2x-Thru構造　VNA校正　ディエンベディング

2x-Thru（ツー・エックス・スルー）構造とは、基板評価においてVNAの校正平面をコネクタ端から「DUT（被測定物）の直前」まで移動させる（ディエンベディングする）ために、最も広く使われているテストクーポン（校正用線路）、フィクスチャの構造のことです。

DUTへの入力側の引き回し線路（フィクスチャ）を「1x」としたとき、DUTを挟まずに入力側と出力側のフィクスチャをそのまま背中合わせ（Back-to-Back）に直結した構造をしているため、2x-Thruと呼ばれます。

1. なぜ2x-Thruから「半分」の特性が抜けるのか？

VNAで2x-Thru構造全体のSパラメータを測定すると、ソフトウェア（Keysight AFR、AtaiTec ISD、あるいはIEEE 370準拠のアルゴリズム）がそれを数学的に「真っ二つ」に分割し、左フィクスチャ（1x Left）と右フィクスチャ（1x Right）のSパラメータを個別に算出します。

【技術的な補足】

Sパラメータのままでは単純な掛け算・割り算ができません。そのため、内部アルゴリズムではSパラメータをTマトリクス（伝達マトリクス）やABCD行列といった、直列接続を「行列の積」で表せる形式に一度変換します。

左右対称なフィクスチャであれば、2x-Thruの全体行列の平方根（スクエアルート）をとるようなアプローチで、1x分の特性を数学的に導き出すことができます。

2. 2x-Thruクーポン設計・運用の「4つの鉄則」

2x-Thruは非常に便利ですが、設計や基板製造時にルールを破ると、ディエンベディング後のDUTデータが完全に壊れます（前述の「非因果性エラー」や「あり得ないゲイン」の原因になります）。

① 「1x」部分の構造・長さを実機と完全一致させる

2x-Thruを構成する線路は、実機基板の「コネクタからDUTピンまで」の配線と、層構成、線路幅、線路長、ビアの数・スタブ長、GNDプレーンとの位置関係を100%同じにしなければなりません。

② 中心点（Center of Thru）で余計な不連続性を作らない

左の1xと右の1xが合流する中心点は、本来「DUTが実装されるはずの境界（校正平面）」になります。

この接続点で、パターンが急に太くなったり、辻褄合わせの斜め配線が入ったりしてインピーダンスが乱れると、ソフトウェアがそこを「大きな反射源」と誤認し、正確な分割ができなくなります。中心は可能な限りストレートかつ滑らかに結合してください。

③ 実機と同じ「製造パネル内」に配置する

基板の製造ばらつき（エッチングによる微細な幅のズレや、プレプレグの厚みムラ）を相殺するため、2x-Thruクーポンは実機DUTが載っている基板と同じパネル（可能ならすぐ隣）に配置して同時に製造してください。別ロットや、パネルの端と端で離れた位置にあるクーポンを使うと、インピーダンスが数 $\Omega$ ズレてしまい、ディエンベディングの精度が著しく落ちます。

④ コネクタのはんだ付け品質も揃える

見落とされがちですが、高周波同軸コネクタ（SMAや2.92mm等）を基板に実装する際のはんだの量やフィレットの形状も、実機と2x-Thruクーポンで揃える必要があります。コネクタ端での反射特性（$S_{11}$）が異なると、そこから先のディエンベディング計算全体が狂います。

3. 差動（4ポート）2x-Thru特有の注意点

差動伝送路の評価のために4ポートの2x-Thruを設計する場合、単線（シングルエンド）にはない以下の考慮が必要です。

• ペア間結合（コモンモード特性）の維持

  実機の差動配線が結合線路（タトリー・カップルンブ等で密結合）になっているなら、2x-Thru側も全く同じ結合間隔（Gap）で並走させなければなりません。これを行わないと、ディエンベディングによって差動の奇モード（Odd）特性は抜けても、偶モード（Even）特性やコモンモードの損失が正しく補正できなくなります。

• レーン間のクロスオーバー（交差）の禁止

  4ポートの2x-Thruを配線する際、ポート1-2から入った信号が、中心を越えてポート3-4へ抜けるとき、ピンの並び順の都合でレイヤーをまたいで交差（クロス）させるようなレイアウトは絶対に避けてください。交差部のビアやクランク構造が原因で、深刻なモード変換（ディファレンシャルからコモンへの変換）が起き、測定系を汚してしまいます。

実務において、左右の引き回し長をどうしても対称（Symmetric）に設計できないケース（非対称なフィクスチャ）も多々あります。そうした「非対称フィクスチャ」における2x-Thruの応用や対処法について、さらに掘り下げて確認しますか？