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検査測定機器等の 開発・製造及び販売を担っております。

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高周波計測のポイント

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高周波計測のポイント

シンクランドでは、高周波通信用光コンポーネントの周波数特性検査が行える装置「PFDA」を製造販売しております。今回は高周波計測のポイントをご紹介いたします。

高周波同軸コネクタの種類


 高周波計測においては、計測対象物(DUT)の周波数特性を十分にカバーする高周波同軸コネクタを選定することになります。コネクタによって対応している周波数が異なるため、間違ったコネクタを選定してしまうと、正常なデータを取得できません。DUTの周波数特性を計測するつもりが、コネクタの周波数特性で制限されてしまうという事になってしまうからです。

 高周波数用電気コネクタには、いくつか種類があります。下記に代表的なものを示します。

種類 周波数帯
BNC ~2 GHz
SMA ~18 GHz
3.5 mm ~26.5 GHz
2.92 mm(K) ~40 GHz
2.4 mm ~50 GHz
1.85 mm(V) ~65 GHz
1 mm(W) ~110 GHz


 表で示した通り、基本的には大は小を兼ねていて、高周波数のものは幅広い周波数をカバーすることができます。
 一方で、高周波数になるほど、コネクタ先端が細くなり、扱いにくくなるので、適したコネクタを選択することが大切です。同軸コネクタでは、誘電体損を減らし、高周波数まで特性インピーダンス50Ωを維持するには、外形、内径を小さくしていく事になり、機械的な高度な精度が要求されるようになります。

 当社で扱っているPFDAでは、67 GHzまで対応しており、フルスパンで利用するには1.85mmのコネクタが必要となります。

de-embedding の概要

 de-embeddingとは、測定分野でよく利用される処理です。embeddingを、直訳すると「埋め込み」という意味があります。de-embeddingは、embeddingに分離するという意味がある「de-」をつけたものなので、つまり「埋め込まれたものを取り出す」という意味となります。
 具体的には、測定データから測定対象(DUT)以外の機器やケーブルの影響を除き、測定対象のデータを取り出すことを指します。
de-embedding


図1 DUTの取り出し

 図1では、物理的に取り出しているように見えますが、実際には、de-embeddingは次のような手順で行います。

 1. DUT以外の特性を測定をする(取得する)
 2. DUT+付属機器(固定具/ケーブル等)を接続して測定する
 3. ②の結果から①の結果を取り除く

 このように処理することで、DUTの特性のみを測定することができます。一般的には、プロービングシステムにおいて、プローブの持つ周波数特性をSパラメータで表現し、ベクトルネットワークアナライザ(VNA)に、de-embeddingファイルとして格納して、このプローブの持つ周波数特性を取り除いています。
PFDAでは、LN計測での周波数特性計測において、受光素子(PD)の周波数特性をSパラメータで表現し、ベクトルネットワークアナライザ(VNA)に、de-embeddingファイルとして格納して、このVNA上で数値的にPDの影響を取り除き、純粋にLNの周波数特性を計測しています。

平均化とスムージングの処理

 平均化やスムージングは多くの測定機器に搭載された機能です。これらの機能を使いこなすことで、見やすいデータを作成できるだけではなく、測定の誤差を除去して、解析をよりしやすくすることができます。
 ここでの平均化とは、時系列データの平均を指します。通常、複数回測定した際に、ばらつきがあるため、同じ曲線を描くことはあまりありません。
測定ごとにばらつきのあるグラフ


図2 測定ごとにばらつきのあるグラフ

 平均化では、実際にデータとして、利用するときはグラフの各プロット位置で平均を求めます。

ばらつきのあるグラフから平均を算出


図3 測定ごとにばらつきのあるグラフ

ばらつきを抑えたデータを取得することができます。

 平均化の他にデータの整形をする手段として、スムージングがあります。スムージングは、その名の通り凸凹とした曲線を滑らかな曲線にします。局所的なノイズによってグラフの大局的な特徴を把握するのが難しいケースがあります。

ノイズの乗ったグラフ

図4 ノイズの乗ったグラフ

スムージングを施すことで、ノイズが軽減されるため、ノイズありでは見えなかった大局的な特徴を把握しやすくなります。


スムージングをして滑らかになったグラフ

図5 スムージングをして滑らかになったグラフ

高周波通信用光コンポーネントの計測はシンクランドにお任せください!

 高速通信用の送信機、受信機、光変調デバイスなどを対象とした周波数特性検査装置、PFDA(Photonic Frequency Domain Analyzer)をご提案しています。
67GHzは勿論、その先の110GHz, 200GHzへの対応を予定しております。
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