信号減衰とは何ですか?

「減衰」という言葉を完全に理解しないまま使っている人が多いようです。 この用語は、医療、オーディオ、さらにはビール醸造に関連する減衰の用語など、いくつかの分野で使用されています。 一般的に減衰とは、減衰しているものを「少なくする」ことを意味します。 例えば、サングラスは目に入る太陽光を減衰させます。 電気信号を減衰させるということは、不要な部分を減らして必要な信号を改善・強化することを意味します。 しかし、信号の減衰は、信号の強度を上げることではありません。

電子信号の送信において、減衰とはデシベル(dB)単位で測定した信号強度の損失を指します。 例えば、セルタワーから携帯電話に送信される信号は、建物の角を曲がるときに減衰が大きくなり、歪むことがあります。 ワイヤレス信号の強さは、ノイズ、物理的な障害物、および長距離によって減衰(弱く)することがあります。 信号の減衰が大きくなると、信号の完全な伝送が減少します。 ケーブルの減衰率は、ケーブルで伝送される信号を透過する周波数の外部ノイズ源に影響されます。 光ファイバーケーブルは、光波の形で信号を伝送し、受信側で電子信号に戻すため、低減衰率での伝送に優れています。 光ファイバーケーブル内の信号伝送に使用される高周波の波長の光は、電子信号に変換(変調/復調)されるまではノイズに強い。 ラジオのボリュームを下げると、信号の増幅を抑えているのであって、減衰しているわけではありません。 同じ信号でも、ある周波数以上の不要な信号をすべて除去するフィルタによって減衰させることができます。 ローパスフィルタは、低周波の信号をすべて通過させ、フィルタのストップバンド減衰レベル以上の信号を減衰させます。 減衰は「挿入損失」と関係があり、データシートでよく見かける。 しかし、挿入損失とは、具体的には、デバイスを回路に挿入したときに失われる信号エネルギーのことです。

図1:ローパスフィルターを通る信号の減衰は、信号周波数の上昇に伴って増加する。 低周波は減衰しないので、このフィルタはローパスフィルタとなる。 Image: Mini-Circuits LFCN-8440 datasheet)

図1はローパスフィルタのデータシートのグラフである。 ローパスフィルタを通過した信号の減衰量は、信号の周波数が高くなるにつれて増加します。 周波数F1以上の信号はどんどん吸収されていきます。 周波数F1以下の信号の減衰は線形ではありませんが、1dB以下の減衰で十分に近いレベルです。

電気信号の減衰は、次の式で表されます:

減衰(dB)= 10 X log(PI/PO)

ここで、PIは入力電力、POは出力電力です。 PIはケーブルの一端にかかる電力で、POはケーブルの端のワット数です。

減衰器は、信号を減衰させることができる受動または能動回路です。 パッシブ型は抵抗分割器だけであることが多いが、バッファ(オペアンプの一種)が続くこともある。 アクティブタイプのアッテネータは、反転オペアンプアッテネータや完全差動オペアンプがあります。 アッテネータは、希望する減衰量に加え、ソースと負荷のインピーダンスを一致させる必要があります。

図2:Tアッテネータはパッシブ抵抗分圧回路で、「T」の形に見えます。
図3:パイ・アッテネータは同じくパッシブ抵抗分圧回路で、「T」の形に見えます。 ギリシャ文字の “Π “のように見える。 (下のレールは各R2抵抗の下のグランド記号で代用可能)

T-、Piアッテネータ以外にも、L、H、O構成の固定パッシブアッテネータもレイアウトされる。 5616>

図4: 回路図/回路図のためのアッテネータ・シンボル。 (Image:electronics-notes.com)

アッテネーターの設計は、アッテネーターを配置する入力側と出力(負荷)側のインピーダンスが同じでない場合、インピーダンスバランスが必要となり、複雑になることがあります。

以上、減衰の基本について説明したが、性能はさまざまで、減衰器の周波数範囲、スイッチング速度、線形性、挿入損失、および耐久性において、設計上のトレードオフを調整する必要がある。 しかし、減衰器は受動素子で構成される単純な接続回路から、段階的に調整可能なデジタル減衰を提供する集積チップへと拡大しており、エレクトロニクス分野だけでも減衰はほとんど科学と言えるでしょう。 また、減衰は、医学、物理学、音響学、光ファイバー、原子力、材料科学、生物学、地震学、放射線学、その他多くの分野で使用される同様の識別用語でもあります

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。