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Tinyスペアナ&ネットアナ入門 入力プロテクタ「DCブロック」


壊す理由No1 一瞬の直流入力が命取り

手痛い修理代と時間

図1　スペアナやネットアナなど，繊細なRF測定器を使って高周波回路を評価するときは，直流成分や大電力による入力回路の破損リスクを低減する「DCブロック」が有効．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［提供・著］川口 正．
詳細：［VOD/KIT］Tinyスペアナ×Tinyネットアナで作る6GHz My実験ベンチ

精密で高価な測定器「ネットワーク・アナライザ」や「スペクトラム・アナライザ」の入力段には，直流成分（DC）や過剰な大電力が加わらないようにする細心の注意が必要です．このリスクを回避するアイテムが「DCブロック」です．

DCブロックは，高周波測定器を安全に使用する上で欠かせないツールです．高出力アンプや高周波回路の測定では，直流成分や大電力による破損リスクを軽減するため，必ず適切なDCブロックを使用してください．また，日々の測定作業では信号の確認と管理を徹底することで，高価な測定器を長く安全に使用することが可能です．

直流入力は危険

測定器に直流成分が入力されると，特にRFアンプなどを介した場合，次のようなリスクがあります．

  1. 測定器の破損
    高価な測定器の内部回路は，高周波信号を処理する設計になっていますが，直流成分や過剰な電力には耐えられないことがあります．ネットワーク・アナライザは，直流入力や過剰な大電力によって容易に破損する可能性が高いです．
  2. 修理コストとダウンタイム
    測定器の修理には高額な費用がかかり，さらに修理期間中は測定作業が停滞するため，時間的なロスも大きいです．
  3. 高出力RFアンプの危険性
    高出力RFアンプ（10W以上）の特性を測定する場合，そのまま接続すると測定器の入力段が過負荷状態に陥る可能性があります．特に出力に直流成分が含まれる場合は要注意です．

DCブロックのしくみと選び方

DCブロックは，測定器に直流成分が流れ込むのを防ぐためのコンポーネントです．次の特性をもつDCブロックを選ぶことで，測定精度を保ちながら機器を保護できます．

  1. 直流成分を完全に遮断
    DCブロックは，直流成分を完全に遮断しつつ，数GHz以上の高周波信号を通過させる設計になっています．これにより，信号のひずみを最小限に抑えます．
  2. 挿入損失が低い
    数GHzの帯域で使用する場合でも，挿入損失が小さく，信号品質に悪影響を与えないDCブロックを選ぶことが重要です．
  3. 耐電力特性が高い
    高出力RFアンプを扱う場合，十分な耐電力をもつモデルを使用する必要があります．

測定器の保護のための具体的な注意点

測定器を安全に使用するために，次の注意点を守りましょう．

  1. 入力信号の確認
    測定前に，必ず信号源の出力成分を確認します．特にRFアンプや発振器の出力に直流成分が含まれていないか，過大な電力が出力されていないかをチェックします．
  2. DCブロックの活用
    入力信号にDCブロックを必ず挿入します．これはスペアナやネットアナに限らず，ほかの高周波測定器にも共通する基本的な対策です．
  3. 信号のレベル管理
    高出力信号を扱う場合，適切なアッテネータを併用して測定器が対応できる範囲内に信号レベルを調整します．

DCブロックの重要性

DCブロックは，測定器の破損を防ぐための重要なデバイスです．その役割や重要性を改めて解説します．

  1. 測定器の入力保護 高周波測定器は直流成分に弱いため，DCブロックを使用することで，直流による故障を防止します．
  2. 測定精度の維持
    信号に含まれる不要な直流成分を除去することで，純粋な高周波信号だけを測定でき，結果的に測定精度が向上します．
  3. 高周波特性の安定性
    DCブロックは，数GHz帯域でも特性が劣化しないように設計されています．これにより，挿入しても信号特性を維持できます．

〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

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. 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．