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工作再開の手始め・・・ローレベル・パワー計の改良

2016-10-30      
 あっという間に10月が過ぎていきます。寒暖の差が激しい週を過ごして虫の音が聞こえないなぁと思ったら、高圧鉄塔が聳える中央分離帯・・・家の直ぐ傍にある「蟋蟀天国」の草が刈られていました。この季節にあれをやられたらたまったもんじゃないんだろうなぁと、少し気の毒になりました。

 一昨日に漸く仕事上のヤマを越え、昨日は机の周りの掃除をちょこちょこしながらウダウダ過ごしてしまいましたが、今日は綺麗になった机でずっとお座なりになっていた工作の方へ・・・とはいえ、あまり複雑怪奇なことはしたくなかったため、思うところあってローレベル・パワー計の改造&動作確認をすることにしました。このパワー計は5月の終わりに入手したSGの出力を測るのに重宝し、AD8307を使ったものよりも案外使い勝手がよいことが判った半面もう少し工夫できそうな部分が見つかり、他の作りものの狭間にちょっと確認してみようと思っていた次第。確認ポイントは以下の通りです。

 ◆検波用の1SS43をもう少し感度が良さそうな1SS106に換えることで
  -20dBm程度までは測定できるようにしたい
 ◆SGの出力を測定した際に高い周波数での挙動が「造作のせい」なのか
  確かめたい

 1SS106への換装は容易い話で、多分これ自体は「載せ替えりゃ上手くいく」という範疇。ただ、換装後のパワー計としては再度特性の取り直しが必要なんで、ちょっと億劫だったわけです
 「造作のせい」の部分は、明らかに作りっぱなしでVHF帯くらいまでしか通用しなさそうな造作に加え、検波後のパスコンが広帯域(特にVHF以上)にきちんと効いているのか否かも確認が必要・・・というわけで、まずは回路図をご披露。



 電力を消費する抵抗(100Ωx2)には、本当は高周波特性に優れたものをチョイスする必要がありますが、これまでと同じ金皮の1/8Wのものを使うことに。ダイオードは文字通り「換装」しますが、Vfが小さいもの(実測で0.17V)をチョイスしました。パスコン群は、ひとまず0.1μF+1000pFで試してみて、必要に応じてもう少し小容量のものをパラに置くことにしました。

 造作としての改良は、プラケースの内側に銅箔テープを貼ってキャビティー化してグランドが最短で接続できるようにし、リアクタンス成分ができるだけ小さくなるようにしました。



 写真では判り難いですね・・・まぁ簡単な回路ですから空中配線で十分。肝はグランドにできるだけ最短距離で落とすという工夫です。実はこのスナップは最終形・・・パスコンに56pFを追加する前と後で、高い周波数(300MHz以上)の暴れが若干減ったために追加しています。

 1SS106への換装で測定レンジは飛躍的に広くなりました。特性図は省略しますが、-30dBmから+20dBmまでの測定が可能となりました。1SS43のVfは0.36V(取り外したものの実測)でしたから約0.2Vのアドバンテージが生じ、かなりローレベルまで測定が可能に。また、Vfの最大定格も5Vから10Vになり、+20dBmくらいまで余裕を持って測定できるようになりました。

 お待ちかねの周波数特性は・・・



 300MHzから上の方に効果が現れています。パスコンの追加(56pF)については、先に記した通り、300MHz以上の検出電力の正常化に寄与すること(周波数上昇に追随して電力が大きくなるように見える度合いが小さくなること)が判り採用しました。

 今回の実験で期待したのは、本当は40MHzから300MHz辺りまでの凹み・・・検出電力が少なく見える部分への改善だったんですが、この辺りの周波数特性は旧パワー計と同じような感じであることから、原因はSG側の出力偏差(誤差)なのかも知れません。ちょっとガッカリ・・・。その上、ハンダごての熱でプラケースのコネクタ上部が少し溶けて変形してしまいました



 まぁ、この程度の「手術跡」は我慢しようと思います

ローレベル・パワー計のお色直し

2013-10-27      
 ダブル台風一過で「あぁ、『秋晴れ』ってこんなだったなぁ」と感嘆するほどの透明感ある晴天。開催中の「WW DX SSB」もかなりCONDXが良さそうですね。こんな日は、納戸に引き籠もっていないでどこかにお出かけすれば良いんでしょうが、出不精の権化である自分には、「やっぱ、工作っしょ」ってな案配・・・これじゃぁ、普段の運動不足解消は無理ですなぁ。オマケに昼間っからちょいと・・・よくある怠惰な日曜日です

 このところ進めているクラニシ君@SGのパワーアップ計画ですが、測定時の様々な「誤差誘因」が段々と気になってきてしまい、結果的にローレベル・パワー計の改善に至ってしまいました。まさに元の木阿弥・・・ただ、努力の甲斐はあったことと、多分これが最後の「お色直し」になると思いますんで(本当かなぁ)、まとめておきたいと思います。



 そもそもの回路は「トロ活」の受け売りで、要は「物理的な形状」だけが自分に委ねられているといったもの・・・改良前のものは、終端抵抗につながる入力の形状が「1.5D2V直結&ワニ口処理」だったわけですが、これを現状のケースに上手くフィットする「それなりのコネクタ」にしてやろうと、SMAコネクタにしてみました。そして、このコネクタにまとわりつかせるが如く、終端抵抗(100Ω×2)とダイオード、0.1μFと2200pFのコンデンサを空中配線、かつ最短距離で接続し直しました。やはり広範囲に低いインピーダンスを保つためには、0.1μFのみのバイパスでは厳しそうで、50MHz以上の特性が余り良くなかったために2200pFのコンデンサを追加してみました。



 完成後にクラニシ君@SGの出力電力を測定して改造前と比較したら、やはり少しズレがあったため、思い切って特性測定をやり直し。



 この特性測定の交流測定部分には入力インピーダンスの高いテスタ必須・・・とは言え、秋月テスタで十分でしょう。本体のテスタは、このプローブと組み合わせるテスタということになりますが、ここも入力インピが高いに越したことはありません。
 また、特性測定時に付加するコンデンサをあんまり大きくすると、測定値が定まるのに時間がかなり掛かります。特に、テスタの入力インピが高いと、このコンデンサに溜まった電荷が放電されずにいますので、特性を見る作業は連続的に行った方が効率よくできます。「トロ活」では数十μFを推奨していますが、4.7μF辺りの方が効率よく特性観測できます。
 ボリュームも1KΩと10KΩの両方を用意しておき、測定する電圧に合わせ易い方に変えながら行うといいと思います。50Ωの終端抵抗の両端電圧を上手く作り出す組み合わせですから、固定抵抗も繰り出せば、案外細やかな電圧設定ができますよ

 もう一つ・・・特性観測を行う場合、数dBmを超える辺りから「発熱による変動」が見られます。これは、与えられた電圧に対するダイオードの熱均衡が取れるまで、暫く測定電圧が定まらない・・・という形で表面化します。まぁ、10秒ほど待っていれば落ち着いてきますが、これは実際の電力測定時にも考慮してやる必要があり、おしなべて20秒くらい経った時点で測定すればいいといった感じでしょうか。

 結果的に特性自体は前回と同じような曲線ですが、今回の特性取りでは「dBmのキリの良いところ付近」に測定電圧を合わせて測定しました。
 劇的に変わったのが高周波特性です。SMAでケーブル接続できるようになり、最短距離での終端と2200pFによる高域特性改善により、このプローブ自体の144MHzでのSWRが1.05程度 50MHzの少し上辺りにあった妙な暴れも無くなりましたので、これでそこそこ信用できる電力測定ができそうです

ローレベル・パワー計の理想値勘違い(^^;

2012-09-17      
 直前の記事でキメたつもりでしたが、どうも以下の一文に疑問が生じました。

 『測定範囲ですが、-5dBm以下はどんどん怪しくなるのでここを下限としましたが、どういうわけか+12dBmを超えると整流(検波)後のDC電圧が理想値より大きくなっていってしまうため、このダイオードの耐圧も含めて考えて+12dBmを上限とします。』

 ここで気になったのが、交流の「最大値と実効値」です。

 今回作ったローレベル・パワー計は、商用交流の電圧をトランス+ボリュームで下げて特性を調べたわけですが、そもそも商用交流を「テスタ」で測った場合の値は「実効値」になります。そして、1SS43で整流した後の直流電圧をこれまた「テスタ」で測るわけですが、リップルを平滑化するコンデンサの容量がその測定周波数(50Hz)に対して十分に大きい場合、この電圧は「最大値」に近づいていくわけです。



 この特性調べをする際に、大きな容量のコンデンサ(上図中の22μF)をつなげていますが、上図から判るように負荷抵抗も十分に大きいことからかなり最大値に近い値が測定されるはずです。これは、HF帯以上の「実測」の場面においても十分に成り立ちます(実測の場合は1MΩ+0.1μFの組み合わせ)。
 つまり、このパワー計の特性を見る場合、交流電圧測定は実効値⇒その時点の直流電圧測定は最大値・・・まぁ、こんな風にまとめてしまえば簡単です。

 当初、理想値について誤って「実効値」を元に線引きしたため、丁度1V付近でクロスオーバーしたような感じになってしまったのですが、特性を調べた際の個々のポイントにおけるテスタに表示される電圧・・・つまりグラフ作成時の縦軸になる直流電圧は、その時点での「最大値」に近い・・・というわけで、理想値が気持ち悪いためちゃんとした特性グラフを再作成しました。



 実際問題、この理想値についてはダイオードのVF(順方向電圧降下)も無視されますから、グラフ上リニアな線形に上昇し始める15dBm辺りから上は「理想値-VF」となり、ショットキーダイオードのVFである0.3Vくらい下の電圧が維持される形で上昇するでしょう。まぁ、ぶっ壊さないように注意しないと・・・ということで、やはりこのパワー計は、-5dBm~+12dBm辺りを活用するのが良さそうです。

それなりにちゃんとしたローレベル・パワー計

2012-09-16      
 FCZ研究所の寺子屋シリーズには、本当に沢山お世話になりました。中でもQRPパワーメータは現役ですが、高インピーダンスのデジタルテスタとの組み合わせでもうちょっと細かく電力を知りたいぞ・・・と思い、過日、秋葉に行ったついでに購入したちっこいケースに「トロ活」のローレベル・パワー計を作って組み込みました。



 50Ωの抵抗は100Ω1/4W±1%を2本パラで構成。この抵抗は大きさ的には1/8Wですが「1/4Wで行けるよ」という触れ込み。従って、1/2Wまでは接続できるんだと思いますがまぁ大きな電力を入れるつもりはなく、逆に大きさ的なアドバンテージ(高周波特性)で選んでみました。
 先端の方はダイオードを始めとする高周波部分のため、熱収縮チューブの上に銅シールをぐるりと巻いてシールドしてみました・・・が、効果はあるのか知らん
 肝は「テスタ棒がそのまま挿せる」という構造です。これは結構便利ですよ

 この手の自作測定器は誤差認識が命。ひとまず、ハムフェアで買ったトランスがまだ転がっていたんで、これで適当に電圧を落とし、さらにボリュームを接続して「50Hz」という高周波()で確認してみました。



 デジタルテスタは、この手の確認には実に重宝で「ビシッ」と値が出るのですが、今後のいろいろな作り物では「ピーク」を知りたいことも多いと思い、「三和君2号」(命名センスは変わりません いや、変えません)でも測定しました。針の読みには限界がありますが、まぁ大体同じくらいの値に読み取れています。

 1SS43という大昔のショットキー・・・こいつは低耐圧なためちょっと怖いんですが、ひとまずあと数本ありますので「貴方達は、ローレベル・パワー計のダイオードが飛んだときの予備」と決めました。

 測定範囲ですが、-5dBm以下はどんどん怪しくなるのでここを下限としましたが、どういうわけか+12dBmを超えると整流(検波)後のDC電圧が理想値より大きくなっていってしまうため、このダイオードの耐圧も含めて考えて+12dBmを上限とします。

 周波数特性は「リターン・ロスブリッジ」で測定・・・って、こいつも作らないとね・・・。

 ※ 2012/09/17 おいおい、理想値が違ってるジャン・・・ってなわけで、次の記事で訂正。

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どよよん無線技士

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アパマンというハンデにさらにQRPまで課し、失敗連続のヘッポコリグや周辺機器の製作・・・趣味というより「荒行」か!?

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