null: 中華製SMA - N変換コネクタと終端抵抗の話

高周波を取り扱うスペクトラムアナライザや信号発生器でよく見かけるNコネクタですが、そのままだと汎用性がなく扱いづらいので N → SMA に変換して使用されることがよくあると思います。

ここで使用される SMA - N 変換コネクタについて、安価な中華製のものは特性がイマイチなものがあるので注意が必要です。今回、AliExpressで購入した特性不明のコネクタと秋月電子で購入したコネクタを比較してみましたので、その内容について簡単にリポートします。また、終端抵抗の闇についても後半で少し触れます。

左がAliEx、右が秋月（通販コード：C-00106）です。50Ω終端はNano-VNAを購入した際に付属していた比較的特性の良いものを使用しています。

左：AliEx　右：秋月

まずはAliEx製から測定。測定にあたって、FPC1500のキャリブレーションデータは工場出荷時のものを使用しています。本来は専用のCALKitを使用して測定前に校正するのが正しい手順ですが信頼できるCALKitを持っていないので省略します。

AliEx製コネクタの測定

SWR特性

スミスチャート表示

アマチュア無線のUHF帯域（430~440MHz）ではSWRは1.03と十分低いですが、3GHzでは1.46まで悪化しています。スミスチャートで見ると周波数が上昇するに従って誘導性→容量性と変化しているので、等価的には以下のような回路になっていると考えられそうです。

コネクタ + Load の等価回路（推測）

Webブラウザ上でスミスチャートを描画できる QuickSmith で確認すると以下のようなトレースになり、なかなか類似しています。（周波数スイープ範囲は1M-3GHz）

QuickSmith でのトレース結果

次に秋月で取り扱いのあるコネクタを見てみます。測定条件はAliEx製と同じです。

秋月コネクタの測定

SWR特性

スミスチャート表示

3GHzまでSWRは1.03以下と非常に良好です。また、スミスチャートで確認してもほぼ50Ωの純抵抗を示しています。ちなみに、秋月のサイトから参考用のテストデータを取得できます。測定はオス・メスコネクタを連結した状態で行っているようです。S11、S22ともほぼ同特性となっており、SWRも9GHzまで1.05以下と良好です。350円でこの性能はかなりコスパが良いと思います。

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中華製SMA終端抵抗の闇についても触れておきます。

以下にSMA終端抵抗の写真がありますが、まともに使えるのは⑦と⑧のみです。

金メッキで高級感を出しているのかと思いきや、すぐに黒ずんでしまい、手には金属臭が残ります。残念ながら真鍮むき出しのようです。

なお、上記変換コネクタの評価に使用した終端抵抗は⑧です。

中華製終端抵抗たち

SMA-N変換コネクタとして秋月製のものを用いて、⑥の終端抵抗を測定すると以下のような特性となっています。①～⑥はどれも同じような特性です。

終端抵抗⑥のSWR特性

終端抵抗⑥のスミスチャート表示

1GHzで既にSWRは1.2を超えており、AliEx製Nコネクタ以上に特性が悪いです。

なぜこんなに悪いのか気になり、一つ分解してみたものが以下の写真です。

特性の悪いSMA終端抵抗分解の図

なんと、リードタイプの抵抗が入っていました。サイズ的には1/8～1/6W程度でしょうか。
AliExの製品ページには 6GHz 2W まで対応しているように書かれておりますが、流石に無理があるでしょう・・。探せばデータ付きのものもAliExで販売されているので、そちらを購入したほうが良さそうです。単価は少し上がって800円くらいしますが。

AliExで販売されている怪しいSMA終端抵抗の例

安価に特性の良い終端抵抗を入手する方法として、減衰率の高いアッテネータを使用する方法や、SMD抵抗で自作する方法があります。

比較的コスパの良いアッテネータとして、AliExでも取り扱いのあるDC-6GHzまでを謳ったアッテネータがあります。例えば30dBのアッテネータを片側開放で使用すれば理論上はリターンロスが往復分で60dB確保でき、SWR = 1.01以下が確保できます。（実際には接続部のミスマッチや製品の性能的にそこまで出ない）

AliExで販売されているコスパの良いアッテネータの例

AliExで販売されている 30dB ATT を終端抵抗として使用してみた結果が以下となります。怪しいSMA終端抵抗よりも遥かに特性が優れていることがわかります。

30dB ATT 測定の様子

30dB ATT の SWR 特性

30dB ATT のスミスチャート表示

後者のSMD抵抗を使った自作方法について説明します。

エッジマウントタイプのSMAオスコネクタ（これは中華製でも割と許容できる）と150Ωの1608M抵抗を3パラで使用します。コネクタの足をカットして、150Ωの抵抗をほぼ均等間隔となるようにはんだ付けするだけで完成です。中華製コネクタ（金メッキではなく真鍮むき出しなのが欠点）を使用すると1個あたり50円以下で作れ、特性もそこそこ良いです。シールドされていないのが気になる場合は銅箔テープなどで覆ってはんだ付けすれば良いと思います。