ベクトルネットワークアナライザ（VNA）入門ガイド
高周波やマイクロ波領域で使用されるベクトルネットワークアナライザ（VNA：Vector Network Analyzer）は、アンテナやフィルタ、アンプ、ミキサーなどの性能評価に欠かせない計測器です。本記事では、VNAの基本原理から測定対象、活用例、選定ポイントまでを初心者にもわかりやすく解説します。
VNAとは？
VNAは、被測定デバイス（DUT）に高周波信号を入力し、反射波（S11）や透過波（S21）の振幅と位相を同時に測定できる装置です。これにより、インピーダンス整合、損失、利得などを周波数ごとに可視化できます。
従来のスカラーネットワークアナライザ（SNA）が振幅のみを測定するのに対し、VNAはベクトル量（振幅＋位相）を扱うため、より高精度な特性評価が可能です。
測定可能なSパラメータ
パラメータ | 内容 |
|---|---|
S11 | 入力端の反射係数（リターンロス） |
S21 | 入力から出力への透過係数（利得・挿入損失） |
S12 | 出力から入力への逆方向伝送 |
S22 | 出力端の反射係数 |
※2ポートVNAではS11、S21、S12、S22を測定。4ポート以上では、より多くのSパラメータに対応可能です。
測定対象と主な用途
アンテナ：VSWR、リターンロスなどの反射特性
フィルタ：通過帯域と遮断帯域の伝送特性
アンプ：利得、入力・出力整合、安定性の評価
ミキサー：アイソレーション、コンバージョンロス
ケーブル・コネクタ：伝送損失や反射の確認
基本的な測定手順：
VNAはDUTに信号を加えその応答を測定する測定器です。
したがって、その測定の流れは下記となります。
１．STIMULUSの設定（加える信号の設定）
ソース（テスト信号）の設定
掃引周波数範囲（Start/Stop freq.)
信号レベル（Power)
Sweep type (Lin/Log掃引,segment, Power Sweepなど)
などを設定します。
２．RESPONSEの設定（レシーバの設定）測定条件の設定
Meas 測定パラメータ 伝送/反射 S11,S21, Sdd11, Sdd21など
Format 表示フォーマット(LogMag, Phase, GD, Smith,SWR,など）
IFBW, Avg
などを設定します。
３．校正
測定ケーブル、変換コネクタ、ジグ（フィクスチャ）など測定系で生じる誤差要員を取り除きます。
２．の測定項目に合わせて、1port校正、フル2port校正などを行います
反射測定（S11など）の場合、Open,Short,Loadによる校正を行います
伝送測定（S21など）の場合、Thruによる校正を行います
上記はN型コネクタや3.5mmコネクタなどのメカニカル標準器（メカキャル）または、e-calを使用します
DUTとの接続にジグ、フィクスチャを使用する場合、Port Extentionを行います。
最新のVNAでは、Auto Port Extention機能搭載が普通です。
４．測定
DUTを接続し測定します。
STIMULUSの設定、RESPONSEの設定を変更すると校正が無効になる場合があります
例）測定周波数範囲を広げる
測定パラメータの変更（校正していない測定項目）
VNAの選定ポイント
1. 周波数レンジ
使用目的に応じた十分なカバー範囲（例：DC〜4.5GHzなど）を持つことが重要です。
2. ポート数
標準的な用途では2ポートで十分ですが、複雑な回路評価には4ポート以上が求められます。
3. ダイナミックレンジ
高いアイソレーションや遮断特性を測定する場合、100dB以上の広いダイナミックレンジが必要です。
4. 校正機能
自動校正機能やe-cal対応は、手間の削減と再現性向上に貢献します。
5. 表示・解析機能
スミスチャート表示、群遅延、VSWR、dBスケールなどの多機能な解析ツールが搭載されていることを確認しましょう。
精度を保つための運用上の注意
測定前の校正は必須
ケーブルやコネクタの摩耗・汚れは誤差の原因に
高周波コネクタはトルクレンチで規定トルク締結を徹底
温度変化や電源ノイズにも配慮
まとめ：VNAを使いこなすために
ベクトルネットワークアナライザは、高周波デバイスの評価や設計において強力なツールです。正しい使い方と日常的な校正、適切な選定により、測定精度と作業効率を高めることができます。
T&Mコーポレーションでは、SIGLENTなどの信頼性あるVNA製品を取り扱っており、用途に応じたご提案が可能です。デモ機の貸出や技術サポートも行っておりますので、ぜひお気軽にご相談ください。