385高周波電流計

この20dBカップラーは，小型の金属ケースに納めておくと便利です．メイン・ラインには同軸ケーブルをファラデー・シールドを施す形にして用いるとよく，第7-10図のように作成します．
この20dBカップラーは，小電力用のパワー計を用いて大〔第 7―11 図〕高周波電流計

電力を測る場合とか，

T：FT-50-72〜FT106-72
１次側：導体貫通
２次側：φ0.3〜1mm絶縁電線10回巻き音質のモニターをする場合など，各所に用いることができます．
〔３〕高周波電流計
D1〜D4

高周波電流計の回路を第 7-11 図に示します．
高周波の電流を知りたいケースは意外に多く，アンテナに乗ってR2C
C

炭素被膜または金属被膜

R2R 2 ：4.7kΩ，1/10W〜1/4W
炭素被膜または金属被膜

R2

C ：0.01μF〜0.1μF セラミック
DVM：ディジタル・ボルトメーター
入力抵抗1MΩ以上を推奨いる電流を調べたり，フィーダーの同相電流

R 1 ：120Ω，1/4W〜1/2W

R1R2

D1〜D4：1SS88，1SS97など耐圧
5V以上の高周波用ショット
キーバリア・ダイオード

DVMを測ったり，ACコードに流出する高周波電流を測ったり，アンテナに関する実験や電波障害の対策調査などがあります．こうしたときに高周波電流計が役に立ちます．
この回路は，前項の20dBカップラーと同じコンベンショナル・トランスですが，電流検出用に使った場合にはカレント・トランスと呼ばれ，整流回路と電流検出用
抵抗R1 とうまく組み合わせると，高精度・高感度の高周波電流計が得られます．
カレント・トランスの２次巻線の電流は１次巻線の電流の1 / N（Nは巻数）ですが，これがダイオード・ブリッジを通して全波整流された正弦波（サイン波）になって，抵抗R1 に流れます．抵抗R1 の両端の電圧がR 2 とCの平滑回路で平均値の直流にな386

応用編

第７章

計測機器って出力されます．この平均電圧をディジタル電圧計（DVM）につないで測ります．
１次電流を I とすると，測定値 V O は V O ＝ R･I / N ですから，R 1 ＝ 100 Ω，N ＝ 10 のときはI＝0.1VO です．正弦波の実効値
はピーク値の 0.707 倍（1 / 2 ）ですが，平均値は0.637倍（2 /π）
なので，両者の関係は，Vrms ＝（0.707 / 0.637）Vrms ＝1.111Vmean ですから，I＝0.111VO となります．これが理論値です．R1 ＝110Ωにすると，ほぼ正確にI＝VO/ 10になります．ただし，測定電圧が0.1V程度以下になると（10mA程度以下）２乗特性になって，出力電圧が急速に低下します．正確には較正が必要で，抵抗に送信機の電力を消費させ，その電流を測るなどの方法で行います．
ディジタル電圧計（DVM）が安価に入手できるようになって，高周波電流計も身近になりました．アナログ・メーター単体では困難なミリボルト・オーダーの測定が可能ですし，入力インピーダンスが高いので誤差も回避できます．この高周波電流計は，回路自体は小型ですので，ディジタル電圧計のアダプターとして用意すると便利です．また，割コアを使うと（EMC対策用などで市販されている），測定したい線材を切らずに開閉してはさんで測定できるクランプ電流計のように大変実用的な高周波電流計を作ることもできます．
〔４〕CM型VSWR計
先に紹介したカレント・トランスの原理を用いて，方向性結合器を，そしてVSWR計を作ることができます．1.9〜50MHzで使えるCM型VSWR計の回路を第712図に示します．このVSWR計は，高周波特性がフラットで，また１W程度の電力で十分にVSWRが測定できる，高い感度を持っています．
第7-13図に示すように，カレント・トランスとコンデンサー2個で構成する電圧分圧器とを用意したとします．端子B，Cを接続すると，電圧V1 とV2 とは位相がそろっているので，端子Cにその和の電圧が現れます．ところが，カレント・トラン
スを逆向きに，端子AとCと接続すると，電圧V1 とV2 とは180°位相が違う逆極性にCM型VSWR計

387なりますから，端子Bに現れる電圧はV1 とV2 との差になります．ここで，V1 とV2 との電圧が等しいとすると，端子Bには電圧は現れなくなります．この二つの接続のうち，後者は，信号源と負荷の位置を入れ替えたと同じですから，ここに，信号の伝わる方向によって分岐される電圧が異なる，方向性結合器が得られます．この方向性結合器はコンデンサーによる C 結合と，カレント・トランスによるM結合とで構成されますので，CM型方向性結合器，または，CMカップラー（CM coupler）と呼ばれます．
第7-12図のVSWR 計ではCMカップラーを少し変形し，C結合とM結合との高周波出力電圧をダイオードで比較する形をとっています．カレント・トランスの負荷抵抗を２本用いることにより，トランスを１個で済ませています．
図中の定数は，C結合を1 / 10，M結合を50Ωの負荷が接続されたときにやはり出力の1 / 10の電圧が発生するように選んでいますので，１Wの電力を与えたときに，ダイオードに１Vピークの高周波電圧が加わって，メーターの指示はかなり高感度なものになります．したがって，１W程度の電力でVSWRを読むことができます．
75Ω系のVSWR計を得るには，51Ωの抵抗を75Ωに変更します．

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応用編

第７章

計測機器

製作はカレント・トランスの部分が重要です
が，プリント基板に組むときには第7-14図に示すように，マイクロ・ストリップラインを利用して作るとよく，立体配線とするには第7-10図で行ったように，ファラデー・シールドの手法を用いるとうまくいきます．組み上がったらダミー・ロードを接続して，反射電圧が最低になるようにトリマー・コンデンサーを調整します．この調整は，28MHzや50MHzなど，使用する一番高い周波数で行います．
このCM型VSWR計は，検波感度が高くなるように定数を選んでありますの で ，１W 程 度 の 電 力 か ら
VSWRを測ることができます．
また，原理的に周波数特性がフラットですから，低い周波数で感度不足に悩まされるよ
うなこともなく，較正さえしっかり行えば，使いやすい電力計になります．
VSWR 値の算出は進行波と反射波信号の電圧の比，電圧反射係数ρから求めます．第7-2表にその換算表を示します．
（第7-1表参照）〔５〕μW測定用広帯域プリアンプ
数十mWオーダーの小電力を，ダイオードとコンデンサーを組み合わせた回路で検波し，そのレベルを計測することは，よく行われていることですし，本書中でもこの方法を応用しています．しかし，これ以下のレベル，すなわち1mWを下まわる電力を測るには，ダイオードの検波能力では不足で，質のよい広帯域アンプが欲しくなります．
高感度パワー計を構成するのに欠かせない，広帯域プリアンプの回路を第7-15図に示します．この回路は，応用編第２章に記したNFBアンプの応用です．回路に

μW測定用広帯域プリアンプ

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は出力部の伝送線路トランスの巻数比N＝2のものを用い，利得を正確に抑えて，周波数特性のよい広帯域アンプとしています．NFB量を決める二つの抵抗 R f とR Eはそれぞれ 240 Ωと 22 Ωで，R E にはトランジスタのエミッタ抵抗 r e ＝ 26 / I E（mA）＝26 / 14＝1.86〔Ω〕が加わり，さらにバイアス用の1.2kΩの抵抗が影響して，NFBアンプの入力インピーダンスが51Ω，各段の利得は10.85dB，2段で21.7dBになっています．
入力部についている1.7dBのパッドは，全体の利得をちょうど20dBにすると同時に，入力のVSWR補償，回路の安定化の役割を担っています．この広帯域プリアン
プは50Ω系で設計してありますので，出力には入力インピーダンス50Ωのパワー計を接続して使います．
製作方法は，配線を短くすることに注意して行い，モジュールの形態をとれば組み立てやすくなります．回路は全面銅箔のプリント基板上に配置し，入・出力端子にBNCコネクターや，RCAピン・ジャックを設けて，小型のアルミ・シャーシを使ったケースに納めるとよいでしょう．
この回路は1MHz〜100MHzの間で20dBの利得を持つ，広帯域プリアンプになります．周波数特性は，配線の長さや浮遊容量の大小によって多少，高域に影響が出