空芯コイルの測定

今、釣り竿アンテナを作ろうかと思っているんですが、マルチバンドに出られるようにしようということでトラップのために必要な空芯コイルを巻いてみました。

トラップの調整のため、インダクタンスを確かめ、MMANAを使った空芯コイルの設計の再現性を見てみようと、NanoVNA v2を使って、インダクタンスの測定をするのと、コイルのQ値を求めてみました。

巻いた空芯コイル(径3.9cm 29T 1.2mm径銅線巻き1.5mm程度の間隔)に15pFのセラミックコンデンサを並列に取り付け、共振させたうえで、NanoVNAからワンターンコイル でカップリングさせ、インピーダンスの高いところを探します。

共振周波数は10.52MHz となりました。f=1/2π/sqrt(LC)ですので、L=1/(2πf)**2/C=15.2uHとなります。MMANAの空芯コイルの計算だと13uH程度なので、結構ずれが大きいなあ。なんでだろ(コイルの径が自在ブッシュの厚み分だけ太くなっているせいかな。。。?直径を4.2cmとするとだいたい似たような計算値となるけど)。

また、インピーダンス半分となる周波数幅を評価したところ、19.8kHz 程度ですので、Q=10.52M/19.8kHz= 530 ぐらいということでしょうか。

次に、塩ビ管にやや密巻きにしたの( 径3.9cm 21T 1.2mm径銅線巻き) を同様に測ってみます。

こちらは、共振周波数f=11.24MHzということで、13.4uH(MMANAの空芯コイルの計算では、ほぼこのあたりの値か、巻きスペースが不均質ですが)、少しQは低くQ=11.24M/30kHz =370 という感じです。

塩ビ管に巻いたのは重いのと、巻きスペースを均一にできないのですが、一方自在ブッシュを使ったのは、コイルが変形しやすいのが欠点。ということで、3Dプリンターで間隙巻きができるボビンを出力してそれで巻いてみようかなと。

そんな感じで、あれこれ試行錯誤を楽しんでます。

安上がりにアルミ線で巻いてみました。33T 3.9cm 1.5mm diameter 0.5mm spacing で、22.3uH Q=378 (MMANAでの計算では19.5uH)でした。

ひょっとしたら並列のキャパシタンスが15pFがずれているのかも。この後3D2Vの同軸コンデンサで共振させてみるのでその時も考えてみようと思います。

(3/25)トラップコイルを作るために始めたこれですが、トラップダイポールは同調がクリティカルで、飛びはあまり期待できないなあ、ということがMMANAでいろいろいじっているうちに思い始め、トラップダイポールでなくフルサイズのギボシ接続でバンド変更を行う14MHz, 21MHz Vダイポールにしようかなとか思い始めてます。

で、7MHzはVCHアンテナにしてみようかなと。

ということで、これを作りました。

7cm 3mmピッチで1.5mm 径のアルミ線を33回巻きました。同様にVNAでコイルのQとインダクタンスを測定したところ、46.5uH, Q=615となりました。やっぱりMMANAでのコイル設計の値(40uH)より大きな値がでるなあ。どれも同様の15%ぐらい大きな値が出ているので、これはキャパシタの値の誤差のような気がしてきました。手元のLCメーターで確かめたら確かに16.9pFと整合的な違いが出てましたので、そうですね。

50MHz トランスバーターに苦しむ

mcHFで手っ取り早く50MHzバンドに出るために手当てしたトランスバーター(のキット)ですが、いきなりハマりました。

e-Bayで50MHz 28MHz transverterなどと検索すると大量に出てくるウクライナのやつです。スペアナもあるし、これをとりあえず動かして出てくる50MHzの電波の品質がまともだったら変更申請に加えよう、とか思ってテキトーに作りました。

で、さっそくmcHFからRFとPTTをつないでテスト。最初は0.5W程度で控えめに・・・

ということで、やってみたら出力出ない。

なんだかなー。調べてみると、PTTを押しても、入力に入れたリレーが切り替わっていない。どうもmcHFのPTTはそんなに電流を流せないためにリレーを駆動できてない様子(回路図見たらリレーのコイルに直接つながっていて、なんじゃこれ、となった)

しょうがないので、PTTのラインをワニ口で強制的に送信としたところ、一応出力は出てくるようになったけど、出力が小さい。どんなに頑張っても20dBmしか出ない。。。。

オシロで信号を追っかけてわかったこと:リレーがちゃんと動かないと、MOSFETのミキサーにmcHFからのRFがATT経由しないでつながってしまうので、即刻壊れているっぽい。

まじかー。

とりあえず、このBF998というミキサーに使われているdual gate mosfet が飛んだだけっぽいので、とりあえずこれを取り替えよう、と思ったけど、部品の通販でまた待つことになるかなあ。最低1週間だろうけど、最近海外通販がまた遅れ気味になっているっぽいので、いつになることやら。。。

部品は取り替える、にしても、ATT経由しないでドライブしてしまう恐れのある回路のままでは何度やっても壊してしまうであろう、ということで、この回路そのままはだめですね。最低限、送信と受信を別にして、送信側には必ずATTが入るようにしないといけないと思った。

それと、50Wのリニアのほうも、mcHFのほうでキャリアが漏れているために、mcHFのほうでもう少しキャリア漏れを改善するか、mcHFの出力を一度ATT(10dBぐらい?)で殺してリニアに入れるようにしないと近接のスプリアスが規定を満たさず、on airできるqualityにはならないため、こちらも、両面作戦をとろうと思っています。

いずれにしても、手元のFT991やらIC705でサクッとOn air できるのに、このあたりでウロチョロしていて最近ほとんどアンテナから電波出してません。

mchf firmware modification

mcHFのJA対応は、いろいろ悩んだんですが、3.5~3.8MHz はJAでは6セグメントに分かれているため、バンドの総数を増やす対応をすることにしました。いちおう1.8MHz~28MHz帯のすべてのセグメントをbandinfo で定義して対応したところを変えていきます。

バンドの情報や終段のバイアス設定などはEEPROMに記憶されるのですが、その関係でEEPROMのバンド関係のマップも見直す必要がありました。また、前に使われていたEEPROMのアドレスを流用しないようにするためには、さらに別のアドレスにまとまった保存領域を確保する必要が出てきたことから、これまでのEEPROMの容量では足らないことにもなりました(EEPROMを1025/1026でつけておけば大丈夫)。

そんなこんなで、いくつかのファイルを変更、コンパイル、書き込みをしました。全バンドを設定、前に使った周波数・モードも記憶されるようになりました。

あとは書類書いて変更申請出すだけなんですが、だんだん欲が出てきて、どうせ変更申請出すなら、50Wリニアと50MHzのトランスバーターも一緒にして申請しようかなとか思いだす。。。

で、RD16HHF1 4パラという胡散臭い50Wリニアを手当てしてあったので、つないでテストをしてみました。0.5Wぐらいでドライブして50Wが簡単に出ました(ハイバンドではちょっと厳しいけど)。LPFをちゃんと設定してあれば、高調波-50dBは軽くクリアしてるっぽいので、これを追加しようかなと。ただ、mcHFとリニアの間のマッチングがでたらめ(特にハイバンド)なので、間にアッテネーターを入れるかしてマッチングを取らないといけませんね。

トランスバーターはこれからです。

しかし、コンパクトなQRPリグのはずなんだけど、これだけあれこれ付けたらFT991とかそのあたりのリグと同じサイズ感。消費電力もそれなりなので、やっぱりmcHF単体で使うのがスマートですね(でも6mには出たいな)。

mchf スプリアス対策?

今日は、計測したmchfのキャリア漏れを何とかしようと試行錯誤していました。

先達の方の中には、ミキサーのグラウンドをキャパシタを入れて安定化すると効果があったという方がありましたので、私も同様にSMDのキャパシタを付けてスペアナで測り、変化を確認、を繰り返してました。

・・・

いろいろやったんですが、目に見える変化が得られませんでした。ミキサーの出力を見ていると、ミキサーのスイッチングでリンギングしたスパイクが入りまくっているんですが、先達のやられている対応を実施すると、そのスパイクの波形がむしろひどくなるので、どちらかというとスイッチングのドライブのインピーダンスマッチングを取って綺麗にミキサーを動かすのがよさそう、と思ったんですが、試行錯誤の結果、結局最初の回路のが最良、というのが今日の結果でした。

そうこうしているうちに、PAの出力を5W以上にあげたほうが、キャリアの漏れたのが見えなくなるということも見えてきて、なんか今までミキサーを悪者にしていたのだけど、実は違うんじゃないかなという気もしつつ、とりあえず免許は、ぎりぎりでもいいので、スプリアス規定を満足する設定を探しておろそう。ということで、今の状態でケースに入れて一旦完成形にしようと決めました。

ということで、今この状態。

ソフトの調整をして、もう何とか第3送信機にしちゃおうと思います。今のところ欲張らず、3.5, 7, 14, 28 (要は今のLPFでスプリアスを満足するバンドで)CWとSSBが出れればいいやという感じです。

mchf スプリアス測定

変更申請を行うために、新スプリアスの規定を満たすようにする必要があり、近接スプリアスの測定と高調波の測定を試しにしてみました。近接のスプリアスとしては、IQ合成のバランスとりが悪いと24kHz離れたところに出てくるピークと、キャリア漏れの12kHzのところのが問題になりえると思います。IQ合成についてはmchfのメニューで調整できますので、それを一通り行い、キャリア漏れはミキサーのグラウンドインピーダンスを下げるとか、バランス改善のメニューだとかいろいろな方が提案されている方法をこれから試そうとしているのですが、まず現状を把握する意味で、現状を練習兼ねて測ってみました。

測定は、RIGOL DSA815に40dBのアッテネーターを通して行いました。記録はPCにLANでスペアナを接続し、RigolBildschirmkopieというキャプチャソフトで取りました。免許は最終的には3.5, 3.8, 7, 14, 21, 28が出られるようにしたいと思っているので、これらのバンドで測定します。SSBモードでキャリアをフルパワーで出して計測を行いました。

キャリア漏れなどのピークについては、RBWを1kHzの設定で、基本波の高調波に関してはRBWを100kHzにして100MHzまで測定してみましたが、測定方法が正しいか自信なし。1GHzまで測らないといけないと思いますし、CWその他のモードでも測らないといけないのかな。わーめんどくさい(保証認定を取るのであれば、一応全部測ったうえで、資料の提出は一部?でしょうかね。)

まず3.5MHz

スプリアス規定は、アマチュアについては、5W以上の送信機については、基本波30MHz以下 はスプリアス領域で50mW以下かつPEP-50dBですが、微妙にクリアしていません。(SSB帯域が3kHzとすると、2.5倍で7.5kHzなので、これらのピークはスプリアス領域ということになるのかな)

7MHz

14MHzも同様

21MHzは厳しそう。

28MHzは惜しくもNG?こちらはIQのバランスがちょっといまいち。

次に高調波を見ます。

3.5MHz OK

7MHzもOK.

14MHzではなぜか83.84MHzに謎のピークが出てきた。CPUのクロックが漏れてる?

21MHzはLPFを別にしないと全然だめですね。謎83.85MHzはレベルがかなり高くなってるし。高調波は-50dBcを満たせばよいのか-60dBcなのか、規定をいまいちよく理解できてない。

28MHzでは、また例の83.85MHzがLPFのカットオフが高いせいでさらに目立つ内容。これはちょっと対策しないと不要輻射-60dBの基準は満たせない。高調波は大丈夫なのに。。。

ということで、いろいろと気が付いたのはよかったですが、道は遠そう。。。