アルバイトの相談の内容が段々とお寒くなってきている。季節のせいだろうか？

LANケーブルを作る話とか。

LANといってもGbEなので素人考えで介入するとやけどをする。

1000BASE-TXの場合電話回線でモデムをつなぐみたいに４つのツイストペアケーブルでそれぞれ250Mbpsのレートのデータを双方向で変復調して1000Mbpsを得ている。すでにこの時点でデジタル信号回路ではなくなっている。

ディファレンシャル信号なのでコモンモードノイズには強いが線路のインピーダンスミスマッチには弱い。送受信線が分離されていてかつデジタル信号の100BASE-Tとかとは比べ物にならないくらいデリケート。

ビルとかの壁コンセントに付けるRJ-45のジャックがあるが構造上しっかりしたものではないし、どうしてもスタブ回路ができてしまう。なので反射とかで波形がめちゃくちゃになってしまう。

回路的には同じでも実際には月とすっぽんほどの違いが出てしまう。恐るべし高周波の世界。いや電話とかのような音声を扱う低周波の世界でもインピーダンスマッチングは必須なんだけどね。

例えば1000Base-TXのカスタムケーブルを製作するとして、メーカーみたいに特性とかを測定しようとすると数百MHzぐらいまで測定できるネットワークアナライザが必要になる。

そんなものは当然持って無い。数百万もする装置だからレンタルで借りても１月１００万円を超える。

それに測定のためにカスタムのFixtureを製作しなければならないし、製作にも技能とノウハウが必要。

とりあえずつないでエラーレートを測定するのが現実的。

ギガビットイーサーの場合は、どこがどうなってるのかえらくエラーが出る時がある。単位時間当たりに送信する量も半端ではないし。昔からインターネットの場合3%もパケットロスがあれば使い物にならない状態になる。

いつかは使ってみたいネットワークアナライザ。

本屋でネットワークアナライザについて調べてみようと思ったら普通のアナログ回路や高周波の本には明らかにネットワークアナライザでとった特性グラフとかが随所に掲載されているが何を使ってどうやってそれらを測定したかは特に明記されていない。

なんでだろうと不思議に思った。本当のところネットワークアナライザはあまり使われていないのかもしれない。マイクロ波ぐらいにならない限り計算した通り作ればそれなりに動くからかもしれない。メーカーとか特性を仕様にうたっていると厳密に測定しておかないとだめだろうけど。

マイクロ波関係の書は別のところにあるのでそちらを見たら測定器に関する書物があった。

それによるとネットワークアナライザはスカラー・ネットワークアナライザとベクトル・ネットワークアナライザの２つがあるらしい。前者は減衰特性のみ後者は減衰と位相の両方を計測できるだけの違いらしい。時々ヤフオクにどちらかのものが売りに出ているがどれも20万円以上で高額落札されている。

ネットワークアナライザはもともとはスープジェネレーターと方向結合器、それにデテクタとXYオシロスコープを組み合わせたものらしい。なのでバラで組んでも同じことが出来るとある。大抵はバラで組んでいるのかもしれない。

測定方法はFIXTUREにあらかじめ減衰率のわかっているアッテネーターを被測定対象物の代わりに装着しスイープジェネレータからの出力がアッテネーターを介して出てきたものをデテクタで検出しオシロのY軸状にトレースした際に一定となるように校正。次にアッテネーターを被測定対象物に取り替えると、その周波数軸に対する減衰率、位相変化率が測定できるというもの。

ということはアッテネーターは測定する周波数レンジに対して平坦な減衰特性を持つものでないといけないことになる。これだからちゃんとしたアッテネーターが高額で売られているわけである。

その他にもマイクロ波ではSパラメータ測定というのも重要らしい。それ専用の測定アクセサリーも時々みかける。

いずれにせよ手を出すのは先の話になりそう。

ちょうど良いところでHPの古いゲイン・フェーズアナライザの出物があった。誰も手を出さないのは帯域が狭すぎてマイクロウェーブのアマチュア無線家の目にとまらないのと古すぎてAgilentのサイトにはマニュアルとかも置いてないという代物。しかしよく見ると後継機種と使い方は一緒らしいので後継機種のマニュアルを見ればなんとかなるかも。

それでも0.1-300MHzまでの帯域があれば1000Base-Tとかのケーブルの特性を測定するのに使える。もともとはフィルターとかの製造ラインで検査用に使われていたものらしい。中国とかにいくと今でも中古が山ほどあるらしい。

さすがに帯域が狭いのでネットワークアナライザと呼ぶにはおこがましいらしい。現代ではマイクロウェーブの帯域までカバーするのが当たり前みたいだし。この後継機種もあったらしいがそれも今ではサポートのみ継続。もっと広帯域で汎用のが同じ値段で出せるようになったからかな。

物がまだ届かないのでなんとも言えないが、出品者の写真を見る限り使い回しの写真でなければ入力コネクタがよくスペアナやSSGにあるようなN型になってたり、リアパネルに高安定基準周波数出力コネクタが出ている雰囲気なので実はいくつかオプションが適用されているのかもしれない。付属品はないようだけど。

使い方としてはパワースプリッターが内蔵されているのでBNCケーブルの一本を被測定対象と出力ポートに、もう一方の出力ポートを位相比較用のリファレンス入力に、入力ポートを被測定対象の出力へ接続してゴニョゴニョと操作すれば良いはず。

届くのが楽しみ。

ゲイン・フェーズアナライザと接続するためにBNCケーブルとFIXTUREが必要。ケーブルは市販品が使えるけどFIXTUREは被測定物にあわせて設計製作。

基本的にFIXTUREはBNCコネクタが２つと被測定物を必要なインピーダンスマッチング回路でBNCコネクタの間にサンドイッチする形のもの。

インピーダンスマッチング回路はマッチングトランスかπ型マッチング回路を使用。π型マッチング回路とは被測定物側から測定器側が被測定物の特性インピーダンスになり、測定器側からは５０ΩになるようなΔ接続抵抗回路。Δ接続回路はアッテネーターの基本形なので直流回路理論を覚えていれば計算で求められるはず。ちょっと中途半端な抵抗値になるかも。

大変重いので腰を痛めないように慎重に室内へ運び込みセッティングを行った。

まず最初にスイープジェネレータから出ている２つの出力が正しく出ているか確認してみた。

電源を入れると出品者が掲載していた写真と同じくふらふらランダムに変化するジグザグ波形が表示される。

フロントパネルで中心周波数はそのままでスパンを0Hzに設定すれば単一周波数が出るはずなのでそれを手持ちのカウンタAdvantestのTR5822につないで計測してみる。ちゃんとカウンタ側の誤差範囲内にぴったりおさまっていた。

次にBNCケーブルを出力２とRコネクタの間に接続すると位相が計測されるようになるのでジグザグ波形は無くなり一番左の方に垂直のバーだけが表示される。位相比較器も機能しているようだ。

次に簡単な被測定対象として手持ちのセラミックコンデンサをブレッドボードに載せて、Nコネクタケーブルが無いので簡単に信号だけを出力１と入力Aの間にゴニョゴニョと適当につないでみた。するとちゃんとぴったり安定したグラフが現れた。



グラフ表示部分だけ見ると



かなり鮮明である。

マニュアルは無いがボタンだけ押すといろいろな表示ができる。最後に表示されるのが以下のグラフ。



別に出品されていたもっと広帯域のネットワークアナライザのジャンク品の写真にもこれと似たようなグラフが表示されていたがたぶん動作品だろう、沢山それとなくわかっている人たちが入札していた。

とりあえず今度Nコネクタケーブルを秋葉原で見つけてこよう。もっとちゃんとした測定対象（水晶発振子）とかも。やっぱりいろんな校正用にブロッキングキャパシタぐらいは無いとね。

リアパネルのラベルや起動時の画面には２つのオプション(010,H01)というのが適用されているようだけどカタログとかにはH01とかは書いてない。たぶんH01はBNCコネクタからN型コネクタへの変更かな、010はその通りだとするとスイープジェネレータの出力が変更できるというやつだけど、未確認。

これは今後かなり使えそうだ。

単に回路や素子の周波数・ゲイン特性だけ見るのであればベクトルネットワークアナライザでなくてもスカラーネットワークアナライザかトラッキングジェネレータ付きのスペクトルアナライザーで十分である。

ヤフオクの出品写真を見るとトラッキングジェネレータ付きのスペアナでブロッキングキャパシタの特性を測定しているのがあった。理論通りに周波数が高くなるにつれてゲインが直線的に下がっていっている。インダクタンス分がないので変な共振点とかも一切無い。

位相特性を見るのでなければトラッキングジェネレータとスペアナのコンビの方が使い道が広いかもしれない。しかしそれだけ需要が多いので値段は安くても十数万はする。ずっと先の話になりそう。

よくよく調べたらブロッキングキャパシタのブロッキングという意味は低域の周波数成分（数MHzぐらいまで）をブロックするという意味らしい。

確かに手持ちの積層セラミックコンデンサの周波数特性を見ると低域周波数は全くゲインが無い部分がある。

どのあたりか周波数レンジを変更して見てみるとやはり7MHzぐらいまでは測定できない範囲までゲインが落ちている。10MHzあたりから緩やかにゲイン出てきてあとは先に紹介した写真のような山有り谷ありといういい加減な特性を示す、いい加減な測定回路なので仕方がない。

ヤフオクに載っていたスペアナの表示は非常に低域のレンジだけを表示しているように見える。

ブロッキングキャパシタも測定器の校正用によく使われるので１個は欲しいけど純正品は高くてとても買えない。もっとも需要が無いので量産しているわけでもないし。

またタイミング良く以前みかけたスペアナアダプタを落札。

オシロスコープと組み合わせると500MHzまでの帯域のスペアナとして使えるもの。

４時間前に誰も入札者がいないのを確認して入札。本格的なスペアナがあればたぶん使用しないと思われるが本格的なものはやはり手が届かない。当面の目的には500MHzまであれば十分。それ以上の回路を扱う技能も知識もまだないし。

最新のスペアナは片手で持てるぐらい小さく軽いらしい。少し古いのになるととても一人では持ち運びできないぐらい重いし大きい。時々出品されていて性能的には良いけれど大きいので誰も入札していないことが多い。

見た目ブロッキングキャパシタのように見えたけど、詳しい写真を見たらローパスフィルタの特性を示しているので、そうでないことが判明。

しかしコンデンサーが低域周波数をブロックするというのを良く理解できていない自分。