正しい測定器の選び方：LCRメータ対VNA

LCRメータによるインピーダンス測定

LCRメータは、AC信号をDUTに印加して生じた電圧と電流の複素数比を測定します。この情報を使用して、DUTのインピーダンスを計算します。インピーダンスは、次のような直交形式で表されます。

Z = R + jX

Rは抵抗、Xはリアクタンスです。リアクタンスには、誘導性（正）と容量性（負）があります。位相角度（j）は、回路内の電圧と電流の間の位相差を表します。

VNAによるインピーダンス測定

VNAはLCRメータとは異なり、インピーダンス測定専用の機器ではありません。しかし、適切に機能するためにインピーダンス整合と正確な特性評価が重要な場合、高周波でのDUTのインピーダンスを間接的に測定するために多く使用されています。

VNAは、Sパラメータと呼ばれている散乱パラメータのうち、主要な2つを測定します。S11はDUTの入力における反射係数を、S21はポート1からポート2への進行方向の伝送係数を表します。これらのパラメータを使用して、VNAは適用可能なインピーダンス範囲に応じて、以下の3つの手法によりポート間のインピーダンスZを算出します。

シャント測定構成：Z = (Z0(1+S11))/(1-S11)

シャントスルー測定構成：Z = (Z0(S21))/(2(1-S21))

直列スルー測定設定：Z = (2Z0(1-S21))/S21

ここで、Z0はVNAの基準インピーダンスです（通常は50 Ωに設定）。

複素インピーダンスZも、スミスチャートを用いてネットワーク・アナライザから直接取得できます。

LCRメータ対VNA - 長所と短所

LCRメータとVNAの主な違いは、VNAが固定の基準インピーダンス（Z0）を使用していることです。これにより、VNAの精度が向上し、伝送ラインとの整合が容易になります。このようなインピーダンス整合により、寄生インダクタンスや寄生容量といった潜在的な問題が解消されます。

これに対してLCRメータでは、DUTや他の要件に基づいて基準インピーダンスを変更することができます。そのため、LCRメータではより正確な測定が可能ですが、最終的に寄生成分としての挙動を示すフィクスチャやケーブルの補正も必要になります。

VNAで測定されたSパラメータは、インピーダンスパラメータに変換することができます。Sパラメータは、RFデバイス（カップラーなど）の反射、伝送損失、絶縁を理解するだけでなく、放射特性（アンテナなど）を理解するためにも重要です。以上の理由から、VNAは、高周波領域（kHz～GHz）を扱う場合に重要になります。これに対して、LCRメータはインピーダンスパラメータに制限されており、低周波領域（DC～MHz）で動作します。

さらなる比較のポイントは、サポートされるポート数です。VNAは、カップラーのような複数ポートのデバイスをサポートすることができます。しかし、LCRメータは、抵抗、コンデンサ、インダクターなどの単一ポートのコンポーネントしかサポートできません。

LCRメータとVNAの主な違い