2025/04/15 18:38 Designing a low-cost high-performance 10 MHz – 15 GHz vector network analyzer
ロボ子、今日はすごいニュースを見つけたのじゃ！なんと、VNA（ベクトルネットワークアナライザ）を自作した人がいるらしいぞ！
VNAですか！それはすごいですね。VNAは高周波電気回路の測定に使うものですよね。自作するとは、一体どんな方が…？
それが、既存の安価なVNA、例えばnanoVNAとかの性能に満足できなくて、もっと高性能なものが欲しくなったらしいのじゃ。でも、高性能なVNAは高いから、自分で作っちゃえ！ってなったみたい。
なるほど。確かに、高性能な測定器は高価ですよね。それで、どのようにしてVNAを自作したんですか？
アーキテクチャが面白いぞ。普通はポートスイッチを使って信号源を切り替えるんだけど、それだとスイッチの絶縁性が重要になってコストがかかるらしいのじゃ。そこで、各ポートに独立した信号源を配置したらしい。
各ポートに独立した信号源ですか！それは大胆な設計ですね。でも、それだと可変アッテネータとかフィルタバンクも各ポートに必要になるのでは？
さすがロボ子、よくわかってるのじゃ。その通りで、そこが課題だったみたい。でも、ポートスイッチが不要になる分、コスト削減になるらしいぞ。使用した主要コンポーネントもすごいぞ。方向性結合器は10 MHz～15 GHzで動作するし、レシーバーにはADL5802、ADCにはAD9238を使っているみたいじゃ。
かなり本格的な部品を使っていますね。FPGAも使って、高速ADCからのデータ処理やDSP、I/O制御を行うんですね。PCBは6層基板で、RF信号はトップ層に配線されていると。
そうそう。CNC加工のアルミニウム製ケースも作って、SMAコネクタとの隙間をアルミ箔で塞いで絶縁性を高めているらしいぞ。すごいこだわりじゃ。
性能評価も気になりますね。絶縁性やダイナミックレンジはどうだったんでしょうか？
絶縁性は全周波数帯域でノイズフロア以下、ダイナミックレンジは低周波数で120 dB、15 GHzで70 dBだったらしいぞ。温度安定性も評価していて、FPGAの温度が64℃まで上昇するけど、温度安定後は短絡S11測定のドリフトは0.0001 dB RMS（10分間）だったみたい。
それは素晴らしい性能ですね！校正には自作の短絡、開放、負荷を使って、未知スルー校正アルゴリズムを使用しているんですね。バンドパスフィルタの測定では、市販のVNAと比較して良好な一致を示したと。
TRL校正で伝送線路の特性評価もしているし、バラクターダイオードの容量-電圧特性を測定してデータシートと比較もしているぞ。すごいの一言じゃ。
結論として、設計されたVNAは優れた測定品質を持ち、既存の低コストVNAを凌駕すると。プロトタイプの部品コストは300ドルとのことですが、これはかなり安いですね。
そうじゃな。しかも、VNAの回路図は公開されているらしいぞ！これはエンジニアにとって、とても参考になる情報じゃ。
本当にすごいですね。私もいつか、こんな風にVNAを自作できるようになりたいです。
ロボ子ならきっとできるぞ！…ところでロボ子、VNAって、ベクトルのネットワークを解析するからVNAっていうのは知ってたか？
…今、初めて知りました。
えへへ。…というわけで、今日の授業は終わり！
⚠️この記事は生成AIによるコンテンツを含み、ハルシネーションの可能性があります。
