ステップアッテネータとは
ステップアッテネータとは、信号をひずませることなく所定の量だけ減衰することができる回路や機器のことです。
減衰量の異なる複数種類のアッテネータを組み合わせた装置であり、ダイヤルを切り替えることで減衰量の調節が可能です。スペクトラムアナライザなどの計測器において、入力段の保護を目的として使用されます。
ステップアッテネータの使用用途
ステップアッテネータの代表的な用途は、信号レベルの調整機能とインピーダンスの整合機能です。
1. レベル調整用減衰器
入力信号に対して、後段の回路や機器へ接続する場合にその信号レベルが大きすぎる場合に、適切なレベルに調節して後段に送り出すための信号レベル調節機能として使われます。
2. インピーダンスマッチング用減衰器
入力信号に対して後段の回路につなげる場合に送り出し、側と受け側のインピーダンスが整合していない場合、ノイズが発生したり信号の反射が起こったりして期待する動作に不都合が生じることがあります。
このような不都合を防ぐために、インピーダンス整合機能として使われます。
ステップアッテネータの原理
ステップアッテネータは、複数のアッテネータがスイッチを介して直列に接続された構造になっており、スイッチを切り替えることで減衰量が調節できるようになっています。各アッテネータの使用を切り替えることで、一定の減衰ステップの実現が可能です。
例えば、7種類のアッテネータを使用した場合は128通りのアッテネータ使用の組み合わせが考えられます。7ビット分の信号制御を実行することで、減衰量を調節します。
ステップアッテネータの構造
ステップアッテネータは、抵抗器を直列・並列に組み合わせたシンプルな構造です。抵抗を組み合わせることによりT字とπ字で抵抗器を組み合わせた回路があり、それぞれT型回路・π型回路と呼ばれます。抵抗の分圧比によって減衰量が定まります。
ステップアッテネータはさらに所定の減衰量を得るために、T型回路やπ形回路をそれぞれ複数段もしくは従属接続しています。ダイヤルで抵抗値を切り替え、減衰量の調節が可能です。
ステップアッテネータのその他情報
1. テレビ受信機での使用例
単純に信号を減衰させる目的であれば適当な抵抗を入れることで目的を果たせますが、例えばテレビ受信機において、テレビ放送などの受信性能を測定しようとした場合を考えます。入力される受信電波の強度をステップアッテネータによって、段階的に減衰させることにより受信条件を悪くした場合に、どの程度の入力信号の減衰に対して問題なく受信できるかの評価を行い、その減衰量が設計目標値をクリアできているかの評価が可能です。
この場合、地上デジタル放送では470～710MHz範囲で放送信号が送出され、テレビにこの周波数が入力されます。したがって、いずれの周波数においてもフラットに信号の減衰を行う必要があるため抵抗ではこの様な試験はできず、ステップアッテネータが必要となります。このように高周波回路におけるアッテネータは、インピーダンスを保持しながら減衰させなければなりません。
2. 計測主体としての使用例
ステップアッテネータは、計測主体としても使用可能です。以下は増幅器の利得計測でステップアッテネータが使用される例です。
増幅器の入力に電圧計を接続する一方で、増幅器の出力側にはステップアッテネータを通して電圧計を接続し、各電圧を測呈します。次に、電圧計の指示値が入力電圧と同じ指示値になるようにステップアッテネータを調節します。
入力と出力で電圧計の指示値が一致したタイミングは、ステップアッテネータの減衰量と増幅器の増幅度が等しい値です。そのため、ステップアッテネータの設定値から増幅器の増幅度を測定することができます。
参考文献
https://www.stack-elec.co.jp/?p=265
https://www.stack-elec.co.jp/?p=26
https://as76.net/ant/att.php