ボクにもわかる地上デジタル - 地デジ対策編

分岐器、直列ユニット

作成:2003年11月
追記:2008年05月

分岐器とは(直列ユニットとは)

　分岐器は電力の一部を取り出すアンテナ部品です。一つの入力に対して２つの出力があります。ほとんど損失の無い出力を通過出力と呼び、この損失を通過損失(挿入損失)と呼んでいます。反対に、大きな損失のある出力を結合出力と呼びます。結合出力の損失は約１０dB前後もあり、この損失を負の数で表した数字を結合度と呼びます。(１０dB以外のタイプもあります。)
　よく似た名前の「分配器」とは異なります。分配器は電力を等分に分配する部品で、詳しくは、「対策編-分配器」に記載しています。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓入力　　　　　　　分岐器　　　　　　　　　　直┏┿┓　　　　　　　┏━━━┓　　　　　　　　　列┃｜┃　結合　　入力─→╂───╂─→　通過出力　　ユ┃｜┠◎ 出力 -10dB前後　　　　　　┗━┯━┛　　　-1dB以内　　ニ┃｜┃(テレビコンセント) 　　　　　　　　↓　　　　　　　　　　　ッ┗┿┛ 　　　　　　結合出力 -10dB前後　　　　ト　↓通過出力 -1dB以内

　直列ユニットはアンテナコンセントと分岐器が一体になっている部品です。壁面内から電力の一部を分岐して取り出す働きをします。

**分配器と分岐器(直列ユニット)の違い**
部品	作用	損失	主な接続形態
分配器	電力を等分に分配する	３～４ｄＢ	スター型(根元で分配)
分岐器	電力の一部を取り出す	約１０ｄＢ	バス型(配線途中で分岐)

　また、分岐器の通過先からの反射波が分岐出力に混入するのを阻止する働きをもった分岐器もあります。方向性をもつという特長から方向性結合器とも呼んでいます。詳しくは後述の「方向性結合器」を参照ください。

分岐器の使い方(直列ユニットの使い方)

　下図は分岐器からアンテナケーブルを分岐した例です。アンテナで受信した放送波は、ブースターで増幅され、３つの分岐器によって、それぞれ１つのテレビコンセントに接続されています。

　　　　　　　　　　　　　　　　　分岐器１　　分岐器２　　分岐器３　┏━━━━┓　┏━━━━┓　┏━━━┓　┏━━━┓　┏━━━┓ 　┃アンテナ┠→┨ブースタ┠→╂───╂→╂───╂→╂──┨┃ 　┗━━━━┛　┗━━━━┛　┗━┯━┛　┗━┯━┛　┗━┯━┛ 　　　　　　　　　　　　　　　　　｜中間用　　｜中間用　　｜端末型　　　　　壁面━━━━━━━━━━｜━━━━━｜━━━━━｜━━ 　　　　　　　　　　　　　　　　　｜　　　　　｜　　　　　｜　　　　　　　　(テレビコンセント)◎　　　　　◎　　　　　◎

　通常は、分岐器が壁面内側やテレビコンセントと一体になった中継ユニットに内蔵されていて、目に触れることがありませんが、１０dBもの損失があることを意識する必要があります。この損失によって受信に問題が生じる場合は、アンテナから分岐器までの間にブースターを挿入して対策を行います。

分岐器の中間用と端末用(直列ユニットの中間用と端末用)

　前図に書かれているように、分岐器、および直列ユニットには、中間用と端末用の２つのタイプがあります。どちらにも、結合出力(テレビコンセント出力)が１つ以上ありますが、通過出力(次の分岐器への出力)の有無が異なります。中間用には通過出力がありますが、端末用は通過出力がありません。つまり、端末用は最後の終端に使用し、その他は中間用を使用します。

**分岐器、直列ユニットの中間用と端末用過**
タイプ	通過側	結合側	使用方法
中間用	○電波通過	○電波結合	中間用に使用します
端末用	×端子なし	○電波結合	最後の終端用に使用します

　なお、端末用は、中間用の通過出力にダミー抵抗が取り付けられたものです。中間用にダミー抵抗を接続することで代用することも出来ますが、ダミー抵抗へ直流が流れないように阻止する必要があります。

分岐器の電流通過(直列ユニットの電流通過)

　分岐器や直列ユニットには、①電流通過型と②電流挿入型、そして③電流阻止型の３タイプがあります。

**分岐器、直列ユニットの電流通過**
タイプ	通過側	結合側	使用方法
①電流通過型	○電流通過	×電流阻止	中間用に使用します
②電流挿入型	×電流阻止	○電流通過	ブースタ用電源の接続用に使用します
③電流阻止型	×電流阻止	×電流通過	電源挿入よりも後ろ側で使用します

　電流通過型は中間用に使用します。しかし、結合側(テレビコンセント側)からは電流が通過しないので、ブースター用電源を接続しても、ブースターに電源を供給することが出来ません。
　電源挿入型はブースター用電源を接続する箇所に使用します。アンテナから見て、電源挿入型の分岐器(直列ユニット)以降には電流が通過しません。
　電流阻止型は、アンテナから見て、電源挿入型の分岐器よりも後ろ側で使用します。通常は、電流通過型で代用してもかまいませんが、一番後ろの分岐器に、中間用とダミー抵抗を用いる場合は、必ず、電流阻止型である必要があります。

設計方法

　主線路と結合線路を３Ｃの同軸ケーブルで製作する場合のケーブルの長さは、約10cmになります。これは、ケーブル内で波長が約0.67倍に短縮する為です。

試作品の特性例と調整方法

　筆者が製作した方向性結合器の特性について説明します。挿入損失は、同軸１から同軸２へ通過するときに発生する損失です。２分配器が約４ｄＢだったのに対し、500MHzで１ｄＢ以下の損失しかありません。また、600MHzを超えると、損失が増大してゆく傾向がみられます。

方向性結合器の挿入損失
　次に、結合度です。結合度は同軸１から同軸３に結合する度合いのことです。
　この例の500MHzの周波数において、同軸１から入力された電力のうち、１４ｄＢ低い電力が、同軸３から出力されました。つまり、結合度は１４ｄＢです。

方向性結合器の結合度

　結合度は、コンデンサＣの値で調整することができます。結合度を－２０ｄＢなどに小さくする場合は、１ｐＦより小さなコンデンサに変更します。しかし、１ｐＦ以下のコンデンサは入手しにくいので、コンデンサを直列に接続するなどで代用します。

　最後はアイソレーションです。アイソレーションは同軸２から同軸３に漏れてくる度合いです。この例では、500MHzで30dBくらいのアイソレーションがありした。
　注目して欲しいのは、先ほどの結合度の絶対値(14dB)よりも大きいことです。方向によって異なる損失、つまり「方向性」を有していることがわかります。
　同軸１からの入力と同軸２からの入力との結合出力の16dB(=30-14)の違いが、方向性の度合いを示します。

方向性結合器のアイソレーション

方向性結合器による反射損失測定(リターンロス、VSWR、SWR)

　前節で製作した方向性結合器の方向性を応用して、反射損失(リターンロス)の測定を行ってみました。
　反射を測定するので、方向性結合器の入出力は逆にします。方向性結合器の出力側から信号を入力し、入力側に反射損失を測定する測定対象を接続し、結合出力から出力される漏れ電力を測定します。

　下図は測定結果です。左図は測定対象をダミー抵抗にした場合です。中心の500MHzで反射損失２０ｄＢ（ＶＳＷＲ＝１．２）が測定できました。

方向性結合器のアイソレーション

方向性結合器による反射損失測定
　しかし、方向性結合器の方向性以上の反射損失は測定できません。最も方向性のある500MHz以外の周波数では、正しい結果が得られないのです。
　上図の右側は５ｄＢアッテネーターで反射損失１０ｄＢにした場合の測定結果です。測定結果は１５ｄＢとなっていて、５ｄＢもの誤差がありますが、反射係数が劣化していることは、明確に測定できています。

　以上のように、測定帯域や測定レンジの狭さ、測定精度の悪さなどがあるものの、例えば、アンテナ部品や、ブースターの整合回路を調整する際になど利用すると、とても重宝します。
　ＵＨＦを使った回路では、設計どおりのインピーダンスにならない場合があるからです。