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?!

IMG_0758.JPG

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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IMG_0746.jpg

IMG_0747.jpg

IMG_0749.jpg

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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!

IMG_0725.jpg

 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。

IMG_0715.jpg

IMG_0716.jpg
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。

IMG_0709.jpg
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。

IMG_0721.jpg
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。

IMG_0718.jpg
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。

IMG_0726.jpg
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。

IMG_0727.jpg
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。

IMG_0728.jpg

IMG_0729.jpg
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

IMG_0681.jpg

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。

IMG_0428.jpg
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。

IMG_0447.jpg
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。

IMG_0461.jpg
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

IMG_0435.jpg
基板状態での動作確認

IMG_0436.jpg
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。

IMG_0443.jpg
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。

IMG_0444.jpg
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。

IMG_0475.jpg
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。

IMG_0474.jpg
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。

IMG_0682.jpg
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。


IMG_0681.jpg
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。

posted by ja6irk at 15:20| Comment(7) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew

2016年04月23日

JP-60 組み立て

IMG_0520.JPG

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。

IMG_0478.JPG
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。

IMG_0480.JPG
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。

IMG_0481.JPG
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。

IMG_0483.JPG
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。

IMG_0484.JPG
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。

IMG_0517.JPG
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。

IMG_0518.JPG
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。

IMG_0511.JPG
VXOの出力信号です。約1.2Vp-pの振幅が得られています。

IMG_0512.JPG
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。

IMG_0513.JPG
最高周波数は、21.234MHzとなっています。可変範囲は48KHzです。

IMG_0514.JPG
RITも付いており、ほぼセンターを21.220071MHzとした時です。

IMG_0515.JPG
RITのマイナス側が、21.9747MHz。

IMG_0516.JPG
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?!

IMG_0510.JPG
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。

IMG_0354.JPG
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。

IMG_0348.JPG
今回製作した本体の前景です。

IMG_0347.JPG
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)

IMG_0344.JPG
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。

IMG_0346.JPG
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。

IMG_0350.JPG
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

IMG_0258.JPG

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。

IMG_0397.JPG

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2015年04月04日

FT-817用 世羅多フィルタ製作 その後

DSC01024.jpg

前回の実験と製作はうまく行ったのですが、残念なことに基板をさかさまに作ってしまいFT-817のケースのふたを閉めることができませんでした。
そこで、もう一回気をとりなおして基板を作り直しました。
真剣に探したわけでもないのですが、FT-817に使用されている2mmピッチの基板to基板のコネクタも見つかりそうにもなかったので、2.54mmピッチの8pinICソケットを片側ずつに切り離して使用しました。

DSC01025.jpg

DSC01023.jpg
こんな風にFT-817の本体基板のコネクタに刺さっています。

実際には、スピーカの端が少し当たっているようにも思いますが、ふたは無事に閉まりました。
めでたしめでたしです。

DSC01022.jpg

フィルタの素子数は、JA9TTT加藤さんのオリジナルと同じく5素子としました。切れ具合にそれほど差があるようにも思えませんでした。

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2015年03月22日

FT-817用 世羅多フィルタ製作

DSC00994.jpg 

先日、ネットサーフィンしていたらiCOMさんのHPで冨川OMが寄稿されている製作記事BEACONの中にセラミック発振子の周波数を変える記事を見つけました。このときひらめいたのは、周波数を変えたセラミック発振子を5素子、6素子と作れば中心周波数455KHzの世羅多フィルタができるのではないかということです。
 世羅多フィルタはJA9TTT加藤さんによるラジオ用セラミック発振子を用いたフィルタですが、出来上がったフィルタは、中心周波数が発振子の周波数より低くなってしまいます(おおよそ10KHz程度)。
自作のTRXなどに使用する場合は、これでも問題はないのですが(局発の周波数を対応すればいいから)、メーカー製のTRX等では、中心周波数が455KHzものが必要となってきます。
 当局も、FT-817の中古が安くなったので入手していたのですが、CW用のフィルタは本体の入手金額の半分以上の14000円程度もするので、購入していませんでした。世羅多フィルタを使用したQRP TRXは自作機があったから、まあいいかといった感じです。
 http://blog.toshnet.com/article/5109739.html

 しかし、上記記事を見つけ、作ってみたくなり検討から始め、そこそこに良い感じにできましたので紹介します。

 セラミック発振子として使用したのは、以前共同購入で大量に入手していた中華製のCRB455というものです。今でも、100個 送料無料で9$程度で売っているようです。
 記事に従って、セラミック発振子の中を開き、四隅を削って共振周波数があがるのを確認し、まず1素子のフィルタ回路を作って、加工したものが455KHzにできるだけ近づくように少しずつ削ってゆきました。
削りすぎると周波数が高くなり、元には戻せないので不良品となります。従って、周波数を見ながら少しずつ削ってゆきます。

DSC00977.jpg
発振子のケースをニッパでむしりとった
DSC00978.jpg
わきも同様
DSC00979.jpg

DSC00981.jpg
発振子が電極にサンドイッチ状に入れてある
DSC00983.jpg 
右が削る前、左が削ったもの
DSC00984.jpg
削る前の共振周波数
DSC00986.jpg
削ってゆく途中の共振周波数
DSC00987.jpg
完成した共振周波数(スペアナの表示は違っているが、正しく455kHz)
DSC00993.jpg
フィルタとして構成した時の共振点の特性(山なり)

 勿論、全く同じ455KHzものが作れる筈もありませんが、大体±100Hzに合わせ込みました。5素子ほど作ったところで、世羅多フィルタを構成し、ちゃんと455KHzになっているか確認します。センターは50Hz程度ずれていましたが、まあ使えるだろうとそのまま進めました。
 このフィルタは-3dB帯域を5,600Hz程度を目標にしましたので、入出力インピーダンスが35Ω程度となっており、FT-817に実装するには2KΩにインピーダンス変換する必要があります。ここは、JA9TTT加藤さんの設計を参考に手巻きで7mm角コイルの変換器を作りました。しかし、」挿入損失が-17dB程度あり、フィルタのOn/Offでかなりの音量差が出ていました。3素子で我慢できるかな?といったところでした。コイルを巻きなおしたり色々やって見ましたがうまくいかず、FT-817の本体基板から電源を取ることを前提に、FETアンプを挿入することにしました。これも、加藤さんのSR-7用に設計されたものを参考にしました。

DSC00995.jpg
アンプを入れる前
DSC00996.jpg
実装した時の様子(これで十分実用的)

 どうせアンプ入れるならとフィルタを6素子にし、基板も作ってみました。最初は、蛇の目基板での実験でしたが、結果として、蛇の目基板でも再現性に変わりはないようです。
 結果としては、非常に良い感じのものができました。INRAD等の良いフィルタと比較にはならないのかもしれませんが当局的には、大満足です。以前に仕入れた 安い発振子と、分けていただいていたコイルボビンと線、手持ちのコンデンサ、FETなどを使用しましたので、今回の製作に掛かった費用はゼロでした。
ゼロから集めても2000円はしないと思います。

 FETアンプの電源は、オプションフィルタ用の端子からは取れないので、結果としてスピーカコネクタのすぐ横にあるAFアンプ用のICの端子に半田付けして取りました。(Pinピッチが一番広くて取りやすかったから)

 このフィルタを製作するには、周波数特性を測るFRMSやスペアナ(トラゼネ付き)が必要です。また、中心周波数が重要ですので、10Hz程度以上の精度のある安定した周波数カウンタか基準信号が必要になります。100Hzズレて製作したら何を作っているかわからなくなるのではないかと思います。
 昨年は、周波数高精度病になり、RbOSCやGPSカウンタ等を入手、また作っていましたので役に立てることができました。
 また、基板本体から半田付けで電源を取りますので、もし、まねをされるのであれば自己責任でお願いします。

DSC01016.jpg
基板化したフィルタ

FT-817世羅多フィルタ20150321.BMP
回路図
DSC01010.jpg
実装した様子(上に飛び出している)

フィルタの切れ具合と聴感が聞けます。

 しかし、とても残念なことに、蛇の目基板では裏返しに製作し蓋ができたのですが、基板化する時に裏返しに作ることを忘れてしまい、蓋が閉められない構造になってしまいました。工夫をするか、もう一回基板の作り直しです(トホホ)

追伸:使用したセラミック発振子は、封を開けて削って使用していますので、経年変化に対しては全く考慮されていません。物理的に機械共振だと思うので大丈夫だとは思いますが、湿気や温度での性能変化は?です。


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2015年01月18日

エアーバンド受信機U

ケースベルト1.jpg

先週に続いて、エアーバンド受信機の仕上げをしていました。
まず、適当に作った基板のためにケースに入りきれなかった分を外側ケースを作ってつなぎました。
薄いアルミ板を巻いただけですが、それなりにアクセントになったかと自己満足です。

ケースベルト.jpg

航空無線は短いやり取りの繰り返しで、受信していない時のノイズも気になったので、スケルチを追加しました。
幸いにもラジオICのAGC電圧出力があるので、これをマイコンのA/D変換で読み取って、無信号レベルでAF回路にTRでミュートを掛ける様にしました。
元々マイコンのポートは一杯だったのですが、7SegLEDの表示桁を8桁から7桁に減らして、ドットポイントの表示もやめにして2ポートを捻出しました。
また、折角AGCレベルを読んでいるのでSメータ機能も追加しました。
こちらは、どう表示するか悩みましたが、信号を受信してスケルチが開いた時に、バー表示するモード(このとき受信周波数は表示されない)と、

S表示2.jpg

S表示4.jpg

左端の周波数ステップモードとチャンネルメモリーモードのところを、数値でS表示するモードを用意しました。切り替えスイッチは1つしかないので、周波数ステップモード、チャンネルメモリーモードの切り替えボタンをもう一回押すとバー表示モードと数値表示モードをトグルで切り替えるようにしました。

S表示1.jpg

S表示3.jpg

改造ついでに、KG-ACARS用のAF信号出力とその周波数のメモリーチャンネルを追加しました。
しかし、残念ながらKG-ACARSのデコード率は良くありませんでした。サイトで調べるとメーカー製のRXでもデコード率は良いものと悪いものがあるようなので、まあこんなものかと割り切りました。

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2015年01月11日

エアーバンド受信機

概観斜め.jpg

今年最初の自作です。
親しくさせていただいているOMさんが年末からエアーバンド受信機の製作をされているのに刺激を受け正月の休みも手伝って当局としても製作してみました。
エアーバンドは保有のリグでも受信できるので敢えて作る必要もなかったのですが、過去から実験のみに終わっている中華製DDSや、これもOMさんから分けていただいたままになっているロシア製も製品化されているAFパワーアンプも内蔵している1ChipラジオIC(オリジナルはTA7316?)、などに加え最近入手した超小型のmini7SEG LEDも使ってみたくなり、以下の条件をつけて自作してみました。

1) 分けていただいたラジオICで実用品を作る
2) 中華製DDSも実用品に活用する
3) mini7SEG LEDを使用して小型に作る
4) 手持ちのケースに入れる
5) 新たな部品は購入しない

ダイナミック点灯の7SEGは物は小型なのですが、片面基板でパターンを引くと基板自身が大きくなってしまうので、パネル面の基板は部品を置くのみとしてジャンパ線などはリード線で手配線としました。
手持ちケースはおそらく15年以上前に購入していたものでラフに寸法を測って基板サイズを最初に決めてパターンを引きました。結構厳しい寸法だったのですが、何とか入ったものの、パネル面の基板の部品の厚みを考慮していなかったので結果としてはその分パネルがはみ出る形となってしまいました。ご愛嬌です。

前面概観.jpg

前面基板.jpg

概観横.jpg

電池比較.jpg

設計時点で悩んだのが、エアーバンドは10MHz以上の帯域があり、ラジオIC側でこの帯域をカバーさせるのには無理があると考え、ラジオICは入力を10.7MHzとしてIF455KHzに変換、フロントエンド側でこの帯域をカバーすることにしたのですが、中華製DDSはせいぜい0〜50MHz位の範囲でしか使用できないことです。
フロントエンドの局発のカバー範囲は107MHz〜120MHz程が必要となります。
そこで、デジタルの良さ?を利用して、うまく行くかどうか?でしたが、今回はDDSとして通常使用する信号ではなく、ナイキストイメージの信号を活用することにしました。
次に問題として気づいたのが、DDSの基準クロックが125MHzであり、エアーバンドの帯域の真ん中にあることです。これが悪さをしてラジオICのAGCを飽和させてしまうと全く使用できない受信機になってしまいます。
やってみないとわからない状況ではあったのですが、10.7MHzにはFM用ですがセラミックフィルタを使用し、また455KHzにもラジオ用セラミックフィルタを使用して選択度を少しでも良くする方法をとりました。お陰で死蔵していたフィルタも活用できました。

全体の制御には、いつものアトメルAVRマイコンを使用し、BASICでプログラムしています。
28pinのATMega168を使用したのですが、7SEG8桁としたのでこれだけで16pinを消費してしまい、ポート数はぎりぎりでした。
ソフト量としては16KBのマイコンですが20%程度しか使用していません。
DDSの制御、ロータリーエンコーダーでの周波数可変、7SEGのダイナミックスキャン等、これまでに作った資産を利用していますので1時間くらいの改造で動くものが出来上がりました。
周波数ステップは航空無線周波数データから25KHzとしています。但し、当局のロケーションでは羽田周辺しか聞けないと思いましたので、あらかじめメモリーした周波数だけを選択するメモリーチャンネルモードも追加しました。ポートが足らなかったので、メモリー周波数は任意に記憶させることはできず、各チャンネルにあらかじめプログラムで周波数をメモリーさせています。

内部全体.jpg

内部拡大.jpg

結果としては一応実用になりそうなものが出来上がりました。羽田のアプローチのやり取りなどが非常に良く入っています。
残念なのは常に信号が出ている羽田の気象情報の周波数が128.8MHz、アプローチの周波数が119.1MHzと離れておりフロントエンドの帯域をもっとブロードにしないとどちらかに感度の最高点を合わせざるを得なくなったことです。
当然のことながら125MHzは強烈な信号を受信しており、使用できません。
その他、スプりアスと思われる信号を沢山受信していますが、とりあえず支障なく使えています。
ポートが後2ポートあれば、無信号時にAFをカットするスケルチを追加したいところです。
とりあえずケースに入れて完成までこぎつけたので、今年最初の自作としてはまずまずかと思っております。

動画は削除しました。

エアーバンドRX 140111.BMP



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2014年12月30日

今年もお世話になりました! 高精度病に明け暮れた2014年

概観20141230.jpg

早いものです。今年ももう暮れようとしています。
今年も多くのOMさんにお世話になり、大変ありがとうございました。
今年の書き込みは夏以降高精度な基準周波数をいかに作るかに明け暮れていました。
このテーマは、もう何年も前に多くの方が通り過ぎられたテーマのようです。
当局的には、そんな高精度は必要ないからと無視していました。
10Hz以下は問題ないと!
しかし、いざ手持ちの自作周波数カウンタで測りだし、調整を始めたら本当に合っているのか不安になってきました。それは、最近のリグは全て周波数表示がデジタルになっており、これとの差が出てしまって何を調整しているのかわからなくなり不安になったのです。
夏ごろに、GPSの1Hzパルスをゲート信号に使って周波数カウンタを作ったらそこそこ精度のいいものができるよ!と教えていただき早速作ってみました。更に、古いGPS基板TU30-D140には10KHzパルスの出力があり、これを使った10MHzの基準信号を作る古いスタンダードになっている記事も紹介を受け作ってみました。しかし、手持ちのVCTCXOは、秋月の12.8MHzしかありませんでしたのでOSCとしてはこれを使いました。
これらを紹介したのが8月16日の記事です。

http://blog.toshnet.com/article/102455817.html

周波数カウンタは、時間はかかりますが、0.04Hzまで測れるようになっています。
しかし、GPSを基準としているとしても合っているのかどうかがわかりません。
それで、OMさんに精度がわかっているルビジウム信号源を貸していただきました。

ここからが、高精度病の始まりです。
お借りしたルビジウム信号源の周波数は、当然10.00000000MHzと表示されます。時々サンプリング誤差で最下桁が±0.04Hzの表示となります。
秋月のVCTCXOを使った信号源は、ルビジウムと比較すると息を吹きかけただけでふらふらしているのが気になりました。GPSでのカウンタでは、12.80000000MHzではあるのですがどうも短期安定度が悪いようです。
そこで、8月のハムファエでジャンクのOCXOを手に入れました。
これは5MHzのOCXOだったのですが、ちょっとの改造ですぐに出来上がりました。

DSC00725.jpg

しかし、これでもルビジウムと比較するとVCTCXOよりはましですが、安定度にはまだ満足できませんでした。
このあたりでやめておけば良かったのですが、ebayでダブルオーブンのOCXOが安く売られているのを見つけ、すぐにポチって入手しました。

DSC00751.jpg

この時には既にお借りしたルビジウム信号源は返してしまっておりました。
やはり比較になるものが欲しくなりました。しかし、ルビジウム信号源は最近高級オーディオ用でニーズがあるようで高騰しています。そうした中で、FE5650Aという比較的安価なものをまたebayで見つけ購入しました。
あまりメジャーなモデルではなかったのですが、関西時代にお世話になったOMさんのサイトで使い方が紹介されているのを見つけて、これなら使えるだろうと踏ん切りをつけました。
但し、これは校正されたものではないので安定度は高そうでしたが絶対周波数は良くわからないところがありました。勿論、10E-9位まではあっているという感じでしたが。
このルビジウム信号源を作った時の記事が、10月13日の記事です。

http://blog.toshnet.com/article/104543388.html

ここまできたらやめれば良かったのですが、ルビジウム信号源の短期安定度は10E-11程度と言われており、自作のGPS周波数カウンタでは、4×10E-9までしか読むことができず、ダイレクトカウント方式のため時間がかかります。
こうした折、ヤフオクでアジレントのレシプロカルカウンタが安く出ていると教えていただき、色々聞くとだいぶ安いらしいと言うことで、そこそこの精度の周波数カウンタを作るのが目的だったのに、10E-11が測れ、標準偏差など計算では10E-12まで表示できるカウンタまで購入してしまいました。
¥15K以下だったので結果はとても良い買い物だったと思っています。
しかし、カウンタは基準信号源あってのカウンタですから、これも精度の高い安定な基準信号が必要になります。当然、最初に搭載されている基準信号は目的を達成しませんでした。
このカウンタには外部基準信号源の入力があり、ここにルビジウム信号源を接続しました。絶対値はともかく安定度の測定はできます。
GPIBの端子もあり、周波数の変化をPCに取り込むためにGPIBのI/Fも作りました。
ここからが、測定の嵐です。
ハムフェアで入手したOCXO、秋月のVCTCXO、ebayで購入したダブルオーブンのOCXOとGPSモジュールTU30-D140を使用したGPSDOと アイテンドーで入手した1980円のGPSモジュールの1Hzを使用したGPSDO(FLL)など時間がかかりましたが、多くのデータが取れました。

代表的なデータとして、ルビジウム信号源FE5650Aを基準信号源としてダブルオーブンのOCXOMV89aを使ったGPSDOの周波数変動を測ったものを掲載します。約1日以上測定したものです。人がいない昼間と人の動きのない深夜に比較的安定していて、人の動きのある時間帯に変動が大きくなっています。
それでも、変動幅として標準偏差で100μHz、最大最小で4〜500μHzといったところでしょうか?!
中心周波数は基準がないのであまり意味を持たないのですが、それでも10MHzに対して1.5mHz程度のズレとなっています。中心周波数のズレは、変動幅を含めて、基準信号源としたルビジウム信号源なのか、OCXO GPSDOなのかは定かではありません。

GPSDOーFLLMV89aRef 周波数変動 LPRO-101.jpg

こうした状況下、大変お世話になっているOMさんに、既に手に入りにくくなっているルビジウム信号源LPRO-101を周波数校正付きで入手していただきました。中心周波数で10MHzに対し、約20μHzしかズレていません。
こうなると100人力です。
既に入手していたルビジウム信号源FE5650Aも調整してしまいました。しかし、ルビジウム同士とは言え、逐次変動していますので、100μHz以下まで合わせるのはとても難しいと言うことがわかりました。
LPRO-101に対し、FE5650Aは約300μHzほど高く調整されています。

入手いただいたLPRO-101は周波数の外部制御端子があり電圧で周波数制御ができるようになっています。
と、言うことは信号源としてルビジウムを使用したGPSDOが実現できると気づき、OCXOの代わりにLPRO-101と入れ替えたGPSDOに改造しました。LPRO-101の周波数可変範囲は0〜5Vの制御電圧で僅か8mHz程度です。
この状態で、先のルビジウム信号源FE5650Aの周波数変動を測ったものが、下記のグラフです。
電源を入れて、10分ほどしてからの周波数収束状況です。次第に10MHzに収束しています。100μHz台の制御には1回の測定で約6時間かかりますので(ダイレクト周波数カウントのため)収束するのに1日以上掛かっています。
変動幅は、標準偏差で50μHz程度、最大最小で300μHz程度でしょうか?! 中心周波数は先に調整した約300μHz程度高くなっています。ちゃんとGPSの1Hz信号を基準に収束制御していると思えます。(おそらく)。

LPRO-101 Ref 周波数変動20141230-3-001.jpg

これで、ルビジウムを校正する信号源がなくても、GPSでいつでも正確な10MHzの基準信号を手に入れることができるようになりました。
ルビジウム信号源の短期安定度は10E-11程度と言われていますので、最大最小の変動状況を見ていてもこれ以上の精度を要求したFLL制御は意味がないし、とても難しいと感じています。10μHz台の制御をするには1回で60時間も掛かってしまいますし(笑)
しかし、10μHz台まで読めてしまう周波数カウンがタがあると気になってしまいます。これが、高精度病を悪化させる原因かもしれません。

実際の無線機の調整では1Hzがあわせられれば十分ですし、この半年これだけで十分楽しめたのでこのあたりで終わりにすることにしました。
もしこれ以上追求するとしたら、セシウム信号源を入手するか、高い評価を得ているけど入手難なGPSDO Z3801あたりを入手するかしかないでしょう。勿論、これに対応した測定器も入手しないと何をやっているかわからなくなってしまいます。

折角ここまで詰めたルビジウム信号源によるGPSDOですので、今年最後の自作としてちゃんとケースに入れることにしました。
と、言っても新品は高いしと思っていたら秋葉原のジャン測やでフィルタとうたった測定器が2000円で売っておりこれがケースに使えると買ってきていましたので入れて見ました。2Uのハーフラックサイズで先に購入したAgilentとほぼ同じサイズです。

DSC00839.jpg

当然、必要のない穴が空いていますが、糊付きシートにインクジェットプリンタでそれらしく印刷して目隠しとして貼ってあります。これの状態が最初の写真です。

内部20141230.jpg
いらない臓物を取り外して、GPSDOとして作り上げた内部(丁度入った)
LPRO-101withHeatsink20141230.jpg
LPRO-101とヒートシンク(ヒートシンクは日米で540円:LPROはインチねじで手持ちがなかったのでワイヤで仮止め)

出来上がった自作GPSDOのソフトとして、GPSは時々捕捉しなくなるので衛星補足が4個以下の時は、その時の周波数測定データを使用しない、マイコンのEEEPROMに100μHz制御時点のルビジウム制御電圧を記録しておき、次回電源ON時にこのデータを読み出してできるだけ収束時間を短縮する、GPSの時刻データを読み出して、シャックの基準時計とするなどそれなりの工夫もしております。

しかし、ルビジウムと言えども温度変化で周波数は変動しますし、ケース内部温度をも考慮した周波数制御や、LPRO-101からは、ロック状態出力やランプの健康状態を表すランプ電圧などの出力があるのでこれらの表示もできるようにしたいな!とかまだまだ追加で色々やりたいのですが、暫くはこの状態で使用することになると思います。でないと、年が越せません。

2014年 各局さんには大変お世話になりました。
特に、JA9TTT/1 加藤さんには色々とご指南いただきました。
ありがとうございました。

皆様、来る2015年も宜しくお願い申し上げます。


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2014年10月13日

ルビジウム信号源

DSC00803.jpg

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。

DSC00795.jpg

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。

DSC00775.jpg

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。

DSC00791.jpg

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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。

DSC00777.jpg

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。

DSC00797.jpg

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。

DSC00807.jpg

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。

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2014年08月16日

GPSによる高精度簡単周波数カウンタ

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TS-130のVFOをDDS化して本体に内蔵し、バンド毎にバンドエッジをマイコンに組み込んで快適にワッチをしながら、いざ本体の再調整をと始めたら、意外とちゃんと校正した周波数カウンタを持っていなくて(±50Hz程度?)、もう少し精度の高い周波数カウンタが欲しくなりました。
丁度その時に、いつもお世話になっているOMさんからGPSの1pps信号を1/10してそこそこの精度が取れるらしいとご助言いただきました。
だいぶ以前にRockwellのTU30-D140というGPSボードを分けていただいていたのを思い出し、引越しの荷物のどこにあるか大変でしたが見つけ出すことができました。
早速GPSの動作を確認し、232C接続でPCから衛星を捕捉している様子が確認できました。1pps信号も出ています。

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早速、1pps信号を1/10してゲート回路を通してマイコンに取り込み周波数を表示する回路図を作成し、一気に基板も作ってみました。

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基板パターンを作成しながら、このGPSボードからは10KHz信号も出ており、これを使った基準信号発生器(GPS-DO?)も作れるではないかと、あちこちのサイトで目にするG3RUH OMさんのPLL回路も一緒にパターンに組み込みました。
但し、高級なVTCXOを所有している筈もなく、最近、秋月で販売している12.8MHzのVCTXCOが使えないかとダメモトで入れ込みました。通常は、10MHzのVTCXOが使用されていますので、最初に1/10分周してそのあと1/128分周して10KHzを生成し、比較器に入力しました。
ちゃんとケース入れもし長く使えるように仕上げてみました。

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それらしく動き始めたところで、はたして当初の目論見どおり精度良くカウントしているのか知りたくなりました。当然、基準となる信号源も持ち合わせている筈もありません。
これは、お世話になっているOMさんからRb-OSC(ルビジウム信号源)を貸し出していただけることになり、宅急便で送っていただきました。
このRb-OSCは発送前の確認で0.001ppmなら大丈夫そうだということでした。
周波数は10MHzですから、0.01Hz以上の精度があることになります。

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お借りしたルビジウム信号源

早速この信号源の周波数を測ってみました。
どんぴしゃです!気持ちが良いほどきっちり10MHzをカウントしています。
プリスケール1/16、ゲートタイム10Sの仕様で作ったので最小桁は1.6Hz刻みとなります。

DSC00687.jpg

これでは、信号源の精度に遠く及ばず、一部改造してプリスケール1/4、ゲートタイム80Sにして測定してみました。最小桁は0.05Hzになります。80Sだとカウントに1分半ほどかかりますが、見事に10.00000000MHzの表示がでました。10回に一回くらい±0.05Hzの表示となりますがこれは量子化誤差とのことです。確かに、1/16でも、1/8でも最後の桁は時々±します。と、いうことは、もっと精度が取れているのではないかと期待してしまうのですが、残念ながらプログラムに使用している変数の最大桁数を超えてしまい実験はできませんでした。
理屈の上では、ルビジウムよりもGPSの方が精度が高いようです。

DSC00689.jpg

いずれにせよ、1Hz以下の精度は当局的には必要ないと思われますので、これ以上の追求は無しとしました。

次に、このGPSモジュールの10KHz信号と秋月の12.8MHzのVTCXOを使用した12.8MHz基準信号発生器です。
自分の1ppsを使用した周波数カウンタでの測定ではしっかり12.8MHzになっています。
しかし、これ以外に精度の高い周波数カウンタは無く、もう一台GPS周波数カウンタを作ることにしました。

やっと、本題の「GPSによる簡単高精度周波数カウンタ」です。
こちらは、GPSモジュールにaitendoで販売されている1980円のモジュール(G315)を使用しました。アンテナ(DAM1575A4)も50%引き特売の750円のものを使用しました。
このGPSモジュールは10数ミリサイズの小型のもので、ピンピッチは1.27mmになっています。今回は変換基板を作り必要と思われるピンのみを出力しました。

DSC00684.jpg

小型にしたいと思い、ケースはタカチのW90×D135×H35mmに入るように基板を書いてみました。

DSC00694.jpg

今回は、プリスケール1/16⇔1/4の切り替え、ゲートタイム10S⇔80Sの切り替えスイッチも入れてみました。
回路図は下記の通りです。

GPS-FrequencyCounter aitendo140814.BMP

プリスケールによりますが、60MHz(1/16時)、15MHz(1/4時)位まで測定が可能です。
出来上がったaitendoGPSモジュールでの周波数カウンタの性能確認です。これもまず貸していただいているルビジウム信号源で10MHzを測定しました。当然ですが、どんぴしゃ10MHzです。

DSC00700.jpg

次に、TU30-D140 GPSモジュールの10KHzと秋月12.8MHzVCTCXOを使用した12.8MHz信号源の周波数測定です。
こちらも、どんぴしゃ12.8MHzとなりました。1/4プリスケール、80Sゲートタイムによる測定で12.80000000MHzとなります。最小桁は0.05Hz刻みです。同様に時々±0.05Hzの表示となります。

DSC00708.jpg

これで、600円のVCTCXOで0.1Hz以上(?)の精度の基準信号ができたことが確認できました。
GPSを使ったカウンタや、信号源の最大のメリットは衛星にロックすれば、ソク精度が得られエージングが必要ないことと、衛星がなくならない限り経年変化が無いことです。
アマチュアにとってこれほどFBな基準カウンタや信号源が安く手に入れられることになりとても喜んでおります。
残念ながら、aitendoのGPSモジュールには10KHz信号が出ていないので信号源は作れていませんが、こちらは比較的新しいモジュールなので衛星へのロックは1分ほどです。TU30-D140はロックするのに40分ほどかかりますのでちょっと使うには不便です。

DSC00709.jpg
窓から2つのGPSアンテナを仮設した様子

今回のGPS周波数カウンタを作るにあたり、衛星へのロックを確認するのにいちいちPCをつなぐのは面倒くさいので、マイコンで衛星からのデータを読んで表示するようにしました。
表示の内容は、緯度や経度、時刻、ロック状態などありますが、表示の切り替えなど含めてこれからおいおいソフトをグレードアップしたいと思っています。

DSC00689.jpg

GPSを使用した基準信号発生器の記事は色々なサイトで見つけられますが、周波数カウンタはあまり無いようです。また、これらと衛星からの情報を同時に表示する自作記事もあまり見当たりません。
この盆休みはTS-130のDDS化改造の追い込みと思っておりましたが、GPSに明け暮れた休みとなってしまいました。しかし、ひょんなことから現時点市場で安価に手に入るGPSモジュールやVTCXOとマイコンを組み合わせた、安価で簡単で精度も高いものが得られたことはとてもFBでした。

【謝辞】今回の製作に辺り、すばらしい助言と、Rb-OSCを快く貸与いただきました JA9TTT/1 加藤OMには大変感謝いたしております。 
 Very TNX


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2014年07月13日

中華製DDS&エンコーダー VFO U

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今週も、先週に引き続きTS-130のVFOの中華製DDS化を進めていました。
回路的、ソフト的にはベースがほぼ固まったので、2年前の検討蛇の目基板を基板化しました。

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TS-130本体のバンド情報もマイコンに入力して、バンド毎にハムバンドのみの周波数可変範囲となるようにするために、マイコンのポートがたくさん取れるATMega644(40Pin)をマイコンとして使用しました。
今日は、まだそこまではできていませんが、基板ができて、ソフトも動き出して時間切れになりましたので写真のみ掲載します。
LCDは先週使ったのは字が小さすぎたので秋月で売っている16*2の超小型というものを使用しました。
だいぶ字が大きくなり読みやすくなりました。
ただケースにどう収納するかが課題で、まだ解決していません。
LCDを搭載するため、ロータリーエンコーダーの取り付け部分を金鋸でカットしました。

DSC00567.jpg

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2014年07月06日

中華製DDS&エンコーダー VFO

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今週は、日曜日しか時間が取れませんでしたが、先週まで色々遊んでいたRaspbrry Pi オーディオはお休みして、TS-120、TS-130の中華製DDSを使用したVFOを検討していました。
実は、2年ほど前にも実験はしていましたが、そのままになっていました。

http://blog.toshnet.com/article/53249363.html

今回は、中華製の立派な400パルスのロータリーエンコーダーを12$程で入手したので、これを使ってみるのが目的でした。

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やっているうちに、LCDでの周波数表示もやりたくなり、手持ちを探したら、TS-130のVFOに入りそうな小型のLCDも見つかり、これの実装も含めて試作してみました。

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TS-130のVFOユニットに実装するのに、金属加工も現物あわせでやりながらでしたのでこんな時間になってしまいました。

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とりあえず動くようになったので、今日の実績として掲載します。
詳細は、もう少し検討してから報告します。

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posted by ja6irk at 23:37| Comment(0) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew

2014年01月19日

自作開始!

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8桁2行の小型LCDを表示に使用

 早いもので新年を迎えてもう20日あまり経ってしまいました。
ロシア製のラジオICをいただいて既に半年。
そろそろこのICを使って何か作らないとということで、デジタルモードに対応したTRXを最終目標にまずこのラジオICで受信部を動作させて見ました。
何せ古いICで、ロシア名K174XA10というものであり、欧州ではTDA1083、日本ではTA7613とう型名でリリースされていたものです。
このICの特徴は、AFアンプまで内蔵しており、AMであればIC1個で回路が完成してしまうことです。
今回はSSB復調を必要としますので、SA612を復調用に使用しました。

今となっては、情報が少なく、また、アマチュア無線用として活用された事例も殆ど見つけられなくて苦戦しましたが、何とか14MHzのJT65が受信でき、もう少し検討は必要なものの受信部は目処が立ったかなという感じです。
 今回は実験だけで実用的に使ったことがなかった、超廉価中華製DDS基板を局発に使用しました。制御用マイコンは、いつものATMEL製で今回はATMEGA168を使用しています。プログラム言語は勿論BASCOM-AVR(BASIC)です。

メイン基板は、パターンを書いてエッチングしましたが、フロントの基板は蛇の目基板に手配線しています。これは、まだ最終的にどのように仕上げるかを考えずに実験を始めたからです。受信部もこのまま行けるか自信もありませんでしたし.....

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メイン基板

DSB発生は、復調用のSA612を兼用しましたが、TXの周波数変換には、これもいただいたTDK製のDBMを活用してみようと思い使う予定です。

現時点では、ケースに入れる状況ではなく、実験用としていつもの基板を半田付けした仮シャーシを作って、それに基板を乗せて実験しています。

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全体

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受信部

この数年、なかなかリグとして完成できたものがないので、頑張りたいのですが、最終的にTRXまでたどり着けるか???といった状況です。

posted by ja6irk at 18:11| Comment(3) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew

2013年02月11日

やっと動いたGLCD!

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先週の3連休は、出張でつぶれましたが、今週は3連休。
以前から作りたかったものを作ろうと初日から準備を始めました。
初日は、回路図作成と基板図作成、これで終わり。
2日目は、基板のエッチングと穴あけ、そして部品の取り付け、S/W製作。

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部品の取り付け、製作まではうまく行ったものの、暗礁に乗り上げたのがS/Wの製作です。
表示は、4桁のLCDでも良かったのですが、以前からグラフィックLCDを駆動してみたいと思っていたので、思い切って使ってみようとしたのが失敗でした。
まず、グラフィックLCDのテストをしようと思って、コマンドを調べて愕然としました。
データは、AVRのCポート8bit全部を使っていたので良かったのですが、CSやイネーブル等のポートはパターンが引き易いように回路を決めて作っていて、コマンドを見たら、ポートの混在はできないようになっていました。必要なポート数は6本ですが、この6本はDポートならDポートだけで割り付けなければならないコマンド仕様になっていたのです。
せっかく作ったパターンを泣く泣く切って、ワイヤでDポートに統一しました。
これで大丈夫と試して見ましたが、まだ、うんともすんとも言いません。接続を確認したり、S/Wを色々試したり、しかし、駄目です。2日目はこれで終わりました。
しっかり睡眠をとって3日目。
もう一回、グラフィックLCDの仕様を確認して、また、愕然。
1番と20番を逆にパターン設計していました。
安心していたデータポートも0-7が、逆さまです。また、8本もパターンを切って接続の変更です。
気を取り直して、LCDの接続を一から見直して、接続もやり直しました。
しかし、このLCDのピン配置は良くできています。逆にしても壊れないような配置になっているのですから。感謝するばかりです。
さあ、動くぞ!とばかり、テストに入りました。
しかし、情報は出始めましたがまともな物がでません、画も流れています。これは、S/Wさえしっかり作れば大丈夫とばかり、あ〜でもない、こ〜でもないとやって、グラフィックは出るようになりました。しかし、文字が出ません。文字表示をすると画が流れます。しかも、1文字しか表示してないのに沢山出るのです。またしても、あ〜でもない、こ〜でもないとやってみましたがうまく行かず、夕方になって、眠くなり1時間の昼寝!
寝るといいようで、END文がフォントのinclude文の後にも書いてあることに気づき、削除してみました。そしたら、すんなり表示されるではないですか!
既に夜7時過ぎで、3連休も終わりです。

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当初の予定では、目的の物が一通り出来上がり、あとはせっかくのグラフィックLCDを活用した表示のみをゆっくり作ろうと思っていたのですが、LCDに文字表示するのに難儀し、目的を達成できませんでした。
でも、グラフィックLCDの動かし方がわかったので 
”いいか!”と、個人的には納得!
しかし、”LCDのテストぐらいブレッドボードでやっとけよ”と言われそうな3連休の顛末でした。

posted by ja6irk at 20:01| Comment(3) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew