スペアナ入門 RBWとVBW

正しいスペクトラム波形の観測

ノイズを洗って安定に精度よく

スペアナ入門と測定精度を向上させる

スペクトラム・アナライザ（以下，スペアナ）は，周波数領域で信号を観測し，電子回路の性能や信号の質を評価するために広く利用されます．

ノイズと信号を分離して観測するための重要な基本機能として，分解能帯域幅（RBW）とビデオ帯域幅（VBW）があります．

これらの設定は，観測の精度やノイズ・レベルに大きく影響します．

1．RBWとノイずれベルの関係

RBW（Resolution Bandwidth，分解能帯域幅）は，スペアナが信号をどの程度細かく分解できるかを示すパラメータです．

RBWを小さくすると，測定されるノイずれベルも低下します．RBWを1/10にすると，ノイずれベルが約10dB低下します．

これはあくまで理想的なケースであり，ノイズがフロア・ノイズ（装置自体の限界ノイズ）に達している場合には，さらに低下することは難しくなります．

RBWの設定値が高すぎると，本来のノイズや信号が正確に観測されず，測定精度が低下します．観測したいターゲットの周波数成分に合わせてRBWを適切に設定することが，ノイズの影響を抑えながら正確な測定を行う鍵です．

2．VBWで見かけのノイズの変動を抑え表示を安定させる

VBW（Video Bandwidth，ビデオ帯域幅）は，表示される信号の平均化の程度を示します．VBWを狭くすると，表示が平滑化され，ノイズの変動が減少するため，信号の観測が安定します．例えば，VBWを10kHzから1kHzに設定することで，ノイズの表示がより滑らかになり，信号を見やすくできます．

VBWを過度に狭めすぎると，スペアナの表示更新が遅くなり，動的な信号の追従が難しくなる場合もあります．このため，VBWは観測したい信号の変動スピードや安定性に応じて適切な値に調整する必要があります．

RBWとVBWの理解と活用法

RBWとVBWはスペアナの重要な設定項目であり，測定の精度やノイズの観測に大きく影響します．以下に，その詳細な働きと設定のポイントを解説します．

RBW（解析帯域幅）の働きと設定

RBWは，特定の周波数成分をどれだけ細かく分解できるかを示します．

RBWを狭くすることで，特定の周波数成分を明確に観測でき，ノイずれベルも低下します．しかし，RBWを狭くしすぎると観測に時間がかかるため，リアルタイムでの観測には適しません．特に広帯域信号を観測する場合，RBWの設定を適切に行うことで，測定精度が向上し，ノイズの影響を低減できます．

VBW（ビデオ帯域幅）の役割

VBWは，観測結果の平滑化を行う機能をもち，表示されるノイズの変動を減少させます．VBWを小さく設定することで，表示が安定し，信号の観測がしやすくなりますが，更新速度が遅くなることがあります．

観測対象が静的な信号の場合にはVBWを狭めてノイズを減少させ，動的な信号を観測する場合にはVBWを広めに設定してリアルタイム性を優先するといった使いわけが求められます．

測定精度向上のためのRBWとVBWの最適設定

RBWとVBWは互いに関連しており，RBWを狭くすればノイズ・レベルが下がりますが，VBWを適切に設定しないと，表示の安定性が損なわれる場合があります．これにより，正確な信号観測が難しくなるため，RBWとVBWをバランスよく設定することが重要です．特に，低レベル信号の観測やノイズ要因の特定には，これらの設定の最適化が必要です．

3．USB接続と小型スペアナの利点

スペアナはUSB接続タイプや小型のポータブル機器も増えており，低コストで高周波測定が可能になっています．

Tektronix社のRSA306は，USB接続を活用することでコストを抑え，PC側での操作を可能にしています．

tinySAやtinySA ultraといった製品は，タッチパネルやDSP（ディジタル信号処理）機能を搭載しており，周波数解析や表示を効率よく行えます．これらのコンパクトなスペアナは，ネットワークアナライザ（nanoVNA）技術を基にした回路構成をもち，コスト・パフォーマンスに優れています．〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• メーカで高速ディジタル回路と高周波回路の開発設計に30年以上従事．高速回路設計，EMC対策回路設計のコンサルタント

著書

1. ［VOD/KIT］Tinyスペアナ×Tinyネットアナで作る6GHz My実験ベンチ，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］小型＆高出力！高効率電源設計のためのSiC/GaNトランジスタ活用 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．

参考文献

1. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］高精度アナログ計測回路＆基板設計ノウハウ，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ，ZEPエンジニアリング株式会社．
7. [技術連載]，ZEPエンジニアリング株式会社．
8. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室 [Vol.8 初めての28GHzミリ波伝搬実験]，ZEPエンジニアリング株式会社．