スペクトラム・アナライザの測定限界とダイナミック・レンジ

自体の2次歪みが小さいほど正しく測れる範囲が広い

最大から最小まで，正確に捉えることができる信号のレベル範囲

ダイナミック・レンジとは何か？

ダイナミック・レンジとは，測定器が最大から最小の信号レベルまで正確に捉えられる範囲を示します．特に高周波回路において，信号とノイズの比率が性能評価の鍵になります．

スペクトラム・アナライザはこの範囲が非常に広く，数千倍以上の比率を測定できます．無線通信回路では信号対ノイズ比が$1000$倍以上になることがあり，オシロスコープでは対応が難しいですが，スペクトラム・アナライザであれば正確に捉えることができます．

一方，ネットワーク・アナライザはフィルタやアンプの特性評価に使われ，数万倍の信号対ノイズ比にも対応可能です．これにより，周波数特性を高精度に測定でき，トラブルシューティングや回路設計の重要なツールです．

2次ひずみと測定の限界

測定器のダイナミック・レンジは，信号の最大レベルと2次高調波成分がノイズ・レベルと一致するまでの範囲で決まります．

具体的には，2信号間の2次ひずみが問題になります．このひずみは測定対象（DUT:Device Under Test）の電子回路だけでなく，測定器自体の回路でも発生します．そのため，測定器の性能が回路の性能評価に直接影響します．例えば，2信号の周波数が近い場合，3次ひずみが近傍に現れ，フィルタでの除去が困難になります．

スペクトラム・アナライザのRBW（Resolution Bandwidth）がノイずれベルに与える影響も無視できません．RBWを1/10に設定するとノイずれベルが10dB低下するため，正確な測定には適切なRBW設定が必要です．

さらに，VBW（Video Bandwidth）を調整することで，ノイズの変動を抑え，安定した測定結果を得られます．

測定器の正しい使い方が重要

測定器を正しく使用しないと，ノイズ誤判定や周波数設定ミスにより誤った評価をします．特に無線通信回路では，プローブによる影響で測定結果が簡単に変わります．

測定器もDUTと同じく電子回路で構成されているため，理想的な測定を実現するには測定器の限界を考慮した設計が求められます．適切に測定器を活用することで，無線通信回路の信頼性や性能を向上させ，トラブルシューティングを迅速に行えるようになります．〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• メーカで高速ディジタル回路と高周波回路の開発設計に30年以上従事．高速回路設計，EMC対策回路設計のコンサルタント

著書

1. ［VOD/KIT］Tinyスペアナ×Tinyネットアナで作る6GHz My実験ベンチ，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］小型＆高出力！高効率電源設計のためのSiC/GaNトランジスタ活用 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．

参考文献

1. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］高精度アナログ計測回路＆基板設計ノウハウ，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ，ZEPエンジニアリング株式会社．
7. [技術連載]，ZEPエンジニアリング株式会社．
8. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室 [Vol.8 初めての28GHzミリ波伝搬実験]，ZEPエンジニアリング株式会社．