ポケット・スペアナ Tiny入門：位相ノイズの測定

通信品質の要 発振器の揺らぎを捉える

位相ノイズとは「片側部（SSB）の1Hz当たりの雑音電力」

位相ノイズは，信号発振器や無線機器の性能を評価するための重要な指標であり，通信品質に直結します．位相ノイズが通信信号の質に与える影響を評価する際には，シングル・サイドバンド（SSB）位相ノイズが用いられます．SSBノイズは，キャリア信号の片側帯域におけるノイズ電力を1 Hzの帯域幅あたりで評価する方法で，通信品質や信号の安定性を評価する上でのスタンダードです．

位相ノイズの基本概念

位相ノイズとは，発振器や信号源が発する理想的な周波数からのわずかな揺らぎ（ノイズ）のことです．この揺らぎにより，信号がキャリア周波数周辺でランダムに広がり，スペクトルが理想的な一点集中からずれていきます．

位相ノイズは，この広がりの度合いを周波数軸に沿って観測し，1 Hzあたりのノイズ密度をdBc/Hzで表します．このdBcは「キャリアに対するデシベル」を意味し，例えば“-90 dBc/Hz”という表記は，キャリアに対してノイズ・レベルが90 dB低いことを示します．

なぜSSBノイズが重要なのか

SSB位相ノイズの測定がキャリアの片側だけで行われるのは，位相ノイズが周波数スペクトル上でキャリア周波数を中心に左右対称に分布するためです．この対称性を利用することで，片側だけの測定で効率的に位相ノイズの特性を把握できます．

SSB位相ノイズの測定では，キャリアから離れた周波数帯（例えば10 kHzオフセット）におけるノイズ・レベルを観測し，その結果から信号の安定性や通信品質の指標を得ます．信号の揺らぎが大きいと通信に悪影響を及ぼし，隣接チャネルとの干渉が増加します．このため，SSBノイズが低いほど，高品質な通信が可能になります．

実際の測定方法:ポケット・スペアナ Tinyによる測定

ポケット・スペアナ Tinyのような小型のスペクトラム・アナライザを使えば，手軽に位相ノイズの測定が可能です．

30 MHzの信号を中心に，キャリアから10 kHz離れた位置でのノイズ・レベルを測定する設定が一般的です．この測定では，まず中心周波数を設定し，そこからどれだけのオフセット距離（周波数）でノイズ・レベルを確認するかを指定します．そして，測定したノイズ・レベルを1 Hzあたりに換算し，dBc/Hzで表示します．この手法により，手軽に信号源の安定度や通信品質に影響するノイズ特性を把握できます．

SSBノイズと位相ノイズの重要性

SSBノイズと位相ノイズは，無線通信や信号処理において欠かせない指標です．特に，現代の無線機器や通信システムにおいて，低い位相ノイズは通信の品質や安定性の鍵を握ります．

位相ノイズの物理的意味と影響

位相ノイズは，信号の位相が時間とともにランダムに変動することによって発生します．この揺らぎが多いと，ディジタル通信でのビット・エラー率が上昇し，アナログ通信では音声や映像の品質が劣化します．隣接するチャネルへの干渉も増え，スペクトル効率が低下します．特に無線通信の分野では，送信信号の位相ノイズ特性が重要で，ノイズが少ない発振器を用いることが推奨されます．

SSBノイズが測定される理由

SSBノイズは，キャリア周波数を中心にして片側だけで測定されますが，これは位相ノイズが理想的には左右対称であるためです．位相ノイズ測定器では，キャリアから特定のオフセット周波数（例えば10 kHz）における1 Hzあたりのノイズ・レベルを測定し，これをdBc/Hzで示します．

SSBの片側測定によって得られるノイズ特性は，発振器の品質の評価や，通信システムの設計に役立ちます．特に，広帯域の信号を扱う場合，位相ノイズの管理が重要であり，低ノイズな信号源が求められます．

通信品質への影響と実用例

SSBノイズが低い信号源を用いると，送信される信号の品質が向上し，通信の安定性も高まります．これは，携帯電話の基地局や衛星通信，GPS，航空通信といった分野で非常に重要です．位相ノイズが高いと，通信の安定性が低下し，エラーや干渉が多くなるため，低位相ノイズの発振器の使用が求められます．〈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. 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．