NQ法及びSINAD法による感度測定

質問

FM無線機の感度の測定方法について質問です。
測定方法は下記の通りで合っていますか？。

NQ法
接続：SGをマイク端子等から無線機に入力し、スピーカー端子等へレベル計を接続し、出力を測定する。

(1)SGから搬送波周波数は無線機のものに合わせ、変調周波数1000Hz、20dBμVの正弦波を加え、70%変調状態とし
　その時のレベルを読む。
　※70％変調状態は、周波数偏移が許容値の60％となる変調入力を加えた状態らしいので、例えば周波数偏移の許容値が5kHzであれば
　　周波数偏移が3kHzになる入力に調整する
(2)SGを無変調にする。
(3)この時の測定値が、(1)で測定した値より20dB低い値となるようにSGのレベルを調整する。
(4)その時のSGのレベルが感度になる。

SINAD法
接続は同様で、レベル計の所に歪率計を追加する。

(1)SGから搬送波周波数は無線機のものに合わせ、変調周波数1000Hz、受信機入力電圧60dBμVの正弦波を加え、60%変調状態とし
　その時のレベル及び歪率を読み、その値を加算する。
(2)SGを無変調にし、その時のレベル及び歪率を読み、その値を加算する。
(3)再度SGから(1)の信号を加え、(1)と(2)の値が12dBとなるようにSGの受信機入力電圧を調整し、その時の受信機入力電圧が感度

で間違いないでしょうか？
間違っていた場合は、ご指摘頂けますと幸いです。
宜しくお願いします。

回答No.3

KEN_2 · ベストアンサー

使用されている測定器の概要が見えてきました。
まず、基本的な部分に付いて記載します。
コミュニケーションアナライザを使用されているのならば、基本的な機能を持っていますので、SGやレベル計などの表記は読み替えてください。
　ところで、メーカーと型名をお知らせください。アンリツかANDOあたりのラジ・コミであればまだ記憶にありますので・・・（以下ラジ・コミと表現します。）

１．SGの定常測定時のRF出力レベルは、20dB NQ感度測定では＋30dBμだった筈です。
　RF出力+20dBμでは低過ぎますね。
２．SGののRF_OFF(断)の機能が無ければ、RF出力を最低にしてください。
　-123dBmとか-20dBμ出力程度には絞り込めると思います。
　RF接栓のコネクタを外す必要はありません。
３．感度測定を行う場合は、(1)ノイズ・スケルチをOFFにする(2)トーン・スケルチをOFFにするということは、感度測定の前提になります。
　以降はN・SQ、T・SQか、総称の場合SQと表現します。
４．通常スピーカ出力インピーダンスは8Ωです。携帯であれば16Ωもありますが、規定の抵抗負荷を接続します。
５．スピーカ出力をラジ・コミのAFinput に接続します。入力レンジは100K（HIGH）を選択してください。
600Ωのレンジ選択は間違いですが、8Ω//600Ωの負荷ですので、影響は少なく問題にはならないです。
　この信号接続時はAFinput の極性とSP出力の＋とGNDは間違えないでください。

６．オシロを接続して波形観測するのは、接続系の問題やSQがオン動作していないか異常を監視できるからです。

＊測定系のノイズ混入であれば、オシロを含め余分な接続を取り外し、シンプルな測定系でノイズの周り込みが無いか切り分けてください。

ワンポイントのアドバイスです。
普通音声帯域の線路インピーダンスは600Ωで規格統一されていますが、SPは8Ωで無線機のAF周波数帯域は0.3KHz～3.4KHzで非常に狭い帯域で制限が掛けられていますので、600Ωに固執する必要はありません。
また、負荷インピーダンスの影響ですが、通常100倍高ければ無視できます。
100KΩや1MΩ負荷は、8Ωから見たらHIGHインピーダンスなので、無視できるのです。
マッチングの問題も、±20％程度は誤差範囲で許容範囲なのです。

お礼

御返事遅くなり申し訳ありません。
何とか測定することが出来ました。
色々と分からない所アドバイス頂き、ありがとうございました。
少しずつ見えてきましたので、また色々と勉強していきたいと思います。
また質問することがあるかもしれませんが、その時は宜しくお願いします。

回答No.4

isotom

ＮＱ法　感度測定：
ＦＭ受信機は無信号のときザーという雑音が出力されます
無変調の信号を受信するとその強度の増加に従い雑音が減っていきます
無信号の時の雑音より２０ｄＢ少ない雑音になる時の無変調高周波レベルを感度とします

この測定の時は受信機の出力には低格出力インピーダンスの抵抗を接続します
低周波のレベル計やオシロはこの抵抗と並列に接続します
低格出力インピーダンス（８オームや４オーム）の抵抗の代わりにそのインピーダンスのスピーカを接続してもほとんど測定結果は変わりません
むしろ何らかの方法で音を聞きながらやる方が異常を感知できるのでお勧めです
オシロをつなぐのも異常を見逃さないためです
測定だけなら音もオシロも不要です

受信機の音量ボリュームの位置は無信号時のノイズ出力が飽和しない程度でなるべく音量を大きくするのが適当ですが測定規格では規定されるのが普通です

十分に強力な受信信号レベル（４０ｄＢｕ、６０ｄＢｕ、、、、測定法の規定による）で１ＫＨｚ　ＡＦ　７０％変調の時、定格出力の５０％になる様にします
（やってみればわかりますがこのレベルは２０～１００ｄＢｕではほとんど変化ないはずです）
定格出力に合わせると無信号時の雑音出力は飽和してクリップされているはずです
５０％に合わせても若干クリップされる場合もあります
この７０％変調を標準変調と言いますがこれは多分日本だけで諸外国は６０％です
ちなみに公的規格でＮＱ法で測定するのもほぼ日本だけではないでしょうか

正式にはこのボリューム位置で測定を行うのですが無信号時の雑音出力が低周波レベル計の中途半端な位置になるのが普通なので少し下げる方向でボリュームをいじり見やすいレベルに設定しても感度の測定結果はほとんど変わりません

後は無変調の信号を加えて先ほどの雑音レベルの２０ｄＢ少ない（電圧が１０分の１）レベルになるＳＳＧの値を見つけるだけです

ＳＩＮＡＤ法感度測定
ＳＩＮＡＤはＳＩｇｎａｌ　Ｎｏｉｓｅ　Ａｎｄ　Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎから来ています
ＳＩＮＡＤ＝ＳＩｇｎａｌ　＋　Ｎｏｉｓｅ　＋　ＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎとＮｏｉｓｅ　Ａｎｄ　Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎの比率です　つまり　Ｓ＋Ｎ＋Ｄ／Ｎ＋Ｄ

この感度測定法は感覚的に理解できやすい方法です
ＳＩＮＡＤ　１２ｄＢはかなり雑音は気になりますが内容は十分聞き取れる程度です
公的規格では１２ｄＢ　や　２０ｄＢ　ＳＩＮＡＤで感度が規定されています

ＶＲ位置も十分強力な受信信号レベル、標準変調で定格出力の５０％が普通です
単純に歪率計の指示が１２ｄＢになる時のＳＳＧの出力が感度です

この歪率計は基本周波数（１ＫＨz)をノッチフィルタで取り除くタイプでなくてはなりません
簡易な歪率計はハイパスフィルタで取り除く場合があります
そうするとノイズの存在が測定に反映されなくなります

ちなみに標準変調の６０％、７０％とはその無線システムの最大許容周波数偏移（Ｍａｘ　Ｄｅｖiation)の６０％、７０％ということです
最大許容周波数偏移５ＫＨｚの場合で＋－３ＫＨｚまたは３．５ＫＨｚ　最大許容周波数偏移２．５ＫＨｚの場合で１．５ＫＨｚまたは１．７５ＫＨｚです
現在は最大許容周波数偏移は２．５ＫＨｚが一般的です。ナローバンドともいわれます

低周波電圧計でつかわれるｄＢｍ表示はその電圧が６００Ωの抵抗の両端にあった時にその抵抗で１ｍＷの電力が消費されるばあいを０ｄＢmと定義されています

高周波の測定系（スペクトラムアナライザ、ＳＳＧ、ＲＦ電力計など）での０ｄＢｍは低周波の場合の６００Ωをそっくり５０Ωに置き換えます
７５Ωが公称の場合は７５Ωに置き換えます

余談ですが低周波ではインピーダンスのミスマッチによる反射は考える必要はありません
何Ｋｍもの電線で測定器をつなぐなら別ですが
でも受信機の入出力には規定されたインピーダンスの負荷をつなぐのがふつうですさもないとスピーカアンプや受信機高周波アンプが発振することがあります

お礼

アドバイスありがとうございます。
低周波の場合は特に反射について考える必要がないんですね。
教科書通りの考え方で行くとインピーダンスの不整合はダメかと思ってましたが、低周波で、ケーブル長が長くなければそこまでこだわる必要もないんですね。
そういう知識はやはり現場でやってきた人でないと分からないと思うので、非常に参考になりました。

回答No.2

KEN_2

私の知識でよければ、知っている限りの範囲と参考サイトを紹介します。
学生時代に2級アマチュア無線資格を取り、趣味の範囲内で、決して仕事では無線関係には就きたくなかったのが、途中から何年かシンセサイザー方式の業務用機の開発に関係していまい自動計測プログラムまでも開発してしまいました。（かなり大昔です・・・・）

まずは、測定器に精通し無線機用語に慣れて使いこなしが大事でしょうね。
下記サイトで測定器の種類と資料を入手します。
測定原理を理解していれば、低価格な測定器を組合わせても計測できます。

標準信号発生器（SSG）
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%99%E6%BA%96%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E7%99%BA%E7%94%9F%E5%99%A8
　↑の各メーカのサイトで「無線機用」の測定器のアプリケーション資料に色々紹介されているので入手して慣れましょう。
(1)アジレント・テクノロジー(旧HP)、(2)アンリツ株、(3)ローデ・シュワルツ（アドバン・テストが販売代理店）・・・・などのサイトが情報豊富です。
（但し、性能・機能なりに価格はかなり高価ですが・・・）
少し前まで、安藤電気（現横河電機に事業統合）の測定器も手頃な価格でした。
http://www.yokogawa.com/jp-ymi/tm/Bu/index-kihon.htm

低価格帯やオーディオ・アナライザ （レベル計・歪み率計）などは、
(1)菊水電子工業株、(2)リーダー電子などが音声周波数帯では手頃です。
レベル計・歪み率計では、株シバソクが手頃な製品を販売しています。
http://www.shibasoku.co.jp/products/avc/audio_comm.html

個々の補足質問に回答します。

>>車載や基地局の場合1W出力（2.83V/8Ω時）に音量VRを設定します
>→1Wということは、レベル計の指示値は+30dBmということですよね？
>１）の状態のレベル計の指示値が大体-46dBm程度で、VRを最大にしても+4dBm程度までしか上がりませんでした。
>レベルはスピーカー端子というんでしょうか？そこから取っています。
スピーカー端子です。インピーダンスは600Ωの携帯機器ですか？
スピーカー負荷の代わりに、終端抵抗を接続してAF電圧（Vrms）を測定します。
簡易で測定する場合は、スピーカー端子に直接接続してもあまり影響はありません。

>大体-46dBm程度で、VRを最大にしても+4dBm程度・・・・
測定器は何処のメーカー型名を使っておられますか、入力切替は600ΩHIGHで測定されていますよね。
+4dBmと言うことは、600オーム系の測定器で目盛りを読んでおられる様ですので、dBVかVrmsの目盛りで電圧を直読してください。
+4dBmとは約1.94Vrmsかな？（at8Ω）で、+4dBm（at600Ω⇒at8Ωに）でスケール変換の必要があります。（詳細な変換方法は失念していますが・・・）

オシロスコープを接続して波形の同時観測を実施してください。
【dBm】は600Ω系で1mWを0dBmと定義していますので、単位変換の必要がありますので、【dBV】か【Vrms】でインピーダンスを無視して測定します。
【dBV】は1Vrmsを0dBVと定義しています。
【Vrms】は信号の実行値の信号電圧を直読しています。
0dBVか1VrmsのAF出力のVR位置で測定してください。

>>AF系のレベルをクリップしないで、AF系のS/Nに左右されない一定のレベルに統一するのが目的
>AF信号の現在のレベルを基準にして、そこからの差分を求める為に・・・ということですか？
>すいません、よく意味が理解出来ませんでした。
その通りです。
AFのVR位置が低過ぎると、S/Nが劣化するので20dBQSに届かなくなり、VR位置を上げ過ぎるとAF波形がクリップした状態を基準にするので、正しい20dBQSや12dB SINADが測定できません。

＊測定方法の教科書は無線業界の団体に加盟していると、資料を購入できるのですがJEIDAかな？で、電波法の規定に沿った測定手順からIMなどの2信号・3信号法の高度な測定手順の書籍があったはずですが、私の時代は電波法とFCCの技術基準から測定系統図と手順を作成して自動測定プログラム用の手引きで社内配布した遠い記憶があります。

#もし、不明な点があれば再度お問い合わせください。

補足

説明ありがとうございます。
再度感度測定を行ってみましたが、うまく出なかったので、まだ理解出来ていない部分があると思いますので、再度質問です。

実際に行った方法は下記通りです。

使用測定器
オシロスコープ：フルーク192C
SG及びレベル計：コミュニケーションアナライザ

１）コミュニケーションアナライザのAF出力から、無線機の搬送波周波数に合わせ、変調周波数1kHz・　　20dBμ周波数偏移3.5KHzに設定し、無線機のアンテナ接続部へ入力する。

２）無線機のスピーカー端子にジャックをつなぎ、その出力をコミュニケーションアナライザのAFinput　　及びオシロスコープへT字の分岐器で分岐させて接続する（コミュニケーションアナライザの入力インピーダンスは　　600Ω又は100kΩで600に設定、オシロスコープは1MΩ）

３）オシロスコープの指示値をdBVにし、その指示値が0になるように無線機のVRを調整する。
　　なお、0になった時のコミュニケーションアナライザのレベル計指示値は2.4dBmで、オシロのPeak-Peakは2.9Vでし　　　た。
　　なお、レベル計はdBm表示か、dB表示（相対測定時）しか出来ませんでした。

４）コミュニケーションアナライザのAFの変調をOFFにして、出力レベルもOFFにする（が、レベルはOFFに出来ないので接　　線を抜きました。）

５）その時のコミュニケーションアナライザのレベル計の指示値を0dBに設定。

６）抜いた接線を接続し、出力レベルを上げていき、レベル計の指示値が-20dBになった時の出力レベルが感度
　　・・・・・・となるはずがレベルをいくらあげても-15dBまでしか行きませんでした。

何かが間違っているはずなのですが・・・・

そして、アンリツのHPを見ていたら、20dB　NQ感度測定というものがありました。
ttp://downloadfile.anritsu.com/Files/ja-JP/Manuals/Operation-Manual/MG3641A_42A_W1137AW_opm_j_11_0.pdf?f4739ea0f83b43ad1015d3907cbcf8bee8427897082af2641bf932fd0c8b405763dc942db4df70b85a505dccc0080531b335ba8fcbd11fad005ea589c0a7e4a8ca471d57175f82815a49ea5595e14d436e4ed98492341899e46b250d61bffc7e1d6acc25cdf0346d5ef44dbb47499a8e7a56efd718a70520dada60657224&MG3641A_42A_W1137AW_opm_j_11_0.pdf

ここには、ちょっと手順が違いますが、測定方法の記載がありました。
違いは、スケルチをOFFにするという点とAFレベルの値が20dBμではなく最低30dBμな点
あとは定格出力を得た後の手順が
AF出力をOFF→その時のレベル計の指示値を0に設定→変調をOFFにしてAF出力をONという手順を取っていた点です。

無線機とオシロスコープへ接続する際のインピーダンスもぐちゃぐちゃになってて本当に良いのか悪いのか・・
通常、インピーダンスは整合が取れていないと反射が起こったり、正しい出力が測定器等にかからなかったりで正確に測定出来ないと思ったのですが、そう考えるとこのインピーダンスのでたらめさがダメだったのでしょうか。
本来の接続状態を覗き込むように分岐して測定するような場合は高インピーダンスの測定器を接続して
元の流れに影響を与えないようにするのが当たり前だと思っています。
逆に、測定器で終端してしまうような形の場合は同一インピーダンスでないと正しく測定出来ないはずです。
そう考えると、スピーカー端子へつなぐのもインピーダンスが同一でなければいけないのでしょうか。
逆にスピーカー端子に繋ぐ場合は、無線機と負荷が直列じゃなく分岐したイメージになるので高いインピーダンスで接続するのかとも思いましたが、だったら100kΩの方がいいでしょうから、あえて600Ωを選択する理由が見つからず。
ライン出力ならインピーダンスは600Ωが主流だと思うので、そちらなら分かりますが・・・
非常に混乱してしまいました。

何かとりとめのない文章になってしまいましたが・・・・
何か思い当たる点等ありましたらアドバイスお願いします。

回答No.1

KEN_2

基本的な部分で誤解がありますので、簡単に理論的説明と手順を記します。
NQ法
１）SGから搬送波周波数は無線機のものに合わせ、変調周波数1000Hz、20dBμVの正弦波を加え、70%変調状態とし　その時の・・・・
２）AF音量レベルを定格AF出力レベルに設定します。
　車載や基地局の場合1W出力（2.83V/8Ω時）に音量VRを設定します。
　携帯などAF出力が低い機器の場合100mW（0.89V/8Ω時）に音量VRを設定します。
＊AF系のレベルをクリップしないで、AF系のS/Nに左右されない一定のレベルに統一するのが目的です。
>※70％変調状態は、周波数偏移が許容値の60％となる変調入力を加えた状態らしいので、例えば周波数偏移の許容値が5kHzであれば
　　周波数偏移が3kHzになる入力に調整する
　　　↓　　↓
70％変調状態は、例えば周波数偏移の許容値が5kHzであれば、周波数偏移が3.5kHzdevになる入力に調整する。（トーン付きであれば、変調周波数1KHzが3Kdevでトーンが0.5KHzdevの3.5kHzdevの周波数偏移となります。）
３）SGを無変調にし、SGのレベルをRF_OFF（断）にする。
４）この時のAFノイズ出力レベルを0dBとして、
５）SGのRFレベルを序序にあげて行き、４）のときのAFレベルが20dB低下した時のSGのRFレベルが、「20dB NQ法」の感度です。
＊つまり、AF出力がS/N;20dBのSGのRFレベルがNQ法（ノイズ・クワイエット;ノイズ抑圧）の定義なのです。

SINAD法
１）SGから搬送波周波数は無線機のものに合わせ、変調周波数1000Hz、受信機入力電圧60dBμVの正弦波を加え、60%変調状態とし
　その時の・・・
２）AF音量レベルを定格AF出力レベルに設定します
３）SGのRFレベルをRF_OFF（断）から序序にあげて行き、歪率計が12dBを示した時のSGのRFレベルが、「12dB SINAD法」の感度です。
＊つまり、12dB のS/Nと歪み（D;ディストーション）の時の感度の定義なのです。

>レベル及び歪率を読読み、その値を・・・
こちらは定格AFの歪み率測定になり、感度測定には直接関係はありません。

>(2)SGを無変調にし、その時のレベル及び歪率を読み、その値を加算する。
　レベルからS/Nは測定できますが、無変調では歪率は測定できません。
>(3)再度SGから(1)の信号を加え、(1)と(2)の値が12dBとなるようにSGの受信機入力電圧を調整し、その時の受信機入力電圧が感度
　この手順を必要とはしません。
定格のS/Nの測定と歪率を測定する手順です。感度測定には直接関係はありません。

#不明な点があれば補足質問ください。

補足

無線機関係の仕事をしたことがなかったのですが、資格を持っている為無線機関係の仕事が流れてきました。
そんな状態ですが、周りも全く無線関係の知識も経験もないので誰にも教えてもらうことが出来ず
この場で相談させて頂いております。
15年前に資格を取るだけの為に勉強し、測定器は触ったことすらない程に無知なもので・・・。
素人質問で申し訳ありませんが、知恵をお貸し下さい。

>車載や基地局の場合1W出力（2.83V/8Ω時）に音量VRを設定します
→1Wということは、レベル計の指示値は+30dBmということですよね？
１）の状態のレベル計の指示値が大体-46dBm程度で、VRを最大にしても+4dBm程度までしか上がりませんでした。
レベルはスピーカー端子というんでしょうか？そこから取っています。

>AF系のレベルをクリップしないで、AF系のS/Nに左右されない一定のレベルに統一するのが目的
AF信号の現在のレベルを基準にして、そこからの差分を求める為に・・・ということですか？
すいません、よく意味が理解出来ませんでした。

どうにも基本的なこともよく分かっていない気がするので1から勉強しようと思いますが
無線機の性能試験や点検等をするために必要な知識を学ぶのにいい教科書やHPとかご存知でしょうか
試験勉強した資料はさすがにもう何もありません・・。