使用することにより、 ミキサの測定パラメータを正確に求めることができ ます。さらに、ENAのFOMは掃引IF測定だけでな く、固定IFおよび固定RF測定もサポートしていま す。表1には、ENAで測定可能なミキサの測定パラ メータ一覧を示します。この表に示すように、 ENAが提供するミキサ測定ソリューションは、ミ キサの各種測定パラメータをカバーしていることが 分かります。これらの測定パラメータ以外にも、ミ キサのコンバージョン･コンプレッション、アイソ レーション測定、および相互変調歪測定等を行うこ とが可能です。 表1 ミキサの測定パラメータ（2ポート構成の場合） スカラ・ミキサ校正（SMC） ベクトル・ミキサ校正（VMC） 掃引IF測定 固定IF測定 変換損失 − − − − − RF -> IF ｜S21｜ ｜S21｜ ｜S21｜ S21 S21 − IF -> RF ｜S21｜ ｜S21｜ ｜S21｜ S21 S21 − − − − RF S11 S11 S11 IF Return loss 固定RF測定 掃引IF測定 S22 S22 S22 Group delay − − − RF -> IF − − − IF -> RF − − − 固定IF測定 固定RF測定 − − S11 S11 − S22 S22 − − − S21 − − S12 − − ｜Sxx｜：スカラ・パラメータ 2 ベクトル・ミキサ校正（VMC） ベクトル・ミキサ校正 は、校正時に校正標準（ショ ート、オープン、ロード）、および校正ミキサ（IFフ ィルタ付き）とENAに搭載されているネットワーク 除去機能を組み合わせて使用することにより、ミキ サの変換損失の振幅と位相、そして群遅延の測定を 行うことができます1。 ENAでベクトル・ミキサ校正を行う場合は、図1に 示すようなアップ／ダウン・コンバージョン法を使 用するため、マイクロ波PNAシリーズのネットワー ク・アナライザに搭載されているベクトル・ミキサ 校正とは測定手順が異なります2。 ENA RFネットワーク・アナライザ 校正 ミキサ/IFフィルタ 被試験ミキサ（MUT） 図1 アップ／ダウン・コンバージョン法 1. 平衡ミキサ測定については、「Appendix 2：平衡ミキサ測定用の校正ミキサの特性評価 手順」を参照ください。 2. MW PNAシリーズ・ネットワーク・アナライザによるミキサ校正手順については、アプ リケーション・ノート1408-3 P/N5988-9642JAをご参照ください。 4 2.1 校正ミキサ/IFフィルタとMUT VMCでは、ミキサ2個とフィルタ1個を使用します。 校正ミキサ/IFフィルタと被測定ミキサ（MUT）です。 ここでは、これら2つのミキサの違いを説明します。 校正ミキサの詳細は、「Appendix 1：校正ミキサの 特性と注意事項」を参照してください。 校正ミキサ/IFフィルタ：校正ミキサの目的は、アッ プ／ダウン・コンバージョン構成を可能にすること で、ミキサ測定の場合にも同じ周波数掃引レンジを テスト・ポート1と2の間に供給します。IFフィルタ は必要なミキシング成分（RF＋LO、RF−LO、LO− RF）を選択するために使用されます。このフィルタ は、通過帯域での損失が小さく測定の不確かさを最 小に抑え、その他のすべてのミキシング 成分に対して高い反射を示します。校正ミキサ/IF フィルタは、ネットワーク・アナライザまたはテス ト・ケーブルと同様にテスト・システム・セットア ップのパーツと考えることができます。校正ミキサ は校正または測定プロセス中に移動したり、接続し たり、取り外したりする必要はありません。 「Appendix 1：校正ミキサの特性と注意事項」のセ クションで説明するように、校正ミキサとフィルタ に対する要件はわずかです。 MUT： MUTは、校正ミキサとは別の測定対象の未 知のデバイスです。但し、MUTが校正ミキサの要 件を満たしている場合は、MUTの1つを校正ミキサ として使用することができます。 2.2 ベクトル・ミキサ校正の概要 ENAのVMCの概要について、図2を使用して説明し ます。 ENA RFネットワーク・アナライザ 測定経路の誤差は フル2ポート校正 で除去される 校正ミキサ/IFフィルタの特性は ネットワーク除去機能で 取り除かれる MUTは各テスト・ポ ートがベクトル補正さ れた状態で測定される 被測定ミキサ （MUT） ベクトル・ミキサ校正 は、フル2ポート校正を実施 した後に、校正ミキサとIFフィルタの特性をネット ワーク除去機能で取り除くことで実現しています。 図1に示すように、アップ／ダウン・コンバージョ ン法を使用することで、入出力ポートの掃引測定周 波数を同じに設定することが可能となるため、測定 ポートの先端においてフル2ポート校正を行うこと ができます。従って、全ての測定結果から校正ミキ サとIFフィルタの特性をネットワーク除去機能によ り取り除くことによって、被測定ミキサのみの特性 が得られることがわかります。 また、ベクトル・ミキサ校正では、アップ／ダウ ン・コンバージョン法を採用しているので、周波数 オフセット掃引機能を使用しません。このように、 ベクトル・ミキサ校正 では、校正ミキサとIFフィ ルタの特性データが必要になります。 図2 ベクトル・ミキサ校正の概要 5 2.3 ベクトル・ミキサ校正手順 表2に示した、掃引IF測定の設定を例に、ベクト ル・ミキサ校正の具体的な校正手順について説明し ます。なお、一般的なネットワーク・アナライザの 設定に関する説明はここでは省略してあります。 表2 掃引IF測定の設定例 周波数レンジ ミキサの入力レベル RF信号 700 MHz ∼ 1 GHz −10 dBm LO信号 1.1 GHz（固定） ＋9 dBm IF信号 100 MHz ∼ 400 MHz − 注記：外部信号源はパワー・スプリッタの損失分を考慮し て＋15 dBｍ に設定する ステップ1．ネットワーク・アナライザの設定 ベクトル・ミキサ校正を行う前に、RF信号の周波 数範囲（700 MHz∼1 GHz）、ミキサの入力パワー・ レベル（−10 dBm）、およびIF帯域幅を設定します。 ノイズの少ない測定を行うためには、IF帯域幅を1 kHz以下に設定した状態で補正を実施することを推 奨します。 ステップ2．外部信号源の設定 ENAを使用すると、USB/GPIBインタフェース1に接 続された外部信号源を制御できます。外部信号源の 設定については、「Appendix 3：外部信号源の設定」 を参照してください。 ステップ3．フル2ポート校正の実施 校正ミキサや被測定ミキサおよびIFフィルタを接続 する前に、測定ポートの先端でフル2ポート校正を 実施します。 ステップ4．ベクトル・ミキサ・キャラクタリゼー ションVBAマクロの読み込み ベクトル・ミキサ校正 を行う場合は、校正ミキサ の特性付けを行う必要があります。ここでは、ENA にインストールされているベクトル・ミキサ・キャ ラクタリゼーションVBAマクロを使用して校正ミキ サの特性付けを行います。このVBAマクロ（プログ ラム）は、ENAに内蔵されているハード・ディスク の User [D:]ド ラ イ ブ の 下 に あ る デ ィ レ ク ト リ “Agilent”に、“MixerCharacterization.vba”で保存さ れています。 ENAのフロント・パネルから、[MACRO SETUP] を使用してこのVBAマクロを設定します。[Load Project]を押して、ファイル・エクスプローラから このVBAマクロを選択します。最後に、[MACRO RUN]を押すとこのVBAマクロを実行できます。 より簡単にマクロを実行するには、[Select Macro] の[Load & Run]にマクロを登録する方法がありま す。このマクロをUser [D:]ドライブの下にあるディ レクトリ“VBA”に移動することで、簡単に登録す ることができます。これにより、マクロを直接 [Load & Run]から実行することが可能になります。 ENA RFネットワーク・アナライザ ロード標準器 校正ミキサ/ IFフィルタ 図3 ベクトル・ミキサ・キャラクタリゼーションの構成 1. USB/GPIBインタフェースは、ミキサ測定用パワー・メ ータおよび信号発生器のようなENAの周辺機器を制御す るために必要です。Agilentの82357A USB/GPIBイン タフェースをご使用ください。 6 ステップ5. ベクトル・ミキサ・キャラクタリゼー ション用の設定 図3に、ベクトル・ミキサ・キャラクタリゼーショ ンを実施する場合の接続例を示します。ここでの注 意点としては、LO信号を分配するパワー・スプリ ッタには、被測定ミキサを接続しておく必要がある ということです。被測定ミキサを接続することで、 外部信号源に対する負荷を実際の測定に近い状態に することができるため、より良い測定結果が得られ るためです。ミキサは、LO信号の変動に対して特 性が変わりやすいので、こうした工夫が必要になり ます。これ以外にも、LO信号とパワー・スプリッ タ間での反射信号やミキサを通じたRF信号の漏れ 等も、測定に悪影響を与える場合があります。この 問題の詳細については、Appendix 1の「校正ミキサ の属性と注意事項」を参照してください。 ステップ6．校正ミキサとIFフィルタの特性付け ベクトル・ミキサ・キャラクタリゼーションVBA マクロを使用することで、校正ミキサとIFフィルタ の特性付け1を簡単に行うことができます。校正ミ キサとIFフィルタの特性付けは、図4に示すように、 既に校正されているRFポートに校正ミキサを接続 し、IFフィルタの先端に電子校正キット、あるいは メカニカル校正キット（オープン、ショート、ロー ド）の標準器を接続して反射測定を行います。1ポ ート誤差モデルには、方向性、ソース・マッチ、 反射トラッキングの3つの項があり、3回の反射測 定を行うことで各誤差を取り除くことができます。 この3回の反射測定から、校正ミキサ/IFフィルタの 特性（入力整合、出力整合、伝送応答）を求めるこ とができます。 ENA RFネットワーク・アナライザ 電子校正キットある いはメカニカル校正 キットを使用して 1ポート校正を実施 オープン ショート ロード 校正ミキサ/ IFフィルタ ベクトル・ミキサ・キャラクタリゼーションVBA マクロ（図5）を使用した校正ミキサの特性付けは、 以下の手順で行います。 a. 校正ミキサとIFフィルタをステップ3で校正済み のRFポートに接続し、プログラムのPort 1をチ ェックします。 b. 測定するIF周波数の設定を選択（IF＝RF＋LO、 IF＝RF−LO、IF＝LO−RF）します。 c. メカニカル校正キット（オープン、ショート、ロ ード）あるいは電子校正キット（ECal）を選択し ます。IFフィルタの先端に校正キットを接続し てMeasureを押し、1ポート校正を行います。な お、ネットワーク・アナライザや外部信号源の 掃引周波数の設定値、およびメカニカル校正キ ット等は、ENAに設定されている値がプログラ ムに自動的に読み込まれます。 d. 1ポート校正が終了すると、校正ミキサの特性デ ータはTouchstoneファイルで保存されます。ま た、プログラム・メニューのSetup Optionにチ ェックをすると、自動的に特性データがRFポー トのフィルタ除去機能に登録されると同時に、 ENAのフィクスチャ・シミュレーション機能も 自動的にONになり、校正ミキサとIFフィルタの 特性が全体の測定結果から差し引かれるように なります。最後にIFフィルタの先端に被測定ミ キサを接続すれば、ベクトル・ミキサ測定を行 うことができます。 ロード標準器 VMCが完了すると、MUTに接続してベクトル・ミ キサ測定を行います（図1を参照）。 図4 校正ミキサ/IFフィルタの特性付け c. メカニカル校正キット または電子校正キットを選択 a. 測定ポート1を選択 b. IF周波数の 設定 d. 特性化したデータをタッチスト ーン・フォーマットで保存 図5 ベクトル・ミキサ・キャラクタリゼーションVBA 1. 校正ミキサとIFフィルタの特性付けに関する詳細な情報については、アプリケーション・ノート1408-1 P/N 5988-8642JAをご参照ください。 7 3 スカラ・ミキサ校正（SMC） スカラ・ミキサ校正は、校正スタンダード（オープ ン、ショート、およびロード）と、パワー・メータ を組み合わせて校正を実施することにより、ミキサ の変換損失の振幅値と反射パラメータの測定を高確 度に行うことができます。 3.1 スカラ･ミキサ校正の概要 周波数変換デバイスの変換損失を測定する場合に は、スティミュラス・ポートとレスポンス・ポー ト間で周波数が異なるため、通常のフル2ポート校 正を行うことができません。スカラ･ミキサ校正 は、 フル2ポート誤差モデルに存在する誤差項を、新し い概念の誤差モデルと計算式を用いることで補正 することができます1。スカラ・ミキサ校正 によっ て、以下の誤差要因を補正することができます。 ● ● ● ネットワーク・アナライザの出力ポートと被測 定ミキサの入力ポート間の反射特性（ベクトル誤 差補正） 被測定ミキサの出力ポートとネットワーク・ア ナライザの入力ポート間の反射特性（ベクトル誤 差補正） 異なる周波数における伝達周波数特性（スカラ誤 差補正） これまでのパワー・メータ校正では、アナライザ の信号源は入力周波数レンジに対してフラットネ スおよびリニアリティを得るために校正され、レ シーバは出力周波数レンジに対してフラットネス およびリニアリティを得るために校正されていま した。アナライザは、パワー・センサのインピー ダンスの存在下で校正されます。すなわち、MUT とパワー・センサの入力整合が同じ場合は、最良 の確度が得られます。しかし、この方法ではMUT とネットワーク・アナライザ間に存在するミス・ マッチを補正することはできません。 ネットワーク・アナライザの1ポート校正機能を使 用することにより、ポートとMUTの入出力の反射 係数を測定できます。テスト・ポート、MUT、パ ワー・センサの既知のベクトル反射係数を用いて、 SMCではミス・マッチによる損失を補正すること が可能です。SMCはトレーサブルな標準（パワー・ センサ／パワー・メータの測定値）を基準としてい るので、正確な変換損失の振幅を測定できます。 3.2 スカラ・ミキサ校正 手順 スカラ･ミキサ校正を行う場合は、図6に示す構成で 行います。ここでは、ENAでスカラ･ミキサ校正 を 行う場合の手順について説明します。スカラ・ミキ サ測定はベクトル・ミキサ校正 と異なり、校正ミ キサを使用しません。但し、IFフィルタは、必要な 周波数変換成分（RF＋LO、RF−LO、LO−RF成分 など）を取り出す目的で使用する必要があります。 ENA RFネットワーク・アナライザとパワー・メータ 被測定ミキサ （MUT） 図6 スカラ･ミキサ校正 のシステム構成図 1. スカラ･ミキサ校正 の理論については、アプリケーション・ノート1408-1 P/N 5988-8642JAをご参照ください。 8 表3に、IF周波数を掃引した場合におけるミキサ測 定の設定例を示します。 RFポート周波数設定：[Multiplier]＝1、[Divisor]＝1、 [Offset]＝0 Hz 表3 掃引IF測定時の設定例 IFポート周波数設定：[Multiplier]＝−1、 [Divisor]＝1、[Offset]＝1.1 GHz 周波数レンジ ミキサの入力レベル RF信号 700 MHz∼1 GHz −10 dBm LO信号 1.1 GHz（固定） ＋9 dBm IF信号 100 MHz∼400 MHz − スカラ・ミキサ校正 を行う前に、ネットワーク・ アナライザ、外部信号源およびパワー・メータの設 定を行う必要があります。外部信号源の設定につい ては、「Appendix 3：外部信号源の設定」を参照し てください。パワー・メータの設定については、 「Appendix 4：パワー・メータの設定」を参照して 下さい。 ステップ1．ネットワーク・アナライザの設定 ここでは、周波数オフセット掃引を行う場合の設定 について説明します。以下の計算式に示すように、 各ポートの周波数の設定は、基本周波数設定に対す る乗数（Mn）、除数（Dn）、オフセット（On）で指定し ます1。 ポートnの周波数＝基本周波数設定×Mn÷Dn＋On 以下の手順にしたがって表3に示すようにテスト・ ポート周波数を設定できます： ENAのフロント・パネルから、[START]および [STOP]を使用して基本周波数を設定します。 ステップ3．スカラ・ミキサ校正の実施 スカラ･ミキサ校正には、メカニカル校正キットを 使用する方法と電子校正キットを使用する方法の2 種類があります。この例では、メカニカル校正キッ トを使用します。 SMCを開始する前に、[Frequency Offset]が[ON] になっていることを確認し、RESPONSEにある [Cal]を押し、[Mixer/Converter Calibration]にあ る[Scalar Cal (Manual)]を選択します。[Select Ports]から[2-1 (fwd)]を選択し、RFポートからIFポ ートへの伝送特性を測定するための校正を行いま す。また、ENAのスカラ･ミキサ校正 では、RFポー トからIFポートだけでなく、IFポートからRFポート への伝送特性[1-2 (rev)]、あるいは双方向[1,2 (both)]の伝送特性もケーブルを繋ぎかえることな く測定することが可能です。 次に、[Reflection]と[Transmission]のメニューの 指示に従い、メカニカル校正キットまたはEcalモジ ュールを使用して、各ポートで補正を行います。 SMCを行う場合は、メカニカル校正キットではなく、 ECalモジュールを使用してください。ECalモジュー ルを使用する場合は、一度接続してしまうとそのま ま必要な誤差補正がすべて行えるので、作業効率が 大幅に向上します。 最後に、パワー・メータを使用した誤差補正を実行 します。パワー・センサを[Use Sensor]で選択し、 パワー・センサをRFテスト・ポートに接続してパ ワー校正を実行します。 ステップ4．ミキサ測定のセットアップ スカラ･ミキサ校正 が終了したら、被測定ミキサを 接続し、スカラ・ミキサ測定を行います（図6参照）。 基本周波数の設定：[Start]＝700 MHz, [Stop]＝1.0 GHz [SWEEP SETUP]を押し、[FrequencyOffset]を選 択し、[Frequency Offset]を押して[On]にします。 また、各テスト・ポート周波数は[Port 1]および [Port 2]メニューで設定できます。 1. 基本周波数は、[START]および[STOP]キーで設定される周波数レンジです。 9 4 ミキサの測定 ミキサの測定パラメータには、変換損失、リター ン・ロス、コンバージョン・コンプレッション、ア イソレーション、そして相互変調歪などがあります。 4.1 変換損失（コンバージョン・ロス） この章では、変換損失の測定について説明します。 変換損失は、図7に示されているように、入力周波 数をいかに効率よく他の周波数に変換するかの度合 いを示すものです。変換損失は、与えられたLO信 号のレベルにおいて、出力周波数のパワーと、入力 周波数のパワーの比として定義されます。 パワー・レベル 変換損失 変換損失 周波数 図7 変換損失 ミキサによる変換損失は通常、意図する周波数スパ ン内では非常にフラットな特性を示しますが、LO 信号のレベルにより平均損失は変動します。図8に 示すように、変換損失は一般的に、IF周波数（掃引 IF）およびRF周波数（固定IF）の両方で、周波数に対 する特性として測定されます。ENAのFOMは外部 信号源を制御して、掃引IF、固定IF、固定RF1測定 を容易に行うことができます。 変換損失 掃引IF測定 IF周波数 変換損失 固定IF測定 RF周波数 図8 変換損失の測定方法 4.1.1 変換損失（コンバージョン・ロス） 測定 この章では、変換損失の測定について説明します。 変換損失は、図1に示されているように、入力周波 数をいかに効率よく他の周波数に変換するかの度合 いを示すものです。変換損失は、与えられたLO信 号のレベルにおいて、出力周波数のパワーと、入力 周波数のパワーの比として定義されます。 1. ベクトル・ミキサ校正 を用いた固定IFおよび固定RF周波数による測定では、一部のパラメ ータの測定を行うことが出来ません。詳しくは、表1をご覧下さい。 10 4.1.2 変換損失の測定例（ベクトル・ ミキサ校正／スカラ･ミキサ校正） 図9はVMCおよびSMCで測定した変換損失の例で す。前述のセクション2と3で説明した手順で測定さ れています。図に示すように、両者のデータは非常 に良く一致していて、VMCとSMCのどちらの校正 手法を用いても非常に正確な変換損失測定が行えま す。 スカラ・ミキサ校正 ベクトル・ミキサ校正 （メモリ・トレース） 図9 変換損失の測定比較（ベクトル・ミキサ校正とスカラ･ミキサ校正） VMCを用いると、これまでは非常に困難でノイズ の多い測定とされていた、変換損失の位相および群 遅延測定も行えます。図10に、変換損失の振幅、位 相および群遅延の測定結果を示します。 図11は、SMCと従来のパワー・メータ校正を用い て測定した変換損失データを比較したものです。こ の図からも明らかなように、パワー・メータ校正で はソース・マッチ、ロード・マッチ、方向性などの 誤差項を取り除くことはできないため、測定にもこ れらの誤差項の影響によるリップルが生じていま す。 変換損失 位相 群遅延 図10 ベクトル・ミキサ校正を使用した測定例 スカラ・ミキサ校正 パワー校正 図11 変換損失の測定比較（スカラ・ミキサ校正とパワー校正） 11 4.2 リターン・ロス/SWR測定 この章では、リターン・ロス/SWRの測定について 説明します。反射信号には周波数シフトがないので、 リターン・ロス/SWRは周波数変換デバイスのテス ト時にもリニア反射パラメータ（S11またはS22）とな ります。従って、ミキサのリターン・ロスの測定は 通常のSパラメータの測定で行うことができます。 ミキサは3ポート・デバイスで、あるポートからの 反射は残りの2つのポートの条件に左右されます。 ミキサのリターン・ロスを測定する場合は、測定し ていないポートを50 Ω、あるいは駆動状態のイン ピーダンスで終端した状態で行います。この時に、 IFポート側にIFフィルタを接続して使用することを 前提にミキサが設計されているのであれば、必ずIF フィルタを接続した状態でRFあるいはIFポートで の測定を行います。また、LO信号も適切なパワ ー・レベルで必ず印加しておく必要があります。 4.2.1 リターン・ロス/SWRの測定手順 表4 リターン・ロス/SWR測定の設定例 周波数レンジ ミキサの入力レベル RF信号 700 MHz∼1 GHz −10 dBm LO信号 1.1 GHz（固定） ＋9 dBm IF信号 100 MHz∼400 MHz 表4に、リターン・ロス/SWR（RFポート）測定の設 定例を示します。 − IFフィルタ リターン・ロス/SWR測定を行う前に、ネットワー ク・アナライザ、および外部信号源の設定を行う必 要があります。外部信号源の設定については、 「Appendix 3：外部信号源の設定」を参照してくだ さい。 ロード ステップ1．1ポート校正の実施 1ポート校正を実施し、測定していないポートをロ ード標準器で終端しておきます。 ステップ2．ミキサ測定のセットアップ 1ポート校正が終了したら、被測定ミキサを接続し、 SWRの測定（S11）を行います。 4.2.2 SWR の測定例 不適切なLOパワー （IFフィルタ付き） IFフィルタなし 適切なLOパワー （IFフィルタ付き） 図12 SWRの測定例 12 図12は、RFミキサの入力ポートでのSWR測定の例 を示しています。この図では適切なパワー・レベ ル（＋9 dBm）のLOドライブ、不適切なパワー・レ ベルのLOドライブ、適切なパワー・レベルでIFフ ィルタを使用しない場合のLOドライブの測定結果 を比較しています。このように、LOパワーの変化 とIFフィルタの有無によってSWR値は大きく変化 します。 4.3 コンバージョン・コンプレッション 測定 IF出力パワー［dBm］ コンプレッション領域 1 dBコンプレッション・ポイント 変換損失（dB） この章では、コンバージョン・コンプレッションの 測定について説明します。コンバージョン・コンプ レッションは、ミキサがリニア領域で駆動できる、 RF信号の最大入力レベルを示すパラメータです（図 13参照）。変換損失は、RF信号の入力レベルに対す るIF信号の出力レベルの比で、この値は仕様化され た入力レベルにおいては、一定の値を示します。但 し、入力信号レベルが最大入力レベルを超えると、 それまで一定であったIF信号とRF信号の比が変化 します。一般に、RF信号とIF信号の比が1 dB落ち込 むポイントを、1 dBコンプレッション・ポイントと 呼びます。 IFパワー RF入力パワー［dBm］ 図13 コンバージョン・コンプレッション 4.3.1 コンバージョン・コンプレッション の測定手順 コンバージョン・コンプレッション測定は、ENAに 搭載されているパワー掃引機能を使用して行います。 表5に、コンバージョン・コンプレッション測定の 設定例を示します。 表5 コンバージョン・コンプレッション測定の設定例 周波数レンジ ミキサの入力レベル RF信号 700 MHz（固定） −20 dBm∼＋5 dBm LO信号 1.1 GHz（固定） ＋9 dBm IF信号 400 MHz（固定） − コンバージョン・コンプレッション測定を行う前 に、ネットワーク・アナライザ、外部信号源および パワー・メータの測定パラメータの設定を行う必要 があります。外部信号源の設定については、 「Appendix 3：外部信号源の設定」を参照してくだ さい。パワー・メータの設定については、 「Appendix 4：パワー・メータの設定」を参照して 下さい。 ステップ1．ネットワーク・アナライザの設定 パワー掃引の設定について説明します。ENAのフ ロント・パネルのSTIMULUSにある[Sweep Setup] の[Power]で、[CW Freq]をRF信号周波数の700 MHzに 設 定 し ま す 。 次 に 、 [Sweep T ype]で 、 [Power Sweep]を選択し、周波数掃引をパワー掃 引に切り換え、STIMULUSにある[Start]と[Stop] で、掃引パワーの範囲（−20 dBm∼＋5 dBm）を設 定します。 表5に示すように、RF信号周波数とIF信号周波数が 異なるので、周波数オフセット掃引機能を使用して、 各ポートの周波数を設定します。周波数オフセット 掃引の設定については、「スカラ・ミキサ校正の手 順」のセクションを参照して下さい。 13 ステップ2. スカラ･ミキサ校正の実施 測定の前に、スカラ･ミキサ校正 を行います。スカ ラ･ミキサ校正の手順については、「スカラ・ミキサ 校正手順」を参照して下さい。 ステップ3. ミキサ測定のセットアップ スカラ･ミキサ校正 が終了したら、被測定ミキサを 接続し、コンバージョン・コンプレッション測定 （S21）を行います（図6参照）。1 dB変換圧縮ポイント は次の手順で求めることができます。ENAのフロン ト・パネルで、[MARKER]の[Marker 1]を使用し てリニア領域にあるトレースの左端にマーカを配置 します。[Ref Marker Mode]を押してマーカ1を基 準マーカとして設定します。次に[MARKER SEARCH]の[Target]を押し、[Target Value]で目 標 値（ − 1 dB）を 設 定 し ま す 。 最 後 に 、 [Search Target]を押すと、1 dB圧縮ポイントを容易に見つ けることができます。圧縮ポイントは絶対パワーな ので、デルタ・スティミュラス値を基準マーカのス ティミュラス値に加算してください。以下の例では、 1 dB圧縮は1.2 dBm（−15 dBm＋16.2 dBm＝1.2 dBm） で発生しています。 4.3.2 コンバージョン・コンプレッション の測定例 図14に、コンバージョン・コンプレッションの測定 例を示します。 −1 dBポイント 約1.2 dBm 図14 コンバージョン・コンプレッション測定例 4.4 アイソレーション測定 この章では、アイソレーションの測定について説明 します。アイソレーション測定ではミキサ内部にお ける信号の漏れを、周波数オフセット・モードは用 いずにSパラメータのみを使用して測定します。特 に、フィード・スルーとは、IFポートに漏れる信号 で、ミキサ測定においては重要な測定パラメータで す。アイソレーションが高いミキサとは、ポート間 の信号の漏れが小さいミキサであることを意味して 1. これは300 kHz∼3 GHzの範囲で仕様化されています。 14 います。一般に、LOポートからRFポートへのアイ ソレーション測定およびLOフィード・スルー測定 は、測定していないポートを50オームで終端した状 態で行います。RFフィード・スルーは、LO信号を ミキサに印加した状態で行います。ENAは最高＋10 dBm1の出力パワーをLOアイソレーション測定用に 供給できます。 4.4.1 アイソレーションの測定手順 表6に、アイソレーション測定の設定例を示します。 図15にアイソレーション測定の構成例を示します。 表6 アイソレーション測定の設定例 測定項目 1. LOとRF間のアイソレーションおよび LOフィードスルー測定 設定 LOからRFへの アイソレーション ENA RFネットワーク・アナライザ RF IF LO ロード LOからRFへの アイソレーション 10 MHz ~ 1GHz + 9 dBm ロード LOからRFへの LOフィードスルー RF ロード アイソレーション IF LO LOフィードスルー LO フィードスルー ロード 10 MHz ~ 1GHz + 9 dBm 2. RFフィードスルー測定 RFフィードスルー RFフィードスルー ENA RFネットワーク・アナライザ 10 MHz ~ 1GHz –10 dBm RF IF 10 MHz ~ 1GHz LO 1.1 GHz +9 dBm RFフィードスルー アイソレーション測定を行う前に、ネットワーク・ アナライザおよび外部信号源の設定を行う必要があ ります。外部信号源の設定については、「Appendix 3：外部信号源の設定」を参照してください。 図15 アイソレーション測定構成例 15 4.4.2 LOとRFポート間のアイソレーション およびLOフィードスルー測定 図15の1を参考にして、LOとRF間のアイソレーショ ンおよびLOフィードスルー測定用に測定器をセッ トアップします。 ステップ1．ネットワーク・アナライザの設定 ENAのフロント・パネルから、RF信号の周波数範 囲（10 MHz∼1 GHz）、出力パワー・レベル（＋9 dBm）等を任意に設定します。 ステップ2．ミキサ測定のセットアップ 1ポート校正が終了したら、被測定ミキサを接続し、 LOとRFポート間のアイソレーションおよびLOフィ ードスルーの測定を行います。 4.4.3 アイソレーションの測定例1 図16に、LOとRFポート間のアイソレーションおよ びLOフィードスルーの測定結果を示します。 LOからRFへのアイソレーション LOフィードスルー 図16 LOとRFポート間のアイソレーションおよびLOフィード スルー測定例 4.4.4 RFフィードスルー測定 図15の2を参考に、RFフィードスルー測定用に測定 器を構成します。 16 ステップ1．ネットワーク・アナライザの設定 ENAの設定は、前述のアイソレーション測定の設定 をそのまま使用します。ここでは、外部信号源の周 波数（1.1 GHz）と出力パワー（＋9 dBm）の設定を行 い、RFフィードスルーの測定を行います。 4.4.5 アイソレーションの測定例2 図17に、RFフィードスルーの測定結果を示します。 RFフィードスルー 図17 RFフィードスルー測定例 4.5 2トーン3次相互変調歪 このセクションでは2トーン3次相互変調歪測定につ いて説明します。相互変調歪は狭帯域システムにお ける一般的な問題です。 相互変調歪の測定は、ミキサをLO信号によりドラ イブした状態で、近接した2つの異なる周波数を、 同じパワー・レベルでミキサのRFポートに入力し て行われます。 この不要な周波数成分は、ミキサなどの非線形デバ イスを通過する2つ（f 1およびf 2）以上のスペクトル 成分の相互作用により発生します。この不要な成分 は、基本波およびその高調波の和と差（nf1±mf2）と 基本波成分に関係しています。｜n｜±｜m｜を相 互変調成分の次数と呼び、2f1−f2、および2f1−f2は 3次の相互変調成分となります。 4.5.1 相互変調歪測定手順 表7に、相互変調歪測定の設定例を示します。 表7 相互変調歪測定の設定例 周波数レンジ ミキサの入力レベル RF1信号 1 GHz（固定） −10 dBm RF2信号 1.00003 GHz（固定） −10 dBm LO信号 900 MHz（固定） IF1信号 100 MHz − IF2信号 100.03 MHz − RF1 1 GHz, –10 dBm RF2 1.00003 GHz, –10 dBm ＋9 dBm IF = 100 MHz IF = 100 MHz RF IF LO 3次相互変調成分 IM31 = 2RF1 – RF2 – LO IM32 = 2RF2 – RF1 – LO 900 MHz + 9 dBm 17 ここで、測定対象となる3次の相互変調成分を、表5 の設定周波数より、以下の計算式で求めます。 IM31 = 2RF1 . RF2 . LO = 99.97 MHz IM32 = 2RF2 . RF1 . LO = 100.06 MHz a. R F ポ ー ト の 設 定 ： STIMULUSにある[Sweep Setup]キーを押して、[Frequency Offset]を選 択し[Frequency Offset]をONにします。Port 1 でRFポートの周波数を以下の形で設定します。 RFポートの設定： [Multiplier] = 0、[Divisor] = 1、 相互変調歪測定を行う前に、ネットワーク・アナラ イザおよび外部信号源の測定パラメータの設定を行 う必要があります。外部信号源の設定については、 「Appendix 3：外部信号源の設定」を参照してくだ さい。 相互変調歪測定の場合、外部信号源が2台必要にな りますが、ENAの周波数オフセット・モードでは、 外部信号源のコントロールは1台のみとなります。 従って、今回の測定では2台目の外部信号源の設定 は手動で行います。図18に、相互変調歪測定の測定 構成例を示します。 [Offset] = 1 GHz b. 掃引モードの設定： 測定効率を向上させるため に、セグメント掃引機能を使用して測定します。 [SWEEP SETUP]を使用してセグメント掃引テ ーブルを設定します。STIMULUSにある[Sweep Setup]を押して、[Edit Segment Table]を選択 し[Freq Mode]を[Center/Span]に設定し、以 下のリスト（表8）を参考に、セグメント掃引テー ブルを作成します。 表8 セグメント掃引テーブルの設定例 ENA RFネットワーク・アナライザとパワー・メータ 被測定ミキサ （MUT） 図18 相互変調歪測定の構成例 ステップ1．ネットワーク・アナライザの設定 相互変調歪測定を行う場合、ダイナミックレンジを 稼ぐため、比較的狭いIF帯域幅（100Hz程度）を使用 してください。相互変調歪は、周波数オフセット・ モードで提供される周波数オフセット掃引機能と絶 対値（比測定ではない）測定機能を使用して行いま す。 18 Center Span Points 1 99.92 MHz 2 kHz 5 2 99.97 MHz 2 kHz 5 3 100.00 MHz 2 kHz 5 4 100.03 MHz 2 kHz 5 5 100.06 MHz 2 kHz 5 6 100.11 MHz 2 kHz 5 次に、[Sweep Setup]キーを押して、[Sweep T ype]で[Segment]を選択します。最後に [Segment Display]で[Freq Base]を選択します。 c. 絶対値測定の設定：RESPONSEにある[Meas]を押 して、[Absolute]から測定ポートを選択します。 絶対値測定の場合、ポート１のレシーバがA、ポ ートの2のレシーバがB、そしてリファレンス・ レシーバがRn（n＝ポート番号）という形になっ ています。また、カッコ内の数字は、信号源の 出力ポートを意味しています。従って、今回の 測定では信号源がポート1、そしてレシーバがポ ート2（B）になるので、B（1）を選択します。 ステップ2．ネットワーク・アナライザの校正 絶対値測定を高確度に行うためには、パワー校正 とレシーバ校正を組み合わせて行う必要がありま す。RFポートの周波数を、IFポート（レシーバ）の 周波数と同じに設定し、RFポート（入力）の信号レ ベルをパワー･メータを使用して補正します。 表8の例では、RFポート（RF1）の周波数を99.92 MHzから100.11 MHzの範囲に設定後、パワー･メー タを接続し、パワー校正を行います。 [CAL]を押して[Power Calibration]を選択します。 [Select Port]で[1]を選択し、[Take Cal Sweep]を 押してパワー校正を実行します。パワー校正を実 行する場合は、パワー・メータがUSB/GPIB経由で ENAに接続されていることを確認してください。 次に、レシーバ校正を実施します。[CAL]を押し、 [Receiver Calibration]を選択します。[Select Port]で[2]を選択し、RFポートをIFポートに損失の 少ないケーブルで接続します。次に、[Take Cal Sweep]でレシーバ校正を実行します。最後に、レ シーバの利得を補正するために、補正済みのRFパ ワー利得データがIFポートに転送されます。 レシーバ校正の実行後、RFポート（RF1）周波数は ステップ1のaのように1 GHzに設定してください。 ステップ3．外部信号源の設定 2台目の外部信号源の周波数（1.00003 GHz）と出力 パワー・レベル（−10 dBm）を設定します。設定が 終了したら、被測定ミキサを接続し、相互変調歪 測定を絶対値測定機能を使用して行います（図18参 照）。 4.5.2 相互変調歪の測定例 図19は、2トーン3次相互変調歪の測定結果を示し ます。 TOI [dBm]＝入力信号レベル[dBm]−歪成分[dBc]/2 上記の測定例では、TOIは約5 dBmになります。 TOI [dBm]＝−10 dBm−（−30dBc/2）＝5 dBm 次） （1 RF入力パワー［dBm］ （ 3 次 ） 図19 2トーン3次相互変調歪の測定例 出力パワー・レベル［dBm］ TOIは一定の値を示すと同時に、入力パワーと関係 しないため、入力パワー・レベルに対する歪成分 を予測するのに用いられます。 この結果から、ミキサのTOI（3次インターセプト） を求めることができます。TOIとは、3次歪のレベ ルが基本波のレベルに等しいミキサの入力レベル （図20参照）で、以下の計算式で求めることができ 図20 TOI（3次インターセプトの概念） ます。 19 まとめ ミキサのような非線形の周波数変換デバイスの測 定には、さまざまな問題があります。ミキサの正 確な評価は複雑な測定構成のために難しく、不要 な誤差信号を説明することも困難です。 ENA RFネットワーク・アナライザに搭載されてい る、周波数オフセット・モードには、これらの問 題の解決に役立つ様々な機能が搭載されています。 特に、最先端のミキサ校正機能である、ベクトル およびスカラ・ミキサ校正機能を使用することで、 ミキサの特性を正確に求めることが可能になりま す。さらに、パワー校正やレシーバ校正と、絶対 値測定機能の組み合わせによる高確度な歪測定な ど、ミキサ測定に要求される様々なアプリケーシ ョンに対応することができます。このように、 ENAのFOMを使用すると、必要なミキサ測定すべ てを容易に実行でき、信頼性の高い測定結果を得 ることができます。 Appendix 1：校正ミキサの特性と注意事項 周波数レンジ：校正ミキサの周波数レンジは、被測 定ミキサの周波数レンジと同じか、それ以上である 必要があります。同じセットアップで複数のミキサ をテストする場合は、テスト対象デバイスのすべて の周波数レンジをカバーする帯域の広い校正ミキサ を選択します。 リターン・ロス： ベクトル・ミキサ校正は、基本波 に対する反射信号のミス･マッチを補正します。し かし、高調波やスプリアスの成分は、ミキサおよび ネットワーク・アナライザのポートで反射して誤差 項となります。したがってリターン・ロスが良好な デバイスは、不確かさが小さくなります。ミキサの 前段にRFフィルタを使用して、ミキサの後段にIF フィルタを使用した場合、高調波やスプリアスを取 り除けるので、リターン・ロスの影響を低減するこ とができます。ミキサの変換損失が十分に小さい場 合は、アッテネータを使用してミス･マッチを改善 することができます。 変換損失のレシプロカル性： 校正ミキサの主要な要 件は、校正ミキサがレシプロカルでなければならな いことです。レシプロカル・ミキサとは、ミキサの 前段あるいは後段にアンプなどのアクティブ部品や アイソレータなどが存在せず、順方向と逆方向の変 換損失の振幅と位相が等しいミキサのことです。測 定信号をRFポートに入力して、出力信号をIFポー トで測定したときの損失が順方向変換損失です。測 定信号をIFポートに入力し、出力信号をRFポート で測定したときの損失が逆方向変換損失です。レシ プロカル性が必要となる理由は、校正プロセスでは、 フィルタを通過して校正標準で反射する信号を測定 することにより、順方向および逆方向のミキサ変換 損失の応答が計算されます。この時に、誤差項を計 算する際に順方向と逆方向の変換損失が等しいと仮 定し、ここから校正ミキサの片方向特性を求めるた めです1。 変換損失：正確な校正を行うには、校正ミキサとIF フィルタの組み合わせの片方向変換損失が10 dB未 満である必要があります。校正ミキサの片方向変換 損失が15 dBを超えると、校正確度は大幅に低下し ます。 1. ベクトル・ミキサ校正（VMC）理論と完全な誤差モデルについては、アプリケーション・ノート 1408-1 P/N 5988-8642JAをご参照ください。 20 高次のミキシング成分（スプリアス成分）： スプリア ス成分は、測定誤差の原因となるため、校正ミキサ のスプリアス成分を低く抑える必要があります。周 波数オフセット・モードには、スプリアス回避機能 が搭載されており、校正および測定プロセス時に主 要なスプリアスを回避することが可能（図21参照） です。また、スティミュラスまたはレスポンス周波 数、あるいはポイント数をわずかに変更してスプリ アスを避けるというのも実用的な手法です。 校正モデルにおいて反射がリニアであることを前提 にしているためです。ミキサがリニア領域で動作し ている場合、IFポートの反射係数は、RF入力パワ ー・レベルにより変化しません。しかし、非線形領 域では、反射は、入力パワー・レベルに依存します。 図22は、様々なRFパワー・レベルでのミキサのS11 のグラフを示したものです。このミキサのLOパワ ーを公称値の＋7 dBmに設定し、RFパワー・レベル を上げていきました。RFパワーが−10 dBmになる まで、S11は比較的一定でしたが、RF入力パワー が−5 dBmを越えると、S11は大幅に変動します。 RFパワーが大きすぎると、ベクトル・ミキサ校正 に大きな誤差が生じます。したがって、上記の測定 のようなテストを行って、校正ミキサがリニア領域 で確実に動作するようにすることをお薦めします。 図21 スプリアス回避機能 アイソレーション：RFからIF、RFからLO、LOから RF、LOからIF、IFからLO、IFからRFという6つの ミキサ・アイソレーションがあります。LOのリー ケージは、ハイ・パワー・レベルのLOによりスプ 図22 RFパワー・レベルを変化させたときのS11測定への影響 リアス応答が生じ、大きな誤差となります。したが って、ベクトル・ミキサ校正を正確に行うには、 LOリーケージの量を低減することが重要です。優 LOパワー・レベル：ENAのベクトル・ミキサ校正 れた校正ミキサは、LOからRFおよびLOからIFのア では、アップ／ダウン・コンバージョン法が用いら イソレーションが少なくとも20 dBはあります。LO れるため、LO信号のパワーは、パワー・スプリッ リーケージとは、RFまたはIFポートを経由したLO タで校正ミキサと被測定ミキサに分配されます。こ のリーク信号のことで、ネットワーク・アナライザ の時に、校正ミキサの特性評価プロセス時に、校正 のポートで反射してミキサに再び入り、他の成分と ミキサのドライブに用いられるLOパワー・レベル 再び合成され、誤差信号となります。この信号が基 と、被測定ミキサを接続した後のLOパワー・レベ 準チャネル経路へリークしてさらに誤差を発生させ ルは同じにする必要があります。これは、校正ミキ る場合もあります。 サの性能がLO信号のパワー・レベルに依存するた めです。従って、校正ミキサの評価時には、被測定 RFパワー・レベル：校正ミキサは、反射がリニアに ミキサもパワー・スプリッタに接続した状態で行う なるようにリニア領域で動作させる必要がありま ことを推奨します。 す。このためには一般に、RFパワーをLOパワーよ り30 dB程度小さくする必要があります。これは、 21 Appendix 2：平衡ミキサ測定用の 校正ミキサの特性評価手順 ベクトル・ミキサ・キャラクタリゼーションVBA マクロを使用することで、平衡ミキサ測定に使用 する校正ミキサの特性付が可能になります。平衡 ミキサ測定に使用される校正ミキサ/IFフィルタの 特性付け手順は、基本的には通常のミキサ測定に 使用する手順と同じです。しかし、平衡ミキサ測 定では、校正ミキサ/IFフィルタの特性評価データ が2セット必要です（図23を参照）。 以下の手順を従ってLO位相誤差補正を実行する前 に、校正ミキサ/IFフィルタの各特性評価データを 先にフィクスチャ内で設定しておきます。 ENA RFネットワーク・アナライザ 校正ミキサ （IFフィルタ付き） 被測定ミキサ （平衡ミキサ） RF IF LO IF RF 特性評価する校正ミキサを、事前に校正したネッ トワーク・アナライザのポートに接続し、IFフィル タの先端にオープン、ショート、およびロード・ スタンダードを接続して反射測定を行い、特性付 けを行います。平衡ミキサの場合は、校正ミキサ を個別に特性化するため、校正ミキサ間のLO信号 の位相差は誤差として残ります。このため、特性 化した2個の校正ミキサ（IFフィルタ付き）の位相差 を校正する必要があります。 RF LO IF LO ハイブリッド・バラン a. ベクトル・ミキサ・キャラクタリゼーション VBAマクロの（オプション）[Balanced Mixer]を 押し、バランスド・ミキサ・キャラクタリゼー ション・メニュー（図24）を立ち上げます。 b. 事前に測定した校正ミキサ（IFフィルタ付き）の データ・ファイル（MIXER_1.s2p、MIXER_2.s2p） は、自動的にマクロに読み込まれます。 c. 測定ポートを選択し、校正ミキサのIFポートを スルー接続して校正ミキサ間のLO信号の位相差 を補正します。 d. [Execute]を押して位相誤差補正を実行し、オリ ジナルのデータ・ファイルに結果を上書きしま す。 図23 平衡ミキサ測定の構成図 a. バランスド・ミキサ・ キャラクタリゼーション・ マクロの起動 c. 測定ポートの選択 b. データ・ファイル が読み込まれる d. 測定の実施 図24 バランスド・ミキサ・キャラクタリゼーション・メニュー 22 Appendix 3：外部信号源の設定 ENAは、LO信号として使用する外部信号源を USB/GPIBインタフェース4経由でファームウェアか らコントロールすることができます 1 。アジレン ト・テクノロジーが提供している代表的な信号源 （ESG、PSG、86xxシリーズなど）は、標準でサポー トしています また、外部信号源を使用する場合には、ENAの外 部基準出力端子（Ref. Out）と外部信号源の入力端子 （External Ref. In）をBNCケーブル等で接続します。 これにより、ENAの信号源により外部信号源がフ ェーズ・ロックされるので、安定した測定を行うこ とが可能になります。 外部信号源のアドレスを設定します。ENAのフロ ント・パネルから、[System]を押し、[Misc Setup]にある[GPIB Setup]より[Signal Generator Address]を選択し、外部信号源のGPIBアドレスの 設定を行います。使用する外部信号源の種類につい てもこのメニューで選択します。 次に、外部信号源の出力パワー・レベルの周波数を 設定します。ベクトル・ミキサ校正の場合、外部信 号源の出力はパワー・スプリッタにより校正ミキサ と被測定ミキサに分配されるので、パワー・スプリ ッタの損失分（約6 dB）を考慮してパワーの設定を する必要があります。ここでは、その分を考慮し て＋15 dBm（被測定ミキサのLOには＋9 dBmを入 力）の出力パワーを設定します。 ENAのフロント・パネルのSTIMULUSにある [Sweep Setup]を押して、[Frequency Offset]を選 択し、[External Source]の[Power]で出力パワ ー・レベルを設定します。 以下の計算式に示すように、外部信号源の周波数設 定は、基本周波数5設定に対する乗数（MLO）、除数 （DLO）、オフセット（OLO）で指定します2。 外 部 信 号 源（ L O ）の 周 波 数 ＝ 基 本 周 波 数 設 定 × MLO÷DLO＋OLO 従って、LO信号を1.1 GHzの固定周波数で設定する 場合の外部信号源の設定は、 外部信号源（LO）の設定： [Multiplier] = 0、[Divisor] = 1、[Offset] = 1.1 GHz となります。 この時に、[External Source]にある[Start]と[Stop] を使用して周波数を設定することも可能ですが、基 本的には上記による設定を推奨します。この方法で あれば、ポート間における周波数の関係が計算式と して定義されるので、測定周波数範囲を変更した場 合にも、自動的にオフセットの値が維持されるため です。 最後に、外部信号源のコントロールを行います。 External Source にある[LO Frequency]を[ON]にす ることで、外部信号源の設定周波数（LO）がENAの 画面下に表示されます。次に、[Control]を[ON]に することで、周波数等の設定値が外部信号源に送ら れ、コントロールが開始されます。 Appendix 4：パワー・メータの設定 ENAは、スカラ･ミキサ校正に使用するパワー・メ ータをUSB/GPIBインタフェース経由でファームウ ェアからコントロールすることができます。ENA の フ ロ ン ト ・ パ ネ ル の INSTR STATE に あ る [System]を 押 し 、 [Misc Setup]に あ る [GPIB Setup]より[Power Meter Address]を選択し、パ ワー･メータのGPIBアドレスの設定を行います。 1. UUSB/GPIBインタフェースの推奨モデルは、アジレント・テクノロジー社 製82357Aになります。 2. 基本周波数とは、ENAの[Start]、[Stop]ボタンで設定されている周波数です。 23 関連資料 アジレント・テクノロジー株式会社 本社〒192-8510 東京都八王子市高倉町9-1 これらのカタログは、AgilentのWebサイト （www.agilent.co.jp）のライブラリ情報にあります。 1. 周波数コンバータ測定オプションを使用したミ キサの伝送測定、Agilent ApplicationNote 1408-1、 P/N 5988-8642JA 2. ミキサの変換損失や群遅延を測定するための手 法とその比較、Agilent ApplicationNote 1408-2、 P/N 5988-9619JA 3. 周波数コンバータ測定オプションを用いた測 定／校正確度の向上、Agilent ApplicationNote 1408-3、P/N 5988-9642JA 計測お客様窓口 受付時間 9:00-19:00（土・日・祭日を除く） FAX 、E-mail 、Web は 24 時 間 受 け 付 け て い ま す 。 TEL ■■ 0120-421-345 (0426-56-7832) FAX ■■ 0120-421-678 (0426-56-7840) Email 電子計測ホームページ www.agilent.co.jp/find/tm ● 4. ベクトル・ミキサの特性評価およびミキサ・テ スト・システムの誤差補正の新しい方法、White Paper、P/N 5988-7826JA [email protected] 記載事項は変更になる場合があります。 ご発注の際はご確認ください。 Copyright 2006 アジレント・テクノロジー株式会社 5. 新しいベクトル評価手法を用いたミキサの特性 評価の比較, White Paper、P/N5988-7827JA 6. ネットワーク・アナライザによる周波数変換デ バイス測定に関する考察、ApplicationNote 12877J、P/N 5966-3318J Webリソース ENAの詳細については以下をご覧ください。 www.agilent.co.jp/find/ena 電子計測UPDATE www.agilent.co.jp/find/emailupdates-Japan Agilentからの最新情報を記載した電子メールを無料でお送 りします。 Agilent Direct www.agilent.co.jp/find/agilentdirect 測定器ソリューションを迅速に選択して、使用できます。 Agilent Open www.agilent.co.jp/find/open Agilentは、テスト・システムの接続とプログラミングのプロセ スを簡素化することにより、電子製品の設計、検証、製造に携 わるエンジニアを支援します。Agilentの広範囲のシステム対応 測定器、オープン・インダストリ・ソフトウェア、PC標準I/O、 ワールドワイドのサポートは、テスト・システムの開発を加速 します。 January 5, 2006 5989-1420JAJP 0000-00DEP