Agilentベクトル・ネットワーク・ アナライザ用の校正標準

Agilentベクトル・ネットワーク・
アナライザ用の校正標準／
キットの設定
Application Note 1287-11
目次
はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
測定誤差 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
測定校正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
校正キット . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
コネクタ定義 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
校正標準の定義 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
クラス割り当て . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
変更手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
PNAの校正キットの入力／変更手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
8510の校正キットの変更／入力手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
付録A：同軸コネクタの寸法に関する注意事項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
7 mm同軸コネクタ・インタフェース . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
3.5 mm、2.4 mm、1.85 mm、1.0 mm同軸コネクタ・インタフェース . . . . . . .30
N型同軸コネクタ・インタフェース . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
付録B：同軸校正係数モデルの導出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
付録C：導波管校正係数モデルの導出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
付録D：データ・ベース校正標準の定義ファイルのフォーマット . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
サンプル・ファイル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
暫定版#PNAキーワード . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Webリソース . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
2
はじめに
測定誤差
ネットワーク解析の測定誤差は、ランダム誤差と系統誤差の2種類に分けられます。
ランダム誤差も系統誤差も、どちらもベクトル量です。ランダム誤差は再現性のな
い測定の変動であり、通常は予測不可能です。系統誤差はテスト・セットアップか
ら生じる再現性のある測定の変動です。
系統誤差には、インピーダンス不整合、システム周波数応答、テスト・セットアッ
プ内のリーケージ信号などがあります。マイクロ波測定では、ほとんどの場合、系
統誤差が測定の不確かさの最大の原因です。これらの誤差の原因は、用いられる信
号分離方式に起因します。
ベクトル・ネットワーク・アナライザ（VNA）の校正手法については、さまざま
な文献を入手できます。文献[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]は、公表されて
いる研究成果の一部に過ぎません。Agilentのアプリケーション・ノート1287-1、
1287-2、1287-3でも、VNAとその誤差補正について説明しています。このアプリケ
ーション・ノートを十分に理解するためには、これらの校正手法について理解して
おくことをお勧めします。
測定校正
測定校正とは、VNAの系統誤差モデルを数学的に導出するプロセスです。この誤
差モデルは、ベクトル誤差係数の配列であり、ゼロ位相シフト、ゼロ反射振幅、無
損失伝送振幅、既知インピーダンスの固定基準面を確立するために用いられます。
係数の配列を計算するために、固定測定面に接続された既知のデバイス（校正標準）
の測定を行います。
用いられる校正手法は、誤差モデルによって異なります。校正標準の定義と種類は、
校正手法毎に異なっています。例えば、ショート／オープン／ロード／スルー
（SOLT）校正法を使ってフル2ポート12項誤差モデルを解く方法は、さまざまな測
定校正手法のうちの1つです。
ユーザが選択する測定校正の種類は、測定するデバイス（1ポートか2ポートかなど）、
使用可能な校正標準、必要な確度によって決まります。特定のデバイスの測定にお
いて、いくつかの校正の組み合わせが用いられる場合もあります。例えば、ノンイ
ンサータブル・デバイスに対するアダプタ除去校正などです。デバイス測定の確度
は、テスト機器の確度と安定度、校正標準モデルの確度、誤差補正モデルと組み合
わせて用いられる校正手法に依存します。
このアプリケーション・ノートでは、校正標準の定義、校正キットの内容、Agilent
ベクトル・ネットワーク・アナライザに対する校正キットの構造要件について説明
します。また、新しい校正キットのセットアップ方法の例と、既存の校正キットの
定義ファイルの変更方法も紹介します。
3
校正キット
メカニカル校正キットは、図1に示すように、標準と呼ばれるデバイスのセットか
ら構成されています。各標準は、周波数の関数としての振幅および位相応答が正確
にわかっています。校正キットの標準をVNAで使用するためには、VNAで用いら
れる校正手法に対応した標準クラスの「割り当て」（分類）が各標準に対して行わ
れる必要があります。Agilentから現在提供されているメカニカル校正キットには、
1.0 mm、1.85 mm、2.4 mm、3.5 mm、7 mm、N型50 Ω、N型75 Ω、FD型75 Ω、716同軸コネクタ用のものがあります。方形導波管校正キットには、X、P、K、R、
Q、U、V、Wバンド用のものがあります。マイクロストリップおよびその他の非
同軸媒体の校正については、プロダクト・ノート8510-8A: Agilent Network Analysis
Applying the 8510 TRL Calibration for Non-Coaxial Measurements（カタログ番号50913645E）で説明されています。1つの校正キットが複数の校正手法をサポートする
場合もあります。
図1.
4
メカニカル校正標準と校正キット
コネクタ定義
校正キットは、校正標準の定義と標準クラスの割り当てに加えて、コネクタの定義
も提供しています。AgilentのPNAネットワーク・アナライザは、コネクタ定義を使
用してコネクタを定義しています（図2）。
●
●
●
●
●
●
周波数レンジ
オス／メス（オス、メス、オス／メスなし）
インピーダンス
媒体（同軸、導波管など）
カットオフ周波数（導波管）
高さ／幅比（導波管）
図2.
PNAのコネクタ入力画面
校正キットには複数のコネクタが定義されている場合があります。1ポート校正標
準には、それぞれ対応するコネクタ定義があります。スルーやアダプタなどの2ポ
ート標準には、異なる2種類のコネクタ定義が対応する場合があります。
5
校正標準の定義
VNA校正標準のSパラメータは、用いられる校正手法の要件を満たすのに十分なよ
うに正確に定義されている必要があります。校正標準の定義にはいくつかの方法が
あります。AgilentのVNAは、校正係数モデルとデータ・ベース・モデルの2種類の
校正標準定義をサポートしています。
校正係数モデル
ほとんどのVNAは、2ポート標準に対しては伝送ライン・モデル、1ポート標準に
対しては終端伝送ラインを使って校正標準を定義しています（図3参照）。
伝送ライン
ZT
Zc、遅延、損失
図3.
終端伝送ライン・モデル
伝送ラインと終端は、図4に示すシグナル・フロー・グラフで表現されます。
e-γ
1+ G1
Gi
G2
G1
0
0
e-γ
1+ G2
図4.
1+ G2
G1
G2
GT
1+ G1
終端伝送ライン・モデルのシグナル・フロー・グラフ
図5は、同じ終端伝送ライン・モデルをカスケード・パラメータ・フォーマット
（XIおよびXOを定義）で表したものです。
a
[ T XI ]
[ TL ]
[ T XO ]
[ GL ]
b
図5.
終端伝送ライン・モデルのカスケード・パラメータ表現
ここで、
Γ1 =
Zc − Zr
Z − Zr
、 Γ 2 = − Γ1 、 Γ T = T
Zc + Zr
ZT + Zr
(1.1)
γ = α + j β 、 l = ラインの長さ
Z c ^ ラインの特性インピーダンス
Z r ^ 基準インピーダンス（コネクタ・インピーダンスまたはシステム・インピーダンス）
α ^ ラインの伝搬損失定数
β ^ ラインの伝搬位相定数
6
Γi =
[ ]
b
b
、
= [ TXI ][ TL ] [ TXO ] [ ΓL ]
a
a
[ TXI ] =
( )[ ]
( )[ ]
[TXO] =
Γi =
(
(1.2)
[
e− γ l
0
0
eγ l
1
1 + Γ1
1 Γ1
、[ TL
Γ1 1
1
1 − Γ1
1 −Γ1
ΓT
、[ Γ L ] =
− Γ1
1
1
]
=
[ ]
]
(1.3)
、
)
(1 − e ) ]
Γ1 1 − e−2γ l − Γ1Γ T + e−2 γ l ΓT
[
−2γ l
1 − Γ1 e
Γ 1 + ΓT
−2 γ l
(1.4)
伝送ラインの特性インピーダンスと伝搬定数は、ラインの物理的な性質から求める
ことができます[9]、[10]。
AgilentのVNAは、オフセット遅延、オフセット損失およびオフセットZ0（ZCの代わ
り）、glを使って伝送ラインをモデリングしています。これらの「オフセット」定
義により、VNAは伝送ラインの特性インピーダンスと、校正標準の伝搬位相／損
失定数を、校正標準の伝送媒体の誘電定数（被試験デバイスの誘電定数とは異なる
可能性がある）を定義しないで計算できます。ここでは、オフセット損失とオフセ
ット遅延の値が同じ誘電定数を使って導出されたと仮定します。
オフセット遅延
オフセット遅延は、分散のないTEMモードの電気遅延（秒単位）です。
（オフセット遅延）=
l εr
、
(1.5)
c
l = 基準面からのオフセット長
εr = 伝送媒体の比誘電率（誘電定数）
= 1.000649（海水面、湿度50％の空気中）
c = 真空中の光速度=2.99792458×108 m/s
同軸コネクタの基準面は、外部導体の接合面です。30ページの「付録A」に、いく
つかの同軸コネクタのオフセット長の定義を記載しています。
7
オフセット損失
オフセット損失は、GΩ/s単位で表されます。これは、正規化周波数（1 GHzなど）
での伝送ラインの単位長あたりの伝搬損失に、伝送媒体中での光速度を掛けたもの
です。同軸デバイスの場合は、これは1 GHzでの損失振幅データから計算できます。
S21データ：
(
= − 2 * ln S21 1GHz
(dB): (
)=
(
)(
Z0
- ln (10) dB1GHz
10
)(
)
Z0
(1.6)
)
S11データ：
(
= − ln S11 1GHz
(dB):
(
)=
(
)(
Z0
- ln (10) dB1GHz
20
)
)(
(1.7)
Z0
)
√
f にカーブ・フィッティングします。
最善の結果を得るには、測定データを —
109
詳細については32ページの「付録B」を参照してください。
方形導波管伝送ラインの場合は、損失は周波数の単純な関数にはなりません。多く
の場合、1 GHzデータ・ポイントは得られません。ほとんどの導波管標準は損失が
きわめて小さく、カットオフ周波数よりもはるか上で使用されるのが一般的なので、
オフセット損失項はゼロと仮定しています。導波管損失モデルは最近まで一部の
VNAではサポートされていませんでした。
Agilent PNAシリーズ・ネットワーク・アナライザは、現在では導波管損失モデルを
採用しています。35ページの「付録C」を参照してください。
(
オフセット損失
)=
(
− ln S21 @ f
)(
(オフセット損失)
µ0
ε0
)
fc
f
[ ]
1−
1+
( )
( )
fc
f
2h fc
w f
2
(1.8)
2
オフセットZ0
オフセットZ0は、伝送ラインの無損失の特性インピーダンスです。同軸伝送ライン
の場合、無損失の特性インピーダンスは以下のように表されます。
Z0 =
( )
1
2π
( ) ( )
µ c
D
µ
ln
= 0
d
2π
ε
( )
µr
D
ln
d
εr
(1.9)
µ r = 伝送媒体の比透磁率
D = 外部導体の内径
d = 中心導体の外径
表皮損失効果を含む伝送ラインの特性インピーダンスZCは、オフセットZ0とオフ
セット損失項から導くことができます。
導波管のオフセットZ0と特性インピーダンスは1に正規化されます。
8
オフセット項と伝送ライン・パラメータ
同軸伝送ラインの場合、オフセット項と伝送ラインの電気パラメータは以下の式で
関連付けられます。これらの式の導出については32ページの「付録B」を参照して
ください。
αl =
[
(
2(
)(
β l = 2πf (
Zc = (
)
Zo)
) + αl
Zo) + ( 1 − j )
(
]
f
109
)
4π f
、f≡
(1.10)
f
109
方形導波管伝送ラインの場合[11]、オフセット項と伝送ラインの電気パラメータは
以下の式で関連付けられます。詳細については35ページの「付録C」を参照してく
ださい。
β l = 2πf (
)
fc =
α l ≈(
)(
1−
( )
fc
f
)
2
(1.11)
[ ]
(
)
( )( )
()
f
fc
ε0
µ0
1+
2h fc
w f
1−
fc
f
2
2
導波管インピーダンスは、周波数の関数として変化します。このような場合は、正
規化インピーダンス測定が行われるのが一般的です。導波管で校正する場合は、イ
ンピーダンス基準として「整合」負荷のインピーダンスが用いられます。この負荷
のインピーダンスは導波管の周波数帯域幅内で導波管の特性インピーダンスに一致
するようになっています。インピーダンスを正規化するには、各標準に対してオフ
セットZ0を1 Ωに設定し、システムZ0（SET Z0）を1 Ωに設定します。
9
終端デバイス
ショート
多くのベクトル・ネットワーク・アナライザは、ショートが理想的なショートであ
り、反射係数が−1であると仮定しています。これは、周波数が低く、コネクタ・
サイズが7 mm以上の大きな場合には通常十分です。しかし、周波数が高い場合や、
3.5 mm以下の小さなコネクタの場合には、少なくとも3次の多項式インダクタン
ス・モデルLSが必要です。ショート回路の損失は無視できると仮定しています。
L S = L0 + L1f + L 2f 2 + L 3f 3 、Z S = j 2πfLS
ΓS =
(1.12)
ZS − Z r
ZS + Z r
場合によっては（位相応答が周波数に対して直線的な場合）、ショートの応答を等
価なincremental長でモデリングできます。
オープン
オープン回路は高い周波数で放射が生じます。これはデバイスの電気長を実効的に
増加させる効果があり、周波数依存のキャパシタC0（フリンジング・キャパシタン
スとも呼ぶ）としてモデリングできます。低い周波数では、固定キャパシタンス値
で通常は十分です。ほとんどのネットワーク・アナライザは、3次の多項式キャパ
シタンス・モデルを使用しています。放射損失は無視できると仮定しています。
C0 = C 0 + C1f + C 2f 2 + C 3f 3 、 Z 0 =
Γ0 =
1
j 2πfC0
(1.13)
Z 0 − Zr
Z 0 + Zr
場合によっては（位相応答が周波数に対して直線的な場合）、オープンの応答を等
価なincremental長でモデリングできます。
固定ロード
固定ロードは、完全終端G L=0と仮定しています。ただし、ゼロでない遅延と損失
を持つオフセット伝送ラインが指定され、オフセットZ0が基準インピーダンスに等
しくない場合は、全反射はゼロになりません。これは式 (1.4) で定義されています。
任意インピーダンス
任意インピーダンス・デバイスは、負荷インピーダンスが完全でない点を除いて固
定ロードと似ています。Agilent 8510、87xyシリーズ、PNAの初期のファームウェ
ア・リリースなどの、以前のVNAは、固定抵抗値を使用していました。回路基板
やウェーハ上のデバイスのより正確なモデリングを可能にするために、PNAシリー
ズには複素終端インピーダンスが追加されています。
Z A = R + jI 、 Γ A =
10
ZA −Z r
ZA +Z r
(1.14)
オフセット・ロード
注記
8510では、最初のオフセットが遅延ゼロで、2番目
のオフセットが必要な遅延を持つと仮定しています。
したがって、オフセット・ロードのオフセット遅延値
は、2つのオフセットの遅延の差に等しくなければなり
ません。
図6.
PNAのオフセット・ロード入力画面
オフセット・ロードは、長さが異なる2つの既知のオフセット（伝送ライン）と負
荷エレメントから構成される複合標準と考えることができます（図6）。オフセット
の定義はすべてのオフセット伝送ラインと同じです。2つのオフセットのうち短い
方は、長さゼロのオフセットでもかまいません。負荷エレメントは、1ポート反射
標準として定義されています。オフセット標準の応答の方が負荷エレメントの応答
よりも正確にわかっている場合は、オフセット・ロード標準が用いられます。オフ
セット・ロード標準の測定は、それぞれのオフセットを負荷エレメントで終端した
2回の測定から構成されます。オフセット・ロード標準の周波数レンジは、各測定
の期待される応答の間隔が20°以上になるように設定する必要があります。3つ以上
のオフセットを使用する場合は、周波数レンジを拡大できます。内部アルゴリズム
が、オフセットの可能なすべての組み合わせを各周波数で探索し、期待される間隔
が最も大きくなる2つの組み合わせを見つけるからです（これを使って、負荷エレ
メントの実際の応答が求められます）。3つ以上のオフセットを指定する場合は、ユ
ーザは複数のオフセット・ロード標準を定義する必要があります。
複数のオフセット・ロード標準をPNAのSOLTクラスに割り当てる場合は、通常は
"use expanded math when possible"を指定する方がよいでしょう。16ページの「SOLT
のクラス割り当て」を参照してください。
スライディング・ロード
スライディング・ロードを定義するには、長い伝送ラインのさまざまな位置にスラ
イディング・ロード・エレメントを配置して、デバイスに対して複数回の測定を実
行します。伝送ラインは反射がゼロで、負荷エレメントのゼロでない反射は最小2
乗円フィッティング法によって数学的に除去できると仮定しています。最善の結果
を得るには、負荷エレメントの移動方向を途中で変えずに、常に同じ方向に動かす
ようにします。また、移動量は同じにせず、毎回異なる間隔で移動するようにしま
す。
11
データ・ベース標準モデル
データ・ベース標準モデルは、Agilentのネットワーク・アナライザの新機能です。
この機能により、周波数データ、Sパラメータ・データ、不確かさデータを記録し
たデータ・ファイルによる校正標準の定義が可能になります。データ・ファイルは、
基準測定ラボによる実測データから作成することも、デバイス・モデリング・ソフ
トウェアによるモデル・データから作成することも、それらを組み合わせて作成す
ることもできます。データ・ファイル・フォーマットの詳細については37ページの
付録Dを参照してください。
図7に示すように、データ・ベース標準はフィッティング・プロセスを省略するの
で、フィッティングに関連する誤差が生じません。フィッティング誤差は、30
GHzより下の周波数では通常無視できます。しかし、これより上の周波数では、フ
ィッティングによる誤差を避けるために、同じ標準に対して複数の周波数帯域別の
モデルが使用されてきました。データ・ベース標準では、データを直接補間するこ
とにより、この問題を根本的に回避しています。また、データ・ベース校正標準を
使うと、同軸または導波管でない標準を、同軸または導波管構造に基づくモデルに
フィッティングすることによる悪影響も避けることができます。この柔軟性により、
ユーザは既存の校正係数モデルに正確に当てはまらないカスタム校正標準をより簡
単に定義できます。これは特に、分散性の伝送ラインの場合に有効です。データは、
物理寸法に基づいたデバイス・モデリングから得ることも、正確な測定から得るこ
ともできます。
公称応答を多項式
モデルに
フィッティング
公称寸法から
公称応答を計算
公称多項式モデル
（フィッティング
誤差あり）
公称データ・
ベース・モデル
（フィッティング
誤差なし）
図7.
データ・ベース・モデルと多項式モデル
工場データ・ベース・モデルは、特定のパーツ番号に対する汎用公称モデルである
点で、多項式モデルと共通しています。このため、校正キットに対する交換用の校
正標準を購入して、データ・ベース・モデルを変更せずに使用できます。
データ・ベース標準を使うと、特定の校正キットの確度を改善できる可能性もあり
ます。例えば、広帯域ロード校正キットによる校正は、TRL校正キットやスライデ
ィング・ロード校正キットによる校正よりも通常確度が劣ります。確度が低下する
主な原因は、固定ロード・モデルの確度です。固定ロードの汎用モデルでは、反射
係数がすべての周波数でゼロに等しくなっています。別の方法として、もっと正確
な校正手法を使って固定ロードの特性を評価することができます。得られた評価デ
ータとその不確かさを、その特定のロードのデータ・ベース標準の定義として使用
します。図8にデータ・ファイルの作成方法を示します。図9は、データ・ベース標
準のデータ入力画面です。固定ロードとそれに対応するデータ・ベース・モデルを
使った校正の確度は、固定ロードを評価したシステムの確度に近くなります。残留
方向性誤差は、ロードの仕様ではなく、評価の不確かさで決まるようになります。
12
公称寸法から
公称応答を計算
公称データ・
ベース・モデル
（特定のパーツ番号に
対して有効）
特定の標準
（固定ロードなど）の
実際の応答を
評価
データ・ベース・
モデル（特定の標準に
対して有効）
図8.
公称データ・ベース・ファイルとカスタマイズしたデータ・ベース・ファイル
図9.
データ・ベース標準のセットアップ画面
最大／最小周波数
最大／最小周波数入力は、校正標準の適用可能な周波数レンジを定義します。適用
可能レンジは、モデル・データ、モデルの確度、校正標準の物理寸法によって制限
される可能性があります。例えば、固定ロードは低い周波数で使用されるのに対し、
スライディング・ロードは高い周波数で使用されます。
導波管の場合は、最小周波数は導波管のカットオフ周波数です。PNAのSmartCal
（ガイド付き校正）は現在では校正標準の最小周波数を分散補正のカットオフ周波
数として使用していませんが、従来との互換性のために最小周波数はカットオフ周
波数と同じにすることをお勧めします。
13
クラス割り当て
校正キットのクラス割り当ては、測定校正に用いられる誤差モデルに適合するフォ
ーマットに、校正標準を分類します。各校正標準には標準番号が割り当てられます。
この番号が、選択した校正手法に必要なクラスまたは校正測定に割り当てられます。
標準によっては、異なる校正手法や異なる校正定義に対応した複数の標準番号が割
り当てられる場合もあります。これは、与えられた周波数帯域または校正要件に対
する標準モデルの確度を最適化するために必要となります。
8510 VNAの場合は、校正キットは最大21個の標準を含むことができます。PNAの
SmartCal（ガイド付き校正）には制限はありません。必要な標準の数は、周波数範
囲とサポートされる校正手法によって異なります。
1つの標準クラスは、標準（多くのVNAでは7個まで）のグループからなり、１つの
校正ステップを構成します。1つのクラスに属する標準は、クラス割り当て表に示
すように、場所AからGまでに割り当てられます。すべてのクラスが、周波数レン
ジ全体で定義されていることが重要です。ただし、測定周波数レンジ全体に対応す
るには複数の標準が必要になる場合があります。
すべてのVNAが同じ校正手法と校正キットのセットをサポートするわけではあり
ません。それぞれの機器の機能については機器のマニュアルを参照してください。
以下の部分では、VNAのさまざまなクラス割り当て構造について詳細に説明しま
す。
VNAの校正は各テスト・ポートに固有で、クラス割り当てはポート番号を中心に
して構造化されています。使用可能な校正標準は1ポートと2ポートだけで、校正キ
ットのクラス割り当ては2ポートに基づき、一度に校正できるのは1つのポート・ペ
アだけです。
標準タイプ
校正標準には、以下の標準タイプが割り当てられます（図10）。
OPEN、SHORT、LOAD、THRU、ADAPTER（8510）
、DATA BASED STANDARD（PNA）
図10.
14
校正標準の選択
OPEN校正標準は、多項式係数がキャパシタンス・モデルを表すと仮定し、式
(1.13) に基づいてその反射係数を計算します。VNAは、各キャパシタンス係数がデ
フォルトの指数によってスケーリングされていると仮定しています。
C0 = sxx.xxx10
−15
−27
C1 = sxx.xxx10
F 、 C 2 = sxx.xxx10−36 F /Hz2 、 s ≡
F /Hz 、C3 = sxx.xxxx10
−45
F /Hz
3
( + −)
(1.15)
AgilentのすべてのVNAモデルが同じスケーリング係数を使用します。
SHORT校正標準は、多項式係数がインダクタンス・モデルを表すと仮定し、式
(1.12)に基づいてその反射係数を計算します。インダクタンスのデフォルトの指数
は以下のとおりです。
L 0 = sxx.xxx10−12 H 、 L 2 = sxx.xxx10−33 H /Hz2 、s ≡
−24
L1 = sxx.xxx10
H /Hz 、 L 3 = sxx.xxxx10
−42
H /Hz
3
( + −)
(1.16)
LOAD標準には4種類あります。固定ロード、スライディング・ロード、任意イン
ピーダンス、オフセット・ロードです。固定ロードのデフォルト設定は、遅延＝0、
損失＝0、Z0＝50 Ωの完全終端です。スライディング・ロードでは、複数のスライ
ド位置と測定の入力が求められます。最低6個のスライド位置を使用するようにお
勧めします。任意インピーダンスでは、終端インピーダンスの入力が求められます。
これはほとんどのVNAでは実数値のみですが、PNAでは複素数値も入力できます。
オフセット・ロードの要件については、10ページの「終端デバイス」で説明してい
ます。
DATA BASED STANDARDはデータ・ファイルで定義されています。データ・ファ
イルの要件とフォーマットについては、37ページの「付録D」を参照してください。
校正とクラス割り当て
標準のクラスへの割り当て
校正キットは、SOLT校正、TRL校正、またはその両方をサポートするように作成
できます。クラス割り当てとは、校正キット・ファイルが校正プロセス中に標準の
選択をガイドする方法です。
PNAのSmartCal（ガイド付き校正）で標準をクラスに割り当てる場合、標準が表示
される順序は校正キットにおけるデフォルトの優先順位を示します。PNAの内部フ
ァームウェアは、与えられた周波数で使用する校正標準を検索する際に、リストの
先頭から始め、その周波数で使用可能な標準が見つかるまで検索します。このため、
優先すべき標準を先にリストに記載することが重要です。例えば、スライディン
グ・ロードを含む校正キットには広帯域ロードも含まれています。広帯域ロードが
スライディング・ロードよりも先に記載されていると、スライディング・ロードは
デフォルトの選択肢としては表示されません。
8510およびその派生モデル（87xyおよびPNAのガイドなし校正）では、与えられた
クラス内の標準割り当ての順序は重要ではありません。重要なのは標準測定の順序
です。2つの標準の周波数帯域が重なっている場合は、後で測定された標準が用い
られます。異なるクラス間の標準測定の順序は制限されていませんが、8510では与
えられたクラスのすべての標準を測定してから次のクラスに進むことが要求されて
います。
マルチポート校正は、1ポートおよび2ポート校正標準を使用し、2ポートSOLTまた
はTRL校正から構成されています。
15
SOLTのクラス割り当て
最も単純なSOLT校正では、2回の1ポート校正の後で、スルー標準の順方向／逆方
向伝送／反射測定を行います。スルー標準は、定義済みのスルーでも「未知のスル
ー」でもかまいません。最も単純なスルー標準は長さゼロのスルーで、これは単に
ポートiとポートjを接続するだけです。特定のクラスに対応するラジオ・ボタンを
選択すると、クラスに含まれる標準と、クラスに対応するユーザ定義ラベルを変更
できます。ユーザ定義のクラス・ラベルは、PNAのガイドなし校正の際に表示され
ます。
1回の1ポート校正には、少なくとも3個の既知の異なる標準の反射測定が必要です。
S 11A、S 11B、S 11Cはポートiに対する3つの反射標準クラスを表し、S 22A、S 22B、
S22Cはポートjに対する3つの反射標準クラスを表します。ほとんどの場合、S11Aと
S22Aは同じ標準を持ち、S11BとS22Bは同じ標準を持ち、S11CとS22Cは同じ標準を
持ちます。各クラスに割り当てられた標準は、異なるコネクタ定義、異なる周波数
範囲、異なる標準タイプを持つ場合があります。一部の校正キット、例えばAgilent
85059A 1.0 mm精密校正キットなどでは、オープン、ショート、ロード、オフセッ
ト・ショート標準の組み合わせにより、きわめて広い周波数レンジの校正を可能に
しています。図11に示すように、ショートとオープンはともにS11Aクラスに割り当
てられます。ラベルは単にそのクラスに割り当てられた名前です。このラベルは、
校正測定プロセス中に、画面上のプロンプトやソフトキー・ラベルとして用いられ
ます。
図11.
例 ： 同じクラスのオープンとショート
スルー標準測定には、FWD TRANS、FWD MATCH、REV TRANS、REV MATCH
の4つの校正クラスが関連付けられています。まれな場合を除いて、これらのクラ
スはすべて同じ標準を含んでいます。LINK FWD TRANS, FWD MATCH, REV
TRANS, REV MATCHチェック・ボックスは、これらのクラスに対する共通の操作
を容易にします。
"LINK"オプションのチェックを外すと、各クラスに対して異なる標準を定義でき
ます。このオプションは、外部テスト・セットでスルー標準の各測定を区別して扱
う必要があるまれな場合に使用します。この場合、各クラスに異なる標準を割り当
てることにより、校正中に別々のプロンプトが表示されます。通常は、1つのスル
ー標準をFWD TRANSおよびFWD MATCHクラス、同じモデルの別のスルー標準を
REV TRANSおよびREV MATCHクラスに割り当てます。これにより、校正シーケ
ンス中に2つの異なるプロンプトが表示されます。
16
未知スルー校正は、PNAで選択できるスルーの内の1つです。これにはスルー標準
の定義が不要です。任意の2ポート・パッシブ・レシプロカル・デバイスが「未知
スルー」デバイスとして使用できます。損失が−20 dBより小さい低損失のデバイ
スを推奨しますが、必須ではありません。
アダプタ・クラスは、8510のアダプタ除去校正で用いられます。アダプタの電気遅
延を定義することにより、アダプタのS11およびS22応答を正しく求めることができ
ます。遅延値は厳密に正確でなくてもかまいません。ただし、すべての周波数ポイ
ントに対して±90°以内の正しい位相を指定する必要があります。
クラス割り当て表は、データ入力のために校正標準の割り当てを整理するのに非常
に役立つツールです。すべての校正キットの操作／サービス・マニュアルには、割
り当て表の例と書き込み用の表が付属しています。SOLTのクラス割り当て表（表1）
とPNAの校正キット・エディタのSOLTのクラス割り当て編集画面（図12）を比較
して、対応関係を確かめてください。SOLTのクラス割り当て表は、8510の校正ク
ラス変更入力フォーマットに直接対応します。
表1.
SOLTのクラス割り当て表
クラス
A
B
S11A
1
4
Open
S11B
2
5
Short
S11C
3
6
Load
S11A
1
4
Open
S22B
2
5
Short
S22C
3
6
順方向伝送
10
11
12
Thru
逆方向伝送
10
11
12
Thru
順方向マッチ
10
11
12
Thru
逆方向マッチ
10
11
12
Thru
アダプタ
15
図12.
C
D
E
F
G
クラス・ラベル
Load
Adapter
PNAの校正キット・エディタのSOLTのクラス変更画面
17
従来、反射校正は各周波数での3つの校正標準の応答測定を使って計算されていま
した。ポートiに対して、各周波数で、S11A、S11B、S11Cにそれぞれ対応する3つの
標準が選択され、ポートiに関連する系統誤差項の計算に用いられます。同様に、
ポートjに対してはS22A、S22B、S22Cが用いられます。各クラスは複数の標準を含
むことができ、各標準に指定された最小／最大周波数により、特定の周波数で使用
する標準が決まります。クラスに複数の標準が記載されている場合は、通常その周
波数レンジが重なり合います。8510およびPNAのガイドなし校正の場合は、重なり
合う領域では最後に測定された標準が用いられます。スライディング・ロード・キ
ットのロード・クラスには、ロー・バンド・ロード、スライディング・ロード、広
帯域ロードの3つのロード標準が定義されています。ロー・バンド・ロードと広帯
域ロードは同じ物理デバイスの場合もあります。ロー・バンド・ロードは、周波数
レンジが狭く、スライディング・ロードと組み合わせることでキットの周波数レン
ジ全体をカバーする役割を果たします。広帯域ロードは、確度は低いがより簡単な
校正を望むユーザのために用意されており、周波数レンジ全体をカバーするように
定義されています。8510およびPNAのガイドなし校正では、ユーザがスライディン
グ・ロードを測定した後で広帯域ロードを測定した場合は、校正の計算には広帯域
ロードだけが用いられ、スライディング・ロードは完全に無視されます。PNAの
SmartCal（ガイド付き校正）では、この問題を解決するために、クラス内に記載さ
れた順序に基づいて標準が選択されます。このため、スライディング・ロードが広
帯域ロードよりも前に記載されていれば、スライディング・ロードの方が常に優先
されます。
拡張校正は、3つ以上の標準の測定の重み付き最小2乗法を使用します。最小2乗法
が適しているのは、すべての測定値が同じ信頼度を持つ場合です。すなわち、各標
準の実際の応答が同じ確度でわかっている場合です。これはECalに対しては妥当な
仮定ですが、他の校正キットの場合には、標準の物理的性質の違いのために有効で
ない可能性があります。
拡張演算は、重み付き最小2乗法であり、測定値の信頼度が同じでない場合に適用
可能な単純な方法です。測定値がすべて独立していて、信頼度が等しくない場合は、
最適解は、標準のモデルの確度と、標準の応答と測定された他の校正標準の応答と
の間の近さをともに反映した重み付け係数を、各式に乗じることにより得られます。
標準モデルの確度は、データ・ベース標準の場合は明示的に定義されていて、他の
標準の場合は重み付き最小2乗法の相対重みに使用するための公称確度を指定しま
す。表2「校正標準タイプごとのデフォルト相対確度」を参照してください。標準
の測定は、標準の確度が定義されている周波数レンジで、重み付き最小2乗法に反
映されます。この周波数レンジは、標準の最小／最大周波数で指定される周波数レ
ンジに等しいかそれより大きくなっています。以下の表では、混乱を避けるために、
FMin/FMaxは標準に対して指定された最小／最大周波数を表し、UMin/UMaxはコ
ネクタの最小／最大周波数に対応します。また、以下の表では端点が指定されてい
ます。与えられた周波数での公称確度は、対応する端点の間のリニア補間で計算さ
れます。
表2.
校正標準タイプのデフォルト相対確度
注記
公称確度は、特定の校正キットの校正標準の確度には
対応していません。公称確度は単にデフォルトの重み
としての意味しか持ちません。
18
標準タイプ
公称確度
UMin
FMin
周波数レンジ
UMax
UMin
UMax
オープン
0.01
UMax/10
12
最小コネクタ周波数
最大コネクタ周波数
ショート
0.005
UMax/10
13
最小コネクタ周波数
最大コネクタ周波数
固定ロード
0.003
3*UMax/10
最小コネクタ周波数
最大コネクタ周波数
スライディング・
ロード
0.01
FMin/2
最大コネクタ周波数
0.003
0.003
12
"use expanded math when possible"がチェックされていると、各周波数において、測
定されたすべての1ポート標準が、周波数がUMinとUMaxの間にある場合に解に含
められます。例えば、スライディング・ロード校正で、ロー・バンド・ロードとス
ライディング・ロードの両方の周波数レンジに含まれる周波数を使用する場合を考
えます。この場合、オープン、ショート、ロー・バンド・ロード、スライディン
グ・ロードが測定されます。スライディング・ロードのUMinとUMaxの間の各周波
数で、拡張演算が用いられます。この例で拡張演算を使用すると、ロー・バンド・
ロードの周波数レンジとスライディング・ロードの周波数レンジの間の移行部分が
合成されます。もう1つの例として、85058B 1.85 mm校正キットには、ロー・バン
ド・ロード、オープン、オフセットが異なる一連のショート標準が含まれています。
各周波数で3つの標準による校正が可能になるように、最小の標準セットが定義さ
れています。各標準の最小／最大周波数レンジとクラス割り当ての組み合わせによ
り、各周波数に対して3つの標準のセットが決まり、3つの標準だけが必要な一連の
周波数レンジが得られます。VNAの周波数レンジがこれらの周波数レンジの複数
にまたがる場合は、3つより多くの反射標準が接続されます。85058Bの場合は、周
波数レンジの間の移行部分の合成に加えて、拡張演算を使うと校正の全体的な確度
が向上します。"measure all mateable standards in class"というオプションを使うと、
すべての標準が測定され、85058Bや85059Bなどのキットでは最高の確度が得られ
ます。すべての標準を測定することは、校正キットによっては意味がありますが、
意味がない場合もあります。例えば、前に挙げたスライディング・ロード・キット
の場合は、クラスのすべての標準の測定を選択すると、ロー・バンド・ロード、ス
ライディング・ロード、広帯域ロードが測定されます。スライディング・ロード校
正で2つの固定ロードを測定しても全く意味はありません。
TRLのクラス割り当て
TRL/TRM校正は、TRLスルー、反射、ライン・クラスと、TRLオプションによっ
て定義されています。表3に、代表的なVNAのクラス割り当て表のTRL部分を示し
ます。
表3.
TRLのクラス割り当て表
クラス
A
B
TRLスルー
11
12
TRL反射
2
4
TRLライン／マッチ
14
15
C
D
E
F
G
クラス・ラベル
thru
short
9
10
line/load
TRLオプション：
校正基準インピーダンス：システムZ0 _____ ラインZ0 _____
テスト・ポート基準面：スルー _____ 反射 _____
（PNAのみ）❏ LRLライン自動評価
19
図13.
TRLのクラス編集画面
TRLは、部分的に既知の校正標準を使用できる校正クラスを表す一般名称です。一
般的に、スルー標準は完全整合で完全に既知と仮定しています。反射標準は、振幅
が未知で、位相が部分的に既知で、大きな反射を持つと仮定しています。ライン標
準は、スルー標準と同じ伝搬特性を持ち、位相が部分的に既知であると仮定してい
ます。表4に、校正タイプとTRLクラスの対応を示します。
表4.
TRL標準とTRLクラスの対応
スルー・クラス
TRL
長さゼロのスルー。
（スルー／反射／ライン） S11＝S22＝0、
S21＝S12＝1
20
反射クラス
ライン・クラス
ポートiとポートjで等しい
未知の反射。位相は
近似的に既知。
S11＝S22＝0のライン。
位相は近似的に既知。
±20°の位相を避けるために
帯域幅を制限。
LRL
S11＝S22＝0のライン1。 ポートiとポートjで等しい
（ライン／反射／ライン） S21とS12はともに既知で、 未知の反射。
伝搬特性はライン2と同じ。 位相は近似的に既知。
S11＝S22＝0のライン2。
位相は近似的に既知。位相が
ライン1の位相から±20°
以上
離れるように帯域幅を制限。
TRM
長さ0のスルー。
（スルー／反射／マッチ） S11＝S22＝0、
S21＝S12＝1
ポートiとポートjで等しい
未知の反射。
位相は近似的に既知。
ポートiとjに対する固定ロードと
して定義可能。S11＝S22＝0。
非常に長い損失性ラインとして
も定義可能。
LRM
S11＝S22＝0のライン。
（ライン／反射／マッチ） S21とS12はともに既知。
ポートiとポートjで等しい
未知の反射。
位相は近似的に既知。
ポートiとjに対する固定ロードと
して定義可能。S11＝S22＝0。
非常に長い損失性ラインとして
も定義可能。
TRA
（スルー／反射／
アッテネータ）
長さゼロのスルー。
S11＝S22＝0、
S21＝S12＝1
ポートiとポートjで等しい
未知の反射。
位相は近似的に既知。
ポートiとjの間のアッテネータ。
S11＝S22＝0。損失性ライン
として定義。
LRA
（ライン／反射／
アッテネータ）
S11＝S22＝0のライン。
S21とS12はともに既知。
ポートiとポートjで等しい
未知の反射。
位相は近似的に既知。
ポートiとjの間のアッテネータ。
S11＝S22＝0。損失性ライン
として定義。
一般化されたTRLアルゴリズムでは、ライン標準の特性インピーダンスが、システ
ムの特性インピーダンスと等しいと仮定します。校正基準Z0オプションにより、シ
ステムZ0とライン特性インピーダンスZCとの間の小さな不一致を考慮するための
調整が可能です。これは、定義されたオフセットZ0とオフセット損失項から導かれ
ます。32ページの「付録B」の式（2B.5）を参照してください。ラインZ0を選択し
た場合は、調整は行われません。
注意：ラインやマッチ標準のオフセットZ0がシステムZ0と大きく異なる場合は、シス
テムZ0を選択しないでください。
TRL校正は最初、スルーの中央に対応する基準面で計算されます。この場合、ライ
ン標準は、スルー標準と同じ長さを除去した後に残るライン標準の部分と仮定でき
ます。誤差係数が計算されると、係数を調整することにより、スルー標準のモデル
または反射標準のモデルに基づいてテスト・ポートの基準面が確立されます。テス
ト・ポートの基準面を設定するために反射標準を選択した場合、反射標準の振幅と
位相の両方を使ってテスト・ポートの基準面が計算されるため、反射標準は正確に
わかっていると仮定しています。基準面を設定するためにスルー標準を選択するの
は、長さゼロのスルーに対しては明らかに可能です。スルー標準が長さゼロでない
ラインの場合は、スルー標準のモデルを使ってテスト・ポートの基準面が計算され
ます。同軸や導波管の場合には、スルー標準のモデルだけを使っても優れた結果が
得られます。マイクロストリップなどその他の分散性媒体の場合は、スルー標準だ
けでは最適な結果が得られない可能性があります。1つの方法としては、テスト・
ポートがスルーの中央に来るようにテスト・フィクスチャと校正標準を設計する方
法があります。もう1つの方法としては、LRLライン自動評価を選択します。TRL
アルゴリズムでは、ライン標準の伝搬定数が計算されます。これには、伝送媒体の
分散効果が含まれています。LRLライン自動評価を設定すると、ライン標準の伝搬
特性の計算値と、スルー／ライン標準の遅延の定義値から、スルー標準の伝搬特性
が計算されます。なお、LRLライン自動評価が使用できるのは、スルーとラインの
両方の標準が遅延ラインであり、スルーとラインのオフセット・インピーダンスが
等しい、周波数に限ります。
表5.
TRLオプションとその意味
校正基準面設定
✓
LINE標準がマッチ標準
基準面はTHRU標準定義で設定
LINE標準が遅延ラインで、
定義されたオフセットZ0が
THRU標準の定義された
オフセットZ0に等しい
基準面はLINE伝搬定数の
予測値とTHRUおよびLINE
標準の仕様遅延から設定
LINE標準が遅延ラインで、
定義されたオフセットZ0が
THRU標準の定義された
オフセットZ0に等しくない
基準面はTHRU標準定義で設定
基準面はTHRU
標準定義で設定
基準面はREFLECT
標準定義で設定
21
変更手順
校正キットの変更により、測定校正を他のコネクタ・タイプに適合させることが
できます。適切な標準が使用できる場合は、校正キットの変更を使ってテスト・
デバイスと同じ伝送媒体内に基準面を確立できます。さらに、変更機能を使うと、
特定の校正キットの標準のより正確な物理定義を入力することもできます。
校正キットの変更または作成には、以下の手順を実行します。
注記
Agilent ENAシリーズ・ネットワーク・アナライザの
校正キットの入力／変更手順は、ENAユーザーズ・ガ
イドの校正の章に詳細に記載されています。
22
1.
2.
3.
4.
5
6.
7.
8.
Modify Cal Kitを選択します。
Kit、Import KitまたはCreate Newを選択します。
コネクタ（同軸、導波管など）を定義します。
Standardsを選択します。
標準を定義します。
Assign Classesを選択します。
標準のタイプとクラスを入力します。
NameまたはRename Kitを選択します。
PNAの校正キットの入力／変更手順
PNAの[Calibration]プルダウン・メニューで"Advance Modify
Cal Kit Wizard"を使用して、PNA用の校正キットの作成また
は変更を行います。
PNAの組込み校正キット・エディタには、現在使用可能なす
べての校正キット・ファイルのリストが表示され、これを選
択して変更できます。Agilentの現在のすべてのメカニカル校
正キットは、工場校正キット・ファイル・ディレクトリにプ
リインストールされています。目的のキットがリストにない
場合は、キットをインポートします（手順は以下を参照）。
キットがリストに表示されたら、キットを選択し、[Edit
Kit]をクリックします。
または、PCで実行可能なPNA Cal Kit Editorプログラムをダウ
ンロードします。PCバージョンは、PNAの内蔵バージョンよ
りも更新が遅れる可能性があります。新しいバージョンは、
古いバージョンで作成されたキット・データを処理できま
す。その逆は可能とは限りません。
校正キットは、他のディレクトリ、ディスク・ドライブ、
USBドライブからインポートできます。以前のバージョンの
ネットワーク・アナライザ・データ・ファイルはほぼすべて
インポートできます。ユーザが作成した8510校正キット・フ
ァイルおよび87xx校正キット・ファイルの一部は、正しくイ
ンポートできない可能性があります。ダウンロード後にキッ
トの内容をチェックして、すべてのデータ・エントリが正し
いことを確認してください。
Agilent 8510校正キットのPNAバージョンは、すべて工場校
正キット・ディレクトリにプリインストールされています。
PCバージョンでは、キットを選択して[Edit] > [Modify]を選
択します。
図14.
校正キットの選択と変更
23
校正キットのコネクタ・ファミリの名前を変更できます。
APC 7コネクタ・ファミリを7 mmに変更しています。
新しいキットをセットアップするには、校正標準を追加する
前にコネクタを定義する必要があります。コネクタ定義に対
する変更は、校正標準の編集前に実行する必要があります。
コネクタの[Add or Edit]機能を選択した場合は、Add or Edit
Connector画面が表示されます。Mediaセクションは、伝送ラ
インの種類を定義します。COAX（同軸）、WAVEGUIDE
（導波管）、および可能な場合は他の選択肢が表示されます。
WAVEGUIDEを選択した場合は、Cutoff Frequency（カットオ
フ周波数）とHeight/Width Ratio（高さ／幅比）を入力する必
要があります。オス型とメス型のコネクタは別々に指定する
必要があります。1つのキットに対して複数のコネクタを定
義できます。
図15.
24
新しいコネクタ・ファミリの定義
ファミリ名が変更されると、キットのすべての校正標準の
Descriptionフィールドのコネクタ情報と、キットの
Descriptionフィールドが、下図のように更新されます。
これは、コネクタ・ファミリ名をAPC 7から7 mmに変更した
結果を示しています。
次に、[Add]ボタンを押して標準を追加します。
サポートされている標準タイプの内の1つを追加します。オ
ープンを選択した場合は、右に示すオープンの編集画面が表
示されます。ショート標準の編集画面はオープンの編集画面
によく似ています。負荷標準の編集画面を下に示します。
すべてのフィールドに入力します。測定の単位（指数など）
が正しいことを確認してください。
負荷には4種類あります。それぞれを選択すると、異なるデ
ータ入力フィールドの組が使用可能になります。固定ロード
とスライディング・ロードは似ています。
図16.
任意インピーダンスを選択すると、複素インピーダンス入力
フィールドが使用可能になります。
標準の追加
25
オフセット・ロードを選択すると、"Offset Load Definition"フ
ィールドが使用可能になります。
スルー標準を選択すると、スルー／ライン／アダプタ編集／
入力画面が使用可能になります。2つのポートに対してコネ
クタを定義する必要があることに注意してください。これは
アダプタを定義するために使用できます。
すべての標準が定義されたら、標準をクラスに割り当てる必
要があります。クラス割り当ての詳細については、このアプ
リケーション・ノートの前の方で説明しています。
[Browse]を使ってデータ・ベース・ファイルを見つけ、アッ
プロードします。成功すると、ファイル情報画面にファイル
の内容が表示されます。ファイル情報は初期インストール時
のみ利用できます。既存の標準を後で表示することは現時点
ではサポートされていません。
図17.
26
標準定義の完成とクラスへの割り当て
最後のステップは、キットの概要を入力してキットを保存し
ます。
8510の校正キットの変更／入力手順
8510ベクトル・ネットワーク・アナライザに校正キットの仕様を入力する方法とし
ては、ディスク・ドライブからのロード、フロント・パネルからの入力、外部コン
トローラによるプログラムがあります。
ディスクの手順
8510の内部に保存できる校正キットは2つだけですが、ディスクには複数の校正キ
ットを保存できます。
下に示すのは、ディスク・ドライブまたはディスク・インタフェースを使って校正
キットをロード／保存するための一般的な手順です。
ディスクからAgilentネットワーク・アナライザに校正キットをロードする手順
1. 校正データ・ディスクをネットワーク・アナライザに挿入します（または、互換
ディスク・ドライブをシステム・バスに接続します）。
2. DISCキーを押します。STORAGE IS: INTERNALまたはEXTERNALを選択し、以
下のディスプレイ・ソフトキーを押します。 LOAD CAL KIT 1-2 CAL KIT 1また
はCAL KIT 2（この選択により、校正キットがロードされる不揮発性レジスタが
決まります）FILE #_またはFILE NAME（ロードする校正キット・データを選択
します）LOAD FILE
3. 正しい校正キットが機器にロードされたことを確認するために、CALキーを押し
ます。正しくロードされている場合は、CRTディスプレイの"CAL 1"または"CAL
2"の下に校正キット・ラベルが表示されます。
Agilentネットワーク・アナライザからディスクに校正キットを保存する手順
1. 初期化済みの校正データ・ディスクをネットワーク・アナライザに挿入するか、
互換ディスク・ドライブをシステム・バスに接続します。
2. DISCを押します。STORAGE IS: INTERNALまたはEXTERNALを選択します。以
下に、CRTディスプレイ上の次のソフトキーを押します。 STORE CAL KIT 1-2
CAL KIT 1またはCAL KIT 2（これにより、保存される不揮発性校正キット・レ
ジスタが決まります）FILE #_またはFILE NAME（校正キット・データ・ファイ
ル名を入力します）STORE FILE
3. ディレクトリを調べて、ファイルが保存されていることを確認します。これで、
校正キットをディスクに保存する手順は完了です。
27
新しい校正キットを作成する場合、あるいは既存の校正キットを修正する場合は、
フロント・パネルまたはプログラムによる入力が可能です。
このガイドでは、標準の定義とクラスの割り当ての手順をすでに示しました。ここ
では、標準とラベルをフロント・パネルから入力するための手順を説明します。
フロント・パネルの手順：（Pバンド導波管の例）
1. 校正キットの変更または作成の前に、不揮発性メモリに記憶された校正キット
の1つまたは両方をディスクに保存します。
2. Calメニュー > MOREを選択します。
3. 校正キット2を変更する準備をします：MODIFY 2を押します。
4. 標準を定義します：DEFINE STANDARDを押します。
5. 標準1を変更可能にします：1、X1を押します。
6. 標準タイプを選択します：SHORT
7. オフセットを指定します：SPECIFY OFFSETS
8. 表1の遅延を入力します：OFFSET DELAY、0.0108309、ns
9. 表1の損失を入力します：OFFSET LOSS、0、X1
10. 表1のZ0を入力します：OFFSET Z0、50、X1
11. 下側のカットオフ周波数を入力します：MINIMUM FREQUENCY、9.487 GHz
12. 上側の周波数を入力します：MAXIMUM FREQUENCY、18.97 GHz
13. WAVEGUIDEを選択します。
14. 新しい標準のラベルを指定する準備をします：PRIOR MENU > L ABEL
STANDARD > ERASE TITLEを押します。
15. ノ ブ 、 SELECT > LETTERソ フ ト キ ー 、 SPACEソ フ ト キ ー を 使 っ て 、
PSHORT 1と入力します。
16. TITLE DONEを押してタイトル入力を終了します。
17. STANDARD DONE (DEFINED)を押して標準の変更を終了します。
これで、標準1が1/8 lPバンド導波管オフセット・ショートとして定義されました。
残りの標準を定義するには、表1を参照してステップ4∼17を繰り返します。標準3
のマッチド・ロードを定義するには、"fixed"を指定します。
Pバンド導波管校正キットに対する表2のクラス割り当てをフロント・パネルから実
行する手順を以下に示します。
1. クラスを指定する準備をします：SPECIFY CLASS
2. 標準クラスS11Aを選択します。
3. 11Aクラス校正に対して標準1を使用するようにネットワーク・アナライザに指
示します：l、X1、CLASS DONE (SPECIFIED)
28
S11Aのクラス・ラベルを変更します：LABEL CLASS、11A、ERASE TITLE
1. ノ ブ 、 S E L E C T ソ フ ト キ ー 、 S PAC E ソ フ ト キ ー を 使 っ て 、 ラ ベ ル と し て
PSHORT 1と入力します。
2. ラベル入力手順を終了します：TITLE DONE > LABEL DONE
同様の手順で、残りの標準クラスとラベルを下の表のように入力します。
最後に、校正キットのラベルを以下のように変更します。
1. LABEL KIT > ERASE TITLEを押します。
2. "P BAND"というタイトルを入力します。
3. TITLE DONE > KIT DONE (MODIFIED)を押します。"CAL KIT SAVED"とい
うメッセージが表示されます。
これで、フロント・パネル入力による校正キットの変更は完了です。GPIB経由で
外 部 コ ン ト ロ ー ラ を 使 用 し た プ ロ グ ラ ム に よ る 変 更 の 例 は 、 8510 Network
Analyzer Operating and Service Manual（セクションIII）の"Introduction To
Programming"のセクションを参照してください。
表6.
8510のクラス割り当て表
標準クラス
標準番号
クラス・ラベル
S11B
2
PSHORT 2
S11C
3
PLOAD
S22A
1
PSHORT1
S22B
2
PSHORT2
S22C
3
PLOAD
FWD TRANS
4
THRU
FWD MATCH
4
THRU
REV TRANS
4
THRU
REV MATCH
4
THRU
RESPONSE
1、2、4
RESPONSE
29
付録A：
同軸コネクタの寸法に
関する注意事項
この付録では、オス／メスの区別がある同軸コネクタのオフセット長を決定する際
の、寸法に関する注意事項と、必要な規則を説明します。
オフセット長の正確な測定は、与えられた校正標準のオフセット遅延を決定するた
めに必要です。1ポートおよび2ポート標準のオフセット長の定義は以下のとおりで
す。
1ポート標準：「校正面」と終端インピーダンスとの間の距離
2ポート標準：ポート1とポート2の「校正面」の間の距離
校正標準の「校正面」の定義（位置）は、コネクタ・タイプの形状とオス／メスに
依存します。「校正面」とは、導体の軸に垂直で、外部導体の接合面と一致する平
面と定義されています。この接合面は、テスト・ポートの外部導体と校正標準との
接点に位置します。これを説明するために、以下の各コネクタ・タイプ・インタフ
ェースの例を考えます。
7 mm同軸コネクタ・インタフェース
「校正面」は、図18に示すように、内部導体と外部導体の両方の接合面に一致しま
す。このコネクタ・タイプが独自な点は、内部導体と外部導体の接合面の位置が一
致する点と、オス／メスの区別のないコネクタである点です。他のすべての同軸コ
ネクタ・ファミリは、この点について異なっています。
3.5 mm、2.4 mm、1.85 mm、1.0 mm同軸コネクタ・
インタフェース
これらのコネクタ標準の「校正面」の位置は、オス／メスの両方で、図18に示すよ
うに、外部導体の接合面と一致します。
30
N型同軸コネクタ・インタフェース
注記
8510およびその派生モデルを使った測定校正の際に
は、校正標準の標準ラベルが、標準のタイプと、校正
テスト・ポートのオス／メス（(M)がオスで(F)がメス）
を示します。(M)と(F)は、標準ではなくテスト・ポート
のオス／メスを表します。校正ポートに正しい校正標
準が接続されるように、ポートのオス／メスに関する
このラベリング規則を守る必要があります。これは特
に、オスとメスの標準で校正係数が異なる校正キット、
例えば、N型、1.85 mm、1.0 mmなどの校正キット
の場合に重要です。
N型標準の「校正面」の位置は、図19に示すように、外部導体の接合面です。
PNAファミリの場合は、デバイス・ラベルの-M-（オス）または-F-（メス）は、テス
ト・ポートではなく校正標準のオス／メスを表します。
(M)または(F) → テスト・ポートのオス／メス
-M-または-F- → 校正標準のオス／メス
校正面
7 mm同軸コネクタ
校正面
3.5 mm（メス）
図18.
同軸コネクタの校正面の位置
校正面
N型（メス）
図19.
校正面
3.5 mm（オス）
校正面
N型（オス）
N型コネクタの校正面
31
付録B：
同軸校正係数モデルの
導出
s
D
d
er
図20.
同軸伝送ラインの特性
すべての伝送ラインは、特性インピーダンス（ZC）、伝搬損失定数（a）、伝搬位相
定数（b）、長さによって定義できます。これらは、校正係数であるオフセットZ0、
オフセット損失、オフセット遅延と以下の関係にあります。
=e
- ( α +j β ) l
(2B.1)
(α + j β ) = ( R + j ω L) ( G + jω C )
Z c = ( R + jω L) ( G + jωC )
R
L
G
C
ω
≡
≡
≡
≡
≡ 2π f;
f ≡
l ≡
Rが小さく、G＝0と仮定すると、不完全導体の自己インダクタンスを含めて、伝送
ライン特性の2次近似は以下のようになります。
L = Lo + Li = Lo +
( α + j β) ≅ jω
Zc ≅
32
[
R
ω
[
Lo C 1+ (1 − j )
(
Lo
R
1 + (1− j )
2ω Lo
C
( 2ωRL ) ]
o
)]
(2B.2)
同軸伝送ラインの場合：
Rν
=
=
(2B.3)
ε r f 10
l εr
ν
(
=
π f µ0 1
1
+
πd π D
σc
R=
Lo =
Zo
9
Lo C
)
( 2µπ ) ln ( Dd )、 C = ln2πε( Dεd) ;
µν
L
D
=
=
ln ( )
C 2π ε
d
o r
0
o
εo =
1
µoν 2
(2B.4)
o
r
オフセットの定義を伝送ラインの式 (2B.2) に代入すると：
( )(
R
=
2ω (Offset Z o)
2ω Lo
αl =
[(
2(
)(
βl = ω(
)
Z o) + (1 − j )
(
(2B.5)
]
)
Zo)
) +α l
Zc = (
f
109
[
2ω
f
109
)
β ≅ (ω ν ) + α ]
f
109
ショートのインダクタンスは、参考文献[10]に示されているように、ショート面の
物理特性から決定できます。計算結果は3次多項式にカーブ・フィッティングされ
ます。
ZT ≈ jω LT 、 LT = L0 + L1 f + L2 f 2 + L3 f 3
(2B.6)
( )
ω LT
−2 j arctan
Zr
ΓT ≈ ( −1) e
33
インダクタンスが線形と見なせる低い周波数では、以下のように追加の遅延項とし
てモデリングできます。
∆φ = 2 arctan
(2πZf L ) = 2πf (∆
T
r
)
(2B.7)
オープンのフリンジング・キャパシタンスは、3次元マイクロ波シミュレータを使
って決定できます。ただし、オープン・アセンブリの機械的な構造はきわめて複雑
なことがあり、シミュレーションの問題が生じる場合があります。オープンが校正
標準として用いられない場合は、TRLまたはオフセット・ショート校正を使ってオ
ープンの応答を測定する方が現実的です。測定結果は3次の多項式キャパシタン
ス・モデルにカーブ・フィッティングされます。
ZT ≈
1
、 CT = C0 + C1 f + C2 f 2 + C3 f 3
jω CT
−2 j arctan
Γ T ≈ (1) e
(
1
ω CT Z r
(2B.8)
)
キャパシタンスが線形と見なせる低い周波数では、以下のように追加の遅延項とし
てモデリングできます。
(
)
1
∆φ = 2 arctan 2πf C Z = 2πf (∆
T r
34
)
(2B.9)
付録C：
導波管校正係数モデル
の導出
s
h
er
r
w
図21.
方形導波管の寸法と特性
方形導波管の物理特性を図21に示します。
β=
(
2πf ε r
ν
) ( )
λ0
1−
2 we
2
、 λ 0 = 導波管媒体の波長
(2C.10) [13]
( 4 − π)r2
we = 実効導波管長 = w −
h
α≈
λ0 =
π f µ0 ρ
h
( )
ε0
µ0
[ ]
( )
( )
2h λ 0
1+
we 2 we
1−
λ0
2we
2
2
(2C.11)
、ρ=
1
≡ 導体の抵抗率
σ
ν
ν
; 2we = λ c ≡ 導波管のカットオフ波長 =
f
fc
(2C.12)
f
λ0
これより、
= c 、 ν ≡ 自由空間の光速度
2we f
35
導波管の損失の式をVNAの校正係数のフォーマットで構成するには、オフセット損
失がGΩ/s単位でなければなりません。式は以下のように再定式化されます。
αl ≈
let
l π fc µ0 ρ
h
(オフセット損失) =
αl
これより、
( )( )
ε0
µ0
f
fc
πµ0 fc ρ
h
( )
ν
εr
[ ]
1+
()
()
2
2h fc
we f
1−
fc
f
(2C.13)
2
、( オフセット遅延 ) =
≈ (オフセット損失)(オフセット遅延 )
( )
ε0
µ0
f
fc
l εr
[ ]
ν
(2C.14)
()
()
2
2h fc
1+
we f
f
1− c
f
2
結果の伝搬定数は以下のようになります。
γl = ( α + jβ ) l ≈
36
[
(オフセット損失)
( )
ε0
µ0
f
fc
[ ]
1+
()
()
2h fc
we f
f
1− c
f
2
2
()
f
+ j 2πf 1− c
f
2
]
(2C.15)
(オフセット遅延)
付録D：
データ・ベース校正
標準の定義ファイルの
フォーマット
校正キット・エディタのbリリースが、http://na.tm.agilent.com/pna/dbcal.htmlか
ら入手できます。このエディタを使うと、データ・ベース標準を含むキットを作成
できます。データ・ベース標準は、データ・リストで記述されます。データ・ベー
ス標準には、周波数のリスト、各周波数での各Sパラメータの実際の応答、重み係
数を決定するために用いられる実際の応答の確度の見積りが含まれている必要があ
ります。
現時点では、1ポート・デバイスのみがサポートされています。2ポート・デバイス
のサポートは今後追加される予定です。
サンプル・ファイル
CITIFILE A.01.01
#PNA Rev A.01.00
#PNA STDTYPE DATABASED
COMMENT MODEL: 85058-60101
COMMENT SERIAL NUMBER: NOMINAL
#PNA STDREV Rev A.01.00
#PNA STDLABEL "SHORT 1 -M-"
#PNA STDDESC "1.85 mm male [SHORT 1]"
#PNA STDFRQMIN 0
#PNA STDFRQMAX 70000000000
#PNA STDNUMPORTS 1
COMMENT "1.85 mm" known so #PNA DEFINECONNECTOR statement non needed
COMMENT #PNA DEFINECONNECTOR "1.85 mm" 0 70000000000 COAX
#PNA CONNECTOR 1 "1.85 mm" MALE
COMMENT PINDEPTH is optional, only applies to coax devices
#PNA PINDEPTH 1 0.007 0.007
NAME DATA
COMMENT This section describes the s parameter data and weighting
COMMENT factor for the calibration standard
COMMENT COVERAGEFACTOR is used to scale the weighting factor
COMMENT S[i,j] is sij for the standard. Supported formats: RI
COMMENT U[i,j] is the weighting factor for sij.
COMMENT Supported U[i,j] formats: RI, MAG
#PNA COVERAGEFACTOR 2
COMMENT note number of points is 509 below
VAR Freq MAG 509
DATA S[1,1] RI
DATA U[1,1] MAG
VAR_LIST_BEGIN
0
10000000
15000000
...
70000000000
VAR_LIST_END
BEGIN
-1,0
-0.99976354927,0.00249289367
-0.99970950119,0.00367766097
...
0.9772034982,-0.14575300423
END
BEGIN
0.00028
0.00028
0.00028
...
0.005
END
37
暫定版#PNAキーワード
PNAは現時点では、以下のキーワードを認識しません（これらは無視されます）。
将来のリビジョンでは、以下のキーワードがサポートされることにより、データ・
ベース標準がCITIFILEによって完全に定義できるようになる予定です。
表7.
38
#PNAキーワードの表（暫定版）
ステートメント
概要
#PNA REV s
#PNAリビジョン
#PNA STDTYPE s
校正標準のタイプ
sはDATABASEDでも可
#PNA STDREV s
標準のリビジョン
#PNA STDLABEL s
標準のラベル
#PNA STDDESC s
標準の概要
#PNA STDFRQMIN f
標準選択の最小周波数（使用レンジとは異なっていても可）（Hz）
#PNA STDFRQMAX f
標準選択の最大周波数（使用レンジとは異なっていても可）（Hz）
#PNA STDNUMPORTS d
ポート数、デフォルトは1
#PNA PINDEPTH d f1 f2
モデルのピン深さ補正を可能にする同軸コネクタのピン深さ
d＝ポート番号
f1＝モデル・データに含まれている値（mm）
f2＝実際の値（mm）
#PNA DEFINECONNECTOR
s1 f1 f2 s2 <f>
コネクタの定義（既定義の場合は不要）
s1＝コネクタID
f1＝最小周波数（Hz）
f2＝最大周波数（Hz）
s2＝コネクタ・タイプ。以下のいずれか
COAX、WAVEGUIDE
<f>はコネクタ・タイプに必要な値を指定するオプションのパラメータ・
リスト
COAXでは<f>は無視
WAVEGUIDEでは<f>の最初の要素がカットオフ周波数
他のタイプの<f>は未定
#PNA CONNECTOR d s1 s2
コネクタ割り当て
d＝ポート番号
s1＝コネクタID。既定義のIDまたはDEFINECONNECTORで定義された
ものに対応
s2＝コネクタのオス／メス。MALE、FEMALE、NONEのどれか
#PNA COVERAGEFACTOR f
重み付けのための包含係数。デフォルトはf＝1
参考文献
1. D. Rytting. (Mar. 1987). An Analysis of Vector Measurement Accuracy Enhancement
Techniques, Hewlett-Packard RF & Microwave Measurement Symposium and
Exhibition.
2. D. Rytting. (Mar. 1987). Appendix to an Analysis of Vector Measurement Accuracy
Enhancement Techniques, Hewlett-Packard RF & Microwave Measurement
Symposium and Exhibition.
3. D. Rytting. (1996). Network Analyzer Error Models and Calibration Methods, RF &
Microwave Measurements for Wireless Applications, ARFTG/NIST Short Course
Notes.
4. G.F. Engen, C.A. Hoer. (Dec. 1979). Thru-Reflect-Line: An Improved Technique for
Calibrating the Dual 6-Port Automatic Network Analyzer, IEEE Trans Microwave
Theory Tech., vol. MTT-27, pp 983-987.
5. R.A. Speciale. (Dec. 1977). A Generalization of the TSD Network Analyzer Calibration
Procedure, Covering N-port Scattering Parameter Measurements, Affected by Leakage
Errors, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol MTT-24, pp. 1100-1115.
6. E.J. Eul, B. Schiek. (Apr. 1991) A Generalized Theory and New Calibration Procedure
for Network Analyzer Self-Calibration, IeEE Trans. Microwave Theory Tech., vol 39,
pp 724-731.
7. R.B. Marks. (Fall 1997). Formulations of the Basic Vector Network Analyzer Error
Model Including Switch Terms, 50th ARFTG Conference Digest, pp. 115-126.
8. D. Blackham, K. Wong. (July 2005). Latest Advances in VNA Accuracy
Enhancements, Microwave Journal, pp. 78-94.
9. K.H. Wong. (Dec. 1988). Using Precision Coaxial Air Dielectric Transmission Line as
Calibration and Verification Standards, Microwave Journal, pp 88-92.
10. K.H. Wong. (June 1992). Characterization of Calibration Standards by Physical
Measurements, 39th ARFTG Conference Digest.
11. N. Marcuvitz. (1986). Waveguide Handbook, McGraw-Hill, NY, 1955. Reprint Peter
Peregrinus Lt.
12. G. Strang. (1980). Linear Algebra and Its Applications, 2nd ed. New York, New York:
Academic Press, Inc.
13. D.J. Bannister, E.J. Griffin, T.E. Hodgetts. (Sep 1989). On the Dimensional Tolerances
of Rectangular Waveguide for Reflectometry at Millimetric Wavelengths, NPL Report
DES 95.
39
Webリソース
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
その他のカタログや最新の製品情報については、下記のWeb
サイトを参照してください。
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。
PNAシリーズ・ネットワーク・アナライザ：
www.agilent.co.jp/find/pnaj
8510ネットワーク・アナライザ：
www.agilent.co.jp/find/8510
TEL ■■ 0120-421-345
(042-656-7832)
FAX ■■ 0120-421-678
(042-656-7840)
Email
電子校正モジュール（ECal）：
www.agilent.co.jp/find/ecal-j
[email protected]
電子計測ホームページ
www.agilent.co.jp
●
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
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。
June 19, 2006
5989-4840JAJP
0000-00DEP