2014年10月13日

ルビジウム信号源

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GPSを基準信号源にした周波数カウンタと10MHzの基準信号源を作ってからだいぶ時間が経ってしまいました。
その過程の中で、最初は秋月の12.8MHzのVCTCXOを使用した信号源もちょっと見は安定度がいいのですが、息を吹きかけると元に戻るとは言え数ヘルツ位の変動がありました。
このVCTCXOをTRヒーターで温度制御しながら温めたりしてみましたが今一納得がいかず、結局ダブルオーブンのOCXOをebayで$23で売っていたので購入して使っています。
お借りしていたルビジウム信号源との比較でも非常に安定しています。勿論、息を吹きかけてもびくともしません。一応ここまで検討したところで、お借りしていたルビジウム信号源をお返ししました。
そうなると、今まで基準にしていたものが無くなり、やはり1台欲しくなりついにルビジウム信号源を購入することにしました。ヤフオクやebayを検索し、ebayでfreeshippingで$100のを見つけ、しかも232C制御で周波数を変えられるらしいとのことでこれを購入しました。FE5650Aというものです。もう高精度病状態です(笑)
最初の写真が、そのルビジウム信号源を電源とともにケースに入れたものです。
現時点は、とりあえずケーシングしただけで、信号出力もFE5650Aの出力をそのまま出しています。
将来的には、分配回路をつけてやろうとBNC端子は全部で5個つけられるようにしました。
周波数制御も、とりあえずはPCから制御できるようにD-SUB9Pの端子をつけました。後ろ側の写真です。

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しかし、購入した信号源はそのまま使えたわけではなく、電源の接続や信号の取出しなどを行うコネクタが特殊でどうしようか悩みましたが、表面実装となっているコネクタを半田ごてではずしてしまい、基板パターンに必要な端子からリード線を半田付けして引き出し、ケースの外側にD-SUB9Pを取り付けてそこから接続できるようにしました。買ったばかりのものを改造する勇気はいりましたが、眺めていても信号は出てこないので、当たって砕けろ!です。結果は、何とかうまく行きました。

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D-SUB9Pを取り付けるためのポスト用の穴あけも結構な作業量がありました。(ケースを裏側からドリルでザグッてねじ穴とした)。

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また、この信号源には電源として15Vだけでなく5Vも必要でしたが、3端子レギュレータをケース外装に取り付け、供給は15Vのみとしました。

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ここまでで発振を確認できましたが、結構熱くなります。ラジエータをつけて冷やす必要があると考え手持ちのラジエータを切り出してつけることにしました。
一番大変だったのは、この切り出し作業です。小さな金鋸で約40分ほどかけて焦らず、苛立たず、のんびりと加工しました。

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電源には、秋月で売っている16V4AのACアダプタを使用しました。メーカーの仕様書に寄ればこの信号源は15V〜18V位で使用できるとわかったので、そのまま使っています。小型で適当に安価で良かったです。

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とりあえずのケーシングも終わりましたので、次は周波数制御です。元々、購入したこの信号源はOPTION58というもので、発振周波数が8.3****MHzとなっているものです。しかし、これらはDDS制御にて周波数が決められており、このDDSの設定を変えれば必要な周波数(範囲の制限はありますが)が出力できることになっており、この制御はRS-232Cでできるようになっています。今回取り付けたD-SUB9Pのコネクタにこの制御信号も配置しました。

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まず、PCの制御(TeraTerm使用)でうまく行くことを確認して、今度はマイコンからの制御実験です。
これも簡単にできました。通常のDDS制御と同じようにデータを計算して、通常はDDSに制御データとして出力するところを232Cシリアル出力するだけで簡単に動きました。そのうちケース内に内蔵して超安定DDS信号源にしたいと考えています。

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8月に製作したGPS-DO/周波数カウンタに積んでみた写真です。テイシンのTK-12という比較的低価格の測定器などに丁度いいサイズのケースです。

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次は、制御回路の内蔵ですが、課題があります。この信号源の周波数を変えていくと、9MHzあたりを中心に低いほうも、高いほうも信号出力が低下します。どうも、共振型のフィルタが内蔵されているようです。20MHzまでは信号源内蔵のマイコンが対応しているようなので、このフィルタの特性を変えてやればHF帯DDS信号源として使えそうです。
サイト検索をすると容易に見つかりました。ちゃんと回路を追って、フィルタの特性をシミュレーションされ、改善する方法も記載されています。オリジナルの特性は当局が実測したものと殆ど同じでした(当然ですが)
とりあえずは安定な信号源が手に入ったのでとりあえず使えるようにして、次のステップは、これからまたのんびりとやっていきます。マイコンでの周波数計算と表示が32bit長の限界にぶつかっており多桁の計算を精度良くやるかうまく表示する方法を考えないといけません。

※このFE5650Aを購入する判断となったのは、dty山本さんのサイトです。OPTION58の制御方法が記載されており、この情報で購入の決断をしました。当然、制御方法はそのまま参考にさせていただきました。
ありがとうございました。

※GPS-DOやルビジウム信号源はもう5〜10年前に話題になっていたようですが、そんな精度は必要ないと関心がありませんでした。しかし、ひょんなことから1Hzが欲しくなりやり始めたらハマってしまったという感じです。その当時だったらもっと安かっただろうにと悔やんでも仕方ありません。

posted by ja6irk at 18:16| Comment(2) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew
この記事へのコメント
現時点の周波数精度は、精度の良い基準信号として自作のGPS-DOしかないので0.01Hz程度でしょうか?!
まだちゃんと合わせていません(自己れす)
Posted by jn3xby 岩永 at 2014年10月13日 18:32
岩永さん、すっかり高精度病を患いましたね。hi hi
周波数基準があると何かと便利です。 FBだと思います。

なお、その当時でもそれほど安価ではありませんでした。
Posted by JA9TTT/1 加藤 at 2014年10月13日 23:23
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