SNA5000A マルチポート測定方法について

部品のポート数が増加するにつれて、テスターは正確で迅速なマルチポートネットワーク解析を行う必要があります。製造段階でのテストコストを最小限に抑えるためには、ベクトルネットワークアナライザ（VNA）の構成を最適化することが鍵となります。VNAのマルチポート測定機能はテストのスループットを向上させ、これによりデバイステストのコストを大幅に削減できます。典型的な用途には、アンテナの設計、データコンバータインターフェースの検証や製造、RFコンポーネントや他のデバイスの自動テストなどがあります。

■マルチポートテストの需要の増加

モバイル通信の急速な発展、マイクロ波集積回路技術、およびデバイス性能要件の向上に伴い、サイズ、コスト、重量、および消費電力を削減する需要が、複雑なマルチポートデバイスが個別の部品に取って代わるように推進しています。多くのデバイスは、携帯電話のFEMモジュールやMIMOアンテナなど、1つのコンポーネントに複数の機能を統合しています。デバイスの高い集積度と無線技術の広範な応用により、アンテナ、フィルタ、ケーブルなどの汎用部品の大量生産が促進され、マルチポートテストの需要が生じています。

マイクロ波ネットワークの性能パラメータを正確に特徴づける必要がある場合、ベクトルネットワークアナライザはネットワークの散乱パラメータ（Sパラメータ）行列を測定するために使用されます。新しいマルチポートおよびバランスデバイスは、ネットワークアナライザ上の典型的な2ポートまたは4ポートよりも多くのポートを持つことが多く、特性評価が複雑になります。一部のマルチポートデバイスは、一連の2ポート測定として簡単にテストできますが、多くのアプリケーションでは、デバイスのより徹底的なマルチポートテストが必要です。テストコストを削減し、テスト要件の高効率性と大量生産の安定性が大量生産の鍵となります。

■マルチポートテストソリューション

RF統合マルチポートデバイステストソリューションは、比較的低コストなポート拡張ソリューションです。受信および送信コンポーネントは、スイッチ制御を使用して大規模にチャネルを切り替え、アナライザはパス/フェイルテスト結果を自動化システムに送信し、オペレーターの介入を最小限に抑え、デバイス接続およびキャリブレーションの時間を短縮し、測定速度、信頼性、および再現性を向上させます。費用対効果の高いマルチポート拡張設計コンセプトにより、SIGLENTは柔軟で簡単な操作、キャリブレーション、および構成を提供します。SSM単体で出力ポートを24まで拡張でき、簡単に統合できるため、自動テストシステムや生産ラインのシナリオに大いに適応します。差動デバイス、高度に統合されたマルチポートデバイス、または複数のシングルポートデバイスを測定する場合でも、ユーザーの特定の測定ニーズに応じて、さまざまなマルチポートテストソリューションを提供でき、テスト時間を大幅に短縮します。

SIGLENT SSMシリーズのスイッチマトリックスは、ネットワークアナライザ、信号源、スペクトラムアナライザ、およびその他の機器のテストポート数を拡張し、大規模なRFネットワークを完全なマルチポートテストシステムで特性評価し、ポート設定を確実に行うためにポートを自動検出し、簡易化されたマルチポートキャリブレーションアルゴリズムをサポートし、他の主流の計測製品をサポートします。標準19インチラックシャーシに内蔵され、DUTカスタマイズテストシステムの迅速な設計が可能です。スイッチマトリックスは8つのスイッチサブモジュールで構成されており、4つの1-4サブモジュールと4つの2-6サブモジュールが含まれ、1つのスイッチグループと2つのスイッチグループで構成されていると見なすことができます。1つのスイッチグループから12ポート、他の12ポートは2つ目のスイッチグループから構成されています。1つのスイッチグループと2つのスイッチグループ間の任意のパスが測定可能で、同じスイッチグループ内のスイッチ間にはパスがありません。この24拡張デバイスは、144のパスをサポートしています。

SIGLENT SNAシリーズベクトルネットワークアナライザは、9kHzから26.5GHzの周波数範囲をカバーしています。低トレースノイズと高温度安定性により、優れた再現性を持っています。高度なキャリブレーション技術により、一貫したキャリブレーション結果が得られます。高速データ収集により、より正確で迅速なデバイス測定が可能です。SNAは、複数のデータ表示形式をサポートし、複数のウィンドウや異なる形式での複数のトレースを同時に表示でき、フィルターテストと数学機能のワンクリック測定をサポートして、分析を容易にします。内蔵のプログラミング機能とプログラム処理インターフェースにより、VNA操作をカスタマイズして自動生産ラインのスループットを向上させることができ、リミットテストによりパス/フェイル結果が自動化システムに送信されます。マルチポート測定のための完全なキャリブレーションが、正確なマルチポート測定を可能にします。これらのすべての性能は、製造テストの最適化に欠かせません。

■SSM5000Aを使用したマルチチャネルネットワークアナライザの構成および全Nポートキャリブレーションの実現方法

a) 物理接続の確立

アナライザ（ホスト）は、USB、LAN、または直接制御インターフェースを介してSSMシリーズスイッチマトリックス（スレーブ）に接続でき、Nポートネットワークアナライザに拡張されます。マトリックスを接続すると、アナライザは自動的にマトリックスタイプを検出し、ポートを割り当てます。機器情報バーには「スイッチマトリックスが接続されました」というメッセージが表示されます。System > External Ports > Ext Port Enabledを選択すると、マトリックススイッチ識別子がUIの右上に表示されます。図に示すように、4ポートVNAとSSM5144A 4-24スイッチマトリックスを組み合わせることで、24のシングルポート、12の完全2ポート、8の完全3ポート、6の完全4ポート、4の完全6ポート、3の完全8ポート、2の完全12ポート、および1の完全24ポートベクトルネットワークアナライザに拡張できます。ポートを拡張した後、ポートはCh1, Ch2,…からCh24までとなります。

4ポートVNAと24ポートテストスタンドの概略図

b) RF構成の定義

VNAとSSMの物理的な接続を確立した後、Switch Matrix…を選択し、Switch Matrix RF Connectionsダイアログインターフェースに入ってスイッチマトリックスを構成し、ユーザーがVNAとSSMの間のRF接続および対応するテストポートを定義できるようにします。図に示すように、VNAの物理ポート1（A）はSSMのRF入力ポート1Aに接続され、物理ポート2（B）はSSMのRF入力ポート1Bに接続され、物理ポート3（C）はSSMのRF入力ポート1Cに接続され、物理ポート4（D）はSSMのRF入力ポート1Dに接続されます。RFポートの構成が完了したら、[OK]をクリックしてVNAのマルチポート拡張を適用し、基本的なキャリブレーション、ポート拡張、フィクスチャシミュレーション、ポート電力、およびその他の設定で拡張ポートがサポートされます。

c) Sパラメータの設定

Measurement>S-Params>Other…を選択してパラメータ設定ダイアログに入り、ユーザーは受信ポートおよび送信ポートのドロップダウンリストからRFポート番号をカスタマイズできます。たとえば、S0214は受信ポート2と送信ポート14を選択するか、[Measure]ダイアログボックスの[Edit…]メニューをクリックして入力編集ボックスに入り、0214を入力してからS0214を選択します。

d) マルチポートVNAのキャリブレーション

マルチポートVNAテストシステムのキャリブレーションは、2ポートまたは4ポートのVNAのキャリブレーションよりも時間がかかり、複雑です。ユーザーは電子キャリブレーションキットや機械キャリブレーションキットを使用してキャリブレーションを行うことができますが、10ポートや20ポートを機械キャリブレーションキットでキャリブレーションするのは非常に複雑です。ECalキャリブレーションは、マルチポートキャリブレーションを大幅に簡略化しながら精度を維持する非常に便利なキャリブレーション方法であり、従来の機械キャリブレーションキットに代わって一貫したキャリブレーション結果を提供し、人為的なエラーを回避します。電子キャリブレーションキットは、固体電子スイッチを含んでいるため、再現性と安定性が良好です。SIGLENTは9kHz～26.5GHzの周波数範囲を持つ2ポート/4ポートの電子キャリブレーションソリューションを提供しており、VNAの1ポートと電子キャリブレーションキットの1ポートを基準として変更せず、他のすべてのポートは電子キャリブレーションキットに一度接続してすべてのポートの特性を特徴づけることができます。ベクトルネットワークアナライザのマルチポートキャリブレーションウィザードは、ユーザーがキャリブレーションを完了するために効果的にガイドし、必要なすべてのポート組み合わせがキャリブレーションされていることを確認します。

e) キャリブレーションファイルの保存と呼び出し

16ポートキャリブレーションを例にとります。キャリブレーションが完了すると、ステータスバーにC 16-Portの構成とキャリブレーションステータスが表示され、キャリブレーションステータスを確認するためにいくつかのトレースを追加できます。Save Recall> Save State> Save State Asを選択して、現在のマルチポートネットワークのステータス情報およびキャリブレーションデータを保存します。ファイルの拡張子は.csaです。[Recall State]を選択して、保存されたキャリブレーションデータおよびファイルを呼び出すことができます。

■構成