VNAの評価に関するガイドライン（EURAMET Calibration Guide No. 12）

EURAMET Calibration Guide No. 12は、VNAの校正と測定結果の「不確かさの評価」に関する国際的なゴールドスタンダードです。METAS VNA Toolsなどの背後にある数学的・計量的根拠も、このガイドラインに準拠しています。

https://www.euramet.org/publications-media-centre/calibration-guidelines/ Electricity and Magnetism No. 7 | Guidelines on the Calibration of Oscilloscopes | TC-EM | Version 2.0, 09/2025 No. 12 | Guidelines on the Evaluation of Vector Network Analysers (VNA) | TC-EM | Version 3.0, 03/2018

特に、「デエベディング」や「微小信号の信頼性」を語る上で、避けて通れないエッセンスを要約します。

1. ガイドラインの核心的パラダイム

このガイドの最大の特徴は、VNAの仕様（スペック表）を鵜呑みにせず、「残留誤差（Residual Errors）」をベースに不確かさを積み上げる点にあります。

• 仕様（Spec）ではなく残留誤差: 12項（フル2ポート）校正後であっても、校正キットの不完全さやVNAの再現性により、わずかな誤差が残ります。これを「不確かさ」として定量化することを求めています。

2. 不確かさを構成する主要因（エラーバジェット）

ガイドラインでは、以下の要素を個別に評価し、合成することを推奨しています。

① 校正標準器の不完全さ

• メカニカルキット: Open/Shortの位相定義のズレ、Loadの反射（実効的なダイレクト・アイソレーション）。

• 電子校正（ECal）: 内部スイッチの再現性や温度特性。

② VNA本体の動的性能

• ダイナミック精度（直線性）: 入力レベルが変わった時のレシーバの応答誤差。

• ノイズフロアとトレースノイズ: 微小信号測定におけるS/N比の影響。

• アイソレーション: ポート間の漏れ込み（クロストーク）。

③ 物理的な接続と再現性

• コネクタの再現性: 抜き差しによる反射・位相の変動（これが高周波では支配的になることが多い）。

• ケーブルの安定性: 曲げや温度変化による位相と振幅の揺らぎ。

3. 数学的アプローチ：感度係数

ガイドライン第4章では、Sパラメータの不確かさ u(S) を計算するために、各誤差要因 xi に対して「感度係数 ci」を用いた線形和（または二乗和）モデルを提示しています。

これにより、例えば「Loadの反射がこれだけ悪いと、透過測定（S21）の振幅に何dBの影響が出るか」を数学的に導き出します。

4. 特筆すべき測定項目への指針

アイソレーションの扱い

ガイドラインでは、アイソレーション校正は「ノイズフロア以下」を測る場合にのみ適用すべきとしています。無理に行うと、VNAのランダムノイズを系統誤差として取り込んでしまい、不確かさを増大させるリスクを警告しています。

位相の不確かさ

単なる「度数」の誤差だけでなく、周波数と電気長に依存する「群遅延」としての評価についても触れています。GHz帯でのデエベディングにおいて、位相の不確かさが「物理的な位置のズレ」としてどう現れるかを意識させる内容です。

5. 評価のフロー（推奨手順）

1. VNAのウォームアップ: 機器の熱的安定を待つ。

2. 校正（Calibration）: 最適なアルゴリズム（SOLT, TRL等）を選択。

3. 検証（Verification）: 校正に使用していない「検証用標準器（Check Standard）」を測り、仕様内に収まっているか確認。

4. 不確かさの算出: 測定データに対し、EURAMET No.12のモデルを適用してエラーバーを付加する。

エンジニアとしての視点

このガイドラインを読み解くと、「Keysightがソフトで出している値」と「R&S が物理的に見せている値」の間の「グレーゾーン（不確かさ）」をいかに管理するか、という問いに対する答えが見えてきます。

METAS VNA Toolsは、このEURAMET No.12の手順を自動で計算してくれるエンジンです。

グラフ化する方法も非常に簡単で、単一のファイルを選べばもちろん1つのファイルのデータをグラフ化できますし、複数のファイルを選択すると同じグラフ上に複数のデータを描画することもできます。

ZNA-K50 Sパラメータのリアルタイム測定の不確かさ

METASへのトレーサビリティーを確保した校正サポートと検証テストを含む

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