ハムフェアイベントコーナー ＪＡＩＡタイム ２０１５

初心者でもわかる！？
ダイナミックレンジ大研究～ダイナミックレンジって何だ？？～

ＪＡＩＡ技術委員会

１目次
１．ダイナミックレンジとは・・・・ ３－ ８
２．不思議な体験・・・・・・・・・・・ ９－１５
３．三つの信号の関係・・・・・・・ １６－２１４．測定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２２－３１
５．ダイナミックレンジまとめ・・３２－４０２

１．ダイナミックレンジとは

３

ダイナミックレンジとは• ＨＦトランシーバーのカタログでは、受信部の説明で必ずといっていいほど、「ダイナミックレンジ」の説明があります。
でも・・４

ダイナミックレンジとは• 「―【名詞】ダイナミックレンジ《録音・再生が可能な最強音と最弱音との間の範囲; デシベルで表わす》」（研究社 英和コンピューター用語辞典）
アナログレコード：６５ｄＢ
ＣＤ：９６ｄＢ
５ダイナミックレンジとは
デジタルカメラの場合「明るい」から「暗い」の再現範囲
明るい

暗い

白とび

黒つぶれダイナミックレンジ

６ダイナミックレンジとは• ダイナミックレンジとは、その製品が目的の対象をきちんと扱える範囲を意味しているようです。
・ＨＦ受信機のダイナミックレンジは、単純に一つの信号を受信した時の特性ではありません。
７

ダイナミックレンジとは：受信機
・以下のような計算式が登場し、少し憂鬱になります。でも大丈夫！？
f(t)=A：直流+Bcos(2πf1t)+Ccos(2πf2t)： 基本波+Dcos{2π(2f1t)}+Ecos{2π(2f2t)}： 基本波の2倍+Fcos{2π(f1+f2)t}+Gcos{2π(f2-f1)t}： 基本波の和と差+Hcos{2π(3f1)t}+Icos{2π(3f2)t}： 基本波の3倍+Jcos{2π(2f1-f2)t}+Kcos{2π(2f2-f1)t}： 2倍と基本波の差+Lcos{2π(2f1+f2)t}+Mcos{2π(2f2+f1)t}： 2倍と基本波の和+・・・・・・

８２．不思議な体験

９不思議な体験• ４０年位前、フィールドデーだったと思いますが、コンテスト中に不思議な体験をしました。
• ７ＭＨｚで運用中、何気に７．１ＭＨｚ以上の周波数を受信すると、ＣＱコンテストを出す局や、ナンバー交換をしている局が受信できました。
• でも、様子が少し変なのです。→動画１
１０不思議な体験：動画１「不思議な電波」
周波数
７．１４ＭＨｚ付近です。
Ｓメーター
ピークでＳ７くらいです。
（１１）

不思議な体験：実験のセットアップ

TS-590VG
10W

7.02MHzCW送信
10W = ＋40dBm
ATT = 合計86dB
TS-520Xの入力-46dBm ２波

ATT
40dB

ATT
40dB

二つの信号を合成
PAD
6dB

TS-590V
10W

7.08MHz
SSB送信
TS-520X

7.14MHz
SSB受信ATT40dB
１２

不思議な体験• このセットアップで、ＴＳ－５２０Ｘの受信周波数を変えて、バンドの中を受信してみます。
• ７．１４ＭＨｚの不思議な信号以外に、７．０８ＭＨｚでＳＳＢ信号が、７．０２ＭＨｚでＣＷ信号が、それぞれ受信できるはずです。→動画２
１３

不思議な体験：動画２
ＣＷ信号

ＳＳＢ信号

不思議な信号

７．０２ＭＨｚ

７．０８ＭＨｚ

７．１４ＭＨｚ

Ｓ ９＋１５ｄＢ

Ｓ ９＋１５ｄＢ

Ｓ７

この三局が受信できました。
（１４）

不思議な体験：おさらい
CW信号
7.02MHz
7.0MHz

SSB信号
7.08MHz

不思議な信号

7.14MHz

7.1MHz

送信機無し！

• 私の不思議な体験を皆さんと共有できました。
• 不思議な信号⇒送信されていない⇒本来 存在しない信号

１５３．三つの信号の関係

１６

三つの信号の関係• スペアナを使って、ＴＳ－５２０Ｘのアンテナに入力される信号を見ると、７．１４ＭＨｚの不思議な信号が見えません！なぜ？
７．０２ＭＨｚ ７．０８ＭＨｚ

７．１４ＭＨｚ

ＣＷ信号 ＳＳＢ信号 不思議な信号を受信
１７

三つの信号の関係• 次に、 ７．０８ＭＨｚのＳＳＢ信号と７．０２ＭＨｚのＣＷ信号の送信を止めて、不思議な信号がどうなるのか、様子を見ます。
• 最初に両方を止め、次に、片方づつ止めます。動画３

１８

三つの信号の関係：動画３
両方止めます。
不思議な信号は消えました。これは当然・・。
片方づつ止めます。
片方が止まると、同様に消えました。
（１９）

三つの信号の関係
ここまでの実験で分かったこと。
• 不思議な信号は、受信機であるＴＳ－５２０Ｘが作っていました。
• ＳＳＢとＣＷの送信を、同時に止めた場合だけでなく、片方が止まっても、不思議な信号はなくなりました。
つまり、同時に二つの信号が必要です。
２０

三つの信号の関係• 約４０年前に私が経験した現象は、実はコンテストに参加していた局の信号によって受信機が作り出した、本来存在しない信号⇒聞こえてほしくない信号でした。
• 実験で再現したように電波が途切れ途切れに聞こえていたのは、二つの信号の一つがＣＷ（断続信号）だったからです。
２１

４．測定

２２

測定
・二つの信号を受信機に与えることで、別の周波数で本来存在しない信号を作る
性質を利用し、信号の強さを可変しながら受信できるレベルを記録してみます。
・条件を単純にするため、二つの信号のレベルは、常に同時に同じ大きさで変わるものとします。
２３

測定
シグナル
ジェネレーター１

シグナル
ジェネレーター２

ＳＧ１

ＳＧ２

7.02MHz
連続信号

7.08MHz
連続信号

２台のトランシーバーをシグナルジェネレーターに置換えます。

PAD
6dB

TS-520X

7.14MHz
受信２４測定
2波の入力レベルと受信機出力の関係

ヨコ軸
ＡＮＴ入力レベル
７．０２ＭＨｚと７．０８ＭＨｚの信号を同じ出力レベルで同時に増加、オーディオ出力レベル[dB]
受信機のオーディオ出力 [dB]

SG17.02MHz
SG27.08MHz

RX
7.14MHz

AF出力+200-160-140-120-100-80-60-40

アンテナ入力レベル[dBm]
受信機の入力レベル [dBm]-200

タテ軸７．１４ＭＨｚを受信して得られるオーディオ出力。
２５

測定
ヨコ軸
ＡＮＴ入力レベル
７．１４ＭＨｚの信号を１台のＳＧから与え、7.14MHzの入力レベルと受信機出力の関係

受信機のオーディオ出力
オーディオ出力レベル[dB][dB]

SG17.14MHz

RX
7.14MHz

AF出力+200-160-140-120-100-80-60-40

アンテナ入力レベル[dBm]
受信機の入力レベル [dBm]-200

タテ軸７．１４ＭＨｚを受信して得られるオーディオ出力。
２６

測定
二つのグラフを重ねてみました。

二つのグラフを合成

受信機のオーディオ出力
オーディオ出力レベル[dB][dB]

この形のグラフを、どこかで見たことがありませんか？

+200-160-140-120-100-80-60-40-200

アンテナ入力レベル[dBm]
受信機の入力レベル [dBm]２７測定TS-520X 三次ダイナミックレンジ特性

受信機のオーディオ出力
オーディオ出力レベル[dB][dB]

説明のための補助線が入ると、このグラフが、「ダイナミックレンジ」のグラフと同じであることがお分かりになると思います。

+200-160-140-120-100-80-60-40-200

アンテナ入力レベル[dBm][dBm]
受信機の入力レベル

２８測定

受信機のオーディオ出力 [dB]TS-520X 三次ダイナミックレンジ特性

図では、この長さが「ダイナミックレンジ」を表しています。

受信周波数の信号を受信+200-160-140-120-100

まず、青いグラフとピンクのグラフを結ぶ緑色の線に注目します。

-80-60-40受信周波数ではない
二つの信号で作られる-200

ダイナミックレンジ

受信機の入力レベル [dBm]

２９

測定

受信機のオーディオ出力 [dB]TS-520X 三次ダイナミックレンジ特性

目的信号

不思議な信号を排除したい。
⇒ピンク色のグラフが右にあるほど良い。
⇒ダイナミックレンジが大きい。

+200-160-140-120-100-80

不思議な信号-60 ＝聞こえてほしくない信号-40-200

受信機の入力レベル [dBm]
ダイナミックレンジ３０測定
TS-520X 三次ダイナミックレンジ特性

受信機のオーディオ出力 [dB]

このグラフの結果を数値としてまとめると・・
ＴＳ－５２０Ｘ
ダイナミックレンジ ７０．３ｄＢ-160-140-120-100-80-60

受信機の入力レベル [dBm]-40-200

測定条件
受信周波数：７．１４ＭＨｚ
妨害波：７．０８／７．０２ＭＨｚ
モード：ＣＷ、帯域幅：５００Ｈｚ
ＡＧＣ：ＯＦＦ・・
３１

５．ダイナミックレンジまとめ

３２ダイナミックレンジまとめ・オーディオやカメラのダイナミックレンジ一つの信号の最小値と最大値で定義。
・ＨＦ受信機のダイナミックレンジ
今回の測定法では、希望信号と、二つの別の信号で作られる妨害信号で定義。
３３

ダイナミックレンジまとめ
この講演で説明した「ダイナミックレンジ」は「三次相互変調歪」に関する現象で、「三次ダイナミックレンジ」などと呼ばれています。
（他には、「ブロッキング・ダイナミックレンジ」や「レシプロカルミキシング・ダイナ
ミックレンジ」などがあります。）
３４

ダイナミックレンジまとめ「三次ダイナミックレンジ」の「三次」とは７．０２ＭＨｚ
６．９６ＭＨｚ

７．０８ＭＨｚ
７．１４ＭＨｚ

６．９０ＭＨｚ

五次 三次

７．２０ＭＨｚ

三次 五次

二つの信号の間隔で歪が発生

周波数３５ダイナミックレンジまとめ
二つの信号の間隔で歪が発生する理由
入力信号信号が歪む

７．０２ＭＨｚ

受信回路

７．０８ＭＨｚ

アンプやミキサー

出力信号
色々な成分が出力される

A：直流+Bcos(2πf1t)+Ccos(2πf2t)： 基本波+Dcos{2π(2f1t)}+Ecos{2π(2f2t)}： 基本波の2倍+Fcos{2π(f1+f2)t}+Gcos{2π(f2-f1)t}： 基本波の和と差+Hcos{2π(3f1)t}+Icos{2π(3f2)t}： 基本波の3倍+Jcos{2π(2f1-f2)t}+Kcos{2π(2f2-f1)t}： 2倍と基本波の差+Lcos{2π(2f1+f2)t}+Mcos{2π(2f2+f1)t}： 2倍と基本波の和+・・・・・・

３６

ダイナミックレンジまとめ
ダイナミックレンジとは？
不思議な信号＝三次歪み成分⇒二つの信号で作られる歪み信号と 目的信号 の レベルの差ダイナミックレンジが大きい⇒
妨害が発生しにくい
３７

ダイナミックレンジまとめ
疑問：自分のトランシーバーも不思議な信号が聞こえないか心配です。
⇒今回使用したトランシーバーは４０年以上前に設計された製品です。現代のトランシーバーは回路構成も異なっており、今回の条件では同じ現象は起きないと思います。
確かめてみましょう。動画４３８

ダイナミックレンジまとめ：動画４

TS-590VG
10W

7.02MHz
CW送信

ATT
40dB

不思議な信号は聞こえるかな？

ATT
40dB

二つの信号を合成
PAD
6dB

TS-590V
10W

7.08MHz
SSB送信
TS-590SG

7.14MHz
SSB受信

ATT
40dB
３９

ダイナミックレンジまとめ
結果：ＴＳ－５９０ＳＧでは、不思議な信号は、受信できませんでした。
数字で比較
測定条件：ＰＲＥ ＡＭＰ オン、ＢＷ：５００Ｈｚ
受信周波数：７．１４ＭＨｚ、
妨害を与える信号：－６０／－１２０ｋＨｚ

ダイナミックレンジ（実測値）
・ＴＳ－５２０Ｘ
７０．３ｄＢ・ＴＳ－５９０ＳＧ １０１．３ｄＢ

４０本日はご来場いただきありがとうございました。
また来年お会いしましょう！

７３ ＆ ８８©JAIA

４１