ミニ・パワーメータの周波数特性を再認識

2016-05-29      
 WPXコンテスト直前に惹起したミニ・パワーメータの不具合発見・・・実は不具合では無かったんですが、何れにしてもこのコンテストへの参戦はそっちのけになってしまいました。まぁ、自分の休暇を何に費やそうがよいわけですが、大きなDXコンテストに参戦しないのも何となく勿体ない気がしています

 さて、直前記事に記した問題は「ミニ・パワーメータの300KHz以下10MHz以上の測定値が実際より低いんじゃないか」というものです。これは、ショットキーダイオード+αで作った上で商用電源の「50Hz」を利用して校正したローレベルパワー計の測定結果では、新入りSGの出力電力が比較的フラットに測定できたため、ミニ・パワーメータに何やら不具合があるんじゃないかと疑ったものです。

 AD8307は周波数特性を持っています。これはデータシートに詳説してあります。



 そもそも、このことを「何となく高い周波数では低めの測定結果になる」といった曖昧な形では無くきちんと理解していれば、今回のように躓くことはなかったんです 上のグラフでは、10MHzと100MHzの測定出力電圧(VOUT)が「ほんの少し」に見えますが、これが数dBの違いになるんです、実に でも、こんな風に言い切ってしまうと、昨日からの各種データ取りが無駄になってしまいそうなんで、実際の作業順を追って備忘録にしてしまいましょう。

 まず、SGの出力電力を広範囲&細かく採り直してみました。



 ローレベルパワー計はこの程度の造作ですが、SMAコネクタに終端抵抗とショットキーダイオードを直付けした形にしてありますから、数百KHzからVHF帯程度まではそこそこ動くでしょう・・・というわけで、SGの出力電力を0dBmとして測定開始。



 実は前の晩にSGの電源を落とし忘れ、10時間以上通電してしまいました。そのためか、前日測定した際には1MHzの出力電力が-0.06dBm相当だったのが+0.06dBmとなっていました。でもまぁこの辺りは「0.1dBの差を云々すること」となり、この測定系では「求め過ぎ」と言えますから、とりあえず上記の測定データを信じることにしました。
 これを見ると、0.4MHzから400MHz辺りまでの測定値は0dBm±0.2dBの間に入っています。このSG自体のカタログスペックでは±1dBを保証していますが、流石に少し遠慮がちなスペック表現と言えそうです。
 もう一つ着目すべきは、200MHzを超えた辺りからの測定値が上昇していく部分です。これは、SG自体が本当に出力上昇しているのか、ローレベルパワー計の測定限界を超えたことによる誤差なのかは(この測定では)特定できません。が、少なくともよく使うであろうHF帯や50MHz,144MHz辺りまでは「信用」して良さそうです

 さて、問題のミニ・パワーメータはAD8307の測定範囲(データシート上DCから500MHzまで)で動くことを目指して作りましたが、先に示したカタログスペック上のグラフにある特性・・・即ち「高い周波数では低めの測定結果になるだろう」という漠然とした認識では不味く、誤差があるならあるなりに「どの程度」という部分を知っておく必要があります。しかし、今回のSG入手までは高い周波数での特性を見極める手段が無かったわけですから、今回入手してそこそこ出力レベルがマシそうなSGを頼りに、このパワーメータの素性を知れば良いということになる・・・ということで、データシートのグラフと同じものを作るべく周波数毎の「VOUT」を測定をしてみました。

 なお、この測定を含め、SGの出力を絞るのはSG内のアッテネータです。きっと、ここにも多少の誤差要因(周波数特性、温度特性など)があると思われますが、今回はこれは無視。


 ※-70dBmはほぼ測定限界であり、ここを使って正規化するとグラフの傾きが少々おかしくなるんでメータ表示だけにしています。

 なるほど、同じようなグラフができました。そして、個々のポイントでメータ表示を拾ってみると・・・そうなんです、dBm表示では結構な差異が見られます。測定する電力からの偏差の形で纏めると、以下のグラフのようになりました。


 -80dBmはミニ・パワーメータの測定範囲を超えていますが参考に付けています。

 10MHzは置いておくとして、100MHzは平均して-1.5dB、300MHzは-4.5dB、500MHzは-9dB程度表示が小さくなるわけです。では、よく使いそうな周波数帯はどうでしょう



 1MHzと10MHzは同じ程度に収まっています。ただ、1MHzでは-70dBmがかなり低い値(-2.2dB)になりましたが、この原因は分かりません。その他の周波数については高くなる程小さくなるのは明白ですが、50MHzでは0.7~0.8dBほど低く表示されることになります。この辺り、暗算で「目星」は付けられますが、ちょっと気持ち悪い感じがしますね

 ただ、これを上手く補正するには測定しようとしている信号の周波数も同時測定してやらなければならない・・・逆に言えば、電力と周波数が同時に測れるようにし、得意の「PIC制御」でそこそこ正確なパワー計の製作は可能と言うことになりますね おっと、また周辺機器の製作に脱線しそうな予感

 何れにせよミニ・パワーメータには周波数特性があって、ある程度これを補いながら使えば、そこそこ正確な測定ができることが判りました。まぁそもそも論として「±1,2dB程度の誤差は許容」としてしまえば良く、そうすればこんな余計なダンジョンには入り込まないで済んだんでしょうが、結構楽しい週末となりました

 あっ、WPXは残り12H余りとなってしまった・・・どうしよう
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