【恒例の】2019年を振り返る

もうあっという間に大晦日になってしまいました。

年齢を重ねると時の経つのがだんだん早くなるというのは本当ですね。

今年もアマチュア無線を中心に印象に残ったエピソードを纏めてみました。

１．アマチュアキットクリエイターズ（AKC）立ち上げとイベント参加
いままでは個人的にブースのスペースをお借りしたり、通信頒布でオリジナルキットの頒布活動をしていましたが、あのCWインベーダーで世界征服を着々と進めているJQ1SRN武村OMのお声がけで集まった、私を含めた６名で同人ハードウエアキット製作集団のアマチュアキットクリエイターズ（AKC）を立ち上げるに至りました。（現在10名構成）
今年は関西アマチュア無線フェスティバルとハムフェア2019にブースを設け、メンバー思い思いのオリジナルキットを頒布しました。
AKCの活動理念と言えば大袈裟かもしれませんが、基本はキットを通じた技術交流だと思っています。キットを企画する上でもここ数年で回路設計や基板製作環境、部品調達に関する敷居がかなり低くなってきており、部品自体も性能や供給状況も常に刻々と変化してきています。この状況は自分のアイディアが比較的楽に具現化できるようになってきたということで、これを利用しない手はないと思っています。
で、同じ思いのAKCメンバー各々がユニークなアイディアを持っていてそれをキットとして拡げ、かつ享受することでまた次の新しいアイディアに繋がっていくという流れを作る土台になっているような気がします。
これからも何らかの形でかかわっていけたらなと思っています。

２．KiCADの導入
Keyer Mini-V2とVNシリーズ（4002,3002,2002）では、回路図をBsch3V、基板CADをPCBEを利用しガーバーデータ（基板製造データ）を作製していました。
Bsch3Vの回路図を目で確認しながらPCBEでパターンを描くというやり方で、２つのソフト間のPC上のデータ連携を持たないため間違いが多く、何度も基板製造発注をやり直したりしていました。
KiCADはフリーウエアでありながらネットリストを通じた連携機能など本格的な統合ソフトであり、自分も乗り換えようと思ってもなんとなく取っつきにくそうでなかなか腰が上がりませでした。
そこでKiCADが5にメジャーバージョンアップされたこともあり、QPM-01という通過型VSWR計を企画するにあたって一念発起し乗り換えてみました。
実際導入してみると、フットプリント作成などもパーツのデータシートを見ながら割合簡単に作成が可能で、何より回路図との連携やパターン修正後のグラウンドベタ塗りの自動修正機能が非常に便利で作業効率が格段に上がり、パターン間違いも非常に少なくなりました。

３．135kHzを自宅で運用し、2wayCW QSO成功
135kHzの運用の実際は、所有敷地が大きい場合を除き移動運用がほとんどでした。135kHz帯開放当初アクティブに活動されていたJH1GVY森岡OMのアンテナシステム実践理論の解説を参考にし、自分なりのアンテナシステムを構築して5年前だったかのローカルコンテストで初めて運用し5局もQSO出来たことは今でも胸が高鳴る思いです。
その後も同じアンテナシステムを使い移動による長波帯運用を行ってきました。そのためか自宅での運用はあまり考えていませんでした。
今年は千葉県を中心にした台風15号19号の影響を鑑み、今までの車での運用でなく一度自宅でやってみようということで車での運用スタイルを継承した形で自宅の屋上で構築してみました。
アンテナエレメント自体は問題なく展開することはできますが、問題はアースです。幸いにして手すりがうまい具合にアースに繋がっているのか、接続ボルトにアース端子を繋げるとアンテナ入力が75Ω前後と十分運用が可能な程度の低さだったため、ローディングコイルとインピーダンス変換トランスを経由して送受信機にアンテナにつなげてみると十分VSWRが下がり、高レベルのノイズの中からCW信号が聞こえ、2局とQSOすることが出来ました。
アンテナエレメント高は12mに及ぶため常設は不可能ですが、自宅からでも十分長波帯通信が楽しめることが分かりました。受信アンテナを送信と別にループ系にするなどいろいろと今後も工夫してみたいと考えています。

まだまだありそうですが一応こんなところで。

では最後に。

今年もいろいろとお世話になりました。
来年もよろしくお願いします。
皆様良いお年を。

2019.12.31
JL1VNQ / HARU

ローバンド用新VNシリーズの試作

あっという間に2019年も終わりに近づいてきていますね。

自作界隈ではいろいろとありました。まぁそれは後ほど年末の総括で振り返ることにして、モノバンドCWトランシーバキットVNシリーズにたくさんの方が興味を持っていただいたことに感謝するとともにそろそろ新しい展開をということで、次の展開として下のバンド160ｍと80ｍ用のトランシーバーを進めることにしました。

2年ほど前に160mと2200m用のE級パワーアンプの実験を行ってきましたが、その後いったんストップしていました。今年になって今までの回路、基板CAD関係をKiCADver.5に移行しまず手習いとしてデジタルVSWRメーターの回路基板設計をおこない、次に11月ごろからローバンド用のトランシーバーの回路基板設計と試作を再開しました。

KiCADは部品やフットプリントライブラリをそろえることがやや大変ですが、リストにないものはデータシートを見て最初作ってしまえば流用がいくらでもできるので、あとあと楽になります。しかも回路図と基板レイアウトがネットリストで連携していることと、ベタ塗りの更新が非常に楽なところで今までの環境（PCBE）より圧倒的に作業効率が高くなります。

で、今回のローバンド用のトランシーバーですが基本的には従来のVNシリーズの構成を継承しています。ただしローバンド用として送信部を強化（パワーUP）し、安定して20Wクラスの出力が出せるようなものにしてみました。それでも基板サイズは60x80mmというコンパクトサイズにこだわりました。

というわけで、この記事では強化した送信部を中心にプチ解説します。

回路自体は2年ほど前に公開したものを流用しています。

CTRL部からの送信用3.3Vロジック信号をロジックICのバッファで受け、5V信号にレベル変換したのちC1でDCカットしT1のトランスで180°位相差信号とします。各々の信号をD1、D2でマイナス成分をカットし再び3つパラレルにしたバッファに入力して2対のパワーMOSFET FKI10531を駆動します。そのあとC5,6,L1,2で構成するE級ネットワークを経てインピーダンス変換トランスT2でインピーダンス変換したのち定K2段のLPFを通して出力としています。

今回の回路のミソはドライブ回路のバッファとして使用したロジックICの３ステートバッファ 74541です。このICは8個のバッファが入っていて、最初の2つのバッファで５Vレベル変換、残りの6つでゲートドライバとしています。パワーMOSFETのFKI10531は入力容量が1530pFとかなり高いのですが、total gate chargeが9.0nC（VGS 4.5V）で駆動電流もさほど大きくなく、かつturn off delay 13.7ns、Fall timeが6.0nsと高速なため短波帯までの10W級スイッチングPAには十分適応できるデバイスだと思われます。秋月で1個40円くらいで安いですし使わない手はないのではと。（ただ"D"マークがついちゃっているのが残念）

LPFは定K型2段構成ですが、プッシュプルで偶数次の高調波が抑えられており2次高調波の周波数で-20dB台でも送信波の測定では-60dBc近くまで2次高調波を抑える事が出来ています。

あとキーイングはVDDとSi5351A制御で行っていますが、VDDのコントロールにはDMG3415Uという小さな表面実装型Pch MOSFETを２つパラレルにして実装しています。この小さなパッケージでもID -4.0Aと結構大きいので数A程度の電源制御に好んで使っています。

そういうわけでKiCADで回路図を書いてから同じソフトのPCB CADに転送してパターンづくり、ガーバーデータ生成、PCB業者にアップロードして1週間程度で基板が送られてきます（なんという便利な世の中なのかと実感する瞬間（笑）。

 実装した送信部です。

パワーMOSFETの一つは裏側に装着していますがいずれもヒートシンクレスです。出力は13.8Vで20W前後、リチウムイオン電池2個直列の7.4Vでは約5WのQRPとなりました。
効率は全体のシステムで75％程度とまずまずでした。

そのあと受信部を実装し、CTRL部、送信部、受信部の3枚重ねとして試作機が完成しました。

こちらは80ｍ版の試作機　E級ネットワークとLPFの定数変更で対応可能です

まだ修正や追加実装などを経て基板を再発注し、最終的な試作機が完成したら年明けのどこかのイベントで展示できるかもしれません。キットとしての頒布はまだその後ですね。

【重要】年内のキット頒布終了します

2019年ももうすぐ終わりになります。

 今年もVNシリーズをはじめ、拙キット楽しんでいただきましてありがとうございます。
 いろいろと忙しくなる時期に来ましたので、本年のキット頒布はこの投稿をもって終了とさせていただきます。

 すでに頒布希望をいただいている方は準備完了まで今しばらくお待ちください。

 取り急ぎご連絡まで

2019.12.6 JL1VNQ / HARU

 I will no longer accept this year's kit distribution (VN series, QPM-01, Keyer Mini-V2 Revision2).

Please wait for it to resume next year.

Thank you.

Si5351A最後の罠にはまる!?

Silicon Labs社製のSi5351Aはすっかりアマチュア無線自作関連では定番となりました。

マイコンと組み合わせればVFOとして十分実用になるし安価に手に入るため、お手軽な発振器として従来のDDSにとって代わってしまったようです。

自分もVNシリーズの発振源として重宝していますが、そろそろ新しいプロジェクトということで高い周波数の発振テストを行いました。以前50MHz台のテストを行い問題なく設定周波数で発振したのを確認したので今度は144MHz帯を狙いテストしたところ、なぜか90MHz台と設定値と異なる出力周波数でした。

いろいろと設定周波数を変えながら検証していくと、どうやら80MHz以上を設定した場合ダメらしいことが分かりました。

そこで原因を探るべくまずはSi5351Aの設定パラメータの関係と、周波数設定の考え方について以前の記事をみながら再度おさらいすることにしました。

Si5351Aの周波数設定式

１．VCO周波数設定（PLLA, PLLB）

　fvco = fXTAL x (a + b / c)

　　　　a...15～90, b...0～1048575, c...1～1048575, fXTAL = 25MHz or 27MHz

　fvco = 375MHz～900MHz

２．VCO分周設定（MultiSynth0,1,2,...）

　fout = fvco / (d + e / f)

　　　　d...4～900, e...0～1048575, f...1～1048575

３．設定周波数とパラメータ値の関係

	a(16～32(36))	c	d	R
80～180MHz	2F	500000	5	0
40～80MHz	4F	250000	10	0
36～40MHz	8F	125000	20	0
16～36MHz	F	1000000	25	0
8～16MHz	2F	500000	50	0
4～8MHz	4F	250000	100	0
2～4MHz	8F	125000	200	0
1～2MHz	16F	62500	400	0
0.5～1MHz	16F	62500	400	2
0.25～0.5MHz	16F	62500	400	4
0.125～0.25MHz	16F	62500	400	8
62.5～125kHz	16F	62500	400	16
31.25～62.5kHz	16F	62500	400	32
15.625～31.25kHz	16F	62500	400	64
8～15.625kHz	16F	62500	400	128

さてこれらのパラメータの設定値、一見問題なさそうに見えますが、あらためてSi5351Aのレジスタマップ説明書AN619でおそらく最新版Rev.0.7の記述をたどってみると・・・

なんと２．でいうところの d + e / f 値は8以上でないとダメだということです。つまり分周比を整数にするため e / f を０にすると、d値は8以下を設定できないことになります。これは気が付きませんでした。つまりいままでの設定アルゴリズムでは80MHz以上の場合d値が5と設定できない値であったため、期待どおりの周波数が出力されなかったというわけですね。

では80MHz以上設定するにはどうしたらいいでしょうか？

解は下のほうの記述にありました。

 この設定でd値を4とすることによって200MHzまで設定が可能になるということです。

以上を踏まえ改定版設定表を作ってみました。
（追記（2019.11.1）：80MHzから100MHzまでの設定を変更しました）

	a(16～32(36))	c	d	R
100～200MHz※ 80～100MHz	4/25 F 8/25 F	625000 312500	4 8	1 1
40～80MHz	4/10 F	250000	10	1
36～40MHz	8/10 F	125000	20	1
16～36MHz	F	1000000	25	1
8～16MHz	2F	500000	50	1
4～8MHz	4F	250000	100	1
2～4MHz	8F	125000	200	1
1～2MHz	16F	62500	400	1
0.5～1MHz	16F	62500	400	2
0.25～0.5MHz	16F	62500	400	4
0.125～0.25MHz	16F	62500	400	8
62.5～125kHz	16F	62500	400	16
31.25～62.5kHz	16F	62500	400	32
15.625～31.25kHz	16F	62500	400	64
8～15.625kHz	16F	62500	400	128

注：36MHz以上は10Hzステップ

※・・・２．の条件に依らずP1=0, P2=0, P3=1, MSx_INT=1, MSx_DIV4=3に設定

この設定表を基にコードを書き直し実機でテストしてみました。(144.10000MHzに設定）

というわけで、設定どおりの周波数で出力できました。(右上の青い周波数値）

久しぶりの135kHz運用・初めての自宅からのQRV

先日10月20日恒例のオール千葉コンテストが行われたのですけれども、当初千葉県内に移動して運用するつもりでしたが、今月初めに痛めた左肩がまだ完治していなかったため大事をとって断念しました。

このオール千葉コンテスト（略称：千葉コン）は135kHz部門が存在するほぼ唯一のコンテスト（四国のローカルコンテストであったような記憶がありましたが、詳細不明）であり、いまだ数少ないLFerがQRVする機会なのです。

135kHzはいつも車での移動運用だけでしたが、せっかくの機会ですし当時の気候も穏やかでほとんど風もない良いコンディションだったことから、以前から試してみたかった自宅からのQRVにチャレンジしてみました。

エレメントは従来のアルミ線がボロボロになってしまったので、以前購入した超軽量のアンテナ線を使用しました。銅線の撚り線ですが被覆が軽いので全体的に軽量です。
42mほどあるので、垂直エレメントとして12m、容量冠エレメント10m2本を切り出して両端をそれぞれ加工しいつもの135kHz用傘型超短縮エレメントとしました。

ウエダ無線で購入できます。22ｍタイプもあります。

エレメントをいつものSpiderBeam製12ｍグラファイトポールの最先端に括り付け、ポールは屋上の手すりにワイヤでしっかり固定し12ｍ完全に伸ばします。容量冠の2条のエレメントを傘状に展開し固定。垂直エレメントの下端にリニューアルしたヴァリオメータ内蔵のローディングコイルのホット側に接続します。

雲は多かったですがひさびさの気持ち良い天気

手すりにポールを固定　いい感じに展開できました

ローディングコイルは数年前雨に濡れ壊れましたが見事復活させました

問題はアースですが、移動運用では90x60cmのガルバリウム鋼板を10枚地面に敷き詰めて大地と容量結合します。しかし屋上に重たい鋼板を持ち上げるのが難しかったため、だめもとで手すりの根元の接続ボルトにワニ口クリップをかませアースとしてみました。

アースはこのように手すりの取り付けボルトに引っ掛けただけ

こんなアースでしたが測定してみると・・・アンテナ抵抗75Ωと予想より低く、インピーダンス変換トランスですんなりと整合してしまいました。

インピーダンス変換トランスでマッチングOK　コイルのQが高いのできわめて狭帯域

セッティング完了して早速CWの周波数である136.5kHzを受信してみると、強いインバータノイズの中からCW信号が聞こえてきました。

千葉コンに県外局として参加されている7L1RLL局のCQです。50Wでコールしてみましたが応答なくしばらく呼び続けていると、JA1NQI局（茨城県）とJA1HQG/1局（神奈川県）の2局からコールいただきレポート交換しQSOが成立しました！

FT991の直接受信でしたが、インバータノイズが低くなると結構よく受信できるようです。ノイズレベルは高くても受信帯域を絞りDSPをうまく調整すれば多少弱くても何とか取れるレベルでした。

今回は初めての自宅からの135kHzQSOでひさびさにテンションが上がりました。思いのほかアンテナ入力抵抗が低くいつもの移動運用並みに運用ができることが分かり今回のチャレンジは大きな収穫でした。

1.8/1.9MHzもローディングコイルを作製して12mバーチカルアンテナで運用しようと考えています。おそらくSRA以上に飛ぶのではないかと期待していますがはたしてどうなることやら。