マイクロ波回路とアンテナの統合では、ポート整合、経路損失、放射、干渉、機械・電力条件と総合検証を関連付けます。50 Ω、VSWR 1.5やBER 10−6を、すべての装置に共通する合格値とはしません。
1. ポートと基準面を定義する
周波数の上下限、基準インピーダンス、接続部と測定面を指定します。VNAを適切な面まで校正し、組立状態でS11を測ります。インピーダンスは複素量なので、スミスチャートと周波数変化も確認します。
実数50 Ωの線路に実数75 Ωの負荷を接続した例では、|Γ| = (75−50)/(75+50) = 0.2です。反射電力は4%、VSWRは1.5です。この例を「30%以上反射」と説明するのは誤りです。
二つの理想的な実抵抗を一つの周波数で整合させる四分の一波長変成器なら、Zt = √(Z1Z2)です。50/75 Ωでは約61.2 Ωとなります。実際の長さには線路の伝搬速度を使い、帯域と寄生要素は別に検討します。
基板幅だけで50 Ωが決まるわけではありません。基材の誘電率、厚さ、導体厚と周辺構造も必要です。別基板のスタブ寸法をそのままコピーせず、実装状態で確認します。
2. 損失と受信雑音を全経路で計算する
ケーブル、変換器、フィルターと接続損失を同じ周波数・基準面で比較します。反射が大きければ、単純なdB加算だけでなく複素Sパラメータによる接続解析が必要です。
受信では最初の増幅器より前の損失が重要です。LNAの配置とともに線形性、電源、最大入力を検討します。アンテナのdBiと増幅器のdBは異なる指標です。ケーブルを短くした効果と放射体自体の改善も区別します。
3. パターン、偏波とレドームを実装に合わせる
必要な方向、角度範囲、偏波と設置場所を決めます。機械軸と電気的最大方向が一致するとは限らず、レーザーだけでRF方向調整が完了するわけではありません。
許容ずれはビーム幅、支持構造と許容損失から決めます。すべてのアンテナに0.5°を適用しません。周辺金属、配線とカバーを含む完成状態で測ります。
ミリ波レドームは材料名だけで選ばず、誘電率、損失、厚さ、入射角と偏波を確認します。塗装、接着部や水膜も考慮し、裸のアンテナとカバーを付けた状態の利得・方向・反射を比較します。一つの板厚が全帯域と全走査角で最適とは限りません。
4. 送受信分離と干渉を確認する
フィルター、デュプレクサーとスイッチの帯域、分離、電力を確認します。他ポートからの信号が受信機を飽和させないか調べ、良いS11一つで隔離まで保証しません。
理想的な線形媒質で二つの波が重なるだけでは、新しい相互変調周波数は生成されません。非線形増幅器、過負荷や不良接点を候補として、レベルとスペクトラムを合わせて確認します。
5. 機械、環境と電力を指定する
ケーブルの最小曲げ、締結、張力逃がし、フランジ位置合わせとシールを指定します。LMR-400という名称をすべての長さ・帯域に対する最低等級とはしません。コネクタの対応帯域も実際の品番で確認します。
平均とピーク電力、温度、冷却と負荷反射を分けます。IP等級はRF性能や腐食寿命の全体を証明しません。送信設定とEIRPは、使用するサービスと地域の運用条件に合わせます。
6. 測定をシステム要求につなげる
- VNA：ポート反射、伝送と分離。
- 放射試験：パターン、利得と偏波。
- 信号品質：EVM、BERやサービスに適した指標。
- 運用：速度、遅延、切断と再取得。
- 環境：温度と設置状態による変化。
要求ごとに合否値と不確かさを定めます。インピーダンス測定の正確さを、単に±0.1 dBという数だけで表すことはできません。構成、校正、ソフトウェア版と結果を記録し、変更前後を同じ条件で比較します。
