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技術情報：計測お役立ち情報
伝達特性の測定：測定に使用する計測器
伝達特性を測定する計測器
数MHz以下の比較的低い周波数での伝達特性を測定するためには、
- 信号源を内蔵したFFTアナライザ
（FFTサーボアナライザ）
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- 周波数特性分析器
（ Frequency Response Analyzer)
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の2種類が一般的に使用されています。これらはいずれも測定用の内蔵信号源を持ち、被測定回路を通過する前後(入力および出力)の信号を各々ディジタル演算 (フーリエ変換) して、増幅率(ゲイン)および位相を求めて、伝達特性を求める測定器です。 それぞれの測定器について、比べてみましょう。
測定原理の違い
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FFTで使用される測定用の信号(内蔵信号源)には、インパルスやランダムノイズ、スエプトサインなどがありますが、何れも広い周波数成分を含んでいることが特徴です。 |
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FRAの測定用信号源は、周波数一定の正弦波です。広い周波数範囲で伝達特性を測定するために、周波数を少しづつ変えて（スイープして）繰り返し測定します。 |
測定の正確さ
FFTは、測定レンジを固定して測定します。そのため、小さな成分は雑音に埋もれて測定誤差が大きくなります。
一方、FRAは、一度に1つの周波数成分しか測定しませんので、その都度最適な測定レンジに自動的に設定して測定します。
つまり、小さな信号成分の測定時は、感度を上げて測定することにより、良好なSN比（良好な測定確度）で分析することが可能です。
自由な周波数分解能
FFTでは、周波数軸で等間隔の分析結果が得られます。そのため、周波数軸をログスケールにすると低周波側が粗く、高周波側が極端に高密度なデータとなります。
一方、FRAでは、任意の周波数ポイントで測定できますので、ログスケール上で等間隔にすることもできます。
伝達特性の測定について、FRAとFFTを比較してみましょう。
| 比較項目 |
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| 信号源 |
インパルスまたはノイズ、スエプトサインなど |
正弦波 |
| 測定信号によって系が飽和する可能性 |
誤測定に要注意
（飽和の可能性高い） |
安全・安心
（飽和の可能性低い） |
| ダイナミックレンジ |
狭い
1レンジで測定 |
非常に広い
自動レンジ切換え |
周波数分解能
(測定点の分布) |
サンプリングで決定／周波数に均等に分布 (周波数を対数表示すると、高域に比べ低域が粗くなる) |
任意(細かくも粗くも)／周波数に対数的に分布 (周波数を対数表示した時に分布) |
| 測定信号の注入 |
工夫が必要 |
容易（アイソレーション信号源） |
| 窓関数の設定 |
必要（複数の中から選択） |
不要 |
| 測定手順 |
1. アナライザの周波数レンジを選択
2. 信号の種類とレベルを決める
3. 窓関数を選択 |
1. 被測定物の周波数範囲と分解能(任意)を入力
2. 信号レベルと積分回数を決める
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| 測定値の平均化 |
平均化回数で設定
サーボ系では必ず平均化が必要 |
積分時間で設定 |
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伝達特性の測定例
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