VNAで75Ω系の測定を行うには

VNAで75Ω系の測定を行うには

ベクトルネットワークアナライザ(VNA)における「75Ω測定系」とは、測定系全体の基準インピーダンスを、一般的な50Ωではなく75Ωに設定して行う測定方式のことです。　

CATV(ケーブルテレビ)、地上/衛星放送、通信インフラなど、同軸ケーブルの伝送損失特性上75Ωが標準として採用されている分野で必要となります。

なぜVNAで75Ω測定が課題になるのか

市販されているVNAの大多数は、内部の信号経路・コネクタ・付属の校正キットが50Ω仕様で設計されています。これは50Ωが電力伝送効率と絶縁耐圧のバランスに優れ、RF/マイクロ波分野全般の業界標準となっているためです。

一方、CATV機器やSTB、放送用デバイスなど75Ω系で設計・製造された被測定物(DUT)を、50Ω仕様のVNAでそのまま測定すると、インピーダンス不整合により反射が発生し、正確なS-parameter測定ができません。

75Ω測定を行う主な方法

75Ω校正キットによる直接校正

校正面から75Ω系そのもので校正を行う方法。最も高精度だが、対応する75Ωコネクタ規格(F型、75Ω系BNC等)の校正キットが必要になる。

ミニマムロスパッド(Minimum Loss Pad, MLP)方式(50Ω校正のみ)

50Ω/75Ω変換用の抵抗パッドをポートに挿入し、既存の50Ω校正環境のまま近似的に75Ω測定を行う方法。手軽で追加の校正キットが不要な一方、数dBの挿入損失が生じ、パッド自体の精度・整合度がそのまま測定誤差として乗ってくる点に注意が必要。

変換パッド＋75Ω SOLTキャルキットの併用方式

50Ω/75Ω変換パッドをVNAポートに接続した状態で、パッドの先(DUT側)に75Ω系のSOLT標準器を接続して校正を行う方法。校正の基準面がパッドの出力端まで仮想的に移動するため、パッド自体が持つ挿入損失・不整合誤差が校正によって除去される。上記のMLP単体方式(50Ω校正のまま数学的に変換するだけの方式)よりも高精度で、かつ専用の75Ω対応VNA本体は不要という、精度と入手性のバランスが取れた方式。ただし変換パッド1個につき校正が必要になるため、パッドを交換した場合は再校正が必須になる点に注意。

校正上の注意点

SOLT校正を75Ω系で行う場合、オープン・ショート・ロードの各標準器も75Ω仕様のものを使用する必要がある(50Ω系の標準器は流用できない)。
MLP単体方式(50Ω校正のみ)の場合、校正自体は通常通り50Ωで行い、パッド挿入後の測定値に対して変換係数・損失補正を別途考慮する必要がある。
変換パッド＋75Ω SOLTキャルキット方式の場合は、パッドの先で75Ω標準器を用いて校正するため、上記のような事後補正は不要になる。ただし校正時に接続したパッドと、実測定時に使用するパッドが同一個体である必要がある(パッドを交換すると特性のばらつき分だけ誤差が再度乗る)。
CATV・放送業界では信号レベルをdBμVで表記することが一般的なため、dBmとの単位変換ミスにも注意したい(50Ω系と75Ω系ではdBm-dBμV間の換算係数も異なる)。

まとめ

方式	精度	手軽さ	必要なもの
75Ω校正キット(直接校正)	高い	校正キットの入手が必要	75Ω対応SOLT標準器
ミニマムロスパッド単体（50Ω校正のみ）	中程度（損失・整合性に依存）	最も手軽	変換パッドのみ
変換パッド＋75Ω SOLT Cal-kit	高い（パッド誤差を校正で除去）	校正の手間がかかる	変換パッド＋75Ω対応SOLT標準器