リターンロス測定誤差計算機

リターンロス誤差計算機は、カプラの指向性とソースの一致から測定の不確かさ限界を推定します。VNAエンジニア、RFテスト技術者、およびシステム検証チームは、これを使用して、測定設定がデバイスの実際のリターンロスを確実に解決できるかどうかを判断します。ベクター・ネットワーク・アナライザー (VNA)、スカラー・ネットワーク・アナライザー、またはシンプルなリターン・ロス・ブリッジを扱うすべての人にとって、これらのエラーの原因を理解することは不可欠です。

リターンロス測定の中心となるのは、入射 (順方向) 波と反射波を分離するディレクショナル・カプラまたはブリッジです。リターンロスおよび反射係数は IEEE 規格 287-2007 (110 GHz までの周波数の高精度同軸コネクタに関する IEEE 規格) で定義されており、測定誤差モデルはPozarの「マイクロ波エンジニアリング」(第4版) に記載されています。第 4 章VNA のキャリブレーションと残差誤差の仕様は、ユーラメット cg-12 ガイドラインに従っています。完全なディレクショナル・カプラでは、結合ポートに現れるのは反射信号だけです。実際には、有限の指向性により、順方向信号のごく一部が漏れます。指向性は、順方向結合と逆方向絶縁の比率として定義され、dB 単位で表されます。35 dB の指向性を持つカプラは、リーク信号が順方向カップリング係数より 35 dB 低いことを意味します。

この指向性漏れは、測定のノイズフロアの役割を果たします。リターンロスが 20 dB (反射係数 0.1) のデバイスを測定していて、カプラの指向性が 35 dB (漏れ係数が 0.0178) の場合、リーク電流は対象信号より約 15 dB 低くなります。リークベクトルは、位相が不明な真の反射信号に加算され、測定の不確実性が生じます。リターンロスがカプラの指向性に近いかそれ以上のデバイスを測定すると、不確かさが非常に大きくなります。

2 つ目の大きな誤差源は、ソースの不一致です。反射波が DUT から戻ると、その一部が不完全なソースポートで再反射されます。この再反射された波は DUT を通って戻り、再び反射して、結合ポートに戻ります。この誤差項の大きさは、DUT 反射係数 (信号が DUT を 2 回通過するため) にソース反射係数を掛けた値に比例します。信号源のマッチングが良好であれば (30 dB 以上)、この項は通常指向性誤差よりも小さくなりますが、リターンロスの低いデバイスを測定する場合はこの誤差が顕著になります。

完全な誤差モデルでは、これらの寄与分を位相関係が不明なベクトルとして扱います。通常は位相がわからないため、ワーストケースの範囲を計算します。測定された最大反射係数は、すべてのエラーベクトルが真の反射と位相を合わせたときに発生します。rho_max = rho_dut + rho_dir + rho_Dut^2 rho_src です。最小値となるのは、両者が正反対のときです。rho_min = |rho_dut-rho_dir-rho_dut-rho_dir-rho_dut^2 rho_src|。これらの範囲を dB に戻すと、測定の不確かさを示すウィンドウが表示されます。

キャリブレーションによってこれらの誤差は大幅に減少します。既知の規格（オープン、ショート、ロード）による完全な1ポートキャリブレーションにより、指向性、ソースマッチング、および周波数トラッキングエラーが特徴付けられ、その後の測定から数学的に除去されます。キャリブレーション後、実効指向性は15〜25dB向上し、ソースマッチングも同様に向上します。ただし、キャリブレーションの品質は、キャリブレーション標準の精度、コネクタの再現性、ケーブルの安定性、および環境条件によって異なります。キャリブレーション後の残留誤差（残留指向性や残留ソースの一致と呼ばれる）は、測定精度を制限しますが、レベルがはるかに高くなるだけです。

重要な測定では、キャリブレーション後の残差誤差の項を理解しておくと、測定システムが実際に目的のパラメータを解くことができるかどうかを判断するのに役立ちます。一般的な経験則として、信頼性の高い測定を行うには、DUTのリターンロスがシステムの指向性よりも少なくとも10dB高い (低い) ことが必要だということです。このマージンが小さくなると、不確実性が急速に高まり、測定の信頼性が低下します。