ＤＢＭは非常に特性がよく、広い適用範囲をもつミキサーであり、ＤＢＭは局発のレベルや、入出力インピーダンスをマッチさせさえすれば、ミキサーのすべてをＤＢＭに置き換えることができるといえるほどです。ぜひＤＢＭの使い方をマスターしましょう！

必要とする目的によって、ＤＢＭの各端子を入れ替えて使おう。

　ＤＢＭには、概略構造図で示したようにＲＦ，ＬＯ，ＩＦの３端子があります。通常の使い方としては、ＲＦが入力信号（小さな信号）、ＬＯが局部発振器信号（大きな信号）で、ＩＦが出力端子になります。
　ここで動作原理を、もう一度思い出してください。３端子をそれぞれ入れ換えた場合でも、それぞれ動作するということで、ＲＦ，ＬＯ，ＩＦの３端子は厳密には決められているわけではありません。必要とする目的や性能によって、おのおの入れ換えてもかまわないのです。
まずＩＦ端子ですが、表１で見るように、ほとんどのＤＢＭはＩＦ出力がＤＣから可能になっています。他の端子は、ほとんどＤＣは扱えませんので、ＩＦ出力としてＤＣあるいはごく低い周波数が必要なときのみ、ＩＦ端子が有効になります。
　スペアナの簡易バージョンのブロック図で、ＵＰコンバーターがあります。ここで、入力信号端子にＩＦ端子を選びましょう。ＩＦ端子を選べば、スペアナの測定範囲をＤＣまで拡張できます。
　現在、秋月電子通商で扱っているＤＢＭモジュール（ミニサーキット社製）には、表１の３種類あります。ＳＢＬ−１は、値段が一番安いのですが、入力周波数範囲は５００ＭＨｚまでとなっています。ＴＵＦ−５は、値段が結構しますが、LO/RF入力周波数範囲が１５００ＭＨｚまで使えます。変換損失、アイソレーション特性については、表記の入力周波数範囲内では、目立った違いがありません。
私は、値段が手頃であるＴＵＦ−２を一番よく使います。

局部発振器のパワーがある程度あれば、変換ロスは一定

図６に、局部発振器のＬＯレベルに対する変換ロスの変化を示します。このグラフで注目すべきことは、変換ロスは局発（ＬＯ）のレベルが、約＋６ｄＢｍ〜＋１４ｄＢｍの間で、ほぼ一定の約６ｄＢであることです。
すなわち、発振器のレベルがこの間で変動しても、変換ロスが一定であるため、発振器の出力を一定にする努力をはらわなくても良いというのが、ＤＢＭの魅力の一つです。アクティブなミキサーＩＣでは、変換ロスを考慮する必要はありませんが、だからといってＤＢＭが劣っているというわけではありません。変換ロスが一定と分かっているため、後段の増幅器などで損失分を補償すればよいのです。
ただし、ＬＯレベルのパワー不足は具合が悪く、約＋３ｄＢｍ以下では変換ロスが大きく変動してしまいますので注意する必要があります
前ページのＤＢＭの動作原理を考えると、このＬＯパワーによってダイオードのスイッチングをＯＮさせるわけで、大きな信号とは定量的に言えば、＋３ｄＢｍ以上ということになります。

図６．　ＬＯレベルによる変換ロスの変化

ＤＢＭ：ＴＵＦ−２使用 条件：　ＬＯ周波数　５００．０ＭＨｚ，ＬＯレベル０〜＋１４ｄＢｍ 　　　　 ＲＦ周波数　４７０．０ＭＨｚ，ＲＦレベル−１０ｄＢｍ 　　　　 ＩＦ周波数　３０．０ＭＨｚのＩＦ出力レベルより測定

ＲＦ入力信号は、十分に小さく

　ＤＢＭの局発信号ＬＯは、ダイオード・スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせるので、これに十分なパワー（約＋３ｄＢｍ以上）が必要であると述べてきました。一方、ＲＦ入力信号は、ＬＯ信号によるスイッチングのタイミングを乱さないよう、ＬＯ信号よりも十分にレベルが低い必要があります。目安として、−１０ｄＢｍ以下であることが無難でしょう。
図７にＤＢＭの入出力レベル特性を示します。入力レベルが−４０ｄＢｍ〜−５ｄＢｍ程度までの範囲で、出力レベルはー４６ｄＢｍ〜−１１ｄＢｍとなり、概ね直線性を保っています。出力レベルと入力レベルの差が、ちょうど変換ロスとなっており、６ｄＢ程度であることが分かります。
入力レベルが大きく０ｄＢｍを越えたあたりから、特性の曲がりが見え始めています。この曲がり始めた領域以上でＤＢＭを使ってはいけません。ダイオード個々にとっては、ＬＯ信号とＲＦ信号の違いは、ダイオードをＯＮできるか否かのレベルの違いだけなので、ＬＯ信号は大きく、ＲＦ信号は小さく、というのがＤＢＭの動作上守るべき基本的なルールだと思います。
−４０ｄＢ以下の特性については、レベルが小さいためか測定上の都合で測定できませんでしたが、−１００ｄＢｍ以下まで十分直線性を持っていると言われています。使用信号の下限は雑音レベルで決まるため、そのダイナミック・レンジは１００ｄＢ以上と推測されます。この理由は、ＤＢＭのダイオードがスイッチング動作をしていてＯＮ抵抗も小さいので、それ自体はほとんど雑音を出すことがないからです。アクティブなミキサーＩＣと比較して、雑音レベルにおいても優れています。

図７．入出力レベル特性

ＤＢＭ：ＴＵＦ−２ 条件：　ＬＯ周波数　５００．０ＭＨｚ，ＬＯレベル＋１０ｄＢｍ 　　　　 ＲＦ周波数　４７０．０ＭＨｚ，ＲＦ入力レベル−４０〜＋５ｄＢｍ 　　　　 ＩＦ周波数　３０．０ＭＨｚのＩＦ出力レベルを測定

ＤＢＭの各端子は５０Ωと規定されているわけではなく、７５Ωでも使用できます。

　前ページのＤＢＭ動作原理図の内部構成から考えて、ＤＢＭが５０Ωのインピーダンスに規定されている要素は察せられません。特性は５０Ωで測定され、５０Ωに良いよう素子が決められているにすぎないのです。そのため、特性は若干低下しますが、７５Ωでも使用できます。特性の変化は微々たるもので、気にするほどではありません。
したがって、Giga-Siteスペアナの各ユニット構成は７５Ω系なので、ＤＢＭを使ったＵＰ／ＤＯＷＮコンバーター・ユニットに置き換えた場合でも、まったく問題ないと考えられます。

ＬＯ信号は、正弦波でなくてもかまいません。

　ＤＢＭの局発信号ＬＯは、ダイオード・スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせるのが目的です。正弦波よりむしろ方形波の方が適しているとまで言われています。すなわち、ＬＯ信号が正弦波であると、ダイオードが全てＯＦＦとなる時間があるためです。従って、方形波で駆動すればＯＦＦとなる時間が短くなるため、それだけ変換ロスは少なくなります。

後続のフィルターの特性が甘いものですむ。

　ＤＢＭはアイソレーションをもっており、局発信号の漏れが少ないため、アイソレーションのないミキサーを用いた場合に比べて、後続のフィルターの特性が甘いものですむという利点があります。

ＤＢＭのピン配置について

　それでは、ＤＢＭのピン配置について説明します。図８にＤＢＭの構造と対応するピン名称を示します。図９，図１０は、それぞれＴＵＦ−２，ＳＢＬ−１の外観及びピン配置図です。BOTTOM　ＶＩＥＷを見ると、ピンの足の付け根に色が付いています。青色が１ピンになります。ＴＵＦ−５は、ＴＵＦ−２と同じピン配置です。

ＴＵＦ−２（ＴＵＦ−５）のピン配置（図９．BOTTOM　ＶＩＥＷの左側が１ピン）
　　１ピン： ＲＦポート（青色）
　　２ピン： ＩＦポート（緑色）
　　３ピン： ＧＮＤポート（無色）
　　４ピン： ＬＯポート（緑色）

ＳＢＬ−１のピン配置（図１０．BOTTOM　ＶＩＥＷの右下が１ピン，左上が８ピン）
　　１ピン： ＲＦポート（青色）
　　２ピン： ＧＮＤポート
　　３ピン： ＩＦポート
　　４ピン： ＩＦポート
　　５ピン： ＧＮＤポート
　　６ピン： ＧＮＤポート
　　７ピン： ＧＮＤポート
　　８ピン： ＬＯポート

図８．　ＤＢＭの構造図

図９．　ＴＵＦ−２のピン配置図（ＴＵＦ−５も同じ）

図１０．　ＳＢＬ−１のピン配置図

基板へ実装の仕方

　ＤＢＭのピン配置が分かったところで、ＤＢＭを基板へ実装の仕方を説明します。以前に「特集　秋月のキットを完璧に作る」、と題したもので、５００ＭＨｚまでのスペアナの作製記事／ＣＱ誌（ＣＱ　HamRadio　１９９７．１１月号　p.126参照）で掲載されていた方法は、モジュールの上端側（TOP　VIEW）を直接基板へ半田付けするということで紹介されていました。
ＤＢＭやＶＣＯのパッケージ上面は、内部回路に直接接しておらず、モジュールはピンに近いところに位置していることから、ピンを直接半田付けするのは熱ストレスが加わるためという理由でした。ＤＢＭ、ＶＣＯとのピン間の回路結線は、空中配線で行っているようです。
　でも、ちょっと待ってください。私の経験の範囲では、ピン側を半田付けして特に問題が生じたことはありません。むしろ、パッケージ側を半田付けするときに、熱容量の小さな半田ゴテを使用した場合、パッケージに半田が付く温度に達するのに時間がかかって、かえって肝心のモジュールを壊すのでは？と心配します。
さらに実は、私は、ここで扱うＤＢＭ，ＶＣＯは高周波部品として１ＧＨｚ以上までも使用するため、プリント基板への実装は重要であると考えております。ＤＢＭの各端子は５０Ωに規定されていないから、リード線で短くつなげさえすればよいという意見もありますが、同じ部品を使っても基板への実装の仕方でノイズに弱くなったり、期待通りの特性が得られなかったりするのです。
プリント基板は、せめて両面板を有効に使い、信号ラインを５０Ωのマイクロ・ストリップ・ラインにして、伝送ラインとするべきところなのです。
マイクロ・ストリップ・ラインとは、何ぞや？、と初めて聞く方もいるかと思います。マイクロ・ストリップ・ラインの原理・作り方の詳細は、今後連載で説明しますが、そんなに難しいものではありません。
図１１のような幅のラインを引いたプリント板を作ればよいのです。部品面側は、グランドプレーン（全面銅箔）とし、半田面側に一定の幅をもたせた信号ラインを引くことです。
プリント板のエッチングなどが苦手な人もいるかもしれません。そんな場合でも、ユニバーサル基板（たくさん穴が開いている万能基板とも呼ばれるもの）を利用することが出来ます。ただし、材質はガラス・エポキシのものを使ってください。ベーク板は安価なのですが、高周波特性はあまりよくありません。
次に銅箔シールを用意します。部品面側には、銅箔シールをＤＢＭの周囲全面に張り付けてください。半田面側には、一定の幅に切った銅箔ラインを張り付ければ、簡易的マイクロ・ストリップ・ライン実装基板の完成です。実装の推奨は、やはりプリント基板をエッチングして、マイクロストリップラインを形成したものです。プリント基板の作製方法についても、今後掲載していく予定です。
ラインを曲げるときの形状は、どうしたら良いかとか、その辺のレイアウトのノウハウについても、今後掲載していきたいと思っています。ここでは、ＤＢＭの実装付近について示しておきます。
図１１には、ケースの四隅に半田付けする例が書かれておりますが、６０Ｗ〜１００Ｗ程度の比較的容量の大きな半田ゴテを使用し、短時間で半田付けした方が、きれいに仕上がって外観も良くなると思います。

図１１．ＤＢＭの基板実装図

［次へ]は、ＶＣＯの使い方をマスターしましょう。

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