2.4インチ デジタル・オシロ で遊ぶ


今や、ここまで来たか!!!! という驚きをもってこの超小型2.4インチ・デジタル・オシロスコープで遊んでみました。

電子回路全般にデジタルの波が押し寄せてきてからというもの、日進月歩では測れないほどのスビートで発展し続けています。
それも、倍々ゲームならぬ、半々ゲームの様相で、同一性能・機能のモノが低価格として、世の中に出現してきだしています。
この潮流は、止めることのできない流れのような感を持ちます。


手のひらサイズの超小型デジタル・オシロ、なんと、3000円台の価格です。
これじゃぁ、自作する気すら起きません、、、、、、、。


2.4インチ 超小型デジタル・オシロ 

誠に小型、手のひらサイズの多機能デジタル・オシロです。
超小型ゆえ、バッテリーは外付け、と、割り切った設計となっています。

ちなみに、こちらで入手した、QUIMATとか言うメーカー名のモデルですが、ファーム・アップを行おうとしたところ、フェイク・チップという、オリジナル・モデルとは違う、デッド・コピー・モデルだった模様で、ファーム・アップは不可能でした。
購入するときには、十分気をつけねばならない、という良い経験となりました。
でも、3000円ですから、気兼ねなく改造することにしました。

しかし、オリジナルでは無いとは、、、、、。 とほほ。


超小型デジタル・オシロでスペアナ遊び

これほど超小型なスペアナを構築してみることにしました。
液晶表示は、低価格とは思えないほどの鮮明さで、好感が持てます。
そしてまた、各動作の設定変更なども、良く考えつくされているようで、直観的操作が可能だと感心させられました。

お遊び・スペアナ機能としては、やはり少々内部改造が必要でしたが、それも低価格と、オリジナルではない、という事の気軽さから、緊張感も無く大胆に作業を進められました。
小型2.4インチ・LCDと、ワンチップで全てを熟している仕様なので仕方ない事かも知れませんが、信号ラインのギザギザ感が目立ってしまっています。

もし、壊れたら、今度こそ、ファーム・アップ出来る、オリジナル機を!!!! などと。

購入にはくれぐれも気を付けましょう!!!!!

SDRplay RSP1A の低域帯テスト


最近のSDR受信機には、それなりに完成された性能を搭載したものが多く出現してきています。

その中で興味を持ったモデル、SDRplay RSP1AというSDR ラジオを用いて個人的に最も受信する領域である、低域帯の受信で検証実験を行ってみました。

表面上の本体性能比較などだけでは見えてこない部分がハッキリ目で、耳で確認出来るまでの比較が出来ました。

比較テストする為の基準受信機には、SDR器として完成の域にあると思われる、PERSEUSに委ねました。
また、比較する為にも同一受信ソフトを用いて行いました。



最新SDR 受信機 RSP1A の外形 

性能も高性能ながら、低価格を実現させるためだと思われるような、プラスチック製ケースを用いています。
しかし、このケースの中側には、内面全体に導電性塗装が施されていて、内部のユニットをシールドし、保護していました。
SDRユニットへの電源供給などもUSBからの供給と、色々便利な、使い心地を考えつくした構造になっています。



RSP1A の内部の様子

ケースの中にはSDRユニットが入っているのですが、写真で判るように、たったこれだけ、でした。

今どきの、これからの受信機への変貌を伺い知れそうな構造物ですね~ぇ。

ゲジゲジ だらけ、、、、。
まるでアリさんの行列を見ているかのようです。

全体的な回路構成比率として、各バンド毎のフィルター切替回路が大半を占めており、約2/3ほどの面積をそれだけで占めていました。
ここの所を高性能化出来れば、現行モデルよりも高性能化が図れるのでは???
などと、考えながらシゲシゲと眺めてみました。
低域帯への改善も、それで多少は良くなりそうな予感がします。



PERSEUS Vs RSP1A 40KHz JJY 受信比較

本来なら、受信ソフトをHDSDRを使いたかったのですが、どうもWindows 10になってからというもの、UpDate毎にドライバーが認識出来なくなってしまい、SDRplayという新しいSDR受信ソフトにて行うことにしました。

通常のラジオ受信では大した性能差も無く、普通に活用出来るのですが、今回のテストのような低域帯・受信では、その差、歴然とした性能差が出てきてしまいました。

さて、その様子を見てください。
見れば判ると思いますが、PERSEUSでは何の問題もなく、不自然な感じもなく受信出来ていますが、RSP1Aでは、0Hzキャリアーの影響と思われる無数のオバケが沢山、出現してきました。
その影響なのか??? 目的である、40KHz JJY 信号がマスクされているかのように受信信号自体に抑制力が働いているような塩梅でした。
低域帯設定時には、受信信号それぞれが混ざりあってしまっているかのようでした。
性能表では、1KHz~という表示になっていますが、とても実用的受信活用は難しい感じだと、思いました。

色々なSDR受信機を使ってみた感想で、個人的にPERSEUSという古臭いと言われそうなモデルですが、とても素直な性能を秘めており、信頼感を感じながら使っています。

中々、素直な性能を出してくれるものって、難しいですねぇ。


Active Antenna Pa0rdt-Mini-Whip 改造


これまで色々な付帯的実験をテストしてきましたが、その応用編として、受信用  Active Antenna を製作してみました。

巷での話題にも昇っている、Pa0rdt-Mini-Whip という大変小型な形状のシロモノをベースとしました。

何故なら、これほど小型にも関わらず、しっかりした受信が出来てしまう優れものだからです。
とても不思議な感覚になりますが、切手の大きさほどの超小型アンテナでも、ちゃんと普通に受信出来るのですから驚きです。

そこで、その秘密は何か? ということも含めて実験してみました。

オリジナル回路では、電源側電流が約50mAほど流れますが、その部分に手を加えて、回路電流を約30mAとしています。

そしてまた、回路へ供給する電源側の電圧変動にも対処する為に、安定化電源化を図っています。
その為、オリジナルとは違った係数での回路構成になってしまいました。

ついでなので、手持ちの RF AMP IC なども比較してみたいと思いまして、それらも実験しました。


Active Antenna Pa0rdt-Mini-Whip 改造 回路図



Active Antenna Pa0rdt-Mini-Whip u1651 改 回路図

上図が、今回実験した2種類の回路です。
RF AMP 部の二段目のTr 2N5109 の部分をRF IC u1651 として比較実験してみました。


同軸電源供給 電流制御式 バイアス・ティー回路

先日実験テストした、同軸電源供給 電流制御式 バイアス・ティー回路をそのまま利用してアンテナへ電源供給しています。
何事にも安全対策を心がけましょう。
という回路構成です。


Active Antenna Pa0rdt-Mini-Whip 改造の様子

組み立てた基板の左端にある、5mmほどのラインがアンテナ取り付け部分です。

動作確認も兼ねて、電源を入れてみて、ビックリ!!!!

この細いラインだけでも中波帯・放送局がほぼ全局受信出来てしまいました!!!!!

何ということでしょう!!!

これじゃぁ、別にアンテナなど必要ないわぃ、、、っと、思い、ハンダ付けを外したところ、何と!!!!

受信信号が途絶えてしまいました。

お~ぅ、、、、こんなに小さなアンテナだけでも、しっかり受信信号を捉えていたのか、、、という驚きでした。

回路基板からの電波受信では無いことがハッキリしました。
もちろん、ケーブルからの受信など皆無です。


Active Antenna Pa0rdt-Mini-Whip 改造 比較

両者とも同じような特性を示しましたが、若干、u1651の方が増幅率が高いようです。
2N5109の方は、いたってシンプルな特性で、ほぼ0dBというフラットな特性でした。

しかし、この様な動的特性だけで優劣を付けるには考えが単純過ぎますので、実際の受信をしてでの比較実験をすることにしました。



各アンテナ比較実験


いつも使っている、ディスコーン・アンテナを0基準にしています。
また、使用した受信機は、SDRPERSEUS です。

全バンドが見渡せるように、HF Span という40MHzまで一気に受信表示出来るソフトを使用しました。
これの方が、一度に見渡せますので何かと比較出来ると思います。

両者とも甲乙付け難いほどの優秀な特性と、その実際とが描き出されました。


2N5109 Vs u1651 比較


上図は、40KHz JJY 信号を受信したところです。
しかし、実際に放送局を受信してみて気が付いたのですが、どうも、u1651のRF IC を使ったモノの方にノイズに弱い特徴的特性があるようで、受信しながら、それが気になって、気になって仕方がなくなってしまいました。

別に気にしなければ、何という事ではないのかもしれませんが、やはり、気になる。

という訳で、Active Antenna Pa0rdt-Mini-Whip 改造の回路には、2N5109を搭載したモノを使うことにしました。

それでは、その特性や如何に!!!


Active Antenna 各部の特性図

これを見れば判ると思いますが、2N5109の回路ではバッファーとして動作させていますが、広帯域に少し増幅しています。
それも大変素直な特性をしています。


Active Antenna Vs ディスコーン


アンテナの違いを比較してみました。
使用受信機には、RSP1A という最近のSDR受信機を用いてみました。
図では、中波帯全域を一度に表示出来るようにしています。
この設定が、PERSEUS では出来なかった為に、他の受信機を使いました。

どうでしょう???
Active Antennaを使用しても通常なら起こるであろう、迷信号の発生が皆無です。

また、Active Antennaを用いることで、ディスコーン・アンテナでは受信出来なかった放送局が、何と!!!

しっかり受信出来てしまい、それもちゃんとした受信音までスピーカーから流れてきたときには、正直、驚きました。

いやはや、アンテナって、大きいの、要らない!!!! などと思ってしまいました。

実験して気が付いた点は、初段FETは、それなりのインピーダンスが確保出来るのであれば、何でも利用可能であるが、二段目のバッファー回路には、是非とも、2N5109を使用した方が良さそうだ、という事です。

そしてまた、ゲインを稼ごうとして、この小さなアンテナ面積を大きくしても、確かにゲインは少々上がりますが、さほどなメリットが有る訳ではない事も判りました。

この超小型・受信アンテナ、一台、ポケットに入れておいても良さそうです。


RF プリアンプ用 バイアス・ティー


ラジオで受信する場合、外部アンテナを使いますが、季節によってはあと少しゲインが欲しい時があります。
そんな場合には、RF プリアンプをアンテナ側に入れて受信電波の増強を図るのですが、これがまた、厄介な代物なのです。

と言う訳で、そのRFプリアンプを用いる時に利用出来る、同軸ケーブルに電源供給を行うバイアス・ティーを作ってみました。
何事も個性がなければ興味も湧きませんので、少々、ひねくれた代物に仕上げてみました。

先ずは、今までのごく普通のタイプにて検証してみることにします。
この場合に用いるチョーク・コイルには、先日、実験して良好な結果が得られたトロイダル・コアを用いたチョーク・コイルとしました。
その性能を検証してみます。


トロイダル・コア使用のチョーク・コイルの特性

低周波から高周波まで、とりあえず合格ラインといったところでしょうか。
低周波領域に於いては、20KHzでも100Ω以上を示してくれました。
先ずは、良し良し。

今度は、このチョーク・コイルを用いて、バイアス・ティー回路を組んでみました。

ノーマルな単純バイアス・ティー回路

このタイプの回路構成のモノが、いわゆる、巷に氾濫している回路構成となります。

しかし、このタイプ、とても実用的バイアス・ティーではなく、ノイズに悩まされ続けてしまいます。
原因は、電源供給側から混入するであろうノイズの除去が不完全な為に引き起こされる要因です。

RF信号だけに特化したフィルターとしてのチョーク・コイルだけでは取り除くには無理があるのです。
ましてや、この回路の先には、高増幅のラジオのアンテナ端子へと接続されてしまいますので、たまったものではありません。

そこで、考えたのが、次のヘンテコ回路です。
電源側のノイズ成分をTr回路でもって、フィルターしてしまおうという訳です。


バイアス・ティー用 Tr式電源ノイズ・フィルター

この回路を用いることによって、電源からの音がとても静かになります。
毎度のことながら、常にAFアンプにて、スピーカーから出る音をテスターとしています。


Tr式電源ノイズ・フィルターの比較

どうでしょう???
単純に電源ケーブルを入力してしまうと、これだけのノイズまみれな迷信号も同時に供給してしまう事になってしまうのです。
Tr式電源フィルター通過後の波形には、ノイズらしき信号もほぼ、見られません。


バイアス・ティー用 Tr式電源ノイズ・フィルターの様子


この目で見てもノイズの乗っていないバイアス・ティー回路を用いて、RF プリアンプへと電源を供給していましたが、何と!!!!!!
トランジスターが昇天してしまっていました、、、、、、。
面倒な作業ですが、チェックをしてみたところ、これまた、単細胞な原因でした。

古い同軸ケーブルをもらい受け、それをだいぶ長い間、実験用のケーブルとして利用していたのですが、どうも、このケーブルの劣化?? が原因だという事が判明。
よくよく見てみると、どこかの部分で同軸がショートしてしまっているようでした。

想定外とは、この事か、、、、などと、嘆いてしまいました。

でも、風雨にさらされ続け、太陽の日差しにも負けじと頑張っていたのですから、無理も無い話ではあります。

そこで、この想定外な事態に直面したとしても、動作的安定度を上げなければなりませんね。
そこで、考えたのが、次の第二弾 同軸電源供給 電流制御式 バイアス・ティー回路です。


電流制御式 バイアス・ティー回路

手持ちにはRF関連のTrしかなく、勿体ない気もしましたが、どこで使う???
それは、今 でしょぅ!!!!! という訳で、使ったまでのことです。
それなりの電流が流せれば、何でもOKです。

この回路の特徴は、たとえ同軸ケーブルがショートしたとしても、それ以前の回路にはダメージを与えることなく動作し続けられるところです。
その目安にと、LEDの取付位置を同軸側へと変更しました。
それにより、同軸側での電源異常が目でも確認出来るようになります。

電流制御式 バイアス・ティーの様子

小さな100均ボックスを用いていますので、TDKのノイズ・フィルターを外し、その代わりに大電流Trを載せ替えています。

ちなみに、この回路、たとえアンテナ側でショートしたとしても、しっかり保護してくれていますので、安心感は数倍高まりました。

このヘンテコ・タイプの RF プリアンプ用 バイアスティー 良いと思います!!!!!

一番気になるアンテナ以外からのノイズに悩まされずに済みますので、精神的にも良いようです。

今使っている、バイアス・ティーから変更するだけでも確実にその違いが判ると思います。
何よりも、電源ラインへの安全対策が第一だと考えています。



RFCチョーク・コイルの比較テスト


毎度の事なれど、回路に電源を供給する為に用いられるRFCチョーク・コイルなるモノの高周波領域における特性などを少々、確かめたくて実験してみました。

理屈では理解しているものの、その実体的把握となると、世の中に氾濫している電子回路でのRFCコイルの使い方には千差万別に感じます。
先日、完成したポケットDDS Testerを用いて実験してみます。

昨今のデジタル全盛時代、その巧みなデジタル技術を駆使して仕上げられた電子回路を良く見てみると、どうも納得がいかなかったりする部分もあり、デジタル的感性での設計なのだろう、と、諦めてしまう癖が付いてしまいました。

高周波領域での設計と、デジタル的設計とでは、出来上がった製作物に違いが出てきます。
その最たる代物の代表格が、このRFCチョーク・コイルではないでしょうか?
信号ラインへの電源供給という、簡単な役目のパーツですが、かじってみると、とても奥が深いシロモノなのです。
ギガ・ヘルツ帯辺りでは、バイアス・ティーなどのような呼び名で呼ばれていたりします。
そこまでではなくとも、身近な回路に用いられる事を前提にテストしてみました。


345μH RFCチョーク・コイルの特性

今どきのRFCコイルとして多用されている種類のコイルの特性です。
低周波領域では、その電気的特性も維持されていますが、高周波領域に至ると、すっぽ抜け状態の特性に変貌してしまいます。
小型で簡単なパーツの為に、多方面に利用されているタイプのコイルです。
このタイプのコイルを使う場合には、十分なる注意を払いながら用いたいものですね。
なお、図の下側のグラフは、回路インピーダンス特性図です。


2.7mH RFCチョーク・コイルの特性

RFCチョーク・コイルの容量を増やす場合に用いられる、フェライト・コア・ポッドを利用したコイルの特性です。
やはり、高周波領域では、RFCとしての役目が薄れてきています。


500μH RFCチョーク・コイルの特性

この500μH RFCチョーク・コイルは、以前のテレビに用いられていたリビルト品です。
空芯コイルですが、多重密巻きされているのが特徴です。
多重密巻きされている為か? 高周波領域において、特性が悪化しだしています。


200μH RFCチョーク・コイルの特性

今回のテストの中では、一番素直な特性を見せてくれました。
見た目もさることながら、これぞRFCチョーク・コイルという構造をしています。
高周波領域に於いても、特性の乱れが生じていません。
高周波領域でもそのインピーダンスも確保されています。
ただ、200μHなので低周波領域でのインピーダンスの低下が問題です。


フェライトコア #73_16t RFCチョーク・コイルの特性

このフェライトコア #73 を用い、16tほど電線を巻いた RFCチョーク・コイルの特性が最大公約数でもって一番合致しているRFCチョーク・コイルのようです。
ちなみに、コイルの容量は、16t巻いて、1.15mH でした。

高周波領域での特性の悪化はあれど、許容範囲です。
低周波領域まで伸びているRFCとしての特性インピーダンスも良好だと思います。
あとは、巻き数での調整にて、目的のRFCチョーク・コイルへと仕上げれば良いだけです。
諸特性での極端な乱れが出ないところが利点ではないでしょうか?

ちなみに、フェライト・コアを用いた伝送トランスもテストしてみました。


フェライト・コアを用いた伝送トランスのテスト


毎度ながら、ハンダ直付けでのテスト風景です。


フェライト・コアを用いた伝送トランス比較

一番利用するだろうと思われる、#43と、#73とをテストしています。
巻き数こそ違えど、各コアの持ち味に対する特性結果となりました。
#43は、高周波領域での乱れが少ない代わりに、低周波領域まで伸ばすには一工夫必要です。
#73は、高周波領域まで伸ばすには一工夫必要なようですが、低周波領域に至っては素直に実用になりうる特性を持ち合わせているようです。
ちなみに、この#73、1KHzでも伝導してくれています。

とても簡単に見えるRFCチョーク・コイルというパーツですが、使用目的に合わせた部材選びと、それらの特性を最大限に活用できる工夫をすることによって、設計した通りの数値を得ることが出来ると思います。

昨今、デジタル屋さんたちが作られた高周波ユニットなどに少々疑問を抱きながら、独自の改造を施さなければ使い物にならないモノが多く、それらの経験上からくる老婆心での簡単な実験でした。

少しは参考になりますかね、、、、、。

簡易型 連続可変式 RF ATT


卓上でちょっとした実験などを行う場合、本格的な測定器類を使うには少々骨が折れる作業と思いますので、性能そこそこでも簡単に利用できる小道具としての測定器はとても便利に活用できます。
だいたいの値を知ることが大事です。
本格的数値などは、後でじっくり取り組めば良いだけです。

っと、言うわけで簡単ですが製作してみました。
この連続可変 ATTで有名なモノとしては、WEINSCHEL社製がありますが、とても大きく重く、ちょっとした実験には億劫な気分になってしまいます。
ただ、それなりの恵まれた環境がある方たちには、まったく当てはまりませんが、、、。


WEINSCHEL 連続可変式 アッテネーター

この連続可変式 ATT の特徴には、挿入損失が必ず、-6dB ほどあります。
入出力へのインピーダンス確保の為という訳です。
手持ちのこのタイプを写真に撮ろうとしましたが、どこへ仕舞ったのか???
迷子になっていました・・・・・。
いずれ、何気ない時にでも発見できるのでしょうねぇ。



簡易型 連続可変式 RF ATT 回路図

あらまぁ、RF INが両端子に、、、、、、、。 間違ってますねぇ。
これと同じような構想を、JA5COY OM氏がだいぶ以前に発表されております。
特徴としては、VRの連動でアースへと接地させるところです。



簡易型 連続可変式 RF ATT の組立の様子


とにかく小型に組み込みたかったために、小型ジャンクSW付きVRを使いましたが、出来れば、大型のモノを利用した方がこれより良い結果が出ると思います。
ジャンクVRなもので、所々でガリが有り、とても気を使うシロモノに仕上がりました。



簡易型 連続可変式 RF ATT 周波数特性

とりあえず、簡単に周波数特性を見てみました。
中々良い特性をしています。
数本の帰線は、VRを適当に回した時のATT量の特性です。



簡易型 連続可変式 RF ATT 可変しながらの特性

大体、30MHz辺りではまったく問題のない小道具として活用できそうです。




簡易型 連続可変式 RF ATT 160MHzまでの特性

先日、組み立てた160MHz DDS Tester を利用して高周波特性を見てみました。
だいたい、-20dB辺りまででなら活用可能のようです。
それ以上の減衰ATT量では、100MHz辺りから徐々に崩れだします。
この現象は、小型VRを用いた事が原因だと考えます。
各端子間へのシールド効果が見込める大型VRであれば、より良い性能を発揮出来ると思います。

それでも、30MHz辺りまででなら十分実用になりそうな便利な小道具として活用できますので、これで良し、、、っと、思っております。

便利ですょ、これ。
簡単に適度なアッテネーションを与えることが出来ますので、プリ・アンプなどの特性などにも負担なくテストすることが可能です。


DDS OSC 0~160MHz Tester


このところ、手短な測定器ばかりを使用するようになり、以前、揃えていたキットモノの、DDS 発振器ユニットをより使いやすくする為に小型ケースへと改造と共に製作してみました。
元々のユニットは、正直言って、ちょっとばかり扱いずらいシロモノでしたが、それらもより良く出来るか? も含めて製作しました。

いろいろと自作しているだけで人様には見せられないほどに作業スペースにはゴチャゴチャとジャンク・パーツだらけの、通称、ゴミの部屋と化してしまっていますので、何とか小型化にしなければ!!!!!  と、思い立ちました。


DDS OSC 0~160MHz発振器ブロック図

負荷装置を必要としない、USB接続として、そこから全体ユニットへ電源供給も行うように改造しました。
また、各ユニットが、これまた大型基板であったために、直ハンダ付けにて自作ユニットを多用して、全体的な容積を極力減らしています。


DDS OSC Tester の完成の様子


ブロック図に示した各ユニットをすべて、この小さなプラ・ケースの中へ押し込んで完成させました。


DDS OSC Tester の内部の様子

小型ケースに押し込むために、各ユニットを一つづつテストして、動作OKを確認してから、ユニットたちを高層3階建て組み立てとしております。

デジタルって、すっごいですね~っ、これだけ込み入っていても、ちゃんとした動作をしてしまうのですから。
高周波では、まずヘンテコ症状が出てくることでしょうねぇ。


DDS OSC Tester Full Sweep の様子


何も施していない状態の組み立てただけの裸特性です。
やはり、RF信号の高い周波数領域では、その影響度合いが増しています。


DDS OSC Tester 内部シールド加工後特性

小型ケースに全ユニットを押し込んだおかけで、余裕がほとんど無い内部の隙間に、ほんの少しだけ高周波シールド効果が見込める加工を施した後の特性です。

約10dBほどのシールド効果が発揮されました。
これで、良し、とすることにしました。
フィルター特性などでは、-60dBなど必要以上の値ですから。


DDS OSC Tester 55MHz LPF 特性

ちょっと変わった周波数のLPFが手元に在ったので、それを簡単に計測してみました。
55MHz LPF というその表記に示された通りの特性を見ることが出来ました。



USB コネクター結線図

毎度、毎度、各種コネクターへのハンダ付けの時にややこしくなる程に迷走してしまう為に、USBコネクター結線図を残しておきます。
これで、いずれ同じような結線を行おうとする時にも迷わずに済みます。
若い時には頭の中だけで完結出来ていた事柄が、ボケボケ頭となってしまうと、あれっ??? これはどこへ接続するのかな??? な~んてことが日常となってしまいました。
トホッホッ、、、。

さて、この様にして小型化に組み込んだDDS OSC Tester 、手のひらサイズで、ポケットにも十分入れることが出来ます。
一つの作業を行わせるためだけに、色々と引っ張り出しては利用するのでは、時間とともに使わなくなってしまい、いづれジャンク箱入り、の運命が、、、、。

それらの懸念をも払拭出来てしまうだけの便利な小道具として活躍するのも、やはり、小型化と、完成度の高さ、だと思います。
ましてや電源すら要らない、となれば、言うことなし、ですね。

これが完成してからというもの、ちょこちょこっと、活用頻度が高くなり、フィルターの自作などにはもってこいの小道具となっております。

やはり、使いやすいのが一番!!!!!!  ですね。