スペクトラムアナライザの内部アッテネータについて

質問

スペクトラムアナライザ（以下スペアナ）で信号を測定する際、耐電圧以上の入力がかかると破損する為に外部にアッテネータを入れ
信号を減衰させることがあると思います。
しかし、スペアナは内部にもアッテネータを持っているのですが、内部のアッテネータでは減衰出来ないのでしょうか？
（私の現在使っているスペアナは0～30dBの内部アッテネータを持っているということになっています。）
色々測定方法等を見ていますが、常にスペアナの入力側に外部アッテネータを接続して測定している図ばかりなので、非常に謎です。

さらに、スペクトラムアナライザによる高周波測定という本を読んでいた時に見つけたのですが
「内臓アッテネータの値を変更してもスペアナ内部の演算により測定値は変わらない」
という表記がありました。
（もしお持ちの方いましたら、参考までに54ページです）

これを見て、入力信号に対してのアッテネータではないのかと思いました。
そうすると、内部で発生した雑音や歪を抑圧する為なのかとも考えましたが、それなら常に最大で減衰した方が測定値が正しく出そうで
わざわざ任意で指定させる必要性が無いように思えます。

どうにも私では理解できませんでしたので、ご存知の方いらっしゃいましたらアドバイスをお願いします。

回答No.5

KEN_2 · ベストアンサー

ANo.2,4 です。
補足回答します。
>つまり、内部ATTの限界レベルを超えた入力の為、まず内部ATTの許容レベルまで落とし
その後信号を観測し、内部ATTを調整し、ミキサの性質による歪（非直線歪）が発生しているのかいないのかを確認し
>・・・・・
>おそらくこういう使い方が一例かと思いましたが、あっていますか？

＊その通りで完璧な考察です。

お礼

ご意見ありがとうございました。
やっと理解できました。

回答No.4

KEN_2

ANo.2 です。
内部ATTに付いて簡単に説明します。
最近の高性能なスペアナ（百万以上～２千万程度）は、自動でSPAN・RBWの設定値と入力信号レベルでATTを連動して最適値に設定してくれます。
入力信号が絶対に＋10dBm以上を印加しない、ATTを0dBに設定しないのであれば、内部ATTのみで普及価格のスペアナでも対応可能です。
先に紹介しましたタイプのスペアナは、0dB～65dBを5dBステップのプログラマブルATTで最適値のATT値を選択して設定してくれますので、通常は外部ATTの接続は不要です。
＋30dBm（ATT：≧15dB）1Wまでの最大安全入力レベルを確保していますので、このタイプであれば不要です。

普及価格のスペアナでは、10dBステップの手動でATTを0dBに簡単に切り替えられます。
このタイプのスペアナを使っている方は、入力のミキサや10dBのATTを焼損させて高い修理代を経験されたか、初期型の最大安全入力レベルが0dBm～＋10dBm程度で焼損を経験されている方たちです。
私もトランシーバで送・受信が同一のコネクタ出力で、受信特性を測定中に手違いで送信してしまい一瞬で入力ミキサを焼損させました。
（昔3千万や5千万のスペアナの入力ミキサを焼損させた経験があります。汗;）

＊測定限界を少しでも高く測定したい目的で、3dBか6dBの外部ATT接続で内部ATTが10dBステップの隙間を補う目的と、過大入力の保護を兼ねています。

>（私の現在使っているスペアナは0～30dBの内部アッテネータを持っている・・・）
普及価格帯のスペアナで測定限界が低いタイプで、0～30dBの内部ATTでは適正な値まで減衰出来ない場合に外部ATTを併用します。

>・・・・
>ということは、内臓アッテネータはインピーダンスの整合は出来ないが、入力信号の減衰は出来る
>外部アッテネータはインピーダンスの整合と同時に入力信号の減衰が可能
という意味でしょうか？
そうではありません。
内臓ATTでもインピーダンスの整合も入力信号の減衰も可能です。
但し、最大安全入力レベルに＋10dBm程度で過大信号が印加される可能性がある場合には外部ATTが必要です。

>>通常スペアナの入力側のATT(アッテネータ)は、最低10dBを設定して＋10dBm程度が最大安全入力レベルで、ATTを0dBに設定して信号測定を実施すると入力ミキサで波形歪みを発生させ「利得圧縮」で2次・3次歪みの測定誤差を生じるか最悪劣化・破壊させます。

>これは、スペアナの入力限界レベルを超えた場合に起こる現象の説明でいいでしょうか？
周波数帯で異なり、先に紹介しましたスペアナでは、1dB利得圧縮（入力ミキサの合計パワー）は、
≧50MHz　　　　0dB
≧6.7GHz　　　-3dB
≧13.2GHz　　 -5dB
となっており、普及価格帯のスペアナでは-3dB～-6dB程度のレベルで利得圧縮が発生します。
＊ご利用のスペアナの仕様を確認してみてください。

＃スペアナの応用測定には、色々な高周波の測定理論や経験が必要です。
　下記の資料は測定の基本解説がありますので、熟読をお勧めします。
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5968-3659JAJP.pdf
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5965-7009J.pdf
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5952-0292JAJP.pdf

補足

遅くなりまして申し訳ありません。

外部ATTを入れる理由について分かりました。
測定器の内部ATTの入力許容限界レベルが0dBmだった為でした。
（測定対象無線設備は10W＝40dbmです）
すいません、私が勘違いしていました。

つまり、内部ATTの限界レベルを超えた入力の為、まず内部ATTの許容レベルまで落とし
その後信号を観測し、内部ATTを調整し、ミキサの性質による歪（非直線歪）が発生しているのかいないのかを確認し
（現在測定している信号の値から内部ATTの減算分を考えて、通常通り下がれば非直線歪無しか、影響は無視出来る程度で、異常な下がり方、例えば-10dBしたのに-3dB程度しか下がらない場合等は歪が発生しているものと考えて内部ATTでミキサへの入力レベルを調整する）
測定するという考え方でしょうか。

おそらくこういう使い方が一例かと思いましたが、あっていますか？

回答No.3

tomiso313

普通は外部ATTは使用しません（私＝無線機の開発に従事）
無線送信機や高周波電力器機の場合はスペアナの許容入力以上の電力ですが一般的な装置はスペアナで直接扱えます
直接扱えない大電力器機の測定には電力分配器や結合器などを用意することが多いのではないでしょうか
ATTは確かに一番確実ですが正確なもので大電力の物はかなり特殊です

質問者がご覧になったものは測定原理、注意点などの説明に便利なように外部ATTを敢えて配置したのでしょう

内部ATTあるいはミキサで許容出来ない電力を入力する時焼損を防ぐ為に仕方なく外部ATTを入れます
外部ATTを入れた場合そのATTの不正確さがそのまま測定値に反映されます
まれに焼損はしないけれどスペアナ内部で発生する歪が許容値以下になるまで内部ATTでは減衰させられない場合にはやはり仕方なく外部ATTを使う事はあるでしょう
標準的な使い方は内部ATTを適正な値で使います

適正なATTの減衰量とは
(1)入力され測定される信号がスペアナのノイズに埋もれないよう
(2)またスペアナの非直線歪によってスペアナ自身で発生する不要歪成分が許容値以下になる様にです
　　許容値は個々の事例で異なります

(1)はATT減衰量が小さいほど有利です
　　内部であれ外部であれATT減衰量が大きくなればそれだけ測定される信号のSNは悪化します
　　スペアナの内部雑音は必ず存在するのでATTによりSNが悪化しないはずがありません

(2)はATT減衰量が大きいほど有利
　　特に高調波歪には注意が必要です
　　無線機の高調波スプリアスの測定ではスペアナ外部で基本波をHPFやノッチフィルタで減衰させてス　　ペアナ内部での歪発生を抑えます
　　そうしないと-80dB以上の基本波対高調波の測定は難しくなります

スペアナの測定レベルは内部ATTの減衰分は計算に入れてのスペアナの入力部でのレベルです
ATTの値はスペアナは知っていますので容易に計算出来ます
当然外部ATTのことはスペアナは知りませんのでその分は人間が足し算します

ATTの値（ミキサ入力レベル）が適正かを確かめるのにはATT値を１０ｄBづつ増減し測定結果に大きな変化が無いかを見ます
大きく変化する場合ミキサレベルが大きすぎますのでATT値を増やします

習慣的にこれをやっていれば大きな測定ミスを防げます

内部ATT＝０ｄBの時はスペアナの感度は最高になりますがスペアナの入力インピーダンスが５０Ωからずれてしまい周波数特性が乱れます。
またミキサの非直線の影響も被測定系に与えます
したがってATT＝０ｄBは上記のことを念頭に置いて使用しなければなりません

回答No.2

KEN_2

入力レンジで最大安全入力レベルを超えて、入力ミキサを破壊させない為に外部ATTを接続して測定するからです。
また高周波ですので、入力保護の目的以外にインピーダンス整合を取る為に、6dBから20dB程度の1Wから10Wの外部ATTを接続して測定するのが定石です。

通常スペアナの入力側のATT(アッテネータ)は、最低10dBを設定して＋10dBm程度が最大安全入力レベルで、ATTを0dBに設定して信号測定を実施すると入力ミキサで波形歪みを発生させ「利得圧縮」で2次・3次歪みの測定誤差を生じるか最悪劣化・破壊させます。

>スペアナの入力側に外部アッテネータを接続して測定している図ばかりなので、非常に謎です。
上記理由に依る高周波の測定技術の定石と考えてください。
スペアナの故障の大半は、過大入力による入力ミキサ破壊か、入力ATTの焼損が多く修理費の部品代も高額なものになります。

アジレントテクノロジー　P2の「最大安全入力レベル」を参照ください。
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5968-3662J.pdf

補足

いつも回答ありがとうございます。
疑問点について、補足させて頂きます。

>高周波ですので、入力保護の目的以外にインピーダンス整合を取る為に、6dBから20dB程度の1Wから10Wの外部ATTを接続して測定するのが定石です。

ということは、内臓アッテネータはインピーダンスの整合は出来ないが、入力信号の減衰は出来る
外部アッテネータはインピーダンスの整合と同時に入力信号の減衰が可能
という意味でしょうか？
だとすれば、確かに内臓アッテネータの設定を0にし、外部アッテネータを接続して入力信号を減衰させる理由にはなると思いますが・・・・
私の検査しようとしている設備のインピーダンスは50Ωであり、測定器も同様に50Ωで、接続用のケーブル及びコネクタも50Ωのものを使用しています。
特にインピーダンスの整合を考える必要はないかと思うので、内臓アッテネータで減衰可能であれば外部に接続する必要性が感じられませんが・・・
短くても、ケーブルを接続する時点で若干インピーダンスがずれるので、それを補正する為に入れるということなのでしょうか？

>通常スペアナの入力側のATT(アッテネータ)は、最低10dBを設定して＋10dBm程度が最大安全入力レベルで、ATTを0dBに設定して信号測定を実施すると入力ミキサで波形歪みを発生させ「利得圧縮」で2次・3次歪みの測定誤差を生じるか最悪劣化・破壊させます。

これは、スペアナの入力限界レベルを超えた場合に起こる現象の説明でいいでしょうか？

回答No.1

BOMBARDMENT

スペアナに限らず、すべての計測機器は「物理量をより精確に求める」ことを目的として作られております。ですから、スペアナのレスポンスの値は、入力値がアッテネートされた値であることをちゃんと考慮しております。

なお、アッテネータは通常は受動回路で構成されておりますので、信号と雑音の両方を同じ減衰量で減衰させてしまいますから、理論上はSN比の変化はないものと思われます。

外部にアッテネータをかませて入力させるのは、スペアナのレンジを超える（内蔵アッテネータでは減衰しきれない）過大な入力を抑制するためではないかと思われます。

補足

回答ありがとうございます。
不明点について、補足させて頂きます。

>入力値がアッテネートされた値であることをちゃんと考慮しております
これは、内臓アッテネータの話でしょうか？外部アッテネータの話でしょうか？

>外部にアッテネータをかませて入力させるのは、スペアナのレンジを超える（内蔵アッテネータでは減衰しきれない）過大な入力を抑制するためではないかと思われます。

これは理解できます。
しかし、問題なのは、内臓アッテネータでダメな理由です。
アッテネータが内臓されており、それで例えば-30dB減衰出来るのであれば、外部にアッテネータを付ける必要性が感じられません。
しかし、現実の測定では、内臓のアッテネータを使用せず、外部にアッテネータを接続して減衰させる方法を取るのが主流のようです。
その根拠となるものが何なのか知りたかったのです。