導波管 TRL校正手順

導波管におけるTRL（Thru-Reflect-Line）校正は、特性インピーダンスを「導波管の物理寸法（断面サイズ）」そのものによって定義するため、同軸のSOLT校正よりも高い精度が得られる手法です。

WR90（Xバンド）などの導波管における、標準的なTRL校正の手順と技術的ポイントを整理します。

1. TRL校正の3つのステップ

① Thru（スルー）

2つのポートのフランジ同士を直接接続します。

• 役割: 伝送損失ゼロ、位相ゼロの基準を作ります。

• 注意点: ボルトの締め付けトルクを均一にし、フランジ面の並行度を確保します。アライメントピン（ダボ）を用いて、導波管の「ズレ」を最小限に抑えてください。

② Reflect（リフレクト）

両ポートのフランジに、電磁波を全反射させる「ショート板（Shorting Plate）」を取り付けます。

• 役割: 反射係数 Γ = 1 (または-1) を定義します。

• ポイント: 左右のポートに同じショート板を付ける必要はありませんが、反射係数が既知（全反射）であることが重要です。ショート板の表面が酸化していると損失が生じ、精度が落ちるため、表面の清浄さが求められます。

③ Line（ライン）

2つのフランジの間に、特定の厚みを持つ**「シム（精密導波管スペーサー）」**を挿入します。

• 役割: 系の特性インピーダンス（Z0）を定義します。

• 厚みの選定: 前述の通り、帯域中心で位相差が 90°（1/4波長） になる厚みが理想的です。

• 制限: 位相差が 20° 未満、または 160° を超えると数学的解が不安定になるため、超広帯域を一度に校正する場合は、厚みの異なる2種類のLine（シム）を使い分ける必要があります。

2. WR90（8.2 - 12.4 GHz）での実務手順

1. VNAの設定: * 周波数範囲（8.2-12.4 GHz）を設定。

   • 校正タイプで「TRL」または「LRL」を選択。

   • 重要: VNAのCal Kit定義で、Line（シム）の「正確な物理長」が入力されているか確認してください。

2. 接続の実行: * Thru: ポート1と2を直結 → 測定。

   • Reflect: ポート1にショート板、ポート2にショート板 → 測定。

   • Line: シムを挟んでポート1と2を接続 → 測定。

3. 検証（Verification）:

   • 校正終了後、何も繋がない（または別のシムを挟む）状態でS11やS21を確認し、ノイズフロアまで落ちているか、位相が直線的に回っているかを確認します。

3. TRL校正が「最強」とされる理由と注意点

• インピーダンスの純粋性: 同軸のLoad（終端）は抵抗体の寄生成分に左右されますが、導波管のTRLは「空気と金属壁の寸法」だけで決まるため、不確かさを極限まで小さくできます。METAS VNA Tools を併用する場合、シムの寸法公差を直接入力することで、世界最高レベルの計量精度を実現できます。

• 基準面の設定: 通常、TRL校正を行うと基準面は「Thru」を測ったフランジ面になります。もしシムの「真ん中」を基準面にしたい場合は、VNAの機能（Reference Plane Shift）を使用します。

4. 現場でのトラブルシューティング

もし校正後のS11（反射）が波打つ（リプルが出る）場合は、以下の要因を疑ってください。

• フランジのガタ: ネジを締める際、片締めになっていないか。

• シムの汚れ: フランジとシムの間に微細なゴミや古いスペアナの端から飛んできた金属粉などが挟まっていると、そこが不連続点となりアイソレーションを悪化させます。

• LOリーケージの再来: 先ほどのスペアナの例と同様、VNAの内部LOや外部のノイズが、導波管の接続が甘い「隙間」から飛び込んでいないか。

「古いスペアナのリーケージ」をオシロで追った時のような執念で、フランジの密着度を確認されるのが、TRL校正を成功させる一番のコツです。

この校正が終わった後の測定対象は、特殊な導波管治具などでしょうか？