2017年11月04日

430MHz FM TRX

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先月のQRP懇親会で中華製のV/UHF FMトランシーバモジュールなるものを紹介いただきました。
早速検索してみたが、何種類かが2,3年前から販売されているようでした。
とりあえずVHF用というのが757円と安かったので購入することにしました。UHF用は1500円弱と若干高かったのですが、何事も勉強とこれも購入しました。

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中華製のハンディトランシーバが2,3000円で購入できるご時世に、こんなものを買って意味があるのか、ないのか、わかりませんが単に技術的興味が優先してしまい購入に至った次第です。
SR_FRS1WV、SR_FRS_1WUという製品です。これは、ebayでしか購入できませんでした。DRA818というのもあります。もっと検索を続けたら、SA818というのもありました。
これらは、どれを見ても同じ形状で、同じピン配置になっています。
少ない情報ですが、制御仕様を見ると、制御できる内容が少しずつ違うようです。
このあたりでメーカー差を出しているのかもしれません。未チェックなのでわかりませんが。

モジュールの中身の詳細を知りたかったのですが、残念ながら未だ見つけ切れていません。
(ブロック図はあったのですが)
仕様書と、簡単な制御仕様は見つけられた(中国語でしたが!)のでとりあえず実験はできるだろうと思って到着を気長に待っていました。
どうせ一か月くらいはかかるだろうと思っていたのですが、なんとUHF版が10日ほどで到着しました。
手元に来てしまうと、他のことは放り出して早速検討を開始しました。
まず、制御です。マイコン制御できなければ動かすことができません。
蛇の目基板で変換基板を作って、まずPCのターミナルソフトで通信実験をしました。
このモジュールは、今は懐かしいATコマンドで制御する仕様になっているのです。したがって、ターミナルソフトで簡単に実験ができました。コマンドを送ると返事が返ってくることを確認した後、今度はマイコンで制御を試してみました。とりあえず、動いてそうだったので、TRXとしての評価基板を蛇の目基板で作りました。
430MHzのTRXが蛇の目基板で作れるのか?ということですが、このモジュールは、AFアンプ以外は全てモジュールの中に構成されているので、高周波的難しさはないのです(LPFは外付け必要ですが)。
実験基板と言っても、せっかく作るなら使えるようにと思い小型に作ってみました。
制御とAFアンプのみなので配線は0.5mmのポリウレタン線で行いました。

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とりあえずそれらしく動き出したので、回路図を作って、パターン図を描いてみました。
これまでは、自分でエッチングしていたのですが、小型に作るには2層基板でないと難しいのと、0.3mmのパターンも引きたかったので、初めての試みですが中国の基板屋さんに頼んでみることにしました。
基板屋さんとのやり取りは色々ありましたが、この基板はELECROWに頼みました。10/26に注文して、なんと昨日完成した基板が到着しました。早いです。

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早速、組み立てを行い、ケースも加工してそれらしく組み立ててみました。電池は、デジカメで使用されているNP-50タイプの互換電池(3.7V 1200mAh:600円程度)を使用しました。
充電基板は、中華製の基板で50円ほどで売っているものを使っています。これで本体のみで使用できます。

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aitendoでも売っている中華製2bandTRXと比較してみました。1bandで機能もシンプルですが小さくできたと自己満足しています。

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残念ながら、まだ申請できていませんので正式に電波は出せませんが、ダミーでのテストではそれなりの電波は出ているようです。LPFももう少し検討が必要かと思っています。
受信の方は若干ハム状のノイズが聞こえますが、中華製TRXで聞こえる電波はきちんと聞こえています。
中華製TRXはモジュールではないのですが、使用しているICなどブロック構成は全く同じですので、性能的にはほぼ同じでしょう!

今月号のCQ誌にこの手のモジュールを使用したPicoAPRS機が掲載されていて、モジュールの形名のみで保証認定が取れたと書いてあったので、そのうち申請してみましょう!






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2017年10月21日

アンテナアナライザー

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アンテナアナライザーは、ArduinoとAD9850を使用した中華製DDSをベースにしたK6BEZ OMの製作されたものが色々展開され、安価でシンプルなものが色々披露されていますが、当局も例にもれず、カラーTFT液晶とタッチパネルを組み合わせたものを製作し活用してきました。
http://blog.toshnet.com/article/175736831.html
これを活用した6Band超短縮アンテナの製作などは既にご紹介した通りです。
http://blog.toshnet.com/article/176304743.html
http://blog.toshnet.com/article/176502907.html

その後、さらに小型のものでとOLEDとSi5351を使用したものも作ったりしていました。
http://blog.toshnet.com/article/180946288.html

先日、大阪のOMさんから、自分も作りたいのでソフトを譲ってもらえないかということで申し入れをいただき、完成版ではないので自己責任で!ということで送らさせていただきました。
そしたら、なんと、あっと今に基板化され、基板を送っていただきました。それにレーザー加工したアクリルケース(UV印刷までされたもの)まで作られました。

基板を作っていただいたJG3PUP OM局のBLOGはここです。
http://pup.doorblog.jp/archives/50924441.html#comments

最初の写真は、それを組み立てたものです。当局のは、電池充電用のICの手持ちがなかったので、手持ちの充電基板を組み合わせて組み立てています。

当局の駄作ですが、活用いただいて大変うれしく思っております。
ありがとうございました。

下の写真は、これまでの3台を並べてみたものです。

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2017年09月10日

小型アンテナアナライザー

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先日アンテナアナライザーのソフト拡張行ってだいぶ使い勝手がよくなっていましたが、ebayで売っているというSi5351を使った超小型のアナライザがあるとのことで見せていただき、興味が沸いて作ってみることにしました。

http://blog.toshnet.com/article/180676102.html
今まで作って使用してきたアナライザ

Si5351を使ったアンテナナライザーの事例はたまに見かけるのですが、性能など詳細がよくわかりません。
150MHzくらいまでは信号が出せるが魅力なのですが、信号が方形波ですので高調波を多く含んでおり何らかの影響がありそうで手を付けないままになっていました。やってみて考えようと。

どうせ作るなら、信号源をSi5351に変えるだけでなく、折角、低消費電流の信号源(AD9850モジュールは100mA以上:Si5351は数mA)を使うので、表示などにも低消費電流タイプを使うなど、より少ない消費電流と小型化を狙ってみました。

表示装置は、ちょっと見ずらいかも(老眼で)と思いながら、自発光で少しはましだろうと0.96"のOLEDを使用しました。この表示器はI2C制御でポートを食わない(2本と電源アースの4本のみ)のと、パターンが楽です。
また、3.3V動作で、Si5351も3.3V動作なので、マイコンも3.3V動作させ、電源としては乾電池2,3本、または3.7Vの小型のリチウムポリマー電池が使用できないかを期待しました。
結果的には、正確に測っていませんが消費電流は20mA以下になっており、動作も乾電池2個でも十分動作していました。
最終的には、800mAの小型(薄型)リチウムポリマー電池を充電基板とともに実装しました。800mAだと計算上はつけっぱなしで40時間以上動作することになりますが、実測していません。

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出来上がったアナライザの新旧比較

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ソフトは拡張版のバンド選択機能も搭載しました

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部品実装した基板表面です

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ケースに実装した基板裏面です。充電地、充電基板も裏蓋に実装しています。
8cm×5cm×2.5cmの手持ちのタカチのケースに偶然にもピッタリ入りました。

苦労したのは、ソフトのリダクションです。特にOLEDのライブラリーはいくつかあったのですが、使用されているLSIの機能からか、OLEDの特徴なのか、ページごとに書き込みをする方式となっているようなのと、そのためのバッファでメモリエリアを使用しているようで、ライブラリの大きいのに加えて、RAMエリアも大幅に不足するという事態が発生しました。Si5351のライブラリの大きいのも手伝っています。
旧タイプのTFT液晶(タッチパネル付き)では気にもしなかったことで悩むことになりました。
変数の使い方やら、サブルーチンの工夫やら色々やってみて、何とか使えそうなレベルで実装できています。

さて、肝心の信号源であるSi5351の方形波の影響ですが、共振SWRに大きく影響することが判明しました。
事前に冷静に考えればわかることですが、方形波には高調波が含まれており、3倍が1/3、5倍が1/5、7倍が1/7.....の大きさの成分の合成で構成されています。
つまり主信号しか含まない正弦波の場合、主信号の反射波のみがSWRに影響しますが、方形波の場合、各高調波の信号周波数での反射波が足し算?となってSWRの反射波に影響してきます。
負荷として抵抗を使用した場合、どの周波数でも負荷インピーダンスは一定ですから、正弦波でも方形波でもSWRの値には影響は少ないのですが(足し算だとSWRが1以外の場合高いほど影響が出るはずだが)、アンテナなどの共振負荷の場合、例えば7MHzでSWR1のアンテナで、3倍の21MHzだとSWRはおそらく10以上、5倍だともっとそれ以上、つまり殆ど全反射に近い値となります。
方形波が完全な方形波の場合、7MHzでSWR1でも3倍波が1/3(-10dB)で全反射、7倍が1/5(-14dB)で全反射となり、足し算するとSWR3以上になります。
7MHzで共振させた疑似負荷を測定したときの値と同じような結果が得られましたので、こんなイメージかな?と思っています。(測定SWRが3より下がらない:DDS使用の旧タイプの場合1.5以下)
考え方が間違っていたらご指摘ください。
周波数が高くなると、信号源の方形波が崩れてくるので、高調波成分が少なくなるせいか、SWRの違いは小さくなる傾向にあります。
結果としては、共振点は読めるが低い周波数ほどSWRは正確な値とならないということになります。
実際のアンテナでの違いは少し小さくなる傾向でした。
比較の写真では14MHzを測っていますが、1.5(旧)と1.7(新)と似たような値となっています。
このあたりの値はいずれにせよ正確ではありません。

という結果となった、小型アンテナアナライザーですが、共振点は見れるので、実際の使用にあたっては手のひらに余裕で入る大きさと、電池寿命が長いという点でそれなりの使い勝手のあるものとして使えるのではないかと思っています。
値にこだわる方はメーカー製を購入されることをお勧めします。
因みに、一番高い部品は、リチウムポリマー電池の1300円でした。600mAのものだと1000円程度です。
大きさにこだわらず若干大きいケースを使えば乾電池でも動作が可能です。
電池を除けば、全部で2000円もかかりませんでした。
中華製DDSも最近は1000円以下で買えなくなっているので、秋月で完成基板が500円で買えるSi5351を使った小物としてはこんなものでしょうか!?


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2017年08月16日

アンテナアナライザーS/W拡張

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とりあえず動くアンテナアナライザーを記載してから1年以上が経過してしまいました。
とりあえずの作品でしたが結構活躍してくれて、6Band超短縮ホイップなどの製作に大活躍でした。

http://blog.toshnet.com/article/175736831.html#comment

http://blog.toshnet.com/article/176304743.html

http://blog.toshnet.com/article/176502907.html

とりあえずというのは、周波数スイープをするのに、スタート周波数とストップ周波数をそれぞれアップダウンスイッチで設定するという、考え方はシンプルですが、使いだすとバンド毎にいちいち設定しなければならず不便なところもありました。
最初から構想はあったのですが、バンド毎に中心周波数とスパンを選べるようにしたいと思い、重い腰を上げて作ってみました。
元々書きなぐりのソフトで1年もたっていたのですっかり忘れてしまって難儀しましたが、何とか所望のものに近いものが出来上がりました。

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電源ON時の初期画面です。

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これまでのワイドスキャンです。ダイヤモンド製のHVF5の7MHzと21MHzを1〜30MHz帯域でスイープした様子です。

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下側のボタンでスタートとストップ周波数を変えて4〜25MHzでスキャンした様子です。
これまでは、このボタンでいちいち周波数範囲を設定していました。
しかし、ある程度バンド内に追い込みができるとダイレクトにバンド設定をしたくなります。

そこで今回拡張したのは「Band Scan」という機能です。右側の「Band Scan」のボタンを押してこの機能を選択します。

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「Band Scan」ボタンを押したときのバンド選択画面です。この画面で測定したいバンド周波数を選択します。
コノアナライザーが測れるおおよその上限周波数は30MHzですが、将来の拡張を考えて50、144MHzボタンも用意してあります。

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21MHzを選んだ時の画面です。スパンの初期値は、センター周波数から両サイドに0.5MHzです。
この画面では、センター周波数を21.15MHzに設定してあります。センター周波数は50KHz(0.05MHz)ステップで上下できます。

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スパンを1MHzにした時の画面です。

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スパンを200KHz(0.2MHz)にした時の画面です。

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スパンを100KHz(0.1MHz)にした時の画面です。

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7MHzでセンター周波数を7.00MHz、スパンを1MHzにした時の画面です。

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スパンを0.5MHzにした時の画面です。

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センター周波数を7.05MHz、スパンを100KHzにした時の画面です。21MHzと比較すると帯域が狭くなっているのがよくわかります。

共振周波数からずれたところの波形が乱れていますが、現時点でその原因は追究していません。
必要なのは共振周波数だからです。そのうち検討したいと思います。
測定されるSWRの値も同様です。SWR計とほぼ同じような値ですが、絶対値は問題としません。
センター周波数のステップは50KHzですので共振点をピタリ中心におけませんが、上部にSWRの最下点の値と周波数を表示するようにしましたので、これで実用的だと思ってます。
これで、今までよりだいぶ使いやすくなりました。
次の拡張候補は、測定したスイープポイント(80点あります)をメモリに蓄え、シリアルでPCに吐き出す機能かな?!とか思ってますがいつになることやら!

<蛇足>
このアナライザは、信号源として中華製DDS(AD9850)を使っています。
クロックが125MHzですので50MHzくらいまでは信号が出せると思い、50MHzを測定してみました。

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信号が乱れていますが、おおよその共振点は見ることができました。おまけですね!



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2017年08月11日

自作機でJT65運用!

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雨の降らない梅雨が終わり、梅雨明け宣言以降ゲリラ豪雨だったりしている変な夏ですが、お盆休みに突入しました。
と、同時に今年のハムフェアの自作品コンテストに出品していた自作機が選外の結果で帰ってきました。
最近はやりのJT65を自作機で、しかもSSB機でなく送信部はCW機並みのシンプルな構成で実現したものです。
送信部がシンプルなら受信部もと、10年以上前に使って自作したことがある狭帯域FM用IC(要するにV/UHFFMTRX用IC)を使用したものにしました。
アイデアは良かったと思ったのですが、時間が足らず最後は十分な追い込みができませんでした。
それが選外となってしまったのでしょう!
評価基準が公表されていませんので、詳細は分かりませんがそのように理解しています。
まさか、動作しなかったなんてことはないだろうと早速動作試験をしてみました。
昨晩、そして本日と7MHz国内運用で1Day AJDをWorkedできました。問題なく動作はしており原因はそれ以外のようです。
国内だと5Wあればほとんど大丈夫ですね! レポートが -1dB だったりして1Wでも取れるところはとれそうです。

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自作機は7/10MHの2バンド仕様です。これが詰めが甘くなった要因だと思っています。

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送信部のフィルタは7/10MHzの切り替えなしとしました。10MHzが何とか減衰型の範囲内に収まってます。

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7MHzは極を設け、2次高調波の減衰が大きくなるように設計しました。

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受信部のIFフィルタは、JA9TTT加藤OM考案の世羅多フィルタをSSB並みに帯域を広げた設計で使用しました。

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-60dB帯域幅は約12KHzくらいでしょうか。

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ケースの中身です。
PCとのインターフェースは内蔵し、絶縁トランスも入れています。PTT制御用の232CI/Fも内蔵し、フォトカプラで絶縁してあります。

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一応保証認定も申請し、正式に運用ができるように設備追加してあります。

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表示部は、128×128ドットのカラー液晶を使用し見栄えもそれなりに良くなるようにしました。

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この5W機での飛びの状況です。PSKRの画面コピーです。北米、フィリピン、オーストラリアまで飛んでいる様子が見れます。実際のQSOは、提出前の短い時間でしたが北米とQSOできました。
国内は、5WでオールエリアとQSO可能でした。(今回 1DayAJD Workedしました)

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アンテナは窓から突き出した3mのホイップアンテナです。

この自作機でどこまでDXがやれるか、しばらく頑張ってみたいと思います。

肝心の送品部の機能ですが、下記のブロック図で示されるように、PCからのJT65の音声信号をマイコンで周波数カウントし、信号発生器であるSi5351の周波数を直接制御してJT65のFSK信号を発生させています。
これにより、パワーアンプはCWと同じシンプルなものが使用できます。
将来的にはE級アンプでの高効率化も可能であると思っています。

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2017年07月02日

最近のDX

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先週の日曜日にアンテナを新調しました。
と、言ってもこれまでと同じ短縮型のホイップアンテナです。
これまでと違うのは、長さを1mほど伸ばしました。
これまではグラスファイバ製の2.5mの釣竿を使用していましたが、今回は3.5mのものをしました。
21MHzや18MHzあたりだと短縮率が小さく、21MHzのコイルは2回巻きしかありません。
少しでも長いほうが飛ぶだろうという期待です。
写真がそのアンテナですが、この写りでは今までのとあまり違いませんね!
肝心の飛びですが、この一週間のコンディションも手伝って18MHzでインド、中東、アフリカ、欧州とニューエンティティをだいぶ稼ぐことができました。
特にインドはこれまで一度もQSOできたことがなかったのでとても嬉しいQSOでした。
JT65での運用です。今日の夜も期待したいところです。

主なニューエンティティです。(QSO順)
A92AA:バーレーン
5Z4/DL2RMC:ケニア
VU2ABS:インド
TR8CA:ガボン
A45XR:オマーン
TF5B:アイスランド
EI7HDB:アイルランド

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2017年02月19日

4$ GPSモジュール

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1月の末(20日過ぎ)に頼んでおいたAliexpressからの注文品がボチボチ届いてます。
間に合うと思ったのですが、中国の旧正月休みには間に合わず、正月明けから出荷が始まりました。
そのうちの一つが4$で買えたGPSモジュールです。
これまでGPSDOなどで使ってきたNEO-6Mを使用したモジュールで、これまではAitendoで¥1980(今は¥2980?)とそれなりの値段の物を使用していました。
Aliexpressで売っているのも知ってはいたのですが、それほど安くはありませんでした。
今年に入ってAMAZONで1000円くらいで売っているとの情報で、直接調達したらもっと安いのではないかと調べたら、ありました。
僅か、4$です。一応アンテナもついています。しかも、PPS(パルス出力)を取り出す端子までついています。
これまではLEDのところから引き出して(改造)いましたから、改造の必要がないのはとても便利です。
これが500円足らずですから、言うことなしです。
と、言いたかったのですが、2個購入して2個とも動きません。
しかも、2個の症状が違います。
1個は、NMEAの信号は出ているようでシリアルデータが読めます。しかし、衛星を捕捉してくれません。
もう1個は、うんともすんとも言ってくれませんでした。
前者は、アンテナ端子に電圧がかかっているかテスターで調べたら、0Vでした。
ついている部品は少ないので、アンテナ周りのチップ部品のはんだをこてを当てて付け直したら、電圧が出て衛星が捕捉できるようになりました。
もう1個もはんだ付け不良だろうと、GPSモジュールのはんだを同様にこてを当てて付け直したら、こちらもちゃんと動くようになりました。

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ピンぼけですが、モジュールの端子のはんだが浮いています。

U-BLOXのアプリでちゃんと制御できるので、モジュールは本物で一応動作品だったようです。
安物買いの銭失いになるところでしたが、手間はかかったものの、4$GPSモジュール何とか使えるようになりました。
何に使うかまだ決めていませんが。

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2017年02月11日

CNCフライス その後2

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全国的には大雪の被害が出ているようですが、東京は昨日降っていたものの、比較的穏やかな天気です。
今回は、既製品のケースに加工をしてみました。
確か、タカチのプラスチックケースです。
入れるものは、アリババで調達した中華製半導体テスターです。
このテスターは安いのにすぐれもので、ダイオード、TR、FET等を自動で検出して、hfeやVf、FETの場合入力容量やゲートのスレッシュ電圧なども表示してくれます。
グラフィックLCDで回路図でピンを表示してくれるところなどもなかなかの使い勝手です。
購入したものは完成基板のみですので、今後も使っていくためにはケースに入れておく必要があります。
しかし、LCDの窓加工や、スイッチなどの位置合わせはいつも苦労するところなのですが、そこは導入したCNCを活用すれば楽にできるはずです。元々、こうした加工が目的で導入した経緯があるので、やっと目的の物を加工するところまでたどり着いたということです。
CADは、ARCADを使用しました。
前回はDXFファイルで出力して苦労したのですが、よく見るとJWWファイルでの出力もできるようになっており、それを利用しました。今回は特に不都合な点はありませんでした。
現物を金尺で測って作図したのですが、結果的にはこれが今後の課題かな?!というところです。
使用したケースは、この基板を入れるには2倍くらい大きいのですが、自作した測定器や信号源など、ほとんどこの大きさのケースを使用して大きさを標準化しています。
購入したこの基板で改造を加えたのは、テスト端子です。
元々は、14PinのTEXTOOLがついていたのですが、使い勝手が悪いので、3Pinのテスト用ソケットに交換して実装しています。

加工中の写真、加工後の写真、完成した写真を掲載します。

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写真をよく見ると、プッシュスイッチの左側に筋状の傷が見えると思います。
実は、加工後の移動時のビットの上げ方の指示が少なすぎて、引きずってしまったのです
今後のこの辺りのパラメータの設定を変えないとNGだということが分かりました。
また、よく見ると、液晶がかエースの中央にありません(左右方向)。
テスト端子も、穴位置で右側に寄っています。
この辺りが、金尺での実測精度の影響です。
ケースの絶対原点をどこにするかも、もう少し工夫が必要かと思っています。
しかし、これまでよりも圧倒的に楽に、綺麗にケース加工ができました。
ケース加工が面倒でなかなか完成品まで仕上がらなかった自作品も少しは増えそうな気がしてみました。
posted by ja6irk at 19:18| Comment(4) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew

2017年01月21日

CNCフライス その後

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今日は、晴れてはいるのですが風が強くて寒いです。
JT65は毎週運用しようとは思っているのですが、コンディションもすぐれず5Wとホイップではなかなか拾ってもらえません。

さて、年末に導入した廉価版中華製CNCフライスですが、少しずつ勉強しながら進めています。
大きな問題として2つあって一つずつ解決に向かって進めています。

問題の一つが、エンドミルの芯ブレです。1mmのミルだと2mmくらいに広がるほど芯ブレしていました。
入荷し、組み立てたとき見ただけで芯ブレしそうだと思ったのですが、その通りでした。
これでもブレ分を考慮してカットすれば何とか使えるのですが、基板の製作には無理があります。
原因は、ミルを取り付けるチャックにあることは見ただけで分かっていました。
モーター側に軸も、ミル側の軸も芋ねじで締めるタイプでしたの締め方で変わってしまうのです。
ちゃんとした(?)フライスのスピンドルモーターには、コレットチャックといういかにも芯が出そうなものが使用されています。
モノタロウやアマゾン、ALIEXPRESSなど色々探していたのですが、見つかるものは殆どがモーター軸6.3mmのもので、当局が購入したものについているモーター軸は5mmで合うものが見つかりませんでした。
スピンドルごと購入して交換することも考えましたが、今度はモーターを取り付ける部分の径が違っています。
廉価版というのはこういうところでケチっているのだと感じた次第です。
とは言え、と悩みながら色々検索を続け、ついに見つけました。
モーター軸5mmのコレットチャックです。

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3mmから6mmまでつかめるコレット6種と合わせて2000円ほどでした。

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勿論中華製です。日本製だともしあったとしても10倍以上の値段だと思います。
早速注文して、今回は10日もかからず送ってきました。
下の写真は、購入したコレットチャックとコレット、そして、フライスに取り付けた様子です。
実力のほどは、完璧です。1.5mmのミルで殆ど1.5mmの溝が彫れました。

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もう一つの、問題はCADを使えないことです。
CADが使えないと作りたいものが作れません。
一般的には、JWCADがフリーでかつ相当利用されているようで気にはしていたのですが、当局的には使い勝手が合わず使っていませんでした。
そうした中でCQ誌で紹介されたARCADを触ってみた時、こちらの方が使いやすそうだなという印象を持っていました。
と、いうことでARCADを使ってみました。
目的は、KX3の液晶ベゼルの作成です。
最近殆ど使っていないRigなのですが、以前、物を落として割れ目が入っていて何とか作りたいと思っていたからです。

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プラスティックの平板ですし、形状も比較的シンプルなので入門編としては適当な課題と判断しました。
割れ目の入った現物の寸法を測り、試行錯誤しながらなんとか作図は完了しました。
フライスを動かす、Gコードに変換するソフトはNCVCというものを使用しました。
このGコードを使用して試し切りをやってみましたが、外形は作図どおりになったものの穴を空けてくれません。色々やってみましたがだめです。
穴だけの図面を書いてやってみてもダメで、やはりNCVC推奨のJWCADでないとだめかと、JWCADをインストールしてやり始めましたが、やはり感覚的には全く使えず、悩んだ挙句、ARCADで書いた図面のDXFファイルをJWCADで読んで、JWCADのJWWファイルで保存して、これをNCVCでGコード変換したら、なんとうまくいきました。
角の面取りはなくなっていましたが、穴はきれいに開けてくれました。

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と、言うことで前置きが長くなりましたが、目的のKX3の交換パネルが完成し、付け替えました。
まだ試験レベルですので、材料は手持ちのプラバンを使用しています。若干BLUEの透明板ですが、結構いい感じに仕上がったと自己満足しています。
とりあえずの実用品第一号の完成報告です。



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2016年12月31日

今年最後の製作

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早いものです。もう今年も最終日になってしまいました。
11月からは、JT65の運用が中心になっていました。
当初は、それなりにコンディションも良かったのですが、このところDXだけでなく国内もあまり良くありません。
しかし、JT65のQRPで世界中とQSOできる魅力は素晴らしいと思います。
最近では人気のモードになったようで、OnAirする局が多くパイルアップがきつくてQRPだとなかなかとってくれないことが多くなっていますが。

さて、今年最後の製作物は電子機器ではなく機械加工品です。
もう何年も前から興味を持っていたCNCフライス盤ですが、11月に入ってマイコン関係だったかサイト検索している時に思いかけず見つけた、安価で、USB接続のCNCフライスの記事に当たってしまって、1週間ほど色々調べて、悩みましたが買ってしまいました。
本体だけでも良かったのですが、サイトの情報を参考に最近はやりのレーザー加工もできるようにと2500mWのレーザー付きのものにしました。

https://www.aliexpress.com/item/CNC-engraving-machine-diy-cnc-2535-aluminum-frame-aluminum-tops-new-ball-screw-spindle/32314177927.html?spm=2114.01010208.3.88.tDONMd&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_1_116_10065_117_10068_114_115_113_10000009_10084_10083_10080_10082_10081_10060_10061_10062_10056_503_10055_10054_10059_10099_501_10078_10079_427_426_10103_10073_10102_10096_10052_10107_10050_10106_10051-10052_116_10102,searchweb201603_4,afswitch_5&btsid=44c95bb8-4c51-407c-8789-0d94c6eb76aa

どう見ても同じ物が色々なSHOPで取り扱っていますが、価格はまちまちです。その中でも価格の安い上記の店へ発注しました。
この店は、多くの品物を扱っており以前から時々覗いていたお店です。
だいぶ前に興味を持ったCNCは、下記のようなものです。

https://www.aliexpress.com/item/Cheap-Price-CNC-3020-Engraver-Machine-with-24000RPM-Mini-500W-Spindle-with-4th-Axies-CNC-Milling/32267175688.html?spm=2114.13010208.99999999.360.8fROxo

これは、30cm×20cmまでの加工ができるものですが、制御がパラレルで使えるPCを選びそうだとの情報と、大きいので置き場所の問題がありそうなのと、CADも使えず、価格も送料込みで10万円程度と勇気がいる投資で、安くならないかとずっと悩んでいました。

半ば諦めていたのですが、ふとした切っ掛けでUSB制御の安価なCNCを見つけてしまって勢いがつき購入してしまったのです。
このCNCの加工サイズは24cm×18cmと小さいのですが、よく考えると自分の製作物でこれより大きいのは殆どないことに気づき十分なサイズだと判断しました。もうひとサイズ小さいのもありましたが、とりあえずこのサイズと決めました。
レーザーが無いものだとさらに80$ほど安いのですが、後で買うと100$以上してそうなので付のものにしました。レーザーの出力は500mWが安いのですが、見つけたサイトの情報では2500mW程度はないと加工が制限されそうだったので2500mWのものにしました。
USB接続ができる理由は、制御ソフトがなんとArduinoのアプリケーションとして開発されていることです。
Arduinoは少しかじっていますので、親しみがあります。
Grbl Projectという形で開発が進められており、元はMIT?
使用するマイコンはATMELのATMEGA328です。
パラレル制御のソフトはPCが加工データであるGコードを翻訳してPCから直接CNCのモーターを制御しているのに対して、Grblは、PCはGコードをUSB(232C)経由で吐き出すだけで、CNC H/Wへの翻訳はATMEGA328がやってくれます。これによってPC側はクリチカルなタイミング制御が必要なくなるのでPCを選びません。
Grbl方式は、途中翻訳しているので高速処理はできないのでしょうが、当局のようにアマチュア的に使用する分には問題がないと思ってます。(まだ使いこなしているわけではないのでわかりませんが)
使用するArduinoはUNOが多いようで、CNCシールド(H/WとのI/F基板)も多く安く売られています。
当局も、買ったCNCに専用基板がついているのに、このArduino CNCシールドも買ってしまいました。
¥584しかしないからです。買った理由の一つにモータードライバ基板の予備的意味もありました。
加工失敗でモーターに負荷が掛かってドライバ基板が壊れたら動かなくなって困らないようにということです。

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今回購入したキット付属の専用基板(ATMEGA328とUSB I/Fが搭載されている)

ArduinoUNOは持っているので、CNCが到着する前にGrblプログラムを書き込んでソフトウェアの使い方をラフにトレーニングしておきました。

だいぶ前置きが長くなりましたが、注文してからもトラブルというか、なかなか発送されなくて2週間過ぎてからいつ発送するのか?とメッセージを送り確認したりして、結局、荷物が届いたのは注文してから1か月以上たってからです。普通は送料無料の普通郵便でも3週間位で届くので、FEDEXでの高い送料を払っていることを考えると癪に障ります。発送は、注文して3週間後、FEDEX(普通国際貨物)で1週間でした。
遅れたお詫びに、切削用のキリを10本おまけしてくれましたが。

下記の写真は、送られてきた梱包です。キットなので意外と小さい荷物でした。梱包の上の比較の包みは年賀状です。

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一応、梱包の内容を並べてみました。残念ながら梱包内容リストはなく、全部の部品が入っているのかどうかは確認できませんでした。結論から言うと、不足はワッシャくらいで、主要構造物の部品であるアルミの角棒が1本余計に入っていたのと、ネジとナットはこれでもかと余計に入っていました。

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早速組立てですが、まず、電気系の動作確認を行いました。組み立ててしまってからモーターが回らなかったり、基板が動かなかったりした場合それからクレームをつけても完成させるまで時間がかかると思ったからです。Z軸は組立て済みでの納入となっていました。
写真はその動作確認状況です。事前にソフトウェアの練習をしていたので、確認は簡単でした。
X、Y、Zのボタンを押して、モーターが回るのを確認して終わりです。

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ここで問題が発生しました。1軸が動かないのです。問題の切り分けが必要です。モーターだったら厄介だなと思いながら切り分けした結果、ドライバ基板であることがわかりました。この時点で予備として買った基板は到着していませんでしたが、注文していて良かったと思いました。
動かないドライバ基板をよくよく眺めていると、なんとチップ部品が壊れています。印刷からコンデンサのようです。

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使用されているドライバのICは、A4899という有名なモータードライバICのようで、サイト検索ですぐに回路図が見つかりました。
この回路図から壊れているコンデンサは0.1uFだとわかり、手持ちのコンデンサに入れ替えてみました。
ちゃんと動き出しました。ほかに問題はなかったようです。修理完了です。
お店には、壊れた基板の写真を送って壊れてるよ!と連絡したら、今度はすぐ連絡が来て、申し訳ないとドライバ基板3枚送ると言ってきて、本当に3枚到着しました。今度は早かったです。普通郵便でしたが10日ほどで到着しました。


次は、構造物の組み立てです。あまり写真を撮らなかったのですが、最初の写真はテーブルのY軸です。組み立てた状態で、実際にモーターを回して動作を確認しながら組立てを進めました。

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組み上がった状態です。ここまで4時間位でした。

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組立てマニュアルはなく、3Dの簡易動画を参考にしますが、どのネジをどのように使うかはこの動画からはわかりません。
しかし、全体を眺めながらやってみれば何とかなりました。

サンプルソフトを使ってかまぼこ板を切削してみました。
原点の決め方とか、Y軸の動き(逆に見える。X,Y座標で考えると理にかなっている)とか、慣れない部分がありましたが、とりあえず切削できて良かったです。

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次は、自分のコールサインでも切削したいのですが、CADが使えません。CADで書いたとしても、CAMソフトでGコードへの変換も必要となり、益々、良くわかっていません。
しかし、参考にさせていただいたサイトで紹介されている、EASELという、WEB上でデザインしてGコードを吐き出してくれるソフトを使ってみました。登録が必要ですが、無償で使用できます。
文字や、四角や丸、三角などの簡単な形状の切削はできそうで、ケースの穴あけや、パネルの穴あけには使えそうだと思っています。

かっこよさそうなフォントを使ってコールサインをアクリル板に切削してみました。
何故か、フォントが全部表現できていません。この時は理由が良く解らなかったのですが、後に色々やってみて何とか全部表現できるようになりました。

IMG_1090.jpg

IMG_1093.jpg

次は、レーザーです。とりあえずスピンドルモーターの代わりにレーザーユニットを取り付けて駆動するだけですが、2500mWの威力は凄いです。フォーカスもあっていない状態ですが、木板がもくもくと煙を上げて焦げてゆきます。慌ててオフにしてしまいました。
照射状態で指をだしてフォーカスを調整する勇気もありませんので、改めてやることにしてスピンドルに戻しました。

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気を取り直して、切削用の固定用台を作ることにしました。どのような台がいいのか良く解っていないのですが、3cm置きに穴をあけて裏からナットを埋め込んで、固定用のネジがどこでもつけられるものを作ってみました。
勿論製作は、このCNCを使いました。材料は100円ショップで購入したMDFの板です。デザインは、先ほどのEASELを使用しました。ネジが通る穴と、ナットを埋め込む穴を重ねて並べてゆくだけです。ネジが通る穴は板厚より深く切削し、ナットを埋める穴はナットの厚みより0.5mmだけ厚くなる深さまで切削するようにしました。あとはGコードを吐き出して、プログラムで読み込んで動かすだけです。
下記の写真は切削状況の写真です。

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出来上がったものにナットを埋め込んでいる途中です。こういう加工ができるようになると嬉しくなってしまいます。ボール盤での手作業では絶対作れません。

こんな感じでターゲットを押さえています。ネジをX、Y方向の当てにしていますが、いい按配に平行が取れており、0.1mmの平行差はありませんでした。テーブルへの取り付け時の合わせこみがポイントですが、比較的ラフにやったつもりでしたが、大丈夫だったようです。

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次にやったのが、固定台のレベル出しです(水平面出し)。
ケースの穴あけ等にはあまり問題ないのでしょうが、プリント基板の切削(やるかどうかわかりませんが)では、0.1mmの傾きがあるとパターンの溝が切れずにつながってしまうようです。銅箔の厚みは0.036mmしかありませんから、パターンの溝は0.1mm暗いしか彫らないようです。
全体(21cm×16cm)を0.5mmほど彫ってみました。
3mmのエンドミルを使用し、2時間ほどかかったかと思います。

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最初の写真が、昔、エレキーパドル用に買って使って残った黒檀にコールサインを彫ったものです。
綺麗に彫れてます。今度はパドルを切ってみようかと思ってます。前回は、金鋸とやすりで作りましたが、自由な形が作れると思うと楽しくなってしまいます。(いつになるやらわかりませんが)

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別の物を切削した後の様子です。年末に掃除するどころかゴミを沢山作り出してます。

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一応遮音もかねて簡易的に段ボールで作った箱に入れてごみの散乱を防いでいます。
音は思ったほど大きくありませんでした。

このキットには、リミットスイッチとかついていませんが、制御基板には端子がありますので、今後の課題としてつけたいと思っています。
よって実用品を作る前にやることは、まだまだ沢山ありそうです。
作りたいものを自由に作るためには、CADとCAMも使えるようにならないとだめですし。

このキットを購入するきっかけとなり、色々参考にさせていただいたのは下記サイトです。

http://jh1lhv.hatenablog.jp/entry/2016/06/03/221048

JH1LHV OM殿大変ありがとうございます。
これ以外にも色々勉強になる事が記載されてます。
今後ともよろしくお願いいたします。

申年最後の、長〜い日記でした。
来年もよろしくお願いいたします。





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2016年11月06日

JT65 PCインターフェース

早いものでもう11月になってしまいました。
ついこの間まで暑い暑いと言っていたのですが、いきなり寒い毎日です。
BLOGへの投稿も2か月以上滞ってしまいました。
この間、WSPR用の6Bandアンテナの性能アップをやっていました。
雨対策や、HiPowerでのSWR変化への対応などです。残念ながら決定的な改善策までは至っていないのですが、運用から遠ざかっており、JT65での本格運用を開始しようと準備を始めました。
リグとしてはFT-817やIC-7100があり、IC-7100はUSBケーブル1本で運用できるのであえてI/Fを作る必要はないのですが、FT-817の活用の機会を上げようとI/Fを作ることにしました。
I/Fも以前作ったものがあったのですが、小型のものが欲しくなり、再製作することにしました。

I/Fの回路は最近発売になった「QRPハンドブック」に記載されている、JA9TTT 加藤さんのものをそのまま作ることにしました。
ただし、トランスは、aitendoで購入したものですが、記事で使用されているものとは違う型名のものを使用しました。理由は¥100/個と安くかつ少し小型だったからです。
USBシリアルインターフェースは、同じaitendoの店頭で¥39/個で販売されていたものをローカルさんより分けていただいたものを使用しました。

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使用した¥100/個で購入できるaitendo販売のトランスです。

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分けていただいた¥39/個のUSBシリアルI/Fです。小型に収納するためUSBコネクタは取り外しました。

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収納するケースです。蛇の目基板を合わせてカットしました。

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出来上がった基板です。蛇の目基板に手配線です。

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USBシリアルI/F基板の取り付けイメージです。リード線を半田付けして蛇の目基板に接続しています。

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先のケースに収納した状態です。

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大きさの比較のため006P(9V)の電池と並べてみました。

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蓋をした状態です。

この状態で、しばらく運用してみました。会長に動作しています。
たまたまコンディションが良かったようで、18MHzでいきなりスイスとQSOすることができました。

しかし、このI/F基板上のUSBシリアルI/F基板を見ていて、RTSの端子のみしか使用してなく、シリアルI/Fの機能であるTxD、RxDを使っていなくて、これを使用したらCAT制御ができるのではないかと思ってしまいまhした。
更にしかし、このまま接続したのでは、せっかくオーディオ系、PTT制御をトランスやフォトカプラを使ってアース分離した意味がありません。
やはり、TxD、RxDもアース分離すべきだ!と、CAT制御機能付きのPCインターフェースを作ることにしました。
今度はせっかく作るなら、基板化しようとパターン化してみました。
オーディオ系、PTT制御系はJA9TTT 加藤さんの回路をそのまま使用しています。
CAT制御は、TxD、RxDをフォトカプラで分離しました。
全体の回路は下記の通りです。

JT65 IF20170108.BMP
Rigの端子側はFT-817のピンアサインになっています。(回路図に間違があり修正しました:11/8)
(フォトカプラのピン番号が違っていたので修正しました:`17/1/8)

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生基板にブルーシートでパターンを転写した様子です。

IMG_1022.jpg
エッチングが終わり穴あけが済んだ基板です。

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実装が終わった基板です。

当局はメインのPCにMacBook Airを使用しており、MacOS上のWindousでは、マイク端子が使えないことがわかりました。よって、USBオーディオI/Fを介してオーディオ接続をするのですが、いっそのことと、USBオーディオI/F基板も JT65 PCインターフェース基板に載せてしまうことにしました。

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使用したUSBオーディオI/F基板です。購入したもののケースを取り除きました。

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基板の端子部分から信号を取り出すためのリード線を半田付けしました。

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ケースに実装した様子です。

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ケースの蓋をして、006P(9V)の電池と大きさを比較しています。

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昨日、aitendoに行ったのでもう一枚の基板を作るための部品を購入してきました。
トランスだけでなく、フォトカプラ、マイクジャック、ケースなどもaitendoで購入しています。

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実装した基板の裏側です。

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ケースに実装した様子です。

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前後の穴あけも済ませました。まだ、ケーブルの穴はあけていませんが、この状態で、サブPC(こちらはオーディオ端子が出ていて使える)に接続して早速運用してみました。特にノイズの混入などもなく快調に動作しています。

JT65用のアプリは、JT65-HF HB9HQX EditionのJapaneseEditionというものを使用しています。
日本語対応は最近行われているようで最新版は2016年で、当局は3.5a Updateというものを使用しています。
なかなかすぐれものだと思います。
Windows10でも今のところ問題は見つけ切れていません。

CAT接続したことにより、Rig(FT-817)は電源さえ入れておけば、PCのアプリ側でバンドを切り替えればRig側のバンドは自動的に切り替わるのでRig本体を触ることなく、運用が可能です。
勿論本体側のダイヤルノブを回すとPC側の周波数表示が変わります。

CAT制御は、JT65のソフトだけでなく、WSPRアプリでも同様な運用が可能でした。
また、世に知られているRig制御アプリでも動作が確認できました。
CAT I/Fの自作もので、アース分離したものはあまり見かけなかったので自分で回路を検討して決めました。
問題点もあるかもしれませんか、個人的には何とか動いているようです。

CAT制御をするためには、2本のケーブルをRig側と接続する必要があるのですが1個作っておくと便利ではないかと思います。
なお、CAT制御した場合、PTT制御のRTS端子制御I/Fは必要ありません。RTS端子付きのUSBシリアルI/F基板は選択肢が少なく入手も気を付けなければならないのですが、RTS端子が不要だとほとんどのものが使用可能となります。
今回DTR端子を利用して、CWのキー端子の接続が可能なように回路を組み込みました。
おそらくCW関連のアプリソフトで使用可能だと思っています(試していませんが)

ここ約3週間くらいJT65での運用をしました。最初に比べて最近はコンディションが良くないのですが、最初のころのコンディションのお陰で約30局17エンティティとQSOできました。基本は5Wと2.4mしかない超短縮6Bandホイップアンテナです。

簡単なI/Fと、おそらく眠っていることの多いFT-817で、プアアンテナのアパマンハムでもQRPでDXが楽しめることがわかって喜んでいます。
あとアフリカさえとれればWACワークとなのですが。

<追加>
JT65用のアプリでJT65HF系はICOMのCI-Vをサポートしていないのですが、CAT−CI-Vコマンド変換をすれば制御できるのではないかと思ってサイト検索したら、ちゃんとありました。
Omni.Rigというものです。詳細は記載しませんが、興味のある方は検索されてください。
このお陰で、JT65-HF系のこの日本語対応アプリでIC-7100の制御を行うことができるようになりました。
機能的には片方向で、PTT制御ができるのと、Rig側で動かした周波数が表示されるだけですが(使い方を間違っているのかもしれませんが)実用的には問題ありません。インターフェースを必要とせずUSBケーブル1本で運用できるのが便利です。




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2016年08月16日

6Band自作超短縮ホイップ

WSPRの試験運用を始めて暫くたちますが、ビーコン信号源として使用しているUltimate3Sは6Bandで送信が可能です。
これまで、4Bnadのアンテナを自作して暫く運用しましたが、6band運用が可能なようにアンテナも6Band対応に追加改造しました。
7/10/14/21/28/50MHzです。4Bandの超短縮ホイップアンテナに更にコイルを追加しチャレンジしてみました。
Ultimate3Sは7MHzでは2W強でるものの、50MHzでは70mWしか出ません。
この状態で本当に電波が飛ぶのか心配でしたが、暫く運用した結果は下記の通りです。
さすがに50MHzではどこからもレポートをいただけてませんが、28MHzは0.2WにもかかわらずVKからレポートをいただけました。
下記のレポートは、同じ時間帯で7/10/14/21/28MHzでのレポートをもらった情報です。
28MHz以外でも時間帯でDXからの多くのレポートをいただいています。

日時  周波数 SNR 出力 レポート 距離(Km)
2016-08-13 05:18 28 -11 0.2 JA5NVN 514 
 2016-08-13 05:18 28 -12 0.2 VK3KCX 8189 
 2016-08-13 05:16 21 +9  0.5 JA5NVN 514 
 2016-08-13 05:14 14 -9 0.5 JA5NVN 514 
 2016-08-13 05:12 10 -12 1  JA8INU 837 
 2016-08-13 05:10 7 -13 2  JA5NVN 514 
 2016-08-13 04:58 28 -25 0.2 VK2HJ  7856 
 2016-08-13 04:58 28 -4  0.2 VK3KCX 8189 
 2016-08-13 04:56 21 +7 0.5 JA5NVN 514 
 2016-08-13 04:54 14 -26 0.5 JG1TWP 24 
 2016-08-13 04:52 10 -11 1  JA8INU 837 
 2016-08-13 04:50 7  -9  2  JA5NVN 514 

この状態で暫く運用を行ったのですが、どうも21MHzよりも18MHzのほうが夜間に欧州あたりまで飛んでそうだという情報もいただき、この6Band超短縮ホイップをまたまた改造しました。
21MHzの代わりに18MHzに使えるようにしたのです。
14と18、18と21は周波数が近すぎてトラップコイルでのマルチバンド化は難しいと判断して18MHzをあきらめていたのですが、21より18のほうが飛びそうだとわかって、21をあきらめて18MHzに改造したというわけです。
季節が変わったら、また逆のことを考えてしまうかもしれませんが。
例によって、自作アンテナアナライザとディップメータ、SWR計で改造再調整しました。
これまでは、自作アナライザの画面を掲載しましたが、今回はSWR計で測定したバンド内SWRの変化をグラフにしてみました。

SWR7MHz.jpg

SWR10MHz.jpg

SWR14MHz.jpg

SWR18MHz.jpg

SWR28MHz.jpg

SWR50MHz.jpg

調整がほぼ終わったところで台風襲来の雨が降り始め、風も強くなってきたので今日はここまでといったところです。
自作マルチバンド(6Band)超短縮ホイップアンテナですが、現時点今日の雨で共振周波数が下側にづれているようでSWRが悪化しています。
雨がやんで乾いたら元に戻るかどうかを後日確認したいと思っています。
もし、もとに戻ったなら雨対策を考えないといけません。
(一応自己融着テープを巻いてはいるのですが....)

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2016年07月31日

4Band 自作ホイップ 7MHzでウルグアイ?!

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WSPRの運用を始めて約2週間になります。
送信側は自動的にバンドを切り替えてビーコン信号を送信してくれるのですが、アンテナもこれに追従する必要があり、とりあえずメーカー製マルチバンド短縮ホイップを購入して使用していましたが、このアンテナはHFは改造したとはいえ21MHzと10MHzのみしか対応できませんでした。
部屋の目の前にはこれまで使用していたワングチクリップ手動切り替えマルチバンド短縮アンテナが転がっており、ファイバ製の釣竿を使用していたので軽量でもあります。
難しいだろうと自作を諦めていたわけですが、メーカー製の構造と自作のアンテナアナライザでなんとかなるだろうと4バンド短縮ホイップにトライすることにしました。
4バンドとは、21/14/10/7MHzです。これができればWSPRのビーコン信号を4バンドで送信できます。
それで、出来上がったアンテナが写真のアンテナです。
100円ショップでコイルのボビンになりそうなPET製の化粧品入れを購入し、これに1mmのアルミ線を巻き、トラップ用のコンデンサには1.5D2Vの同軸を使用しました。

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使用した測定器は、コイルのインダクタンスと同軸のキャパシタンスを測定する秋月で売っているLCRメーター(DE−5000)、トラップの共振周波数を測る自作のディップメータ、それに自作のアンテナアナライザとSWRメータです。

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アンテナアナライザでは14MHZのSWRが下がっていないのですが、SWR計では一番小さな値になっています。
値そのものを云々するより、希望の周波数に共振できているかを見るのには便利な測定器となっています。
自作ですが、貴重な測定器の一つになりました。


これで、1週間ほど運用してみました。7,10MHzは多くの受信レポートをいただいてますが、この季節のコンディションが悪いのか、14/21MHzは少ないです。21MHzは昼間に南太平洋側が開けている時間があるようです。
代表的なWSPRレポートを下記に掲載します。
7MHZが2W、10MHZが1W、14,21MHZが0.5Wでの運用になっています。10MHZも結構飛んでいますね!


2016-07-30 08:02 10 -16 1 ZL1RS RF64vs 8632
2016-07-30 08:02 10 -26 1 BD4OS PM17bm 1582
2016-07-30 08:02 10 -16 1 ZL1RS2 RF64vs 8632
2016-07-30 08:02 10 -24 1 ZL2ABN RE78kv 9253
2016-07-30 08:00 7 -14 2 JA5NVN PM74ec 514
2016-07-30 07:56 21 -26 0.5 YC0MLC OI33kt 5776

2016-07-30 07:22 10 -19 1 JH6LAV PM53fp 874
2016-07-30 07:20 7 -2 2 JA5NVN PM74ec 514
2016-07-30 07:16 21 -24 0.5 YC0MLC OI33kt 5776
2016-07-30 07:14 14 -28 0.5 7L4IOU PM95wr 20

2016-07-29 13:40 7 -24 2 VK5EI PF95gd 7836

2016-07-29 13:00 7 -21 2 VK4ECW QG62ll 7156

2016-07-29 12:00 7 -25 2 KP4MD CM98iq 8301

7MHzでも結構飛んでいる時もあるようです。

さきほど7MHzでウルグアイ?まで飛んでいるのが確認されました。
2016-07-31 10:50 JA6IRK 7 -24 2 CX2ABP/D GF25hf 18643



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2016年07月18日

WSPR運用準備 アフリカまで飛んだ!

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 昔のコールサインであるJA6IRKの変更申請がやっとのことで通ったのは一昨日の記事で報告しました。
今回の目玉はWSPRという小電力でどこまで信号が届いているかというビーコン発生器であるULTIMATE3SというRigの保証認定を得たことです。
複数バンドでWSPRという信号を定期的に送信し、ネット上から世界のどこまで届いているかを世界地図で確認することができます。
 今日は、これを使用するためのアンテナの設置をしていました。
アンテナといっても18階建ての13階の小窓に設置するアンテナですので超小型のものです。
 これまでは、自作の短縮ホイップで運用していましたが、アンテナは自作というポリシーを裏切って今回はメーカー製を使用することにしました。
 理由は、自作ホイップではマルチバンド化が難しいと判断したからです。これまでは、コイルをワニ口でタッピングして手動でバンド切り替えをしていました。
 WSPR発生器は、自動的に設定した周波数を変更して送信しますので、マルチバンドに対応しているアンテナが必要になります。自作も不可能ではありませんが、おそらくいつになっても実際に送信電波が出ることはないだろうと判断しました。
 そこで購入したのはダイヤモンド製の HV5S というアンテナです。本当はコメットの UHV-6 というのが欲しかったのですが、現物がなく入荷もしばらくかかるということだったのでまあいいかといった感じで購入しました。

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50MHz、21MHz、そして先端の7MHzを単独で調整が可能です。

 仕様は7/21/50/144/430MHzで使用できるもので、長さは僅か1.5m弱です。
説明書によれば、144/430MHzは無調整で、50MHz以下の周波数は低めに設定されているので、実際に使用する周波数で使用できるようにエレメント長を調整するように書いてあります。
親切なのは、調整用にエナメル線が添付されており、まずこれを使用して使用目的周波数で長さを調整(長いほうから切ってゆく)し、長さが決まったらその長さに正規のエレメントを切って使用することになっています。
 実際に、先日作ったアンテナアナライザを使用して調整してみました。残念ながら、自作アナライザは30MHzまでしか測定できませんので、50MHzはスペアナと自作リターンロスブリッジで測定しました。
144MHzと430MHzはおまけと思っており、実際に使用することもないだろうと測定しませんでした。

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スペアナとリターンロスブリッジで測定したこのアンテナの共振状況
まず、50MHzのエレメント長を調整し、実際にSWRを測定して、50MHzの低い方で最良になるようにしました。

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自作アンテナアナライザで測定した7MHz、21MHzあたりでの共振状況です。
2バンドで共振が確認できます。

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次の調整は21MHzです。いいあんばいに共振点が得られています。

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次は、7MHzです。これもいいあんばいです。

この状態で7MHzと21MHzを自動切り替えで運用してみたのですが、コンディションの影響もあるのでしょうが、21MHzで全くどこともつながらず、7MHzでもやっとのことでいくつかつながったという状態でした。
ローカルのOMさんからWSPRは10MHzが盛んだとお聞きして、昨日はアンテナ化を10MHz化を考えていました。

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結果として、7MHzを諦め、エレメントを短くして10MHzに共振できないか試してみました。
結果、7MHzの調整エレメント無しの状態で10.5MHzくらいで共振しており、結果として7MHzで50cmほどの調整エレメントが10MHzで3cmほどで共振させることができました。

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7MHzの10MHz化で21MHzへの影響も出ていました。
昨日調整した21MHzのエレメントより少し長めの調整長となりました。
よって、付属の調整エレメントのうち21MHz用と7MHz用は使用せず、付属の調整用エナメル線をそのまま使用しています。

WSPR10MHz20160718.jpg
このアンテナとULTIMATE3Sでの10MHz、21MHzでのビーコン運用での電波伝搬の状況です。
北米とニュージーランドで受信できていることが表示されています。
10MHzの出力は1W、21MHzは0.5Wです。21MHzはコンディションでどこにもつながっていないので地図のキャプチャはしませんでした。
今回のアンテナは7MHzで約1.5mですが、10MHz化したことにより約1mの超短縮ホイップとなってしまいました。
1Wで北米、ニュージーランドまで飛んでるからいいか!といった結果です。

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見えにくいですが、マンションの小窓の手すりに取り付けたアンテナの状況です。
この状態でしばらく24時間運転してみたいと思っています。

伝搬状況は、WSPRNET.ORGで確認することができます。

このBLOGをほぼ書き終えた時に嬉しい速報をいただきました。なんと南アフリカまで電波が飛んで行っていたのです。10MHz、1W、1mの超短縮ホイップです。デジタルの力ではありますが、これだからQRPはやめられません。
WSPR10MHzAFRICA20160718.jpg






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2016年06月18日

アンテナアナライザー

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今年は、BLOGへの書き込みもだいぶ少なくなってしまっています。
なんとなく忙しいというか、色々検討を始めて結論までたどり着かないというか、そうこうしているうちにもう半年近く経ってしまいました。
そうした中でまだ結論には至ってはいないのですが、3月ごろに作ったアンテナアナライザーを紹介します。

アンテナアナライザーはこれまでも何度か挑戦していたのですが、満足する性能が得られず完成までは至っていませんでした。
時間がたつにつれグラフィック液晶を使用した製品(高価)が出てくるなど、そちらへの興味もで出したりして、ここ暫くはなにも検討していませんでした。
http://blog.toshnet.com/article/34801969.html
http://blog.toshnet.com/article/35316688.html
http://blog.toshnet.com/article/36362283.html

性能に満足しなかったのはリアクタンス成分まで計測してやろうとの野望が精度が得られず挫折していたのですが、単純にリターンロス(SWR)のみの測定表示でも十分にアンテナの調整には役に立ちそうだということを
下記の製作で判明しました。
最初は、デジタルオシロに周波数スイープの表示をさせるように作ったのですが、グラフィック液晶に表示させるところまで作り上げたら意外と便利に使えるようになりました。
http://blog.toshnet.com/article/87416412.html

それ以降はそのまま止まっていたのですが、昨年あたりからArduinoをいじりはじめ、AVRマイコンでもカラーのグラフィック液晶が簡単に制御できることが分かり何か作ってやろうと思い始めました。
http://blog.toshnet.com/article/127464429.html

そこで試しに、Arduio AntennaAnalyzerで検索すると、色々見つかるではありませんか。
この数年の間に世界のOMさんが色々作られているのをみて、当局もさっそく作ってみることにしました。
特に刺激を受けたのは下記のサイトの資料です。
http://www.hamstack.com/hs_projects/k6bez_antenna_analyzer.pdf

この考え方ををベースに色々なバリエーションで作品が見つかりました。
手に入るカラーグラフィック液晶はドンピシャとはいかないので、当局なりに入手できた液晶をベースに作り上げました。
前置きが長くなりましたが、以降が製作したアンテナアナライザーです。

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まずはブレッドボードで液晶画面を作り、スイープ動作が確認できるところまでを検討しました。

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最近はブレッドボードで予備検討することが増えてきているのですが、その場合、回路図は書かずにいきなりパターン化することが多くなりました。
基板はブルーシートを使って転写し、エッチングです。

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結構きれいにエッチングできています。

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部品実装前

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スモールパーツの実装後

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キーパーツであるArduino(今回は中華製ArduinoNanoを使用)、中華製DDSの実装後

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カラーグラフィック液晶も搭載

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基板状態での動作確認

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7MHz短縮ホイップアンテナの共振が良く測定できています。

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50オームのダミーロードを接続したときのスイープ波形
SWR=1にはなっていませんが、1MHz〜30MHzまでの中での共振点をみるには十分です。

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150オームのダミーロードを接続したときのスイープ波形
ほぼ帯域内でSWR=3を表示しています。

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1MHz〜30MHzの全帯域で7MHzのホイップアンテナをスイープした時の波形です。
7MHz付近でディップが見つかります。しかし、この時のスイープのステップ周波数が粗いのでディップはありますが、SWRの値はよく表示されていません。ディップがSWRの最良点を捕まえていないからです。

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スイープの幅を6MHz〜8MHzの2MHzにした時のディップの様子です。
共振点は、7.03MHz、SWRは1.6と表示されています。

このアンテナアナライザーに使用した液晶はタッチパネル付きですので、種々の操作はタッチパネルで行えるようにしました。従って操作のためのメカニカルなボタンとかはなく、ケース加工も楽でした。

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ケーシングした時の裏面です。
電池には、18650というタイプのリチウムイオン電池を使用しました。3.7Vのものですが、昇圧回路を通して5Vにしています。これで約3時間の連続使用が可能です。
実は、この昇圧回路と充電回路は、スマホなど用に販売されているモバイルバッテリーそのものをバラシて使用しました。2000mAhクラスの一番小さい細長いケースのものを購入してバラしました。
中に入っているI/F基板で充電と5Vへの昇圧ができますので便利です。
電池使用のポータブル自作機器には最適ではないかと思っています。
ただし、リチウムイオン電池は危険な電池ですので真似をされる方は、自己責任でお願いします。


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画面のボタンが余っているのですが、バンド別の帯域を直接選んだり、とかのプログラムを追加しようと思って既に3か月が過ぎています。
またそのうちに追加しようと思っています。

プログラムなど詳細情報は記載しませんでしたが、もしご興味がある方がいらっしゃいましたら、コメントかメールでもいただければと思います。

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2016年04月23日

JP-60 組み立て

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あっと今に4月も後半になってしまいました。
自作もぼちぼちではありながらも、気になっていたことを色々やったりしてはいたのですが、BLOGへの掲載は長いことサボってしまいました。
と、言う訳ではないのですが、先週 JARL QRPの60周年記念キットの組み立てをやりましたのでその結果を掲載することにしました。
このキットは、DC方式受信機で、送信はDSB方式、周波数は21MHz、送信出力は1Wというものです。
既にキットの配布は行われており、組み立てた局もあるのではないかと思います。
当局は、完成基板の組み立て係りを仰せつかったのでお預かりしたキットの組み立てを実施しました。
既に、同じようにJK1LSEさんも組み立てスタートされています。

http://honda.way-nifty.com/pocky/2016/04/jp-60-1f6f.html

当局も一応完成できたので紹介させていただきます。

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基板、部品一式が入ったキットの全容です。
ケース頒布用のケースはこれから製作に入るようです。

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このキットはAFアンプと3端子レギュレータ以外は基本的にICを使用しない設計になっており、部品点数はそれなりに多いキットとなっています。
その意味で、組み立てに失敗しないためには部品の挿入ミスを防ぐことが一番のポイントかと思います。
このキットは組み立て手順的なものは無いのですが、CR類を中心にパーツリストがいくつかの番号で仕切られており、その番号に対応して部品が整理されて袋に入れられています。これは非常に組み立てミスをなくす工夫としてご苦労されたあとが伺えました。

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まず、抵抗類を挿入半田付けしてゆきます。自分が設計した基板では無いので、最初のうちは部品番号に相当する部品位置を基板上で探すのにちょっとだけ苦労しました。部品が埋まってくるとだんだん探すのが楽になってきます。

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コンデンサまでの組み立てが終わりました。ここまで2時間程度です。

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VXO基板を含めて、全ての基板上の部品の組み立てが終わりました。
ここまで5時間くらいでしたでしょうか。

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この後の基板の動作確認をどのようにするか悩みました。
と言うのは、組み立ては完成基板ということでキットのケーシングを含めた組み立てでは無いからです。
それに、まだ正規のケースは入手できる状況にありません。
とはいえ、動作を確認するためにはVRやスイッチ類と接続する必要があります。これらの部品は全て基板上には無く、ケース側に取り付けてリード線で配線するようになっています。
ファイナルのアイドリングや、AGC電圧、Sメーターのゼロ点調整、コイルの調整等をやるためには全ての部品を配線してTRXとして完成させないわけにはいけません。
そこで、手持ちのお菓子の空き缶で丁度良いのがあったので、これにそれぞれの部品の穴あけをして一旦完成品として組み立てることとしました。

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全て部品をお菓子の空き缶にケーシングして完成ささせた様子です。
リード線の長さは、正規のケースの配置を知らないので全て長めにしました。この基板を受け取られた局長さんが足らなくなっても困るので、手持ちのリード線で組み立ててみました。
長めなので、これで動作すれば正規配置で問題なることは無いだろうと想定しています。

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VXOの出力信号です。約1.2Vp-pの振幅が得られています。

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VXOの可変周波数範囲です。キットのマニュアルでは、VXO用のコイルに使用してあるトロイダルコイルの巻き数でいくつかの可変範囲を選べるようになっています。今回は、真中を選びました。
最低周波数は、21.186MHzとなっています。

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最高周波数は、21.234MHzとなっています。可変範囲は48KHzです。

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RITも付いており、ほぼセンターを21.220071MHzとした時です。

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RITのマイナス側が、21.9747MHz。

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RITのプラス側が、21.220360MHzとなっており、ほぼ±300Hzです。ちょっと狭い設計でしょうか?!

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送信出力波形です。50Ωのダミー抵抗を接続しています。
振幅値で22.8Vp-pですので約1.3W出ていることになります。

受信感度ですが、DC方式で心配しましたが、香港やイタリアなどのDXも良く聞こえていました。
免許はありませんの実QSOはできませんが、チャンスがあればDXQSOも可能なリグではないかと思います。

役割は完成基板の作成でしたが、何とか目的は達成できたかと思っています。
空き缶の穴あけを含め、総工数10時間程度の組み立て時間だったと思います。楽しまさせていただきました。
どのような形でお渡しするのかまだわかっていないのですが、せっかく動作しているのでキット事務局のほうにはこのままお送りしようかと考えています。

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2016年02月07日

GPSDO トラ技2月号追試

昨年末、新年明けて、色々実験製作してきたGPSDOを紹介させてもらいましたが、1月に発売されたトランジスタ技術2月号に掲載された、JA9TTT/1加藤さん製作のGPSDOを当局なりに追試しましたので報告したいと思います。

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製作したGPSDOが2段重ねになっていますが、上の方が今回製作したものです。下は、先月報告した(2)GPSDO Morion OCXO カウンタ方式になります。ケースのデザインは殆ど一緒にしました。
トラ技掲載の加藤さんのGPSDOにはマイコンは搭載されていませんが、当局は一昨年製作していたものをばらして流用しました。GPSモジュールからの時刻情報などのデータを読み込んで表示させようとの魂胆ですが、まだS/Wは完成していません。

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今回製作した本体の前景です。

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内部構造です。OCXOには5MHzのMTI製を使用しました。これは、SCカット(安定度が高いと言われている)のXTALが使用されており、ebayでも3000円しない価格で販売されています。HP製のGPSDOにも採用されているとの情報があって使ってみました。

5MHz出力ですので、このままでも良かったのですが、他の10MHzと合わせるために2逓倍回路を挿入しています。
逓倍回路は、「トロイダルコア活用百科」に掲載されているダイオード両波整流方式を採用しました。その後BPFとしてaitendoで販売されている10.7MHzのコイルを2つ使用したものを挿入して10MHzの正弦波を作っています。
この10MHzの信号を分配する分配回路は、記事掲載のものを使わさせて貰っています。当局は3分配としました。
10MHzの信号をPLLの比較信号として10KHzに分周する回路は、原型は74LS390が使用されていますが、当局はAVRマイコンATTiny2313のH/W分周回路を利用し、1個のICで作りました。(回路の簡素化です)

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周波数カウンタでのカウントの様子です。


30秒間測定の変動の様子です。これまでに作った他のGPSDOと比較してほぼ同じようになっています。

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MDAで測定した変動の分布です。σで1.53mHzと優秀です。中心周波数も61μHzのずれしかありません。
比較周波数10KHzのPLL方式ですので、OCXOが十分にエージングされていれば短時間で中心周波数に収束しています。

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出力信号の波形です。綺麗な正弦波になっています。無負荷ですので3.2Vp-pとなっていますが、50Ω負荷でも半分の1.6Vp-pが出力できています。


追試と言っても、最も重要なOCXOに違ったものを使用したり、分周器にマイコンを使用したりと一部カスタマイズしていますが、記事にも詳細に書かれているポイントをしっかり抑えればルビジウム信号現にも劣らない高精度のGPS基準の信号源が再現できることがわかりました。
測定器と基準になる信号源がないと、作ったものが本当に高精度で動作しているのか不安になると思いますが、ポイント抑えれば同様な性能が得られるのではないかと思います。
年末の記事で紹介したように、XTAL、OSC、TCXOと比較すれば非常に安定した信号が得られ、中心周波数もGPS基準で得られていますので、通常の用途では十分な基準信号源になるかと思います。

このGPSDOの使用上の最大のポイントは、マイコンを使用していませんのでGPSアンテナはしっかりとGPS衛星を捕まえるように設置することだと思います。
安価で高感度のGPSモジュールも一時期在庫切れになっていましたが、直近では在庫もあるようです。
アナログ放送がなくなり、簡単に基準信号を入手することが難しくなりましたが、この方式はこれに変わるものとして使用できると思います。

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2016年01月11日

GPSDO

今月号のトランジスタ技術でGPS電子工作という特集記事が掲載されています。
当局が、高精度病に罹って色々と大変お世話になっている加藤OM製作のGPSDOもかなりのページを割いて掲載されています。
製作記事のみならず、設計の考え方、部品の調達、参考価格、製作結果の性能の測定結果まで至れり尽くせりの記事ではなかったかと思っております。

当局も、1昨年の夏より色々苦悩の日々を過し、その年の年末にはその経過を振り返った年末の挨拶をさせていただきました。

http://blog.toshnet.com/article/109203991.html

昨年はMDAなる新しい評価装置も入手させていただき、XTALやTCXO、OCXO、ルビジウムなどの周波数安定度の比較を年末に纏めて掲載させていただきました。

http://blog.toshnet.com/article/170983229.html

GPSDOについては、まだあまり整理できていなかったので掲載しなかったのですが、トラ技に特集が組まれたこともあり、当局なりに製作したり、購入したボード等の状況を掲載したいと思います。

一昨年製作したGPSDOは上記URLの通りですが、これは信号源としてルビジウム発振器を使用したものです。
現時点の当局の基準信号源となっています。
これを自分で測定した状況が以下の写真です。

(1)GPSDO ルビジウム信号源(LPRO-101)

GPSDO LPRO-101 表.jpg
秋葉原で購入した中古計測器アダプタのケースを利用して作ったものです。
製作以来、殆ど電源OFFすることなく24時間で動いています。

GPSDO LPRO-101.jpg
自分の信号を周波数カウンタの基準信号として自分自身の周波数を測っています。


自分自身を基準にしていますが、ふらついています。とは言っても、この動画では僅か200μHzです。
測定誤差、基準信号であるルビジウムもふらついていますからこんなものでしょう。

GPSDO LPRO-101 MDA.jpg
MDAでの評価です。自分自身を測っていますが、周波数センターはぴったり合っていません。
と言っても、僅か21.9μHzの差です。
標準偏差も778μHzととても優秀だと思います。

(2)GPSDO Morion OCXO カウンタ方式

これは、OCXOの周波数誤差を周波数カウンタと同じようにカウントして、その後差分を少しずつOCXOを補正制御して周波数を合わせこむ方式です。
周波数カウントはマイコンでも良いのですが、どうも信用ならなくて同期式のカウンタでカウントするH/W方式としました。
と言っても、すべてをカウントするのではなく、最後の8bit分(約±70mHz)だけをカウントしてマイコンに取り込み誤差補正しました。
0.001Hzをカウントするのに1000秒かかり、周期はその倍になっています。
これができるのは、OCXOがダブルオーブンでこれくらいの時間は非常に安定していることで実現できるものです。
制御端子からの周波数可変範囲はもっと広いのですが、そんなに広く制御する必要はないし、制御電圧を作るマイコンのPWM出力が10bitと粗い為、可変範囲を狭くするように回路を組んで対応しました。

GPSDOカウンタ方式表.jpg
まだS/Wは未完ですが、GPSの時刻情報も取り込んで正確な時計としても使えるように表示しています。

GPSDOカウンタ方式裏.jpg

GPSDOカウンタ方式内部.jpg
高精度を実現するのにノイズ源となるスイッチング電源まで組み込んでどうかと思いましたが、電源とアンテナの接続だけで使えるので便利です。今のところノイズ影響はないのかな?と思っています。

GPSDOカウンタ方式.jpg


ルビジウムより動いていますが、これまでの評価では一番安定していると思っています。
周波数が飛び跳ねる現象も見られません。

GPSDOカウンタ方式 MDA.jpg
周波数センターも良く合っていますし、標準偏差も933μHzとルビジウム相当の結果が得られています。

GPSDOカウンタ方式オシロ.jpg
4分配器を入れていますが50Ω終端で約1.2Vの正弦波出力です。

(3)GPSDO Symmetricomボード

このボードは一昨年あたりから中古が出回り始めているようで、これらを使ったサイトはあまり見かけませんでした。
携帯基地局の基準信号源として有名なHPのZ3801などがありますが、これらのボードはそれらの第2世代機ではないかと推測しております。非常に小型になっていますし消費電力も下がっています。
メーカーサイトでは最新式は更に小型になっているのが見られます。
価格も安くはありませんがそれほど高いわけではなかったので、人柱と思いながら購入してみました。
6V動作となっており、アンテナをつなげば10MHzと1PPS信号が出てきます。
何せ情報が少なくて苦労しましたが、何とか動かせました。

Symmetricom 表.jpg
動作状態を示すLEDをつけようと穴を空けてます。基板から線を引き出す必要があります。

Symmetricom 裏.jpg
これは、手持ちの薄型ケースに入れましたので電源は外付けのACアダプタを使用しています。
RS-232Cの出力を持っており、内部の情報をターミナルソフトで読み出すこともできます。

Symmtericom 内部.jpg

Symmetricom.jpg


30秒の動画では約2mHz強の動きしかありませんが、長時間見ていると±5mHz程度は動いているのが観測できます。
サイト情報によればCDMAの基地局の周波数精度は、5×10~8だそうなので、これで十分だと言うことになります。(正しい情報かは?です)

Symmetricom MDA.jpg
標準偏差は1.8mHzなのでそれほど悪くありませんが、中心が鋭くとがっていますので、中心周波数にいる時間が短いと言うことになります。

自分で作ったものより、中古とは言え業務用で使用されているものの方が信頼できるだろうと思ったのですが、これより性能の良いものを見てしまうと若干物足らなくなってしまいます。
普通はこれで十分な基準信号源となりえますからね!中古OCXO 2個分で10~9台の信号源が手に入ります。
これで不満足なのが高精度病たる所以なのでしょう(笑)
このボードには、昨年末に結果としてたどり着いただけで、最初に知っていればこれで終わったのかもしれませんが。


これ以外にも、位相差方式や、PICで作られた海外のカウンタ方式なども検討中なのですが、まだまだ中途半端でご紹介には至りません。
加藤OMも記事で参考にされていたG3RUH局のPLL方式も作ったことがありましたが、安定度は2桁ほど悪かったと記憶しています(当局の作り方が悪かったのでしょう)。
今回、加藤OMは±0.001ppmを実現されていますので、当局もやってみたいと思います。

基準信号は一つあればいいのではないかと思われるかもしれませんが、やり始めるとなかなか奥が深くのめり込んでしまっています。
これ以上の精度を得ようとするとセシウム信号源等と言うことになるかと思いますが、非常に高価で手が出ません。よって、これ以上の性能を測る手段がありませんので、高精度病もこれくらいで完治になろうかと感じ始めてはいます。
アラン分散やら位相ノイズやらも測ってみたいとは思うのですが.......




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2016年01月04日

初仕事

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今年は非常に暖かい良いお天気の3が日でしたが、あっという間に終わりました。
いつまでも謹賀新年というわけにもいかないので、今年の初仕事を掲載します。
一昨年来、高精度病に罹って色々実験を繰り返していたのは、これまでの記事のとおりですが、周波数精度を観測するのには、周波数カウンタがまず必要な測定器となり、当然、これまで持ち合わせていなかった桁数の多い周波数カウンタの中古品を購入しました。(元々、1Hz台まで測れる校正された周波数カウンタを持っていなかったことから、高精度病に罹患してしまったのですが)
Agilent(旧HP)の53181という周波数カウンタです。
ゲートタイム2秒で12桁(10MHzの場合、100μHz)まで測れるものです。
これは、単なる周波数カウンタではなくて、任意のゲートカウントでの(例えばN=100)平均値やMAX、MIN、標準偏差まで計算して求めてくれる優れものです。
普通ならこれで十分なのですが、どうも高精度を扱っている人々は、この53181ではなく、53132、53131というのが標準でよく使用されているらしいと知って、無性に欲しくなってしまいました。
名称も周波数カウンタではなくて、ユニバーサルカウンタになっています。入力が2つになっていて2つの信号の時間差なども測れるようです(当局の場合いらない機能なのですが)。
それ以外の差が何なのかはよくわからず、中古品でも比較的高価なものですが、安物を見つけてポチってしまったのです。
ところが、安物買いの銭失い、とは言ったもので安過ぎたのか(それでも結構高かった)電源は入るものの初期テストでエラーが出て測定できません。ショックを受けてそのままほおってあったのですが、もし2台目も動作不良でも2台あったら1台くらい修復できるだろうと、また同じようなものをポチってしまったのです。
それで写真のように、12桁カウンタが3台にもなってしまったのです。
しかし、ラッキーなことに3台目は動いていました。
その状態で年を越してしまったのですが、今年の初仕事は動作不良の1台の修復でした。
初日早々、中古のゴミだらけの測定器を開いて(といってもこの測定器は主要基板が3枚しかありません)、
まず電源基板の電圧を測って比較しました。異常ありません。でも、と思い、電源基板を入れ替えてみました。
なんと動くではありませんか。
電源基板の出力電圧に差はありません。おかしいなと思い、実装した状態で電圧を測るとなんと-12Vが小さい値になっていました。負荷をかけるとレギュレータがちゃんと動作していないようです。
基板の電圧を測ったときは、基板をはずして無負荷の状態で電圧を測っていたので気づかなかったのです。
レギュレータの回路を基板で追っかけたら、3端子レギュレータでの簡単な回路でした。
-15Vの3端子は沢山持っているのですが、-12Vがあるかと家捜ししたら、1個だけありました。(正月早々秋葉原に行かなくてすみました)
これを交換したら、無事修理完了、動作不良だった53131も無事動作品に変わりました。
2台の53131は古い製品ですので長時間使用されていたせいか、FANの音がうるさくなっていました。こちらもたまたま保有していた同形状(40mm角)のFANがありましたので2台とも交換してとても静かになりました。
一番上が、自分の基準信号を、下2台がルビジウム信号源を測定した値を表示しています。
53131を購入してわかったのですが、周波数カウンタとしては53181と同じ性能であることがわかりました。
ゲートカウント2秒で12桁表示です。更に高い53132はゲートカウント1秒で12桁精度が出せるようです。それ以外は保有していないので良くわかりません。しかし、そこまで必要ないあな〜というのが実感です。
12桁カウンタが3台並ぶと壮観ですが、3台あっても場所を取るだけなのでそのうち2台は処分しようと考えています。
最初に購入した53181がAgilent製で(2台の53131はHP製)新しく綺麗でもあるのですが、残すならやはり悩んだ分もあるので53131かな!?と考えています。
今年の正月の初仕事でした。


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2015年12月31日

周波数安定度比較

今年も早いものでもう大晦日になってしまいました。
9月の末に慌てて何か書かなくちゃと生存証明を書いてから、
早3ヶ月です。

今年は、昨年の高精度病から脱却して新しいことを始めようと、前半は、AirBand受信機を作ったり、Arduinoを始めたり、IoTを気取ってWiFiモジュールをいじったり、蛍光表示管でGPS時計を作ったり、タッチパドルを作ったりしてハムフェアまでを迎えたのですが、ある時aitendoでNEO-6Mなる新しいGPSモジュールを見つけて、また高精度病復活となり後半を過ごしてしまいました。

更にお世話になっているOMさんからModulationDomainAnalyzer(MDA)なる面白い測定器を譲っていただき、昨年にも増して深みにはまってしまったというのがこの1年でした。

しかし、頭の中では漠然とわかっていたことが実際に色々とやっているうちに更に理解が深まり、これまでにやったことをあらためて測定を行い整理してみて、なるほど言われている通りだったんだということを知った有意義な1年でした。

何も新しいことはありませんが、実際に測定したデータで比較したものは今まで見たことがなかったので当局的にはとても新鮮でした。

また、周波数カウンタだけでは周波数の安定度は測れないということも初めて知ることができました。

そこで、今年最後の記事はXTAL、OSO、TCXO、OCXO(シングルオーブン)、OCXO(ダブルオーブン)、ルビジウムとNEO-6MというGPSモジュールのクロック出力の周波数安定度比較した測定データを並べてみました。
単なる測定器の写真データの比較ですが、ご参考にでもなればと思います。

俗に色々な文献で周波数の安定度は概略次のように言われています。

XTAL 10~5 TCXO 10~6 OCXO 10~8 ルビジウム 10~10 
セシウム 10~13以上

経時変化はこれの1桁上ほどの変化があるといわれています。
今回は、この初期性能の確認が目的です。

もちろんセシウムは持っているはずもないので確認できていません。

(1)XTAL 10MHz

XTAL 10MHz XTAL.jpg

XTAL 10MHz.jpg
適当な定数で組んでおり調整もしていないのできっちり10MHzではない



カウンタで見る限り、0.1Hz台以下での変動である

XTAL 10MHz MDA 1Hz.jpg
スパン1Hzでの周波数変動のヒストグラムです。これも1Hz以内に見えます。
標準偏差も200mHzを切っていますので、3σ(99.7%をカバー)で600mHz以内の変動ということになります。
結構優秀です。

XTAL 10MHz MDA 10Hz.jpg
スパン10Hzで比較的長時間見ると標準偏差500mHzになっています。それでも1.5Hz以内になります。
1.5×10~7の安定度というところでしょうか!?

XTAL 10MHz オシロ.jpg
1石で簡単に作った発振回路ですが結構きれいな波形が作れてます。

(2)OSC

OSC 12MHz .jpg
いわゆるXTALオシレータです。10MHzに近い手持ちが12MHzでした。130Hzほど低い発振です。


こちらは更に1桁低い動きに見えます。20秒間では約0.1Hz以内の変動です。

OSC 12MHz MDA 2Hz.jpg
スパン2Hzでのヒストグラムです。カウンタの測定値と違って結構動いています。標準偏差は約500mHzですから3σは1.5Hzですから、結果としてはXTALと同じ位の変動は幅となっています。

TCXO 12.8MHz オシロ.jpg
このオシレータの出力波形はノコギリ波に近い波形でした。

(3)TCXO

TCXO 12.8MHz.JPG
昔、秋月で売っていた京セラ製の12.8MHzのTCXOです。
これも20Hzほど低い発振周波数となっています。


これは優秀です。20秒間で10mHz以内の変動幅です。

TCXO 12.8MHz MDA 1Hz.JPG
スパン1Hzでのヒストグラムです。この測定では結構変動幅があります。標準偏差70mHzですので3σで約210mHzの変動幅を持つことになります。
2×10~8の安定性能ということになります。

TCXO 12.8MHz オシロ.JPG
このTCXOも出力波形はノコギリ波に近い形になっています。

(4)OCXO 5MHz(TOYOKOM製 シングルオーブン)

OCXO 5MHz TOYOCOM.jpg
昨年のハムフェアで仕入れたシングルオーブン型のOCXOです。

OCXO 5MHz.jpg
外部周波数可変端子はオープンでの発振周波数です。3.5Hzほど高くなっています。

さすがOCXOです。1mHz以内の変動幅で観測されています。

OCXO 5MHz MDA 1Hz.jpg
スパン1Hzでのヒストグラムです。TCXOと比較して非常に変動幅が小さくなっています。

OCXO 5MHz MDA 50mHz.jpg
スパンを50mHzで観測したときのヒストグラムです。標準偏差は9.6mHzですので、3σは約30mHzの変動幅ということになります。
3×10~8の安定度ということになります。

OCXO 5MHz オシロ.jpg
出力波形は、ほぼ矩形波のようです。

(5)OCXO 10MHz(MORION製 ダブルオーブン)

OCXO 10MHz MORION.jpg
ebayで仕入れたロシア製ダブルオーブンの10MHzOCXOです。日本ではオーディオ用標準信号としての用途で急騰しているようです。

OCXO 10MHz.jpg
これも周波数可変端子はオープンでの測定です。0.2Hzしかずれていません。


これも1mHz台での変動です。カウンタでは、シングルオーブンより動いているようにも見えます。

OCXO 10MHz MDA 1Hz.jpg
スパン1Hzでのヒストグラムです。

OCXO 10MHz MDA 50mHz.jpg
これはスパン50mHzでのヒストグラムです。標準偏差も約9mHzですのでシングルオーブンと大差はありませんが、発振周波数が2倍だということを加味すると変動幅は半分ということになります。

OCXO 10MHz オシロ.jpg
これは正弦波の出力波形です。

(6)ルビジウム 10MHz(FE5650)

ルビジウム10MHz.bmp
昨年調整したルビジウムです。0.0001Hzのずれですが、ここまでくるとカウンタの基準とどちらが正しいのかわからなくなります。


0.0006Hz以内の変動幅です。これも基準の変動との違いは見分けられません。

ルビジウム 10MHz MDA 1Hz.jpg
スパン1Hzでも変動幅が非常に狭く観測されています。

ルビジウム 10MHz MDA 50mHz.jpg
スパン50mHzでのヒストグラムです。標準偏差は1.7mHzです。3σで約5mHzの変動幅です。
5×10~10の安定度ということになります。
使用した周波数カウンタも、MDAも基準発信器はもうひとつのGPS制御されたルビジウム(LPRO-101)で、安定度は被測定ルビジウムと同じ程度と思われますので、これくらいの値になるとどちらの安定度を測っているのかわからないと思います。

ルビジウム 10MHz オシロ.jpg
これも出力波形は、正弦波です。

結論から言うと、XTALは言われているより1桁くらい良いのかな?という結果でした。後は大体言われているような性能でしょうか?!

しかし、どこまでの精度を要求するかにもよりますが、経時変動で1桁は動くことを考えると何か周波数標準がないと不便であることも事実ではないかと思います。
もちろん校正されたルビジウムがあれば1桁狂ってもmHZ台だと思いますので全く問題はないでしょう!
ただし校正されていることが前提となります。
ルビジウムも調整トリマがついており数十mHzは平気で動かせます。
ダブルオーブンのOCXOもたまたま開放で初期値は良かったのですが外部端子で数Hzは動きます。
どのくらいの精度があったのかは今では知る良しもありませんが、昔秋月からカラーバースト信号を基準にした10MHzの基準信号源がありました。実は当局も買っていたのですが、作らないうちにアナログTV放送がなくなってしまいました(笑)
XTALを使った周波数カウンタをいくつか作りましたが、こうしてみると作ったカウンタの基準を正しく合わせられないと何を測っているのかわからなくなります。
昨年、高精度病に罹っていったのはここに原因があったわけです。
周波数カウンタを合わせるのに、カウント桁数の多い周波数カウンタを購入して、それの基準周波数がかなりいい加減でこれを合わせるのにルビジウムをお借りして合わせて、それでもどんどん変化するので結局ルビジウムを購入して、カウンタも12桁まで読めるものだから100μHz台の変動が気になってしまってという泥沼です。
もし、購入した周波数カウンタが10mHzまでしか読めなかったらこれほど酷くはならなかったのではと思っています(笑)
購入した周波数カウンタでそこそこの安定度が得られても、実は正しく測っているとは限らないということもわかりました。
例えば、1秒間のサンプリング(ゲートタイム)で半分が15MHz、半分が5MHzであっても周波数カウンタの表示は10MHzとなるのです。
これを繰り返していた場合、カウンタはずっと10MHzを表示し続けます。

MDAはこの動きを観測できるのです。もちろん、MDAであってもサンプリングタイムには限界がありますから同じようなことが起きていると思います。周波数カウンタにも標準偏差を測定計算する機能があるのですが、一致しません。どちらも目安と思って使用するべきではないかと。
要は、使う側が理解して使わないと一喜一憂してしまうということだと思います。
当局はそれを知りました。

いずれにせよ、アナログTV放送がなくなった後の現在、基準に使える信号が見当たらず困っている局も多いのではないかと思いますが、ルビジウム精度を求めるのでなければ(0.1Hzが合わせられる)、比較的安く入手できる便利なものを見つけました。それが、aitendoで見つけたNEO-6MというGPSモジュールです。

通常GPSモジュールは1Hzの基準信号が出力されていることが多いのですが、このモジュールはスペック外ですが〜10MHz間での信号を出力することができます。
この信号はセシウムを基準とした周波数制御が行われているGPS制御で生成される信号なので基準信号になるのではと思ったのです。

サイト検索をすると当然既に検討された方が多くいらっしゃいます。このモジュールは内部基準が48MHzで動いているので整数分の一ではない10MHzはジッターが多くて使えないとの評価でした。逆に整数分の一の周波数なら使えるのではないかと思いました。例えば、8MHz、6MHz、4MHz、1MHzなど。
それで実施した実験での測定結果が以下の通りとなります。

(7)NEO-6M 8MHz

NEO-6M 8MHz.jpg
そこその周波数精度が出ています。


20秒間の観測では±50mHz程度の安定度です。

NEO-6M 8MHz MDA 50Hz.jpg
スパン50Hzでのヒストグラムです。なんと標準偏差約3Hzです。3σで15Hzの変動幅となります。
GPS制御されていますので中心周波数は6mHz程度のずれですが、基準に使うには変動幅が大き過ぎます。

NEO-6M 8MHz オシロ CLKOUT.jpg
出力クロックは、整数分の一でそれなりに安定しているようには見えるのですが....

NEO-6M 8MHz オシロ.jpg
先のクロックを2じのBPFを通して正弦波化した観測波形です。綺麗な正弦波になっています。

(8)NEO-6M 6MHz

周波数カウンタの写真を撮るの忘れました。


20秒間の動画では、±100mHz以内で変動しています。

NEO-6M 6MHz MDA 50Hz.jpg
これもスパン50Hzでのヒストグラムです。標準偏差2.6mHzを超えています。中心は16mHzのずれですが。

NEO-6M 6MHz オシロ.jpg
同じく、2じのBPFを通した波形です。

(9)NEO-6M 1MHz

NEO-6M 1MHz.jpg
1MHzです。


±20mHz以内の変動に見えます。周波数カウンタの校正用には使えるかもしれません。

NEO-6M 1MHz MDA 5Hz.jpg
スパン5Hzのヒストグラムです。標準偏差490mHzです。中心は2mHzのずれですが、周波数が1MHzということを考えると大きな変動幅だと思います。

NEO-6M 1MHz オシロ CLKOUT.jpg
BPFを作らなかったので出力波形のみです。矩形波です。

(10)NEO-6M 10MHz

IMG_0215.jpg

NEO-6M 10MHz.jpg
10mHz台が観測できます。


最大で±80mHzの変動といったところでしょうか!

NEO-6M 10MHz MDA 500mHz.jpg
スパン500mHzのヒストグラムです。標準偏差は約100mHzとこれまでの中では一番安定しています。3σは300mHzということになります。
中心周波数のずれも129μHzとなっています(たまたまだと思います)

NEO-6M 10MHz オシロ CLKOUT.jpg
クロックアウトです。同期が取れません。これまでの評価でジッターが多いというのはこのことだと思います。基準クロック48MHzで、約1/5でしかも整数分の一ではないためDDSの原理から複数の周波数が見れているのだと思います。しかし、サンプリングの定理からすればちゃんとしたBPFを通せば正弦波は得られるはずです。

NEO-6M 10MHz オシロ.jpg
2次のBPFを通した波形です。BPFはaitendoの10.7MHzのコイルを2つ使いました。
しっかりとした正弦波が出ています。出力も約1.5V(50Ω終端)出ています。

波形だけ見れば8MHzや6MHzのほうがよさそうですが、3σの値でHzオーダーで動いているのを見てしまうと中心周波数はそれほどずれていないので多分大丈夫だとは思うのですが、なんとなく気分が良くありません。

10MHzは、直接出力波形だけを見ると使えないと思うのですが、チャンとフィルタリングしてやれば3σで300mHzしか動いていませんし、中心周波数もかなりの精度となっていますので、周波数カウンタ合わせの基準信号としては100mHzいや10mHz台まで校正できる基準として使えるのではないかと思います。
このGPSモジュールは、aitendoで1980円しかしませんし1個50円のコイルが2個とコンデンサが1個、インバータロジックICが1個、抵抗が4個全部で基板を入れても2500円もかからないでしょう!
GPSモジュールのパラメータ設定にUSB-シリアル変換モジュールがいるので持ってなければ後500円位かかりますが、いずれにせよ安価で手軽な周波数基準信号が手に入ることになります。

回路図は掲載しませんでしたが、希望の方がおられましたら送付したいと思います。

校正の必要は全くありませんので、ローカルさんがいなくてもいつでも基準信号が手元にあることになり便利だと思います。もちろんGPS方式ですから、アンテナは窓際か窓の外に出す必要がありますが、合わせるときだけですから、何とかなるでしょう。

しかし、何故10MHzだけが良い結果になったのかはわかっていません。GPSモジュールのメーカーの人だけが知る原理があるのかもしれません。

もっと精度の高い基準の検討も色々やって入るのですが、まだこれといった結果が出ていないのでもうしばらく病気は続くのかもしれません。
早く治らないと、次の自作もできないし、ここしばらくOnAirもできていないのでとか思いつつ2015年もあと少しとなりました。
ここまで読んでいただいた方々には、かなりの長文でしたのご苦労をおかけしました。
御礼を申し上げます。
来年は長文にならないようにもう少しBLOGのアクティビティもあげられればと思います。
2015年、大変ありがとうございました。
来る2016年も宜しくお願い申し上げます。

【追記:2017.9.14】
(10)NEO-6M 10MHzの回路図について、各局さんからお問い合わせをいただいておりますので、手書きで申し訳ありませんが、すでにお送りさせていただいたものと同じ情報を下記に掲載いたします。
ご参考になればと思います。

GPSモジュールはaitendoで売っているNEO-6Mを使用しているものが使用できます。
最近では、アマゾンで1000円もせず売っている「Arduino TE518対応 飛行制御 EEPROM GY-NEO6MV2 NEO-6M GPSモジュール」あたりが、安くてパルス出力も端子で出ていて改造が必要なく便利だと思います。
当局は、ALIEXPRESSで同じものを2個、もっと安い価格で入手しましたが、2個ともはんだ付け不良で不動作でした。半田の手修正で2個とも完動品となりましたが、リスクがあることを認識する必要があります。
また、パルス出力10MHzはスペック外ですので自己責任でお願いします。
パルス出力10MHzの設定には、NEO-6Mのメーカーが提供しているツール(無料)での書き込みが必要になります。
書き込みのためには、USBシリアルのI/Fも必要になります。
このあたりの手順も自己責任でお願いいたします。

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posted by ja6irk at 18:55| Comment(12) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew