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ミリ波帯で-100 dBc/Hzを超える優れた位相雑音性能を実現

スペクトラムアナライザ MS2840A/MS2830Aに新回路構成の導波管ミキサが登場

優れた位相雑音でミリ波信号の評価を

 MS2840Aとの組み合わせによりミリ波帯で優れた位相雑音性能を実現

77 GHz/79 GHz帯車載レーダの場合、近距離の検出や人、物などゆっくり移動する対象物の検出のため位相雑音性能が重要になります。
MA2806A/MA2808Aは、シグナルアナライザ MS2840Aと組み合わせることで優れた位相雑音性能を実現します。例えば、79 GHzの周波数で10 kHzオフセット、100 kHzオフセットと共に位相雑音性能は-100 dBc/Hz以下の実力を備えています。
また、Opt.010 位相雑音測定を使用することで時間のかかる位相雑音測定を高速に、簡単な操作で実現します。

MS2840Aとの組み合わせによりミリ波帯で優れた位相雑音性能を実現

 

 ミリ波のスペクトラム解析に最適な新しい形態のミキサソリューション

60 GHz~80 GHz帯で運用される無線バックホール、60 GHz帯で運用されるWiGig(802.11ad)に対応した無線LANモジュール、77 GHz/79 GHz帯の車載レーダなど、ミリ波を使用した広帯域無線通信によるサービスの普及が見込まれています。
従来、ミリ波の測定ではハーモニックミキサやダウンコンバータを使用した測定方法がありましたが、広帯域信号の測定においていくつかの課題が見えてきました。高性能導波管ミキサMA2806A/MA2808Aは、これらの課題を解決する新しいソリューションです。

ミリ波のスペクトラム解析に最適な新しい形態のミキサソリューション
*1:ミキサの変換次数が高いためノイズフロアレベルが高くなりダイナミックレンジが狭くなります。
*2:スペクトラムアナライザによっては、IF周波数が低くイメージレスポンスが測定範囲内に発生します。
*3:ミキサのP1dB性能が–10~–5dBmと低いためダイナミックレンジが狭くなります。
*4:使用するスペクトラムアナライザによってキャリブレーションの手法が異なります。
*5:IF周波数を任意に設定できるため、測定する範囲のミキサ変換損失のデータを持っておく必要があります。

 

 アンリツの高性能導波管ミキサ 5つの特長

① 優れた表示平均雑音レベル性能
② 高いIF周波数により広いスパンでの測定が可能
③ 優れたP1dB性能
④ シンプルな機器構成
⑤ ミキサの変換損失データを提供

 

 ミリ波のスペクトラム解析、今の測定設備で対応できますか?

今までのミリ波無線機器の送信特性の評価は、スペクトラムアナライザとハーモニックミキサを組み合わせて使用されてきましたが、チャネル帯域幅の広帯域化に伴い次の2つの課題が生じています。

課題①:表示平均雑音レベルの性能不足
課題②:測定範囲内におけるイメージレスポンスの表示

ハーモニックミキサ接続
ハーモニックミキサ接続図

アンリツの新しいミリ波測定ソリューションがこれらの課題を解決します

課題①:表示平均雑音レベルの性能不足
例えば、WiGig(802.11ad)モジュールのOTA(Over-The-Air:実際に無線を空間に飛ばして被試験機と測定器を接続する)測定の場合、大きな空間伝搬損失により信号レベルが小さくなるため、表示平均雑音レベル性能に優れた測定器を使用した正確な測定が必要となります。
また、導波管接続で試験をおこなう無線バックホール装置(ODU:Out Door Unit)のRFスペクトラム・マスク試験*1の場合、ハーモニックミキサの変換損失は大きいため、測定規格に対して十分な測定マージンが取れませんでした。今後、チャネル帯域幅が1 GHz~2 GHzに広帯域化されると測定マージンが取れなくなるため、測定系の表示平均雑音レベル性能は今まで以上に重要になります。

*1:ETSI EN 302 217-2-2 4.2.4 RF Spectrum Mask

ソリューション①:高性能導波管ミキサ MA2806A/MA2808Aによる優れた表示平均雑音レベル性能
MA2806A/MA2808Aは、専用のマルチプライヤ、アンプ、バンドパスフィルタなどで構成する回路により、従来のハーモニックミキサより10 dB以上改善した変換損失を実現しました。スペクトラムアナライザ/シグナルアナライザ MS2840A/MS2830Aと組み合わせた場合、表示平均雑音レベルは75.0 GHzにおいて−150 dBm/Hz(meas)*2を達成しています。この優れた表示平均雑音レベル性能により、広帯域化するミリ波無線機器にも余裕を持って対応できます

*2:Measured(meas):設計段階で測定した値であり、規格値として保証するものではありません。

●優れた表示平均雑音レベル性能
優れた最小受信感度性能

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課題②:測定範囲内におけるイメージレスポンスの表示
ミキサを使用した測定では、実際の入力信号とは異なる周波数にほぼ同じレベルの信号が表示される場合があります。これは、ミリ波信号をダウンコンバートする際に、ローカル信号の発振周波数が“実際の入力信号 — IF周波数”と“実際の入力信号 + IF周波数”の2か所でダウンコンバートされ、実信号とは別の“存在しない信号”が表示されるためです。これをイメージレスポンスと呼び、実際の入力信号から“IF周波数 × 2”離れた周波数に現れます。
イメージレスポンスを除去する方法としてミキサの前段にプリセレクタを内蔵する方法があります。プリセレクタにより測定全帯域においてイメージレスポンスの影響を受けずに測定できますが、プリセレクタの通過損失が大きいため表示平均雑音レベル性能が大幅に悪化します。一般にイメージレスポンスの表示を避けたい測定は、広帯域のスプリアス測定と目的信号の近傍を測定するスペクトラム・マスク測定があります。スプリアス測定では測定スパンをいくつかに分割し、それぞれのスパンが”IF周波数 × 2”を超えないように設定することでイメージレスポンスを回避できます。
入力信号を測定画面のセンター周波数に置いて測定するスペクトラム・マスク測定では、このイメージレスポンスの影響を受けずに測定できる範囲は、±(IF周波数 × 2 — Bn*3/2)MHzになります。
例えば、2 GHz帯域幅の無線バックホールのRFスペクトラム・マスク試験では、スペクトラムアナライザおよびハーモニックミキサのIF周波数が400 MHzの場合、イメージレスポンスは入力信号から±0.8 GHz離れた周波数に表示されるため、目的信号の2 GHz帯域幅の中に重なって表われるので、正しいスペクトラムを測定できません

*3:Bn:入力信号の帯域幅[MHz]

ソリューション②:高いIF周波数により広いスパンでの測定が可能
アンリツは表示平均雑音レベル性能を重要と考え、プリセレクタを使用せずにイメージレスポンスを実用上支障の少ない範囲で低減する手法を開発しました。
イメージレスポンスの影響を受けずに測定できるスパンはIF周波数 × 2の範囲です。MS2840A/MS2830AおよびMA2806A/MA2808Aの組み合わせでは、1.875 GHzの高いIF周波数で動作するためIF周波数 × 2 = 3.75 GHzの範囲になります。スペクトラム・マスク試験においては帯域(Bn)を持つ信号のため±(3.75 GHz — Bn/2)の範囲になります。例えば、無線バックホールのRFスペクトラム・マスク試験でBnが1 GHzの場合はETSIでは4 GHzの測定スパンが規定されていますが、6.5 GHzまでイメージレスポンスが現れないためイメージレスポンスの影響を受けません。Bnが2 GHzの場合に規定される7 GHzの測定スパンや、WiGig(802.11ad)のTransmit Mask試験*4(Bn=1.88 GHz)で規定される6.12 GHzの測定スパンの場合でも、新開発のPS機能*5を使うことにより3.75 GHz × 2 = 7.5 GHzのスパン幅までイメージレスポンスの影響を受けることなく測定できます。

*4:IEEE Std 802.11ad-2012 21.3.2 Transmit mask
*5:2015年10月現在 特許申請中

●イメージレスポンスの影響を受けない広い測定スパン
広い測定スパン

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 ハーモニックミキサに代わるダウンコンバータにも課題があります

ハーモニックミキサの課題を解消する測定法としてダウンコンバータを使用する方法があります。
ダウンコンバータは、ミキサ、ローカル用信号発生器と逓倍器を組み合わせてお客様自身が測定システムを構築します。一次ミキシングにより変換損失を小さくでき、高いIF周波数にダウンコンバートすることでイメージレスポンスの影響を避けやすくする方法です。
しかし、ダウンコンバータにも次の3つの課題があります。

課題③:P1dB性能の低さによる表示平均雑音レベル性能の悪化
課題④:複雑な機器構成
課題⑤:ミキサの変換損失を取得する作業負担増

ダウンコンバータ接続
ダウンコンバータ接続図

これらの課題もアンリツのミリ波測定ソリューションが解決します

課題③:P1dB*6性能の低さによる表示平均雑音レベルの悪化
優れた表示平均雑音レベル性能を得るためには、ミキサの変換損失を小さくするほかにP1dB性能が重要になります。P1dB性能とは、入力レベルに対する出力信号の利得が1 dB低下する際の入力レベルです。正確な測定のためには、入力レベルがP1dBを超えないように外付けアッテネータなどを使用して入力レベルを調整する必要がありますが、アッテネータの値に比例して測定系のフロアノイズは悪化します。よって、P1dB性能に優れたミキサほどフロアノイズの悪化を抑制できます。一般的なダウンコンバータのP1dB性能は、−10~−5 dBm程度であり、広帯域信号の測定に求められる性能には達していません。

*6:P1dB = 1 dB利得圧縮時入力レベル

ソリューション③:高性能導波管ミキサの優れたP1dB性能
MA2806A/MA2808Aは、0 dBmを超えるP1dB性能を実現しています。従来のダウンコンバータに比べて外付けアッテネータの値を5~10 dB小さくできるため、測定系の表示平均雑音レベル性能の悪化を防ぎます。

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課題④:複雑な機器構成
ダウンコンバータの場合、ミキサ、ローカル用信号発生器、逓倍器を同軸コードでそれぞれ接続し、かつそれぞれの機器を操作して所望の動作をさせる必要があるため、試験を開始するまでに多大な時間を要します。また、ローカル信号に起因するスプリアスを避けるためには、マルチプライヤの倍率を極力低くする必要があり、高価なマイクロ波信号発生器が不可欠となり、設備費用も高額になります。

ソリューション④:高性能導波管ミキサが実現するシンプルな機器構成
MA2806A/MA2808Aは、逓倍器を内蔵しているため、MS2830Aと同軸コード1本のみで接続できシンプルな機器構成が実現できます。また、MS2830Aのローカル信号源を使用するため、高価なマイクロ波信号発生器も不要となります。

●高性能導波管ミキサ MA2806A/MA2808Aを用いたシンプルな機器構成
高性能導波管ミキサ MA2806A/MA2808Aを用いたシンプルな機器構成

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課題⑤:ミキサの変換損失データを補正する作業負担増
従来のダウンコンバータの場合、測定システムを構築したお客様自身で変換損失などの補正データを測定前に取得し、測定結果に反映する必要があります。そのため、機器を準備してから試験を開始するまでに多くの作業が必要となります。

ソリューション⑤:ミキサの変換損失データを提供
MA2806A/MA2808Aは、全周波数範囲の変換損失データが保存されたUSBメモリを標準添付しています。このデータは、スペクトラムアナライザ/シグナルアナライザ MS2830AのUSBポートから簡単なボタン操作で読み込むことができ、補正された測定結果をダイレクトに読み取れます。

●変換損失データを標準添付
変換損失データを標準添付

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 オーダリングインフォメーション

型名 品名 備考
●最小推奨構成    
MS2840A
MS2840A-046
シグナルアナライザ
44.5 GHzシグナルアナライザ
本体
 
MS2830A
MS2830A-044
MS2830A-045
シグナルアナライザ
26.5 GHzシグナルアナライザ
43 GHzシグナルアナライザ
本体
周波数上限の選択。
Opt044または045のいずれかを選択
MA2806A
MA2808A
高性能導波管ミキサ(50~75 GHz)
高性能導波管ミキサ(60~90 GHz)
ミキサの選択、いずれかを選択

 

 ミリ波関連ソリューション

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 スペクトラムアナライザ/シグナルアナライザ MS2840Aについてさらに詳しく

   製品詳細ページを見る
   製品カタログを見る(PDFをダウンロード)

 

 スペクトラムアナライザ/シグナルアナライザ MS2830Aについてさらに詳しく

   製品詳細ページを見る
   製品カタログを見る(PDFをダウンロード)
   製品紹介資料「26.5/43 GHz シグナルアナライザ MS2830A-044/045」を見る(PDFをダウンロード)

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