4月の雑記

ここのところ気候も落ち着いてきて暖かくなってきたので、136kHz移動運用を考えています。新ローディングコイルとどこでも2本の傘エレメントが張れるように重石つきのアンカーを新たに用意。アースは相変わらずのアースマットですが、昨年海辺で運用したときに使用した海ポチャ用のパンチングメタルボードも装備していろいろな運用場所に対応できるように少しずつ工夫を重ねています。

今後はエレメント垂直部をポールとやや離れた距離で、ある程度の風にも安定して張れるようなエレメントの張り方の工夫、アースマットの片面絶縁化（壁紙シートのようなものを片面に貼るなど）、ヒンジをつかって何枚かのアースマットをまとめる、エレメントを伸ばしたり収納しやすくするなど徐々に改良する予定です。

また、専用の受信機を何とかしたいと考えています。現在車にあるFT-857で受信していますがいちいち外したりするのも時間がかかってしまうので、小型のLF帯受信機がないものかと探していますが市販のものが見つからないので、自作SDRフロントエンドにPCの組み合わせにしようかと思っています。

とりあえず、来月中旬開催のJARLかながわ主催第3回かながわアマチュア無線フィールドミーティングin 宮ヶ瀬での136kHz運用実演にあわせて移動します。場所はまだ未定ですが＾＾；

閑話休題。

475.5kHz帯の免許は現在申請中です。軽微な変更によるものではなく改造TX-500の50Wで臨局検査を受けるつもりです。電子申請で提出しましたが3週間近く音沙汰なしのため、直接関東総通に問い合わせをしてみました。200ｍルールは問題なく、TX-500についても担当の方はご存知のようで（すでに7L1RLL局が35Wで検査を受け免許がおりています）、こちらに関しても書類上は特に問題なしでした。ただ空中線について、申請には12m垂直型でコイル抵抗15Ω、接地抵抗20Ωで計算上の放射抵抗が140mΩ、送信機50W出力でEIRP0.6Wと1W以下であることを示したファイルを添付しましたが、この場合書類は通るけれど検査当日EIRPを独自に測定して証明することが求められるそうです。

アンテナアナライザなどで実測したコイル抵抗とアンテナ入力抵抗から割り出した接地抵抗をもって検査当日EIRPを計算することも考えましたが、それで検査官が納得するかどうかはわかりません。また一応担当の方にも尋ねてみましたが明確には答えられないとのことで、ここはまず免許をおろすことを第一に考え今回は総務省のアンテナの条件に合う形にしました。というわけで50WでEIRPが1W以下になる条件のアンテナ高7mに修正することにしました。

ちなみに、EIRP1W以下となるアンテナの条件について示されている資料がこれです。

装荷コイルによる高周波抵抗が考慮されておらず、なおかつ接地抵抗が10Ωという少々現実離れした条件下での計算がなされています。これをより現実に近い形にして接地抵抗20Ω、コイル抵抗30Ωのロス抵抗50Ωとして計算すると50W入力でもEIRPは150mW以下になります。

さらに閑話休題。

去る29日に移動運用の告知が136kHz掲示板にあったので、外出前にmini-whipアンテナにIC-7200M、NRD-535をつなぎ各々136kHz帯、475.5kHz帯に合わせ、ひとつのPCに音声を入力(IC-7200MはUSBで直接つなぐとサウンドドライバがインストールされ、NRD-535はRECORD出力をUSBサウンドアダプタのライン入力に接続することで別々に入力）してWSPR-Xを二重立ち上げして2バンドWSPRグラバーを立ちあげてみました。両バンドとも何局かデコードされていましたが、136kHzの分しかWSPRnetに反映されませんでした。どうもreporterをどちらも"JL1VNQ"と同じにしていたのが原因だったのでしょうか、帰宅して475.5kHzのほうのreporterを"JL1VNQ/4"に変えてTX-500で送信したところWSPRnetに反映されていました。立ち上げの際に、saveフォルダの指定とreporterを変えないとうまくいかないようでした。以後の備忘録として。

一番下はノイズでしょう

最後に妄想（笑）

mini-whipアンテナの動作は増幅器によるアクティブなインピーダンス変換（Hi-Z → Lo-Z）と考えていますが、送信に応用できないかなと思っていたらすでに実験された方がいらっしゃいました＾＾；こちらの4/12の記事ですが、インピーダンス変換トランスの二次側200Ωをローディングコイルなしで直接エレメントに接続して1Wで送信したそうです。

目から鱗というか非常に興味深い実験ですね。

10ｍ高垂直型エレメントの475kHzにおけるインピーダンスは約5kΩですので、インピーダンス比100:1、巻き数にして10:1の変換トランスを使えば．．．なんて。

475.5kHz帯用絶縁型インピーダンス変換トランスの製作

ここのところいろいろと小出しにしています（笑）

今回はアンテナと送信機のマッチングに重要なインピーダンス変換トランスを巻きました。もちろんアンテナ入力が50Ω前後であれば必要ないといえば必要ありませんが、アンテナ側と送信機側の絶縁を図るためには必要なものと言えましょう。

常設用のものなのですが、ローディングコイルやアースの改良などによってアンテナ入力抵抗も変化するため136kHzと同様に多インピーダンスに対応するようにしました。

陸軍端子はタップ用

核となるトランスに必要な材料は136kHz帯用のものと同じで、コアはFT240-43という大型のフェライトトロイダルコア、線材は耐熱性に優れた1.25mmsqのテフロン被覆線を用意しました。いずれもサトー電気で購入しました。

 巻き数については巷で言われているように送信機側のインピーダンス50Ωの5倍以上を確保するという条件と475.5kHz専用であることを考え、約10倍程度確保し必要十分な巻き数を勘案した結果13回に落ち着きました。

FT240-43コアに13回巻きしたときのインダクタンスと475.5kHzでのインピーダンスは

 L = N x N x AL/1000 = 13 x 13 x 1240/1000 = 209.56μH
 XL = 2πfL = 2π x 475500 x 209.56 x 10^-6 = 626.1Ω > 50 x 5

といった具合です。

このコアには密に40回まで巻けるので、次に3本の線材を平行におのおの13回巻きました。（計39回巻き）

本当は線をよじるのが良いですが、タップ出しのため3本平行にまきました

巻き始めと巻き終わりには上の写真のようにケーブルタイを使って解けないようにするとFBです。

完成したトランスの線1本を送信機側に、残りの2本をアンテナ側に割り振ることで最大200Ωまで対応可能です。

一応miniVNAproBTでチェックしました。

１：１で50Ωの終端抵抗を接続したときの特性

 余分なリアクタンスもほとんどなくこの周波数帯では問題ありませんでした。ちなみに136kHzではインダクタンスが足りないせいかやや怪しいです。周波数上昇につれリアクタンス分が上昇しており、1.9MHzまでは何とか使えそうな雰囲気でしたが3.5MHz以上ではこのままでは使えません。もっと巻き数を減らすかコアの変更が必要です。

またインピーダンス変換トランスは、一次側二次側の線を束ねてもしくは撚って巻かずに別々に巻いてしまうと余計なリアクタンス分が乗っかってしまって具合よくありません。136kHz用のトランスは一次側線と二次側線がほとんど重ね巻きになっていたので、さほど問題にならなかったようです。

この次はアンテナ電流、電圧計とこのトランスをひとまとめにしようと思います。

475.5kHz帯仮設グラバー

昨日、7L1RLL局による475.5kHz帯運用アナウンスがあったので、朝WSPRグラバーを稼動させて仕事に出かけました。

構成は、ベランダの手すりに仮設したPA0RDT mini-whip アンテナにJRCのNRD-535受信機、USB接続のオーディオアダプタ、Windows7のNUC上のWSPR-Xでした。

帰宅して結果を見ると7L1RLL局とJH1GVY局のWSPR2信号がデコードされ、WSPRnetにもアップロードされていました。

JH1GVY局は送信ごとに出力を変化させており、受信SNRは出力表示に比例して変化しています。当たり前といえば当たり前ですが、なかなか興味深いです。7L1RLL局は、GVY局よりも近距離ですがSNRは平均-2~3dBとやや低めでした。出力は掲示板によると17Wから21Wとのことでした。

今後も運用計画にあわせて稼動させようと思います。

PICでサーボモーター制御

とうとうメカトロニクスに手を出すことに（笑）

先日製作した475.5kHz用ローディングコイルの可変Lを遠隔操作するための駆動装置としてサーボモーターを使うことにしたのですが、どのようなものを選べばよいものか見当が付きませんでした。ふと秋月にサーボモーターのラインナップがあったのを思い出して秋月のサイトで見てみると、いろんな種類のサーボモーターがありました。

数グラムの超小型軽量タイプや高トルクな比較的大型のものなどさまざまですが、とりあえずスタンダードなものとして台湾GWS製のMICRO/2BBMG/Fというミドルクラスっぽいモデルを選んでみました。ミドルクラスっぽいといっても本体の重さは28gで一辺3センチ以下と小型なものです。

回転軸が金属になっています

サーボモーターにはGNDと+5Vライン、それに回転角を制御する線計3線が出ています。

制御線に送る信号については定まった規格はないようですが、どのメーカーもだいたい共通して制御信号はパルス波で、パルス周期が約20ミリ秒、パルス幅を1ミリ秒から2ミリ秒程度の間で変化させることによって回転角を調整します。

いくつかネットで見つけたPICによる制御例では、可変抵抗器で得た電圧をA/D変換器で読み取り、その値に応じてパルス幅を変化させるものがほとんどです。まずは公開されているソースコードをコンパイルして試してみましたが、小気味良く動き追従性も十分でしたがボリウムを早めにまわすと突然パルス信号が止まってしまったりしてあまり具合が良くありません。

さらに可変抵抗器の劣化に伴う制御電圧の不安定化も懸念されるため、A/D変換は使わずに直接パルス幅を決定する方法を考えることにしました。

パルス波を生成する方法として、まずPICに内蔵されているPWMモジュールの利用を思い浮かべましたが、いずれも8ビットタイマーベースで、通常使用する4MHzクロックからみると20ミリ秒というパルス周期は遅すぎて、プリスケーラーを最大限に使用してぎりぎりやっと生成できるくらいです。ただその場合プリスケーラーを使用した分パルス幅を細かく調整することができなくなってしまいます。というわけでPWMモジュール使うことは断念しました。

考えた方法は、２つのタイマー割り込みを使用するというものです。

 １つ目のタイマーではパルス間隔で割り込みをかけ、割り込み時に制御ポートをオンにするオンタイマーとして作動させます。と同時に必要なパルス幅になるような値を別の２つ目のタイマーに設定させます。２つ目のタイマーは１つ目のタイマー割り込み時からカウントを開始し、設定値（必要なパルス幅）に達したときに割り込みがかかりそのときに制御ポートをオフにさせます。（オフタイマー）これにより比較的正確に任意のパルス幅をもった信号を生成することができます。

2つのタイマーによるパルス波生成

このパルス幅の設定値を変化させれば、その結果サーボモーターの回転角を任意に変更させることができます。

こちらのサンプルコードではPIC16F1827をターゲットにしています。16F1827はタイマー0, 1, 2, 4, 6と5つのタイマーが内蔵されていてそのうちのタイマー1が16ビット、他が8ビットタイマーになっています。パルス間隔生成（オンタイマー）は8ビットのタイマー2を使いましたが、PWMと異なりポストスケーラーが使えるので20ミリ秒生成は問題なく可能です。パルス幅を作るオフタイマーには16ビットのタイマー1を使いました。プリスケーラーをできるだけ小さくすることによって、サーボモーター可変角180度を約440ステップ（0.4度/ステップ）で変化させることができました。

 パルス幅設定値変更はロータリーエンコーダで行い、LCDによる状態表示も入れてみました。ポイントは処理によってパルス幅が変動しないように、制御ポートがオンの時には他の割り込みや処理を行わないようにするということです。

25ステップ/回のロータリーエンコーダーでは35.2倍の減速機構に相当します

角度とインダクタンスバーグラフ表示つき

 使用するサーボモーターによってoffset値や変化幅が変わると思います。適宜数値を調整してみてください。

475.5kHz用新ローディングコイルの製作

LPFに続いてローディングコイルを製作しました。

以前作ったものは136kHzで使用する12m傘型をそのまま流用できるようにインダクタンスを少なめにしたもので、10ｍ以内の垂直型には少々足りません。またさらに50W出力のTX-500ではEIRP1W以下という制限によってアンテナの長さを7m程度に抑えなくてはなりません。（コイル抵抗と接地抵抗で如何様にも変わりますが）

追加コイルを作ってつなぐのでも良かったのですが、せっかくなので改めて新たに作ってみました。

VU150の継ぎ手は結構重くてしっかりしています

ボビンは塩ビ管を使用しましたが、メインコイル用にはVU150用の継ぎ手を採用しました。VU150よりもひとまわり径が太く（180mm）、長さも150mmほどで切断する必要もありません。内側がストッパーで厚くなっている部分もありますが穴あけ加工には支障ありません。と同時にバリオメーター用のサブコイルのボビンもVU75用のこれまた継ぎ手を使いました。

シャフトを通してサブコイルボビンの回転具合をチェック

まずメインコイルのボビン中央にバリオメーターのシャフト(6mm径)を通す穴(6.5mm径)を開けます。次にサブコイルボビンに同じように中央にシャフトを通す穴(シャフトと同じ6mm径として、シャフトがサブコイルボビンに固定できるようにする)を開け、6mm径のアクリル製の丸棒を適当な長さに切って上の写真のようにメインコイルボビンの内側にサブコイルボビンを入れてアクリル棒で串刺しにしますが、そのままでは中のボビンが外側のボビンの中で左右に動いて干渉してしまうためサブコイルとメインコイルのボビンの間の長さ分のスペーサーをシャフトにかぶせて串刺しにします。これでシャフトを回すとサブコイルボビンが左右にぶれずにくるくるとメインコイルボビンのなかできれいに回ります。

ボビンの加工が済んだらそれぞれに線材を巻きつけてコイルを巻いていきます。今回はリッツ線は使用せず1mm径のPEWをメインコイルに100回巻き（90回の位置にタップを置いてあります）、サブコイルは52回巻きしました。インダクタンスは1300μHから2230μH程度と2400μHに少し足りなかったので、メインコイル巻き足しが必要かもしれませんがこれで7m～10m程度の垂直アンテナ用のローディングコイルになりました。（推定Q200）



．．．ん？なんか横っちょに変なものが付いてますが（笑）



実はこれ、4作目にして初の遠隔調整用機構を組み込んだローディングコイルなのです！！



といてもただ単にシャフトにホビー用のサーボモーターつけただけですが．．．



秋月で売っていた台湾製のサーボモーター軸をバリオメーターのシャフトに直接つないで、PICで発生させたPWM信号をサーボモーターに送って角度調整をしています。このPICに何らかの方法で（シリアル通信あたり）角度命令を送り遠隔操作を可能にしようと目論んでいます。

PIC16F1827でPWMを生成してサーボモーターを制御してチューニングをとる

制御プログラムはもう少し練る必要がありますが、とりあえず動くようになりました。モーターのトルクも以外に強くてこのくらいの大きさのボビンも楽に回せているようです。

それから、JUMAフォーラムに投稿した最新のTX-136/500用ファームウエアとマニュアル（英語）ですがこちらからも一応DL可能にしておきました。（ソースファイルは同梱していません）

475.5kHz帯送信機用外付けLPFの製作

475.5kHz帯の変更申請にあたって少しずつ準備を始めました。

その中で、送信機から発射される高調波スプリアス測定を行い基準を満たしているかどうかまずは確認しました。TX-500では選択可能な4つの出力レベルについておのおのAPB-3でチェックしてみました。

いずれも60dB減衰器をとおしてスペアナに接続。RBW3kHzでdBm表示になってます。

PWR MIN(3W) ２次高調波が基本波に比べ-50dB以上

PWR LOW(15W) では３次高調波が対基本波-56dB

PWR HI(35W)も３次高調波は対基本波-55dB

PWR MAX(50W)は３次高調波対基本波-53dB

私所有のTX-500単体ではPWR MINの場合２次高調波のレベルが高く、他も３次高調波のレベルは対基本波ぎりぎり-50dB以下を保っておりました。

というわけで、外付けでLPFを追加する必要がでてきました。

LPFはJA8JPO局がオリジナルの設計で４段T型減衰極つきのLPFですが、JA1BVA局に倣って減衰極を無くして単純化しました。

なにより良いと思ったのは、キャパシタが6800pFで統一されており入手選別が容易であることです。また再現性もとても良いだろうと感じておりました。

 材料の要はトロイダルコアT102-2を５個に４つの高耐圧PPフィルムコンデンサ（DCで1.25kV、ACで340VくらいのPanasonic製）。6800pFの規格モノを多めに入手してLCRメーターで値の近いものを４つ選別しました。

30年物の（笑）ガラスエポキシ両面生基板をカットし、幅広の透明粘着テープを片面をすべて覆うように貼り付けて部品面のパターンを構成するためエッチング部分をカッターで切り取って剥がしエッチング液に浸してエッチングします。もう片面はエッチングで銅をすべて除去します。エッチング処理が出来たら基板固定とトロイダルコイルを固定するための穴を開けてフラックスを塗り、部品をハンダ付けしていきます。

コイルは入力側と出力側の2つが17μHで1mm径のUEWを35回巻き。中央の3つは34μHで0.8mm径UEWを51回巻いて基板にハンダ付けしました。

部品のハンダ付けが終って待ちきれずにまずは裸のままで測定。

954kHzで-56.6dB 1422kHzで-81.9dB

4段ともなると気持ちよいほどシャープです。通過帯域内は若干のリプルがあるのと減衰パターンからチェビシェフ型特性に思われます。リプルは0.5dB以内に収まっているようです。

良い結果がでたので日を改めてアルミケースに収めました。ケースはアルミダイカストを使いたかったのですが、手ごろな大きさのものがなかったので普通のアルミケースを探したところ、リード製のP-204がサイズ的にピッタリでした。

ピッタリというか実装はキツキツでなんとか収まった感じです＾＾；

でもってお待ちかね、ケーシング後の特性チェックです。

954kHzでは-57.9dB　1422kHzでは-89.3dBでそれ以上は-100dB近くに

 ケーシングの効果で、高域で減衰量が10dB近く高くなっています。

それにしてもAPB-3のダイナミックレンジは広いですね＾＾

では、いよいよTX-500に完成したLPFをつなげて測定します。

最近モノが増えて机が狭くなってます＾＾；

PWR MIN(3W) 2次高調波も十分抑制され対基本波-80dB

PWR LOW(15W)では３次高調波が対基本波-78dB

PWR HI(35W)では３次高調波が対基本波-73dB ５次もちょい見える程度

PWR MAX(50W)でも３次高調波は対基本波-70dBと十分に抑えていました

いずれも基本波に対して-70dB以上と十分な結果となりました。また、通過帯域内の挿入損失はLPF全体のシステムで約0.3dBとなりました。もちろん損失が少ないので連続送信でもコンデンサやコアはほとんど熱くなりません。VSWRも最大電力で送信機モニター上1.0～1.1とマッチングも問題ないだろうと思います（インピーダンスアナライザは未試験）。

これで臨局検査対策に一歩進みました。

LPFを公開していただいたJA8JPO局と追試過程を公開していただいたJA1BVA局に感謝します。