選定の要点
最初に信号の役割を固定します。1入力から既知の相対振幅・位相を持つ複数出力を得る場合はパワーディバイダ、振幅と位相を管理できる複数の信号源を合成する場合はコンバイナ、主線を維持しながら進行波または反射波の一部を取り出す場合は方向性結合器を選びます。その後、同一の基準面と終端条件で、全帯域の総損失と付加損失、振幅・位相バランス、アイソレーションまたは方向性、各ポートの整合、平均・ピーク電力、負荷ミスマッチ時の挙動を比較します。未使用ポートの終端、ポート方向、測定条件、電力定義が不明な候補は採用しません。
システム機能から部品群を絞り込む
| 必要な機能 | 第一候補 | 必要な確認項目 | 不採用条件 |
|---|---|---|---|
| 1入力を等価な複数出力へ分配 | 0度ディバイダ、Wilkinson回路 | 分配数、理論分配損失、付加損失、振幅位相バランス、出力間アイソレーション | 帯域端または温度範囲のデータがない |
| コヒーレント信号を合成 | 可逆ディバイダ/コンバイナ、ハイブリッド、専用合成回路 | 入力振幅位相誤差、入力間結合、各ポートと合成後の電力 | 一方の信号源へ危険な逆電力が加わる |
| 進行波・反射波を監視 | 方向性または双方向結合器 | 結合度、結合平坦度、方向性、主線損失、取り付け方向 | 反対方向の漏れを十分に分離できない |
| 直交・差動信号を生成 | 90度または180度ハイブリッド | 振幅位相バランス、アイソレーション、帯域、終端 | 残留誤差が校正可能範囲を超える |
| 低周波までの極広帯域 | 損失を許容できる場合の抵抗型ディバイダ | 総損失、アイソレーション、発熱、雑音への影響 | 損失またはクロストークがリンク余裕を消費する |
ポート状態と測定基準面を明記する
損失、整合、アイソレーションの値には、励振ポート、観測ポート、その他のポートの終端状態が必要です。3ポート・4ポート回路では、未使用ポートの開放や不適切な終端が結果を変えます。システムインピーダンス、コネクタ基準面、ケーブル・アダプタを含むか、治具をデエンベッドするか、想定するソース/負荷VSWRを記録します。
分配では共通入力と各出力、合成では可逆性と信号源が許容できる残留結合、結合器では入力・出力・結合・アイソレーション各ポートと進行方向を確認します。
理論分配損失と付加損失を分ける
N等分の理想ディバイダでは、各出力に10 log10(N) dBの分配損失が必ず生じます。これに導体、誘電体、変換構造、ミスマッチによる付加損失が加わります。仕様書が総経路損失を示すのか、理論値を除いた付加損失だけを示すのかを確認します。
| 分配数 | 理想出力割合 | 理想分配損失 |
|---|---|---|
| 2 | 50% | 3.01 dB |
| 3 | 33.3% | 4.77 dB |
| 4 | 25% | 6.02 dB |
| 8 | 12.5% | 9.03 dB |
2分配の計算例
共通入力から出力1までが3.45 dB、出力2までが3.62 dBの場合、3.01 dBを差し引いた付加損失は0.44 dBと0.61 dB、振幅差は0.17 dBです。入力+30 dBmでは、ミスマッチ補正前の出力は約+26.55 dBmと+26.38 dBmです。位相差、アイソレーション、リターンロス、耐電力は別に検証します。
バランス、アイソレーション、方向性の役割
振幅・位相バランスは並列経路の整合性を決めます。誤差はアレイのビーム誤差、キャンセル不足、校正余裕の低下、不均等な電力配分になります。中心周波数ではなく、周波数と温度に対する最悪値を使います。
ディバイダのアイソレーションは出力枝間の不要結合を示します。不足すると一方の負荷反射が他方に影響します。合成時は信号源同士が結合し、振幅位相誤差がアイソレーション抵抗や終端の熱損失になります。
結合器の方向性は、結合ポートで二つの伝搬方向を分離する能力です。dBを正の大きさで扱う場合、方向性 = アイソレーション - 結合度 - 主線挿入損失が一般的ですが、ポート定義と符号規約を優先します。
耐電力は全ポートの状態で決まる
合成後の総出力だけではコンバイナを定格化できません。各入力の平均・ピーク電力、振幅位相誤差、デューティ比やクレストファクタ、温度、負荷VSWR、単一経路故障を定義します。信号源の位相がずれると有効出力が減り、内部回路や終端の損失が増えます。
結合器では主線、結合ポート、アイソレーション終端の電力を別々に評価します。パルスでは幅、繰返し周波数、ピーク包絡線電力、変調波では平均電力とクレストファクタを示します。
検証手順
- 合意した基準面まで校正し、ケーブル、アダプタ、デエンベッドを記録する。
- 未使用ポートを帯域・電力に適合する負荷で終端する。
- 必要方向のリターンロス、伝送、アイソレーションを測定する。
- 同じ掃引から振幅・位相バランスを計算する。
- 結合器の結合平坦度と方向性をポート方向付きで検証する。
- 代表電力で再測定し、温度上昇とドリフトを確認する。
- 必要なVSWR、位相、時間でミスマッチ試験を行う。
- 型式評価と量産受入試験を分け、相関を保存する。
よくある失敗
- 総損失と付加損失を直接比較する。
- 等出力が必要なのに方向性結合器を使う。
- 信号源の振幅位相誤差や故障状態を定義せず合成する。
- 未使用ポートを終端しない。
- ポート整合を指定せずアイソレーションだけを要求する。
- 広帯域なのに中心周波数だけでバランスを判定する。
- CW整合負荷定格をパルスやミスマッチにそのまま適用する。
- 入力不均衡時のアイソレーション経路の発熱を無視する。
RFQ・受入仕様の最小項目
- 機能とポート数
- 動作帯域、ガード帯域、温度範囲
- インピーダンス、コネクタ、基準面
- 分配比または結合度と平坦度
- 総損失と付加損失の区別
- 振幅・位相バランス
- アイソレーション、方向性、リターンロス
- 各ポートの平均・ピーク・パルス電力
- VSWR、位相、故障時間、生存条件
- 外形、実装、冷却、環境
- 型式試験、個体受入限界、データ形式
