同軸ターミネータ: 整合負荷が RF ポートとテスト精度をどのように保護するか

同軸終端抵抗は、ほとんどの場合 50 オームの整合抵抗負荷で、伝送線路の終端に到着する RF エネルギーを吸収し、ソースに向かって反射するのではなく熱に変換します。スプリッタ、カプラ、スイッチ、またはテスト ラックのポートを使用しない場合、取り付ける正しい部品はダスト キャップやショート プラグではなく、ターミネータです。以下のセクションでは、これらの部品がどのように機能するか、実際に部品が存続するかどうかを決定するデータシート番号、およびインストールで通常どこで問題が発生するかについて説明します。

同軸ターミネーターの実際の動作

まず定義: 同軸終端器は、接続されている回線と同じ特性インピーダンスを示すため、回線はその点を超えて永遠に続いているかのように動作します。

ターミネータは、それが生成する反射によって定義されます。反射係数は、(ZL マイナス Z0) を (ZL プラス Z0) で割ったものとして計算されます。ここで、ZL は負荷インピーダンス、Z0 はライン インピーダンスです。 50 オームの負荷を 50 オームのラインに加えると、分子はゼロになるため、ほとんど何も反射しません。わずかな残留物は、抵抗器の許容差、コネクタのインターフェース、およびハウジング内の遷移に起因します。物理的には、この部品は、厚膜抵抗器または棒抵抗器、誘電体サポート、およびそれが機能するケーブルまたはポートと同じインターフェースを保持する金属シェルです。一部のユニットは DC 結合されていますが、他のユニットにはブロッキング コンデンサが含まれています。これは、ラインがアンプやアクティブ アンテナの DC バイアスも運ぶ場合に重要です。

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ほとんどの研究室用ターミネータは 50 オームですが、ビデオ、放送、CATV 回線用に 75 オームのバージョンも存在します。ターミネータ、終端ロード、整合ロード、およびダミー ロードはすべて同じ機能を表します。ダミー負荷は、より高い電力損失を考慮したサイズのターミネータにすぎません。

オープン RF ポートを修正する価値がある理由

RF ポートを開いたままにしておくと、ほぼすべての入射電力が反射され、その反射波がリップル、共振ピーク、測定誤差の原因となります。

オープン コネクタは、反射係数がプラス 1 に近く、ほぼ完全に不一致であるため、エネルギーは単にラインに跳ね返ります。一部の周波数では、開回路で終端されたラインのセクションがショートのように見える状態に変化します。これが、帯域全体で均一ではなく、特定の周波数で症状が現れる理由です。受信機チェーンでは、これはゲイン応答のリップルまたは不安定なノイズ フロアとして現れます。結合ネットワークでは、チャネル間の分離が低下します。送信機の出力では、反射された電力は最終段に戻ります。最新のアンプは保護のために出力を折り返すことがよくありますが、測定条件はもはやデータシートで想定されているものではありません。

2 行目に注意してください。ダスト キャップは終端ではなく保護ですが、混雑したベンチではこの 2 つがよく混同されます。

ターミネータ、保護キャップ、アッテネータ、ショートプラグ

これら 4 つのアクセサリは部品箱内では似ていますが、まったく異なる役割を果たすため、注文する前に分けて検討する価値があります。

• ターミネータ: 整合インピーダンスで電力を吸収します。電力が供給されている RF ハードウェア上の未使用のポートに対してこれを選択します。
• 保護キャップ: インターフェースを覆い、埃や湿気を防ぎます。成形プラスチックまたは機械加工された金属である可能性がありますが、抵抗器がなければ何も終端されません。
• 減衰器: 信号レベルを定義されたデシベル数だけ低減する 2 ポートのデバイス。両端で整合されており、減少した信号を熱として吸収するのではなく、そのまま通過させます。
• プラグまたはオープンキャップの短絡: 意図的な完全な不一致。校正基準として、または DC 基準点を定義するために使用されます。 RF 電力を吸収するためには決して使用しないでください。

間違ったものを選択すると、通常、後で説明のつかないリップル、コネクタ本体の熱、またはテスト中に送信機の保護回路が作動するなどの現象が発生します。

動作するかどうかを決める仕様

インピーダンス、定格周波数範囲、VSWR、電力定格の 4 つの数値が結果を決定します。平均電力とピーク電力は別個の数値として扱われます。

VSWR は、反射電力に変換すると判断が容易になります。これが測定の信頼性にとって実際に重要です。

電力定格は通常、周囲摂氏 25 度での値であり、温度が上昇するにつれて定格を下げる必要があります。オープンベンチでは快適な負荷でも、エンクロージャ内でボルトで固定するとはるかに高温になる可能性があるため、数ワットを超えるものについては、ハウジングがヒートシンクまたはパネルに取り付けられるように設計されているかどうかを確認してください。

適合するインターフェース: SMA、BNC、N、TNC、および 7/16 DIN

電気的性能を比較する前にインターフェースを一致させてください。技術的に優れたターミネータであっても、嵌合しない場合は価値がありません。

• SMA: ネジ付きカップリング ナットを使用して約 18 GHz まで定格され、計測器およびテスト ボードのデフォルトの実験室用ターミネータです。
• BNC: バヨネット カップリング、約 4 GHz まで使用可能。ビデオ、放送、従来の機器では依然として一般的です。
• N: 11 GHz または 18 GHz まで使用可能、大型で機械的に堅牢で、屋外や高出力のテスト設定によく選ばれます。
• TNC および 7/16 DIN: ネジ付き、耐候性。 7/16 DIN は、携帯電話および放送周波数での大電力を処理します。
• 2.92 mm、2.4 mm、および 1.85 mm: ミリ波作業用の高精度インターフェースであり、制限内で相互に機械的に互換性があります。
• RP-SMA および RP-TNC: 民生用ワイヤレス ハードウェアで使用される逆極性インターフェイス。標準の SMA ターミネーターは嵌合せず、無理に接続すると両方の部品が損傷します。

終端する必要があるポートが、すでに所有しているターミネータとは異なるインターフェイスを使用している場合は、接続を強制したりポートを開いたままにするのではなく、アダプタを使用して 2 つをブリッジします。

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同軸ターミネーターが利益を得る場所

ターミネータは、RF ラインが何も駆動せずに終わっている場合に使用され、ターミネータを取り付けるコストは、ほとんどの場合、防止する測定誤差のコストよりも低くなります。

• 電力分割器、方向性結合器、サーキュレータ、および同軸スイッチ上の未使用のポート。終端により絶縁とポートの一致が安定に保たれます。
• 送信機のテストおよびバーンインベンチでは、給電線の終端での高電力負荷によりアンプに安定した 50 オームが与えられます。
• レシーバーと低ノイズアンプのテスト。ゲインを平坦に保ち、ノイズフロアを予測可能に保つために、予備のチャネルと結合されたモニタリングポートが終端されます。
• 校正および検証のセットアップ。終端された標準が基準として機能します。どのインターフェイスがベンチに属するかをまだ決定していない場合は、 RF 同軸コネクタの種類、仕様、選択のヒントを網羅したガイド 同じ決定のコネクタ側についても説明します。
• ケーブルとアンテナのテスト。挿入損失と反射損失のチェック中に配線の遠端が終端されます。

設置および取り扱いのリスク

現場でのターミネータの故障のほとんどは、電気的ではなく機械的または熱的なものであり、通常はベンチで防止できます。

• トルク: SMA カップリングは通常、約 0.8 ～ 1.1 ニュートン メートル、およそ 7 ～ 10 インチポンドで締め付けられます。締めすぎると誘電体が歪み、インピーダンスが変化します。
• 嵌合サイクル: 接続を繰り返すとメッキが摩耗し、接触抵抗が変化するため、校正作業用に専用のターミネータを 1 つ用意してください。
• ホットスワップ: アーク放電により中心接点に穴が開き、VSWR が永続的に変化するため、RF 電力が印加されている間はターミネータを決して切断しないでください。
• 熱: 数ワットの負荷を消費すると、熱が発生します。空気の流れを確保し、可能な場合はパネルに取り付け、密閉された空間では定格を下げます。
• DC 導通: バイアス電流も流れるラインに負荷を接続する前に、負荷が DC 結合されているか DC ブロックされているかを確認してください。
• 保管: パーツを使用しないときは、保護キャップを取り付けて、インターフェースに埃や湿気が入らないようにします。

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ここではブランドの好みよりも規律を扱うことが重要です。適切に作られた負荷が、過剰なトルクがかけられ、ホットスワップされ、カバーなしで保管されていると、適切に扱われる質素な負荷よりもずっと前に仕様から外れてしまいます。

よくある質問

同軸終端抵抗はダミーロードと同じですか?

電気的にはそうです。どちらも整合インピーダンスで RF 電力を吸収します。名前は電力レベルとパッケージを反映する傾向があり、ターミネータは通常コネクタ上の 0.5 W ～ 5 W の小さな負荷を指し、ダミー負荷は数十ワットまたは数百ワット定格の大型のヒートシンク付きユニットを指します。

ターミネーターの代わりに保護キャップを使用できますか?

いいえ。保護キャップがインターフェースを覆い、ほこりや湿気を防ぎます。整合抵抗が含まれていないため、ポートは事実上開いたままとなり、入射信号を反射します。

ビデオ機器には 75 オームのターミネータが必要ですか?

はい、システム インピーダンスが 75 オームの場合は可能です。 50 オームの負荷を 75 オームのラインに適合させると、約 1.5:1 の VSWR が生成されます。これは、ビデオおよび放送の測定で目に見えるレベルの誤差です。

SMA ターミネーターはどのくらいの電力を処理できますか?

小型の SMA 負荷の定格は通常 0.5 W ～ 2 W で、より大きなボディ スタイルは 5 W 以上まで拡張されます。定格が示されている周囲温度を常に確認し、そこから定格を下げてください。

50 オームのターミネータはすべて交換可能ですか?

周波数範囲、VSWR、および電力定格がアプリケーションに適合する場合のみ。同一のコネクタを備えた 2 つの部品では、使用可能な帯域幅が 10 倍も異なる場合があります。

注文前の実際的なチェックリストは短いものです。システムのインピーダンスを確認し、インターフェイスとその極性を確認し、定格帯域幅が最高動作周波数をカバーしていることを確認し、エンクロージャ内の実際の周囲温度に対して定格電力を決定します。電力が供給されるすべての未使用の RF ポートを終端すると、チェーン内の他の場所で行う測定値がよりフラットになり、より静かになり、防御が容易になります。