導波管の校正　WR90

WR90（Xバンド：8.2 GHz ～ 12.4 GHz）の導波管校正は、同軸ケーブルのような「中心導体」が存在しないため、物理的な基準面の定義がより厳格かつ明確になります。

同軸における「ショート、シム、終端」の議論を導波管に置き換えると、以下の構成が標準的です。

1. 導波管校正の三種の神器

導波管校正では、コネクタの代わりに**「フランジ面」**が基準面（Reference Plane）となります。

• ショート（Short / Offset Short）:

  フランジ面に直接取り付ける金属板（Shorting Plate）です。導波管内を伝送してきた電磁波を完全に反射させます。

  • Offset Short: 特定の厚みを持つ導波管スペーサー（シム）を挟んでからショート板を当てます。これにより、異なる位相での反射データを得て、校正の精度（特にダイレクト・アイソレーション）を高めます。

• シム（Shim / Spacer / Offset）:

  WR90の断面形状を持つ、精密に加工された厚みのあるプレートです。

  • 役割: 導波管内での「λ/4（4分の1波長）」などの特定の電気長を与えます。

  • 1/4波長シムの重要性: 導波管校正では、Open（開放）を作るのが難しいため（フランジを開放するとアンテナのように放射してしまい、反射係数が安定しない）、ショートと「λ/4ずらしたショート」を組み合わせて、実質的なOpen状態を擬似的に作り出します。

• 終端（Fixed Load / Sliding Load）:

  導波管の内部に電波吸収体を配置したものです。

  • Fixed Load: 固定式の無反射終端。

  • Sliding Load: 吸収体をネジで前後にスライドさせられるタイプ。導波管では反射ゼロを定義するのが難しいため、吸収体を動かして「残留反射のベクトル」を描き出し、その中心を真のゼロ点として算出する手法が一般的です。

2. WR90における主要な校正手法

導波管測定では、同軸で一般的なSOLTよりも、以下の手法が精度面で推奨されます。

TRL (Thru-Reflect-Line) 校正

導波管において最も高精度とされる手法です。

• Thru: フランジ同士を直接接続（長さゼロの基準）。

• Reflect: 両ポートにショート板を接続。

• Line: **「シム（精密導波管スペーサー）」**を挿入。このシムの特性インピーダンス（導波管の寸法）が測定の基準となります。

SSLT (Short-Short-Load-Thru) 校正

Openが使えない導波管特有の手法です。

• ショート、および長さの異なるオフセット・ショート（シムを使用）を用いて、反射特性を確定させます。

3. WR90（Xバンド）特有の注意点

• フランジの合わせ精度:

  WR90の場合、ボルト穴のわずかな遊び（ガタ）が、E面・H面のズレとなり、測定結果にリプルや損失として現れます。アライメントピン（ダボ）付きの高精度フランジを使用しているかどうかが重要です。

• 周波数依存性:

  導波管には「遮断周波数（カットオフ）」があるため、低域側での測定には注意が必要です。WR90であれば 8.2 GHz 未満は測定できません。

• シムの厚み計算:

  導波管内の波長（管内波長：λ_g）は、自由空間の波長とは異なります。シム（1/4波長など）を選定する際は、使用する周波数における λ_gを正確に計算する必要があります。

※ a は導波管の幅（WR90なら 22.86 mm）

4. METAS VNA Tools の活用

導波管校正こそ、METAS VNA Tools の本領発揮です。導波管の寸法公差（製造誤差）が不確かさにどう影響するかをモデル化できるため、メカニカルキットの限界を超えた評価が可能になります。

「スペアナのリーケージ」をオシロで確認されるような精密な環境であれば、導波管接続部のわずかな「隙間」や「ズレ」が放射ノイズとなって外部に漏れ、隣接する機材に干渉するリスクも考慮すべきかもしれません。

WR90での測定対象は、ホーンアンテナや導波管フィルタといったコンポーネントでしょうか？それとも同軸・導波管アダプタを介した評価でしょうか？