2018年10月31日水曜日

今更ながらのSDR-3製作記(とりあえずできたー編)

CQ出版社のトランジスタ技術誌9月号のSDR特集にあったSDR-3という7MHz帯SSBトランシーバーのキットを販売するという情報を聞きつけ、早速Faxで注文しキットが届きましたが、3Dプリンターとの格闘中で組み立てが先延ばしになっていました。

ひと段落したところで届いたSDR-3キットをとりあえず組み立ててみました。


届いたキットにはトランジスタ技術9月号も同梱されていました。

コントロール部 SDR-3D(ディジタル部)の内容
RF部 SDR-3A(アナログ部)の内容

キットは、STM32F4とオーディオコーデック、LCD、コントロールスイッチロータリーエンコーダを含むSDR-3Dと、ベースバンド信号をRF信号に変換するSDR-3Aに分かれて梱包されています。

説明書に従い、まずはSDR-3Dから組み立てていきます・


SDR-3Dの内容ですが、表面実装部品はすでに装着済みです。まずDCコネクタをハンダ付けしてDC5Vを供給し、システムのVDDの電圧が規定値に収まるか確認し、プログラミング用のシリアル通信ヘッダピンを装着します。

事前に確認しなかったのですが、STMマイコンにプログラムを入れる作業が必要です。そのために別途USB-シリアル(3.3V)変換モジュールが必要となるのですが、以前秋月で購入していた超小型USB-シリアル変換モジュールを思い出しパーツ箱をひっくり返して探し当てました。個人的には本誌を同梱するのならモジュールも用意してくれるとありがたかったのですが、偶々手持ちのものがあったので先に進める事が出来ました。

ちなみにUSB-RS-232C変換モジュールは使えません。高くて12V程度の電圧がマイコンポートにかかってしまうのでマイコン側が壊れてしまいます。

秋月で購入しておいたUSB-シリアル変換モジュール
モジュールの用意が出来たらPCとSDR-3Dのシリアルポートをモジュールを介して接続し、STmicroのサイトからプログラミング用のソフトをダウンロードします。(STmicroへのsign upが必要)


おじさん工房のサイトから実行ファイルをDLしマイコンにプログラム中
プログラムの書き込みが終了し、ボード上のLEDが正しく点灯、点滅しているのを確認して、残りのヘッダピンやスイッチ、ロータリーエンコーダなどをハンダ付けしていきます。LCDは基板の裏についているSDカードソケットを外す作業が必要です。
部品装着が終わったら改めて5VDCを供給し起動させます。

再起動しLCDが表示されています スイッチ類の動作も確認
LCDに一連の表示が出て、ロータリーエンコーダなどの動作が確認できればSDR-3Dはひとまず完成です。

引き続きSDR-3Aを組み立てます。こちらも表面実装部品は装着済みなので、ヘッダピンやリードインダクタ、リレー、RFトランス(手巻きが必要)を説明書に沿って装着していきます。

最後にSDR-3DとSDR-3Aをつなぐコード処理をし、相互に接続して完成です。完成までゆっくり行っておよそ3時間程度です。


アンテナとスピーカーをつないで起動させるとバンドスコープに信号が表示され、受信を開始します。


とりあえず受信は問題なく動作しています。送信部のテストと各測定についてはまた次の機会に纏めようと思います。

このキットは完成度は高いですが、実験や教材としてとても有用です。ただ使うだけではもったいないですね。時々記事のネタにしていこうと思っています。

今回はとりあえず完成したよ!ということで(笑)

2018年9月25日火曜日

3Dプリンタ導入しました

2年ほど前にKick Starterに出されていた、Snapmakerという3Dプリンタ、レーザー加工、CNCがひとつのセットにおさまるマルチ工作機械にBackerとなって、今年春ごろ手元にセットが届いたきりになっていましたが、8月の終わりにいろいろなイベントが一息ついたところでようやく組み上げました。

コンパクトにまとまっています
本体以外にPLAフィラメントや必要なものがすべて入っています。
マニュアルどおりに組み立てると約30分ほどで組みあがります。エンクロージャーも追加注文しておいたのでこちらも組み上げて、本体をエンクロージャーに収めれば出来上がりです。

イラスト見ながら簡単に組みあがります。わくわくしますね
調整はZ軸の高さ調整のみで、ベースにコピー紙の切れ端を置いてキャリブレーションモードにして四隅のポイントごとにノズルの先端とベースの間隔を調整します(厚さ0.1mmの紙を挟んで調整するのが良いのですが、普通のコピー紙(0.064mm)でもノズル先端が少し引っかかるくらいでも良さそうです)。

調整が済んだら次に素材のフィラメントをプリンターモジュールにセットします。

Filament Changeモードにするとノズルがデフォルトで200℃まで加熱(必要に応じて温度上げ下げが出来ます)するので、フィラメントの先端をプリンタモジュールの挿入孔に差込み、ノズルの先から溶けた材料が細い線となって出てくるのを確認して出てきた余分な材料を除去して準備完了です。

CADで生成した3Dオブジェクトファイルを、Snapmakerのサイトからダウンロードしたソフトで読み込みます。ソフトはGコード生成するスライサーとプリンタへデータを転送してプリント動作を制御します。

Snapmaker本体のUSB端子からPCのUSB端子に接続し、ソフトでプリンタが接続されたCOMポートを選択して読み込んだ3DデータをPreviewボタンをクリックすることでGコードが生成されます。

印刷品質はデフォルトでFast, Normal, Bestが選択できますが、各パラメータをカスタマイズすることも出来ます。通常はNormalで十分です。他にフィラメントの種類(PLAかABS)、Adheision、Surpoortの種類、拡大縮小、印刷位置の調整など一通り細かく設定することが出来ます。

フィラメントはPALとABSという素材が良く使われているようです。加熱して溶かした素材を積み重ねて形を形成する仕組みのため、材料が冷めるとどうしても収縮してしまいますが、PLAは収縮率が少なくABSはやや高いためABSではプリント中に形成物に亀裂が生じたりして扱いが難しいです。またPLAは後加工がやや困難なことと、温度や衝撃に弱くお湯でも柔らなって変形してしまうという欠点があります。

ほかにはナイロンやPETなどいくつかの素材が選択できますが、それぞれの特徴があるため用途に応じて選択する必要があります。

お試し印刷。Makerfairのキャラでしょうか
それからオリジナルの3Dデータを生成するには3D用のCADが必要になります。フリーのソフトやプロフェショナルにも使える本格的な3D CADなどいろいろありますが、最初から複雑なものを作るというわけではないので、FreeCADというオープンソースなフリーソフトを導入してみました。


Windows, MacOS, Linux上で動作するマルチプラットフォームなソフトです。


詳しい操作法については割愛しますが、基本図形を組み合わせることによってこのような部品の3D図を作成する事が出来ます。

出力ファイルもSTL、OBJ形式などにエクスポート可能で、3Dプリンタソフトに読み込ませてGコード生成が可能です。

で、早速VNシリーズのケースを設計試作してみました。

穴の大きさや位置など当然のことながら正確です
念願の内蔵スピーカーもうまく配置できました
基板の色に合わせてみました
材料の収縮や、プリント時の剥がれによる変形など失敗しながらひとつづつコツをつかんでいます。

電子工作と同様に3Dプリンタによる造形も奥が深いです。

楽しみながら上達していきたいですね。

2018年8月29日水曜日

ハムフェア2018参加記

先日猛暑の中8/25,26に行われた恒例のハムフェアに行ってまいりました。

といっても初日だけですが・・・




まぁこの辺の画像は皆さんよく撮られているので特に説明は要らないと思いますが(笑)、2週間前の某大イベントに比べればいたって楽か・・・と思いきやかなりの暑さで入場するまでにすでに汗だくになっていました。


いい歳こいたおっさんがこんな名札(いずれもQSLカードのデザインです^^;)首からぶら下げて会場を徘徊しておりました。


 昨年欠席したので2年ぶりになりましたが、いつもの全日本長中波倶楽部ブースにお邪魔してお店番のお手伝いです。

LF/MFで活躍されている皆さんが持ち寄った作品はいつもながら圧巻ですね。135kHz用と475kHz用の大きなローディングコイルにブースに訪れた方は皆さん驚きの眼差しでした。というか長波帯のアマチュア無線バンドをご存じない方もまだまだ多く、これはもっと認知度を上げないといけないと思いました。

かく言う自分は135kHz帯用小型の20W CW送信機を展示しました。

前にもブログの記事にあげたE級増幅回路を応用した高効率の送信ユニットで、小型にまとまっているとあってか意外と見ていただけたようでした。否、隣にSUR工房さんのCIR-45Dという最新の小型構成のパドルを置いたのが良かったのかもしれません。

時々ブースを離れて他のブースを回ったり自作品コンテストの受賞作品展示コーナーを覗いたりしてみました。

自作品コンテストコーナーで注目したのは・・・


まずこれ。7MHz 1KW AM送信機。こんなにコンパクトなのに1kWですよ!しかもAMで。概要は250W出力のPower MOSFETの2パラレルプッシュプルアンプ4ユニット電力合成し、E級増幅のPWM変調ということだそうです。

もちろんE級なので非常に高効率です。

この技術是非身につけたい!

でもってもうひとつは対極的なセットです。


 あまりにもコンパクトすぎてこの距離では何か良くわかりません(笑)。



 これ、カセットケースにすべて詰め込んだ6mマルチモードQRPpトランシーバです。何がすごいかって、内部配線の大半が空中配線で、中が3D迷路のごとく配線が入り乱れています。これで完全なトランシーバーとして動作するのがなんともすごいんです。この技術もぜひ身につけたい!


まぁあとはこんな感じで適当に。

メーカーのブースはレポートなしかよ?と言われそうですが、あんまり興味ないんでパス。

あと、写真に撮りませんでしたが最近HT-1AというHF2バンドCW QRPトランシーバキットを頒布開始されたJL1KRA中島OMとアイボール。しばらくいろいろとお話を聞かせていただきました。キット頒布の苦労話やCRkitにまつわる裏(でもないか)話など、大変興味深いお話でした。自分も小規模ながらキット頒布しているので苦労話には大変共感しました^^;

それから、秋葉原無線部に出展されお手製のキット(無線機要らずのWiresXとガッテンR)を頒布されたJQ1SRN武村OMにブース前でアイボールしてしばらく歓談しました。キット開発過程はブログで拝見していましたが、開発がとても早くていつの間にかキット量産して完売させてしまうというバイタリティに圧倒されっぱなしでした。次回もやる気MAXだそうでとても楽しみです。

また、かのしながわハンコ倶楽部!!でtwitterでも人気者のJO1FHM/2縦振電鍵最高な成嶋OMにお会いして某謎のお祝いのブツをお渡しし、OMからは和文練習のための『和文はともだち』を頂戴いたしました。

そのほかtwitterやGoogle+、facebookのフォロワー各局とお会いし、終了まで楽しいひと時を過ごすことが出来ました。

1日目終了後、有楽町と新橋の間にあるお店で行われたJARL QRP Clubの懇親会に参加させていただきました。


自作好きが集まってこちらでもいろいろな話やら、持参した自作物を披露したりで大変充実しておりました。

 そんなこんなで初日が終了、自分は用事で2日目に参加できませんでしたが非常に有意義でした。今後の活動に大いに刺激になりました。

でもって今回の収穫を。


まずは先日正式にラインアップに加わったSUR工房の小型パドルCIR-45Dの緑色。赤と青は7月の関西アマチュア無線フェスティバルで一目惚れして購入しました。緑だけ売切れてしまったため、今回のハムフェアで手に入れようと会場まもなくブースに駆けつけて購入しました。

このパドルは、超小型ながら打鍵感はしっかりしていてバネ圧や接点間隔調整も普通のパドルと同様に備えており、接点も銀を奢っていてこだわりを持った実に本格的なパドルです。自分はこういう小型で中身がしっかりギュッと詰まったものに弱いんですよね(笑)。これですべてのVNシリーズにぴったり揃えることが出来ました!(自己満足^^;)

VNに限らずたぶん移動には欠かせないアイテムになると思います。

VN-2002もしばらく置かせていただいて大変恐縮でした^^;;


続いてはしながわハンコ倶楽部!!さんのアイテム。新作のGAWANTちゃんGAWAクルちゃんステッカーの大小ペアです。GAWANT本体はさすがに買うことが出来ませんでしたが、ステッカー買えたので満足です。どこに貼ろうかまだお悩み中ですが・・・


最後にJQ1SRN特製のシールとJO1FHM/2特製の和文はともだちを頂戴いたしました。特製シールはちょっと前に廃止されたあのシールよりもふた周り大きく、数字が振ってあるものは、免許された番号に当たる無線機に貼り付けるとこの無線機が第○送信機かすぐにわかるので便利です。和文はともだちは、説明書が良くまとまっており自分でも何とかおぼえられそうです。お二方どうもありがとうございました。


はい、というわけで次回は8/31,9/1予定とのことです。次回はもっとアクティブに参加したいなっと。

おわり。

2018年8月20日月曜日

DSA815TGスペアナがやってきた

大袈裟ですがついにやってもーたしてしまいました。

Amazonでも購入可能ですが、ここはちゃんと店頭で買おうとコツコツ貯めてきたスペアナ基金(笑)を握り締め、秋葉原の計測器ランドに伺いRIGOLのDSA817TGを購入しました。

中堅のHF据え置き機程度の値段でこのような本格的な新品の測定器を購入できるのは驚きです。

別のイベントが控えていたので開梱は購入1週間後になってしまいましたが、いよいよ外箱を開けてみると・・・中にも同じような段ボール箱が^^;


内側の段ボール箱を開梱しようやく本体と付属品が拝めました。


電源をつなぎ、火入れ式。スイッチオンから起動まで数十秒程度と立ち上がりは早いです。セルフキャリブレーションを行い早速VN-2002に30dBの通過型アッテネータ2本通してスペアナの入力に接続し高調波スプリアスを観察しました。

スパンやRBWの調整などはAPB-3で慣れているのですんなり調整できます。ロータリーエンコーダでも調整できますが、数字キーに直接入力したほうが速くて確実です。


実際VN-2002の送信出力をチェックしてみると3倍高調波のレベルは-50dBc以下でしたが結構目立ちます。その代わり3倍高調波以降はほとんど見えません。

先日VN-2002のLPFを再設計し、構成する素子の変更を行った後の波形を確認してみると・・


出力レベルは上昇し、3倍高調波のレベルはぐっと下がったことがわかります。


近傍の信号スペクトラムでも-40dBcを超える帯域外不要輻射は見られず再設計の効果が見られました。

また付属のトラッキングジェネレータ(TG)を使って14.318MHzのジャンク水晶で作った6素子のラダー型SSB用クリスタルフィルタの測定を行いました。


インピーダンスマッチングを施していないので、通過帯域内でのリプルがやや目立ちます。挿入損失は約5dB、通過帯域は3kHzから4kHz程度でした。


最後にAPB-3の信号発生器モードに切り替え、APB-3の出力から30dBのアッテネーターを介してDSA815TGに入力し、信号レベルを確認しました。

DSA815TGをゴールドスタンダードとするならば、APB-3のSG出力は約-14.5dBmということで他のAPB-3ユーザの検証結果にほぼ一致しています。APB-3の出力調整プルダウンメニューによる出力変化もDSA815TGで観察すると表示どおりに変化していました。

今回のDSA815TG導入によって自作環境が一気に拡がった、というのは言いすぎでしょうか。もちろん従来の測定器との使い分けは重要です。宝の持ち腐れにならないようにしなくては。

2018年7月20日金曜日

SDR-Kitsのアンテナアナライザキット組み立てました!

関ハムの直前に届いていたSDR-Kitsの新しいアンテナアナライザFA-VA5キットを先日組み立てました。

このアンテナアナライザキットは単3電池2本駆動で10kHzから600MHzまで測定可能など他の携帯型アンテナアナライザより優れており、価格も手ごろなため非常に人気が高く、現在一時在庫切れ状態のようです。私は直接SDR-Kitsに注文して10日ほどで到着しました。

いまではICASさんが国内代理店として販売を開始されたようです。

早速梱包をほどいてキットを拝みます。


キットが収められたきれいな化粧箱に英語版のマニュアルが付属しています。マニュアルはサイトからダウンロード可能です。ICASさんのサイトでは日本語の製作、操作手順が公開されているので組み立てや操作法はそちらのほうを参照するのが良いでしょう。


パッケージ箱を開けると、表面実装部品装着済みのメイン基板、LCDとバックライト、USB-シリアルインターフェースの小基板、コネクタやスイッチなどの部品、キャリブレーションキット(100MHzまでの簡易版)、アルミケースが入っています。マニュアルのBOMで欠品がないかどうか確認します。


実装済み基板です。回路図は公開されていないのですが、MCUには16bitのPICマイコンdsPIC33が使われています。発振器はお馴染みのSi5351Aで基準発振はおそらく26MHzのTCXOを採用していると思われます。ほかにデータ保存用のEEPROM、アナログフロントエンドMCP3911、RTCのMCP7940Nなどが装着されていますが意外とスッキリしています。

さて部品の確認が終わったところで組み立てに入ります。


まずは電源スイッチ。表裏を間違えないように注意します。


次にUSB-シリアルインターフェース基板をメイン基板のランドに装着します。絶縁用の雲母シートをメイン基板との間に挟むのですが、私はすっかり忘れてしまいそのまま装着しました。レジストで絶縁はされていると思うのですが、気持ち悪いので後でリワークしました。(この時雲母シートを紛失してしまって(泣)薄くて硬めの名刺の紙を小さく切って挟みハンダ付けしました)


信号線と電源は下の1列のみです。ランドと端子をハンダを盛り上げてハンダ付けします。


次はLCDと下に取り付けるバックライトです。
LCDのピンをバックライトの穴に貫通させて密着させた状態で、貫通した部分にハンダ付けを行うわけですが、ハンダ量は最小限にしないとピンに余計なハンダが盛られてソケットに入らなくなるので要注意です。


まずピン数の少ない列は、すべてのピンにハンダ付けします。


次に反対の列のピンには左右1ピンのみハンダ付けします。

今後は、LCDが接続するソケットのハンダ付けです。
まずは下準備。


キットに同梱されているこのボール紙の短冊を取り出します。(ゴミだと思って決して捨てないでください!)


この短冊を4つに切り分けます。


切り分けた短冊を上の写真のように各ソケットのピンの間に立てて挟み通常より1ミリほど浮かせます。これはLCDを装着した時に、LCDの上面がケースの仮面と丁度同じ高さにするためです。マニュアルにはケースに収める前にLCDの保護シートを必ずはがすようにと注意書きがなされています。高さをギリギリに合わせているので保護シートを付けたままだとLCDがケースに圧迫されてLCDにダメージが加わり故障するとのことです。


あとはのこりのパーツをハンダ付けし、タクトスイッチのキャップを取り付けます。ブザーに極性があるので逆接しないように注意します(プラスが電池ボックス側になるように装着)。ハンダ付け不良を確認した後単三電池2本を入れてスイッチを入れます。


スタートアップ画面ののち早速測定開始しています。これで動作確認が取れたら、電池を一旦外して、ケースに収める作業に入ります。


4つのゴム足を通して余計な部分をカット、メイン基板の四隅をねじ止めします。

なぜマイナスねじ使っているんだろう・・・?取り付けにくいです^^;
後はBNCコネクタのねじを軽く締め、電池を挿入し上蓋をかぶせて側面をねじ止めして完成です!!

Open, Shortを加工、Loadはそのまま使えます

キャリブレーション中 20~30分かかります

キットに付属するキャリブレーションキットを組み立て本体のキャリブレーションを行います。


測定モードはいろいろありますが、操作説明を参照していただくとして早速屋上のモービルホイップの特性をチェック。7MHzはCWバンドでVSWRがよく落ちています。


次は21MHz。結構ブロードにVSWRが下がっています。


28MHzでは意外と狭く、バンド内全域はカバーしきれていませんでした。


50MHzはバンド内全域VSWRは落ちています。


インピーダンス表示(純抵抗、リアクタンス)やスミスチャート表示も可能です。インピーダンス表示は136kHzのアンテナ調整に重宝します。

そのほかWindows用の測定ソフトウエアVNWAに対応しており、USBでPCにつなげると本体の電源をスキップし、USBバスから電源供給されUSBモードとして起動します。PC側ではシリアルポートで認識されます。測定前にキャリブレーションは必要です。ICASさんのサイトに設定やオフトの使用方法の詳細が紹介されているので、そちらを参照してください。


PCのVNWAでの測定例です。スキャンも比較的速くVSWRやインピーダンス表示など同時描画できるので、屋内ではPC経由で測定するほうが便利そうです。

LCDは上蓋と隙間を作らないように高さを合わせていますが、上蓋を圧迫するなどによりLCDへのストレスが懸念されます。また、LCDユニットがそのまま露出しているので使っているうちに傷がついてしまったり、それこそ画面を圧迫して壊してしまうかもしれないので上蓋を透明アクリル板を加工したものに換装すると同時に、1mmほど浮かせて装着したソケットをリワークして浮かせた部分をなくして上蓋とLCD上面にわずかな隙間を作るように改造してみました。


これでとりあえずはLCDが保護できたのではないかと思います。
あとはシリコンラバーか何かで耐衝撃処置を施したいですね。

ともあれ手のひらに乗るアンテナアナライザとしてはかなり使えそうです。

皆さんも1台いかがでしょうか。