JP2017151027A - 平衡度推定装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中点タップ付きバランやＬＣＬプローブを用いる必要なく、安価に且つ高精度に平衡度を推定することが可能になる平衡度推定装置を提供する。
【解決手段】金属板を介して接地した被測定回路１０１の未接続ポートを線路インピーダンスに等価の終端インピーダンス（Ｚ_０）により終端し、前記被測定回路１０１の通過電力と反射電力の周波数特性をベクトルネットワークアナライザ１０２によりＳパラメータとして測定する。そして、前記ベクトルネットワークアナライザ１０２により測定されたＳパラメータ（散乱パラメータ）を、演算装置１０５によりＺパラメータ（インピーダンスパラメータ）に変換し、前記被測定回路１０１を理想的なＬＣＬプローブで測定する場合の等価回路により得られるＬＣＬ（縦電圧変換損）の定義式に基づいて、前記変換されたＺパラメータからＬＣＬを算出して推定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平衡伝送線路およびそれが接続される装置に対し、伝達関数の測定により線路および装置の平衡度を精度よく推定する平衡度推定装置およびその方法に関する。

通信ケーブルは、電話線のように２本の導線を１つのペアとして信号を伝送、またはEthernet（登録商標）ケーブルのように複数のペアを束ね、ペアごとに信号を送受信することで、高速で大容量な通信を実現している。

一方、通信ケーブルには接続された機器や周囲の環境によって、妨害波が直接注入されまたは誘導し、伝導妨害波として通信信号と干渉することで、通信品質の低下や通信断を招く可能性がある。これらの妨害波は一般的にコモンモード（２線の導体に同相で電圧が印加された状態）で伝搬する。これに対して、通信信号は一般的にディファレンシャルモード（２線の導体に逆相で電圧が印加された状態）で伝搬する。

通信信号をディファレンシャルモードで伝送する理由は、妨害波がコモンモードで印加されるため、２線の電位差から信号を検出するようにしておけば、妨害波成分をキャンセルすることができ、妨害波に対する耐力を高められることにある。

前記２つの伝搬モードは、伝搬する２線の導体（これらで構成される伝送線路および接続機器を総称して回路と呼称する）がそれぞれ平衡かつ対象で同一とみなされる形態（電気的特性や敷設状態など）であれば、単一のモードで伝搬しモードが変化することはない。

しかし、現実にはそのような理想的な線路や装置は存在しないため、例えば、ディファレンシャルモードが一部コモンモードに変化するなど、線路を伝搬する信号や妨害波のモード変換が発生する。また、線路に接続された装置（終端装置）においても平衡度に依存して信号や妨害波のモード変換が発生する。

このようなモード変換の変換係数を表す指標として平衡度が用いられており、この平衡度は、例えば、縦電圧変換損（ＬＣＬ：Longitudinal Conversion Loss）としてITU-T勧告O.9において、式（１）で定義されている（例えば、非特許文献１参照。）。

ここで、Ｖ_Ｌは２線の導体の中点と基準電位との間に生じる電圧であり、Ｖ_Ｔは２線の導体間に生じる電圧である。これらの電圧は、中点タップ付きバランやＬＣＬプローブを被測定回路に接続し、ベクトルネットワークアナライザ等によって測定される。

ITU-T Recommendation O.9, "Measuring arrangements to assess the degree of unbalance about earth," 1999.

電気機器に接続された伝送線路に発生する伝導妨害波を測定する場合、伝送線路上に結合減結合回路（ＣＤＮ）やインピーダンス安定化回路網（ＩＳＮ）など、平衡度の高い回路を挿入して妨害波電圧等の測定が行われる。

しかしながら、前記ＣＤＮやＩＳＮなど平衡度の高い回路を挿入して測定する場合は、平衡度が極めて高い中点タップ付きバランやＬＣＬプローブ（ディファレンシャルモード・チョーク）が必要となる。これを実現しようとすると、コイル間結合係数を“１”にできないなどの理由のため、前記中点タップ付きバランやＬＣＬプローブが非常に高価になる課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、中点タップ付きバランやＬＣＬプローブを用いる必要なく、安価に且つ高精度に平衡度を推定することが可能になる線路および装置の平衡度推定装置およびその方法を提供することを目的とする。

本発明に係る線路および装置の平衡度推定装置は、金属板を介して接地され、未接続ポートを終端インピーダンスにより終端した被測定回路のＳパラメータを測定するベクトルネットワークアナライザと、前記ベクトルネットワークアナライザにより測定されたＳパラメータをＺパラメータに変換し、当該Ｚパラメータから縦電圧変換損（ＬＣＬ）を算出する演算装置と、を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、中点タップ付きバランやＬＣＬプローブを用いる必要なく、安価に且つ高精度に平衡度を推定することが可能になる平衡度推定装置およびその方法を提供することを目的とする。

本発明の平衡度推定装置の一実施形態に係る平衡度推定装置の測定系の構成を示すブロック図。 被測定回路１０１の測定系をＬＣＬプローブ（デファレンシャルモードチョーク）により構成したと仮定した当該測定系の等価回路を示す図。 被測定回路としてインピーダンス安定化回路網（ＬＣＬ：６５dB）を対象とし、本実施形態の平衡度測定装置により推定したＬＣＬの推定値とＬＣＬプローブを用いて測定したＬＣＬの実測値とを対比して示す例示図。

以下図面により本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の平衡度推定装置の一実施形態に係る平衡度推定装置の測定系の構成を示すブロック図である。

この平衡度推定装置は、２線の導体をポートとする被測定回路１０１の測定系を、充分な大きさの金属板１０４上に設置し、当該被測定回路１０１の筐体と金属板１０４とを接続して接地する。

次に、前記被測定回路１０１の各ポートに対してベクトルネットワークアナライザ１０２を、コネクタ板１０６を介して接続する。このコネクタ板１０６は、被測定回路１０１に接続される伝送線路１０７が平衡線路である一方、前記ベクトルネットワークアナライザ１０２に接続される伝送線路１０８が不平衡線路（同軸ケーブル）であるため、両者間を変換する機能を果たす。

前記ベクトルネットワークアナライザ１０２は、前記被測定回路１０１の通過電力と反射電力を位相と同時にＳパラメータ（散乱パラメータ）の周波数特性として測定し、その測定値（Ｓパラメータ）を、通信ケーブル１０９を介して演算装置１０５へ出力する。

なお、前記被測定回路１０１の各ポートのうち、前記ベクトルネットワークアナライザ１０２に未接続のポートについては、線路インピーダンスと等価な終端インピーダンス（Ｚ_０）１０３で線間を終端する。

前記演算装置１０５は、前記ベクトルネットワークアナライザ１０２から入力された測定結果のＳパラメータを、Ｚパラメータ（インピーダンスパラメータ）に変換する。そして、前記変換されたＺパラメータと、前記被測定回路１０１の測定系を平衡度の高い理想的なＬＣＬプローブにより構成したと仮定して当該測定系を等価回路で表した場合のＬＣＬの定義式に基づいて、ＬＣＬ（縦電圧変換損）を算出して推定し、算出されたＬＣＬを、通信ケーブル１０９を介して出力装置１１０へ出力する。

図２は、被測定回路１０１の測定系をＬＣＬプローブ（デファレンシャルモードチョーク）により構成したと仮定した当該測定系の等価回路を示す図である。

前記出力装置１１０は、前記演算装置１０５から入力されたＬＣＬ（縦電圧変換損）を、前記被測定回路１０１の平衡度として周波数特性の表示やプリント等により出力する。

次に、前記構成による平衡度推定装置の動作について説明する。

前記平衡度推定装置による被測定回路１０１の測定系において、ベクトルネットワークアナライザ１０２により被測定回路１０１のポート間のＳパラメータの周波数特性を測定し、測定されたＳパラメータの周波数特性を演算装置１０５へ出力する。

前記演算装置１０５は、前記ベクトルネットワークアナライザ１０２から入力されたＳパラメータの測定値から、ＬＣＬ（縦電圧変換損）を以下の手順で算出して推定する。

まず、図２に示すように、ＬＣＬ測定系の等価回路において、Ｚ_ａ＝Ｚ_Ｔ／４とし、被測定回路１０１の等価回路をＴ型回路で表した場合、前記式（１）で定義されているＬＣＬは、式（２）で表される。

次に、前記ベクトルネットワークアナライザ１０２により測定されて入力されたＳパラメータを、式（３）によりＺパラメータに変換する。

ここで、前記変換されたＺパラメータから、前記図２で示した被測定回路（等価回路）１０１のインピーダンスＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_Ｌを、式（４）により算出する。

そして、前記式（４）により算出された被測定回路（等価回路）１０１のインピーダンスＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_Ｌと前記ＬＣＬ測定系（等価回路）のインピーダンスＺ_Ｔ，Ｚ_ａとを、前記式（２）に代入してＬＣＬ（縦電圧変換損）を算出する。

前記演算装置１０５により算出されて推定されたＬＣＬは、出力装置１１０によりＬＣＬの周波数特性として表示やプリントにより出力される。

図３は、被測定回路としてインピーダンス安定化回路網（ＬＣＬ：６５dB）を対象とし、本実施形態の平衡度測定装置により推定したＬＣＬの推定値とＬＣＬプローブを用いて測定したＬＣＬの実測値とを対比して示す例示図である。

図３に示すように、本実施形態の平衡度測定装置によるＬＣＬの推定結果とＬＣＬプローブによるＬＣＬの実測結果とはほぼ同じ特性を示しており、本実施形態の平衡度測定装置による平衡度推定方法が実質的に有効であることを確認できる。

したがって、前記構成の平衡度推定装置によれば、金属板１０４を介して接地した被測定回路１０１の未接続ポートを線路インピーダンスに等価の終端インピーダンス（Ｚ_０）１０３により終端し、前記被測定回路１０１の通過電力と反射電力の周波数特性をベクトルネットワークアナライザ１０２によりＳパラメータとして測定する。そして、前記ベクトルネットワークアナライザ１０２により測定されたＳパラメータ（散乱パラメータ）を、演算装置１０５によりＺパラメータ（インピーダンスパラメータ）に変換し、前記被測定回路１０１をＬＣＬ測定系の等価回路として仮定した場合の当該ＬＣＬの定義式に基づいて、前記変換されたＺパラメータから縦電圧変換損（ＬＣＬ）を算出して推定する。

これにより、平衡度の高い極めて高価な中点タップ付きバランやＬＣＬプローブを用いる必要なく、簡易な測定系で高精度に伝送線路の平衡度の推定および評価が可能になる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの構成要件が異なる形態にして組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

１０１ …被測定回路
１０２ …ベクトルネットワークアナライザ
１０３ …終端インピーダンス
１０４ …金属板
１０５ …演算装置
１０６ …コネクタ板
１０７ …伝送線路（平衡線路）
１０８ …同軸ケーブル（不平衡線路）
１０９ …通信ケーブル
１１０ …出力装置

Claims (5)

1. 金属板を介して接地され、未接続ポートを終端インピーダンスにより終端した被測定回路のＳパラメータを測定するベクトルネットワークアナライザと、
   前記ベクトルネットワークアナライザにより測定されたＳパラメータをＺパラメータに変換し、当該Ｚパラメータから縦電圧変換損（ＬＣＬ）を算出する演算装置と、
   を備えたことを特徴とする線路または装置の平衡度を推定する平衡度推定装置。
2. 前記演算装置は、前記ベクトルネットワークアナライザにより測定されたＳパラメータをＺパラメータに変換し、前記被測定回路をＬＣＬプローブで測定する場合の等価回路により得られるＬＣＬ（縦電圧変換損）の定義式に基づき、前記Ｚパラメータから縦電圧変換損を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の平衡度推定装置。
3. 前記被測定回路と前記ベクトルネットワークアナライザとは、前記被測定回路の接続ポートに接続された平衡伝送線路と、前記ベクトルネットワークアナライザの測定ポートに接続された不平衡伝送線路とを、コネクタ板を介して変換して接続する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の平衡度推定装置。
4. 金属板を介して接地され、未接続ポートを終端インピーダンスにより終端した被測定回路のＳパラメータをベクトルネットワークアナライザにより測定し、
   前記ベクトルネットワークアナライザにより測定されたＳパラメータをＺパラメータに変換し、当該Ｚパラメータから縦電圧変換損（ＬＣＬ）を算出する、
   ことを特徴とする平衡度推定方法。
5. 前記Ｚパラメータから縦電圧変換損（ＬＣＬ）を算出するには、前記被測定回路をＬＣＬプローブで測定する場合の等価回路により得られるＬＣＬ（縦電圧変換損）の定義式に基づいて、前記Ｚパラメータから縦電圧変換損を算出する、ことを特徴とする請求項４に記載の平衡度推定方法。