HF帯域 簡易小型アンテナの比較


HF帯域の受信に使用する小型設置型アンテナの比較をしてみました。
巷で評判の303WAという、一風変わったロッド・アンテナのような受信専用アンテナを試す事が出来ましたのでテストすることにしました。

303WA アンテナ


単なる垂直ロッド・アンテナのように見えますが、
接続部分に秘密があるようで、長波域から使えるという、おもしろいアンテナです。


こんなんで長波域の受信信号が受かるのかな???
などと、外観だけ見ると思ってしまうぐらい小型アンテナです。

それも、アクティブ型ではなく、パッシブ型という、無電源での受信アンテナです。
















303WA Vs ディスコーン・アンテナ


こちらで使用しているディスコーン・アンテナは、AM対応という、内部にコアが内蔵されている代物なので、長波受信帯域までには適さない特性を持っています。
それでも、多少は受信していますので、そのままでの比較としました。

使用受信機は、IC-R8600 です。

どちらのアンテナでも同じように受信出来ています。
ただ、303WAの方が多少、受信信号の強度が強い感じを受けました。

その違いとは、一体何なのか???
それを簡単に観てみました。


303WA S11 Phase ライン

これを見ると判るように、11MHz辺りに位相反転現象が見られます。
その後、なだらかなカーブ特性となっていました。


303WA S21 特性

S11の反転帯域辺りから特性が素直になっています。
そして、70MHz帯辺りに深いディップがあり、物理的特性の現れとして読み取れます。


303WA Smith チャート


スミス・チャートを見る限りでは、特性上の大きな暴れは見られませんでした。

それらの特性から、ロッド・アンテナと、アンテナ・コネクターとの間にはインピーダンス・変換コアの存在が考えられますね。
単なる、比率変換だけではなさそうです。

常に使い続けるアンテナとして、無精者の自分に合ったアンテナは、やはり、ディスコーン・アンテナという事に収まりそうです。
毎度なことながら、ディスコーン・アンテナ、これ、万能アンテナではなかろうか? とも思えてきます。
理由は、無調整・広帯域性の確保が主な理由です。

今度は、アクティブ型 小型アンテナとの比較をしてみたいと思います。

パソコンのみで受信機を構築


標準的なパソコン本体だけで受信機を構築してみようと試みてみた。
以前からスタンダードなPCソフトは数あれど、多機能・高機能を誇るソフトもありますが、簡単・便利なPC受信機を聞くにはそれなりの意気込みが必要でした。

そこそこの機能でもって、そこそこの性能でもPC受信機が構築出来てしまいますので、もっぱら簡単受信にはこのPC受信ソフトを利用しています。
受信していて、これは!!!! っと、思う時には多機能・高性能なソフトを立ち上げて本格的受信をしています。
ただ、多機能な為に、活用するまでには多少の慣れと、本格的専門知識とが必要ですが・・・。

PCだけの 40KHz JJY信号受信の様子

緑色ラインがマイク入力からの受信信号の全帯域です。
青色ラインは受信信号復調信号表示です。
最高受信帯域は、96KHzまで可能ですが、見やすくするために48KHz帯域にて受信しています。

このソフトの特徴は、低周波受信(VLF帯域)に特化したモノで、色々な操作をせずともPCのスピーカーから受信信号が出力されて受信可能なところでしょうか。

今回、使用したソフトは、Panoramic VLF Receiver というソフトですが、とても使いやすいソフトに仕上がっていると思います。

受信する時に必要な機能が立ち上げただけで動き出します。
その便利さが最高です。

DBM使用 中波放送局の受信の様子


判りやすくする為に、SGから単一信号を加えています。
PC受信ソフトだけでは最高受信帯域が96KHz止まりなので、PCのマイク入力へ外部にDBMを利用した受信コンバーターを入れれば、DBMの特性が許す限りの帯域を受信することが可能となります。

このソフトのおしい所は、FM受信が出来ないところでしょうか。
144MHzや430MHz帯でも同様な方法でPC受信が出来るのですが、如何せん、FMモードが無いために正常受信音とはならないようです。

ここに使用したDBMですが、注意点が一つあります。
PCのマイクへ入力するためには、音声帯域というIF周波数になるということを念頭に製作しなければなりません。

通常のDBMでは音声帯域までのダウン・コンバートは不得意ですので、少々工夫が必要になります。
AFトランスなどを利用した、RF--DBM--AF としなければなりません。

世の中、益々、自作する意欲を削ぐ環境になってきているようですが、負けじとオジサンは、せっせと RF--DBM--AF コンバートの製作に励んでいます。

PC一台あれば、今や何でも出来ちゃうのではなかろうか??? などと思ったりもしていますが、ゲルマ・ラジオの様な付加回路だけは万能PCでも不可能!!!!

それだけでも救われた気分に浸れます、、、、、、。

携帯ラジオのリチューム搭載法


一度でも例の東日本大震災などのような大きな災害を経験すると、常時使用可能なラジオの重要性が身に染みてきます。

そこで、単三乾電池で動作するラジオを元に、長持ちするリチューム充電電池へと進化させることにしました。

加工製作してだいぶ時間が経ちますが、有用な改造ではなかろうか? と思い、その製作の過程を下記に示しておきます。
自分自身の失念に対する事をも考えています。

まず、元々の改造するラジオですが、とにかく低消費電力タイプが好ましいです。
手元にあった、AMラジオ2台を例に製作していきます。


乾電池2本分の長さに合わせる

まず、単三乾電池の太さと同程度の木製パイプ(Φ12mm)を長さを合わせて切断します。
その中央部分に、リチューム電池からの電源端子を取り付ける為のコア部分を切り分けます。


単三電池との比較

長さを揃えた木製パイプの両端パイプにアルミ箔を巻き、導電加工しておきます。
中央の木製パイプにはリチューム電池からの電源線を木ねじにてねじ込んでおきます。
この様にすると、元々のラジオには一切、内部改造を施さなくても電池の改修が出来ます。


ラジオにリチューム電池を繋いだところ

長さが同一なので、この改修作業だけで、乾電池からリチューム電池へと変更することが出来てしまいます。


リチューム電池ケースの取付の様子

リチューム電池の取付は、安価な専用電池ケースを用いて外部に、ホット・ボンドにて取付接着しています。

幅の薄い軽量な縦長ラジオだったので、少しでも手で触ると転がっていたものが、このリチューム電池のおかげで低重心となり、ケースが裏側押さえとして働いていて、とても安定感が増しました。

電池改修したラジオたち

出来上がったラジオには一切、手を加えていないので、最悪、元々の単三電池でも同じように動作させることが出来ます。

想定外から始まった、東日本の大震災被害。

この製作には、想定外を排除するべく思考した製作としました。

ちなみに、現在では、防水性の改修も行っているのですが、面倒なのでまたの機会にでも。

これで、大停電が起ころうとも約1か月間は連続使用可能なラジオになりました。
太陽光発電での充電、及び、模型用小型モーター利用の小型・風力発電機などでも充電が可能なようになっています。

自動車AMラジオ用 短波コンバーター


愛用の自家用車で、短波放送が聞きたくなって製作した、短波放送コンバーターです。

心がけたところは、一切元々のAM/FMラジオには手を加えない事としました。
アンテナもそのままです。


自動車AMラジオ 短波コンバーター

元のアンテナを使用する為に感度不足も考えられた為にRF AMP一段を軽~く動かしています。
また、故障しずらい回路構成を考えて、一石式・発振・混合・増幅を行っています。
まことに単純ですが、叩いてもビクともしません。
また、通常ラジオと短波コンバーターへの切り替え方法なのですが、機械式・リレーは使わず、ダイオードによる切り替え式としています。
このようにして、自動車の連続振動に故障率・低下を狙っています。
たぶん、リレーでもほぼ同じなのでしょうが、気分の違いです。
ダイオードSWとしたことにより、多少ですがアンテナ・ロスが発生します。

コンバーター出力周波数の決め方は、手持ちのXTalの関係で決めています。
希望した、日本短波放送などのバンドは全て受信出来ています。
大陸からの巨大放送信号は、日中でも受信可能なので、その信号を調整に利用すれば、何かと便利です。

局発のXTalですが、少しぐらい周波数が違っていてもまったく問題なし、です。
何故なら、元のラジオの選曲ステップが、9KHzと固定されている為に少しずれながら受信をする事になりますので。
自動車のAMラジオのフィルター特性が甘い事が功を奏しています。


短波コンバーター回路 基板完成の様子

やはり、自動車で使用する為には安全性が大変重要です。
その為、通常は利用しない基板起こしから始めました。
単純回路なので、基板製作は簡単だと思います。
回路には、不要なパーツも載っていますが、使っていません。
また、回路のケースも導電性のモノではなく、プラスチック製を使っています。


短波コンバーター基板の裏側

たった一枚なので、手慣れた手書きにてエッチングしています。
まるで、絵を描くようにパターンを書ていますので、最適パターンとは言い難い、、、、。

完成した、この短波コンバーターの結線は、非常に簡単で、元のAM/FMラジオのアンテナ端子の間に、このユニットを挿入するだけです。
一番厄介だったのが、電源のユニットへの供給です。

エンジン・キーをONにした時に、+12Vが導電するようにしなければ常時、微小電流が流れてしまいます。
これが、一番、厄介でした。
昨今の自動車、改造するにはとても厄介な構成となっていました。

電源ショートに気を付けながら、恐る恐る、テスター片手に一つづつチェック!!!!

ようやく見つけた、エンジン・オン時+12Vの電線、嬉しい気分に浸りました。

今では、この短波コンバーター、民放放送局が入らない地域でも、スイッチ一つで短波放送が聞けて助かっています。
どこに行っても受信出来ていますので、運転のお供にちょうど良い感じです。

ちっょとした手製のお遊び道具でした。

2.4GHz 1/λ ヘンテナの試作


昨今、田舎でも2.4GHz辺りに電波が飛び交ってくるようになり、興味深々で受信性能を向上させようと思い、手軽な小型高性能なアンテナを作ることになりました。

そこで色々な簡易アンテナを試したところ、微弱電波の受信状態が一番良かったヘンテナ・アンテナを製作することにしました。
強電界では、どのようなアンテナを用いても、その差はまったくありません。
問題は、微弱な状況下で、どれだけ実用に耐えうるのか??? という事が重要です。

2.4GHz アンテナ素材 Φ1.6mm IV線

どこにでもある電線を用いて作りました。
2.4GHz帯では手のひらサイズのアンテナなので、製作するのも簡単です。
ただし、1mmの違いが数十MHzほどの違いとして現れてきますので注意が必要です。

ヘンテナ・アンテナの加工

持ち合わせのモノだけで製作したので、アンテナ結合部のハンダ付け部分には、ハンダ吸い取りアミ線をカットして、それをよじり、ハンダ付けする事で接着しています。
これでも十分な強度が得られています。

ヘンテナ・アンテナの全体加工

数分あれば十分な性能のアンテナが完成してしまいます。

さて、このような簡単なアンテナは、どのような性能なのか???
とても気になりますよねぇ~っ。

KC901S にてヘンテナ・アンテナの測定

0~3GHzをスイープさせた特性です。
見事に、2.4GHz帯近辺に深いディップが現われましたので、ほっと、一安心です。

KC901S 2.4GHz ヘンテナ・アンテナ特性図


どうでしょう ????
簡単な割には、良く出来たアンテナに仕上がったようです。
これ、ほんの数分間の作業で作ったアンテナです。

KC901S ヘンテナ・アンテナのVSWR測定

KC901S は、アマチュアライクな多機能性があり、見慣れたアンテナ測定時に用いられる表記としてのVSWRでの測定までこなしてくれます。
いやはや、時代の潮流には逆らえませんね。


KC901S にて スミス・チャート作画

短時間で製作したアンテナとは思えないほどの特性です。
まっ、時間をかけてじっくり調整でもすれば、厳しい専門家のお目に適う測定結果となるのでしょうが、これも一興ですょ。

このようにして制作した、ヘンテナ・アンテナですが、とにかく微弱電波での受信が安定していました。
これこそがアンテナに望んだ性能ですので、数分間で仕上がってしまうアンテナでも高性能!!!! の称号を与えたい気分になりました。
ちなみに、アンテナの角の部分を丸くすることで多少ですが性能が向上するようです。

弱い電波の時は、迷わずヘンテナ・アンテナに切り替えしようと思っています。


Switching power supply noiseスイッチング電源のノイズ対策法



複数台になった受信機などの電源をひとまとめに出来ないかどうかを試みてみました。

複数台を同時に電源ONとすると、約4Aぐらいの電流容量が必要ということが電流計で計って判りましたので、その電流容量に合った電源としなければなりません。

ところが、手狭な棚の上には、もはや空きスペースなども限られ、大きな電源では物理的に無理だということで、今まで食わず嫌いであった、スイッチング電源に触手を伸ばしてみました。

いやはや、アナログ・トランス式電源 10A モノの重量たるや、10Kgは超えているのでは??? と、思えるほどに重たい、、、、。
かたや、スイッチング電源 4.5A モノで何と!!!!!  数百グラム!!!!!!
ポケットにも入ってしまうほど小型。

時代の潮流なのかな~っ、、、、、。

手持ちのスイッチング電源の電圧が15Vであったため、内部の改造をしました。
IC-R8600 及び IC-R8500 などの機器が、大体 13.8V であるためにそれに合わせて出力電圧を13.8Vになるような改造をしました。

初めの構想では、出力電圧を高くして、安定化回路でもって 13.8V を得ようと考えていましたが、どうしても回路的にシリーズに素子を投入しようとすれば、それらの熱処理問題が新たに浮上してきますので、あ~でもない、こ~でもない、などと迷走していました。
これはこれで、楽しい悩みなのですが、熱処理という厄介な副産物の処理を効率よくする為の物理的パーツの手持ちが無かった為に、断念しました。
SW スイッチング電源単体から希望する電圧を直接的に取り出して活用することにしました。

SWスイッチング電源の電圧変更・改造17.8V編

回路の改造はとても簡単に出来てしまいますが、極端な電圧変更は避けた方が良いでしょう。
元々の定格電圧が 15V であったものが、改造により 17.85V になりました。

この位の電圧であれば、出力側に安定化回路を付加したとしても十分お釣りがきますね。

SWスイッチング電源の電圧改造ポイント部分

改造の原理的には、オペアンプ側の差動入力側に接続されている、出力電圧検出部の分圧抵抗器の比率を変えてやれば電圧の改造が可能です。
ただし、極端な電圧変更には対応できるSW電源に限りがありますので注意です。

SWスイッチング電源の電圧変更・改造13.8V編

上記写真の改造は、電圧を 13.8V とした改造ポイントです。

用は、出力電圧分岐比率の変更と言う訳です。

この程度の出力電圧変更の改造では、オリジナルなSWスイッチング電源と同様に安心して使用可能ですね。

しかし、ここで大問題。

受信機の電源として使用しようとすれば、やはり、ノイズの問題が頭から離れません。
SWスイッチング電源とは、そもそも、パルス状の制御ですから、出力側からノイズが出てこないと考える方がおかしな話になりますね。

そこで、考えたあげくに夢に出てきた方法を夜な夜な実験してみました。
その中で最も効果が見込めそうなノイズ除去回路を出力側に挿入することにしました。

巷では、電源平滑回路には大容量コンデンサーが一番効果的だと信じて疑わないと思いますが、こと、SWスイッチング電源での大容量コンデンサーは、あまり効果が期待出来ない部類の方法なのです。

SWスイッチング電源 出力側のスパークノイズ


写真でも判るように、ノイズというよりも、もはや、雷電的突発パルスですね。
この鋭いパルス・ノイズを大容量のコンデンサーで消そうとしても、中々消えてくれません。
理由は、コンデンサーの蓄積飽和電荷量に起因するもので、鋭いパルスは、コンデンサーの表面を滑るように抜けて出力されてしまいます。
また、スイッチング電源の出力側へ大容量コンデンサを入れるということは、スイッチング電源の動作にも悪影響が出かねませんので極力、必要最小限のコンデンサで済ませたいところです。

SWスイッチング電源 無改造出力ノイズ・スペクトル

スペアナでもって、SWスイッチング電源の出力を見てみました。
これほどまでの広帯域パルス性ノイズ発生器ということが理解できるでしょう。


SWスイッチング電源 パルス性ノイズ除去フィルター回路

SW電源ですので、出力側には大容量コンデンサは極力避けています。
このSWスイッチング電源 パルス性ノイズ除去フィルター回路の要は、
フィルターのど真ん中にある、バルス周期リジェクション回路です。
ちょっとしたアイディアです。

電源なれど、スイッチング動作という高周波。
それならば、慣れ浸しんだ高周波フィルターの出番だ~っ、、、、と、言う訳です。
VRA方式とでもしましょうか???

パルス性ノイズ・リジェクトの様子

どうですか????
見事に制御パルス周期近辺をノッチ、リジェクトしているでしょう!!!!!!

SWスイッチング電源の種類によって、この周期は変わりますので一概ではありませんが、その周期に合わせたフィルター回路を計算すれば、同様な特性になります。

SWスイッチング電源 パルス性ノイズの様子

元々のSW電源オリジナル出力波形です。


SWスイッチング電源 パルス性ノイズ除去フィルター回路

手持ちに合ったトロイダルを利用したコイルにてパルス・フィルターを構築。
大きなコンデンサーなどを用いなくとも十分すぎるほどのフィルター効果がえられました。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性

見事にSWスイッチング電源特有の、鋭いパルス性ノイズが除去されている様子が見て判ると思います。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性1

出力側 小コンデンサを外した状態での波形スペクトルです。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性2

出力側 小コンデンサを外した状態での低周波領域のアップです。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性3

出力側 小コンデンサを付けた状態のスペクトルです。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性4

低周波利用域を拡大してみました。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性5

低周波利用域を拡大したスペクトルです。

どうでしょう ?????

電源の音も、フィルター無しだと、ザーッ、ゴニョゴニョ、、、などと込み合った音がしていましたが、このパルス性リジェクション・フィルターを付加することによって、その電源の音が落ち着いた雑音にまで減少させることが出来ました。

これで、思う存分、数ある受信機へと電源供給出来そうです。
これなども気分的な部分が、その殆どなのですが、やはり、ノイズは有るよりは無い方が気分が良いですね~っ。

ちなみに、IC-R8600 のオプションとして販売されているACアダプターなるものは、なんと!!!!!

SWスイッチング電源をモロに利用しています。
それも、15V  2A という、以前のノート・パソコン用ではなかろうか??? と見間違う様な形をしています。

実験的に、オリジナルなSWスイッチング電源をそのままIC-R8600へ接続し、受信音を確かめてみましたが、別段、ノイジーという感じは全くなく、普通のアナログ電源のような感じで動作していました。
驚くことに、IC-R8500 などもノイジーさを感じさせない動作をしているではありませんか!!!!!

これには、ちょっぴり 驚きました。

しかし、気分的にもノイズが乗っている事を知ってしまっている電源装置を、そうたやすくは受信機などへと接続させるには、どうも気が引けますね~っ。

と言う訳での、今回の製作に至ったわけです。

まっ、気分的にも、無改造電源よりは、少しは  マシ  だと自身に言い聞かせながら自己満足しています。
精神的にも 良いようです。

きっと 何かが違っているはず、、、、。 っと、思うようにしています。


IC-71 1st Mixer IF AMP



回路的には簡単に見えるブロックです。
が、しかし、アナログ的要素の固まりで一筋縄では思ったような動作が期待できない部分です。
部品点数の数の割には、基板面積が大きく必要になってしまいました。
これも試行錯誤の結果です。

IC-71 1st Mixer  IF AMP 回路図


ようやく思うような動作になりましたが、当初の設計通りの実回路からはだいぶ変化してしまいました。

簡単に、が一番の目標なのですが、如何せん、ここの部分だけはそれも許してはくれませんでした。
IC-71特有の周波数関係から、だいぶ設計には苦労させられました。

回路内にある同調コイルなども意識的にシールドは掛けずに、裸コイルとし、M結合による目的外リジェクション効果を期待した回路構成としています。
その為か??? 各コイルの幅と、向き方向が少しだけ バラバラ な並びになってしまいました。
見てくれがどうも、スッキリしてませんが、まっ、これでOK !!!!  ということに、、、。

IC-71 1st Mixer  IF AMP 回路基板


入出力側にある、自作DBMも別基板としている為に、回路組み立てがとても楽でした。
ただし、手持ち部品で回路構成を作っていますので、適正化数値ではない部分もありますが、動作的には、何ら問題ありません。
長期安定動作に十分配慮した回路設計を行っていますので大丈夫だとは思います。

故意の衝撃テスト(落下テスト)でも何ら動作に変化は見られませんでした。

これで、ようやく IC-71 内部の全回路基板が完成しました。

あと残すは、IC-71筐体への組み上げです。

バラバラになった IC-71 スッカラカンの筐体を眺めてみては、どのように組み立て仕上げるか??? を、混沌とした趣で見つめています。

仕上がった IC-71 のVFOをつまんで選曲し、短波放送をリスニングしている姿を想像しながら、アイディアが浮かぶのを期待して待っていますが、いつになるやら、、、。