VNA(ベクトルネットワークアナライザ)を使用したミキサのコンバージョンロス(変換損失)測定は、入力周波数と出力周波数が異なる「周波数変換デバイス」としての特性評価が必要です。
通常のVNA測定()は入出力が同周波数であることを前提としているため、コンバージョンロス測定には以下の手法やオプションが用いられます。
1. 基本的な測定原理
コンバージョンロスは、RF入力電力とIF出力電力の差として定義されます。
Lconv [dB] = PRF [dBm] - PIF [dBm]
VNAでこれを測定する場合、周波数オフセット機能(Frequency Offset Mode / FOM)を使用し、ソース(RF)とレシーバー(IF)の掃引周波数を独立して制御します。
2. 測定手法の種類
A. スカラ混合器測定 (Scalar Mixer Measurement)
振幅(ロス)のみを測定する最も一般的な方法です。
メリット: 位相基準が不要でセットアップが容易。
仕組み: VNAの内部ソースをRFとし、外部(または内部第2ソース)からLOを入力します。VNAのレシーバーをIF周波数に固定または同期掃引させて電力を測定します。
校正: パワーセンサを使用して、各ポートのミスマッチ損失とケーブル損失を補正するパワーキャリブレーション(ソース・レシーバー校正)が必須です。
B. ベクトル混合器測定 (Vector Mixer Measurement)
振幅に加えて、位相や群遅延を測定する方法です。
仕組み: 周波数変換による位相変化を追跡するため、基準となる「参照ミキサ」や、LO信号との位相同期が必要になります。
メリット: デバイスの群遅延特性や偏差を高精度に把握できます。
3. VNAセットアップのポイント
接続構成
Port 1: RF入力へ接続。
Port 2: IF出力へ接続。
LO供給: * 2ポートVNAの場合:外部信号発生器をLOとして接続。
4ポートVNAの場合:内部の第2ソースをLOとして使用可能。
設定フロー
周波数範囲の設定: RF掃引範囲、固定LO周波数、および計算されるIF範囲( または )を設定します。
LO電力: ミキサの仕様(Level 7, Level 13など)に合わせて、ダイオードを十分にONにできる電力を供給します。
アッテネータ: ミキサのポートインピーダンスは必ずしも で安定していないため、反射を抑えるために外部アッテネータ(3〜6dB程度)を挿入するのが定石です。
4. 誤差要因と注意点
イメージ除去: VNAのレシーバーが目的のIF(下側波帯など)だけを見ているか確認してください。フィルタが必要な場合があります。
LOリーク: IFポートに漏れ出したLO信号がVNAのレシーバーを飽和させないよう注意が必要です。
ミスマッチ: ミキサはVSWRが悪化しやすいため、前述のアッテネータ挿入や、VNAのフル2ポート校正(FOM対応)を適用することで精度が向上します。
高周波(ミリ波帯など)での測定では、VNAの周波数拡張モジュールや、高精度なパワーメータによる補正がより重要になります。
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