どよよん現象＠アマチュア無線

　気になっていた遠隔君のカップラ部分に使うコンデンサ・・・セラミックコンデンサの通常タイプでは、SWRが高い場合の高周波電圧に対して耐圧的に余裕がないと考えたのですが、秋葉原のラジオデパートのあちこちで500V耐圧のものをちらほら見かけ、さらに青色のしっかりした作りの3KV みたいなすっごいのまで発見。何れ買えばいいや・・・としておいたのですが、昨日の客先帰りに大人買いしてきました。ひとまず、百均購入の小分けボックスに分けて入れてあります。



　既に買ってあったリレー以外に2回路2接点リレーを買い足し、トロイダルコアをちょっと余裕を持って購入したため、結構地味に「製造原価」が上昇していますが、ここまでくると気にしちゃいられません  しかし、買っている最中はどう見ても普通～のセラコンだなぁ・・・と正直「また無駄遣いか」と半信半疑だったのですが、帰ってきて手持ちの50Vのものと比較するとラジアルリードが明らかに太く、まぁ少しは安心しました

　πマッチのRIG側に取り付けるコンデンサは、容量を計算値にできるだけ近づけたいことや、トロイダルコイルの巻き数の関係でインダクタンスが若干ずれることから「トリマで追い込む」という芸当も必要かと、秋月でカラフルなセラミックトリマを合わせて購入。これはムラタ製で、カタログスペック的にはDC250Vが最大定格（AC換算では、まぁその半分くらいでしょう）のため大丈夫なのでしょうが、如何にも小粒で華奢な感じが気になるところです。

　この耐圧へのこだわり云々はともかく、実はずっと暖めているQRPトランシーバーの出力も5Wで考え始めており、終段には同じような耐圧スペックが必要ですから、今回の検討自体は今後に生きるような気がします。

　ところで、コンデンサの容量を適当に抜き打ちで確認したのですが、購入した2200pF×4本の容量が全て3000-3100pFという奇っ怪な結果が・・・。他のものは概ね±10%には入っている感じだったので、念のため校正用の基準コンデンサ（±1%）で容量計をチェックするも異常なし。あと数本買ってきて試してみようかと思っていますが、それよりも、今の容量計が若干使い難く、PICで比較的簡単に容量計・・・というかLCメータが作れそうな記事をネットのあちこちで見つけましたので、思い切って作ってもいいなぁ・・・と思っています。また、遠回りの始まりかな

　ハイバンドのコンディション上昇に期待が膨らみ、年甲斐もなく指折り数えたこのコンテスト・・・前夜は同僚と飲みに行きましたが「その日の内」に帰宅、ウコンの錠剤をザラザラと飲んで就寝、当日は小学生の如く早起きをして、それこそ万全の体制で臨みました

　開始1H前頃から15mと10mを聞き比べるに、やはり圧倒的に15mの方が「V V V」やらショートQSOやらがあちこちで聞こえていたため、開始20分前には「スタートは15ｍ」と決めて、如何にも強い信号で が良さそう（って、この部分は勘です）な局に狙いを定めて、いざスタート
　・・・と、気勢を上げるも、流石に5Wでは完全に「潰される」という部分は国内コンテスト以上 1st QSOは00:13UTCでした。西海岸の強烈な信号相手に13分も待たされるとはねぇ ただ、これまでのDXコンテストと圧倒的に違うのが「相手局の多さ」です。軒並み強い信号が入感しており、それこそ目移り状態。でも、結局パイルには勝てるはずもなく、なかなか拾って貰えませんでした。00時台のQSOは4局。

　02時を回ると、若干パイルが収まる一方で早くも西海岸軍団が出感気味になり、南洋の島々とロシアのこっち側、中国などを拾い、03:27までに17QSO 数年前とは圧倒的に違います。そして、太平洋一巡狙いで10mへ。
　途中昼ご飯を食べながら、まぁのんびりと拾える局（拾って貰えるが正しいな・・・）を呼び、ニュージーやインドネシアとQSOして「南米狙いの15mワッチ」をしていると、06時を回ったころにLUを発見して15mに戻り、何度かの苦戦の末、漸く拾って貰ったのが06:07UTC。でもこれで、QRP特記付きのWAC完成 いやぁ、数日前に案外あっさりアフリカを拾えたんで密かに期待はしていましたが、LUとのQSO成立時はガッツポーズしてしまいました そして、夕刻の10mオープンに期待したのですが、それほどでも無い様子・・・と思いきや、TC（トルコ）をGet。その後、15mに戻ったものの、あまりぱっとしない様子・・・ということで、08時（日本時間17時）の時点で40ｍに早々とQSY。

　まぁ、QSYが早かったこともあったのですがあまり強力に入感している局も少なく、給料日直後ということで家族と夕飯に出かけ夜になるのを待ちました。10時（UTC）には帰宅しワッチすると、S=8で軒並みWが並んでいます。特に奥の方も聞こえており、「こんな風だったっけかなぁ・・・」と気後れするも、いざ臨戦態勢に。
　ところが、呼べど叫べど（まぁ、叫べませんが・・・）無視されまくり・・・。「QRZ」の一つも返ってくれば頑張りようがあるものの、カスりもしない有様。確かに、数年前のCONDXとは違うのでしょうが、信号強度はそれほど変わらないにも関わらず、全く反応無しなんです。
　そこで、注意深くW各局の信号を聞いてみると、どうもQSBが数年前のコンテストの時より「深い・長い」という感じで、明らかに「ガツン」と入感しているわけではないことに気づきました。
　勿論、ステルス君の変貌を考えるとちょっとした指向性や打ち上げ角の変化もあったりするわけで、CONDX差のせいばかりにはできず、何のせいなんだか解りません。が、やはりSSN最低期のローバンドのCONDXの良さとの違い・・・こう整理するのがいいのかも知れません。これは、別途研究課題としてみます。
　・・・というわけで、初日の実績は34QSO。それにしても、サイクル24様様・・・大躍進ですね。

　翌日は目覚ましで21時UTC（日本時間06時）にバシッと起きました。アンテナの微調整などしながら15mを聞いていると、丁度頃合いとなりW各局が入感。昨日の初っ端のレベルのパイルはなく、約1.5Hで13QSO。その後は10mに上がってWもそこそこにマルチ稼ぎに奔走。昨日の15mに偏った運用で取り損なっている近場のマルチを潰していきました。
　その後再度15mに戻って昨日と同じようにWやKL7などの「こっちサイド」を中心にしつつ、強そうな局を片っ端から呼び、だめそうなら次・・・の繰り返し。さらに10mに戻って同じようなQSOを続けて夕刻のEUオープンを待ちました。しかし、10mはあまり宜しくない様子で、盗みワッチしていた15mの方がマシな様子。そこで覚悟を決めて15mのラストスパートに賭けました。

　LZやOM、果てはS9+20dBまで振ってくるDLに振られましたが、最後にイタリアで決め ここもNew Oneでしたが、なかなか正しくコールをコピーしてくれなかったのを粘りに粘ってのQSO成立は印象に残りました。

　さて、40mの二夜目。入感時間が昨日より若干遅いなぁ・・・と思いつつ待っていると、結局昨晩と同じ「S=8軍団」が現れました。CQ連呼の局が多く昨晩より良い感じで、QRZは返らないものの聞き耳を立ててくれている（＝こちらがコールサインを打ち終わる前にCQを出し直さない）感じがしたのですが、まぁ無理なものは無理・・・。
　そして、もう諦めて別のことを始めたものの気になり、12:30UTCを回った頃からお隣りロシアの局を何度か呼ぶと、漸く拾って貰えました。すなわち、電波は出ていることは証明できました（当たり前だなぁ・・・）。

　翌朝も・・・と欲張って考えたりもしましたが、そこはやはりサラリーマン・・・早めに目覚めたものの、仕事に備えて淡々と朝の準備をして会社に向かいました。それでも、ビッグガン各局の設備・オペテクに助けられたとはいえ、総計84QSOという成果は、成功・失敗云々はおいて「大満足の2日間」でした



　2日目の朝焼けをバックに、頑張ってくれているステルス君2号です。この写真の左側がW方向・・・一体、どこをどうやって飛んでいっているんでしょうかね

　SWR検出部の回路では、「①-20dBカップラで高周波を拾う→②ショットキーダイオードで整流して電圧で取り出す→③PICのA/D変換で数値化」というプロセスになります。

　PICは5V動作で考えており、A/D変換のリファレンス電圧は外から与えずVDD・・・すなわち最大5Vにしますので、5W送信時に5VになるようにするとA/D変換の分解能を最大限に活かせます。10ビットの分解能のため最大1024階調の変換・・・1階調の電圧差は約5mVになりますが、入力が5Vを超えると具合が悪いため、5Vを若干下回る電圧になるように調整する必要があります。

　一方、5W出力を-20dBカップラで拾うということは、0.05Wがダイオードに印加される計算になりますが、この時の電圧を50Ω系の回路として計算すると約2240mVp・・・ダイオードの電圧降下を踏まえると凡そ2Vの電圧が現れるはずです。つまり、2V→5V近くまで・・・要は2.5倍程度の電圧増幅してやらなければならず、これがSWR検出部とPICの間に入れるOPアンプの設計仕様になります。

　SWR測定時に小さな電力で測定する場合を考えます。

　IC-703の出力切替の仕様では、最大出力5W時の「クイックセットモード」（パネル操作により、簡単に電力が絞れるモード）における最小出力は100mWです。この送信出力を基に上記同様に計算すると、ダイオードの出力電圧は110mVp程度。これを5V付近まで増幅できるといいのですが、OPアンプの増幅率を可変にするためにはPIC側からの何らかの制御（増幅度を決める抵抗をリレー切り替えするなど）が必要・・・しかし、生憎PICポートはパンパンです
　OPアンプの増幅率を2.5倍固定とすると、100mW出力時のPIC入力電圧は凡そ275mVです。1階調の電圧差は約5mVですから、A/D変換後の値は「55」になります。この条件でSWRを測定する場合の概略を表でまとめてみましょう。

反射値	0	3	5	8	11	19	28	37	55
SWR換算	1.00	1.12	1.24	1.34	1.50	2.05	3.07	5.11	∞

　これなら、100mW出力でも見当は付きそうですね

　※　2012/02/12　100mWでは、ダイオードの非直線域に掛かってしまうため、少々怪しそう・・・。

　ダミーロードも根気よく探せば出てくるのでしょうが、ひとまず「自作したらどうなるんだろう」という好奇心に駆られ、結局、酸皮抵抗の200Ω3W×4本パラで作ってしまいました



　酸皮抵抗のリード線の片側は絡げて芯線側にそのまま半田付けし、もう片方のリード線を同軸が刺さる方のギリギリのところに半田付けし、Mコネとして上手く閉まるようにしました。また、抵抗には一回りぐるりと銅テープを巻き、ここも導通させて簡易シールドにしたつもりです。上のコネクタと比較してみてください。
　抵抗が如何にもでかいんで上の方の周波数は諦めよう・・・などと、暫し思考を懲らしていたのですが、アンテナアナライザ（＝クラニシ君）で実測してしまえばいいじゃん と当たり前のことに気づき、実測してみました。



　HF帯の下の方は、無論ビターっとSWR=1.0なんですが、28MHz帯辺りから少し針が振れ出し、50MHzでSWR=1.1ちょい・・・といった案配です。また、IC-703（21MHz）で5W×10秒ほど印加してみたのですがホンノリ暖かくなる程度なんで、実験には十分使えるものが完成しました が、もうちょっと綺麗に作れば良かったと若干後悔しています

　題名の通りです。流石に、諸々の実験で組んだドライバ（直接、I/Oポートをリード・ライトして機能を実現する部分）がかなり流用できるため、PIC16F886のレジスタファイルのバンク合わせ込みなどが殆どで、改造はそこそこ楽にクリア。肝心のメイン処理も、ＡＮＴ側はリレー制御とA/D変換・・・これを組み合わせるだけですから、大したことはありませんでした

　デバッグ自身も殆ど実験ボードで賄えそうですので、着手してしまえばそれほどの時間はかからない見込み。問題はやはり「高周波部分の動作確認」になりますので、そろそろANT側のカップラ自体の製作も進めないと。高耐圧（といっても、100or200V）のコンデンサ購入や2回路2接点のリレーの買い足しなど、細かい買い物が出てきそうです。

　また、SWR電圧の増幅部分については、カップラの制御とは関係なく実験しなければならず、OPアンプでどの程度の電圧増幅をしてやればいいのかが課題です。弱い電波を出しながら調整・・・ということでダミーロードが必要なんですが、押し入れに鎮座しているはずが旅に出てしまったのか見あたらず

　あちこち見直すと、結構詰めが甘いわけです。遠隔君のSWR検出部も然り・・・。

　この記事では「結合度小→OPアンプで補う」という部分までは何となく掴んでいるわけですが、これもまた「適当」な感じ。そもそも、CM結合を嫌った（SWR検出部の挿入損失と低域で感度不足になる欠点を嫌った）ため別の方法を模索していたのですが、要は方向性結合ができればよいわけです。例によってあちこちHPを彷徨っている内に、-20dBカップラの応用でできそうなことが判りました。



　T1,T2を1:10の巻き数比にすると、T1が0.5Ω：50Ω、T2が50Ω：5KΩという結合になります。各々100倍差・・・20dBの結合で、それぞれ進行波・反射波のピックアップを行うというもの。ELECRAFTのT1（ATU）でもこの回路が採用されています。整流用のダイオードが少々古いのは手持ちの関係です

　この回路のFWD・REFにOPアンプを接続して「良い頃合い」の増幅をしてやれば、比較的損失が低いSWRの検出ができそうです

　※　2011/11/26　当初、FT-50-72としましたが、入手しやすいFT-50-77にしました。
　※　2012/02/16　後続のオペアンプ入力インピーダンスを考慮し、R3,4を100K→47Kに
　　　　　　　　　　　　　変更しました。

　先週、Bencherのパドルの調整をしました。調整の仕方は思いっ切り受け売り ついでに接点を少し掃除したら多少打ちミスが減って気を良くしていたんですが、随分前に処置したネジゆるみが、処置していない方で再発・・・。両側ともセロテープで養生というのもナンセンスと思い、ネジのゆるみ防止剤を購入しました。



　商標「ロックタイト」・・・低強度タイプにしました。そう頻繁に触る場所ではありませんが、あまり強度が高いと回せなくなるため、中強度・・・いや、低強度で十分 との結論です。扱いも簡単 矢印の部分のネジを引き出してその部分に数滴を垂らしてねじ込み、余った液が垂れてくるためこれを拭き取るだけです。

　完全硬化には24時間ほどかかるようですが、ちょっと打ってみると、打感が少し堅くなって歯切れが良くなった印象です。暫く様子を見ることにします

　直前の記事の仕様変更で影響が出たＡＮＴ側に配するPICのポートは再設計です。

PIN	I/O	Assign	PIN	I/O	Assign
1	RA2	RL14	28	RA1	SWRR
2	RA3	RL15	27	RA0	SWRF
3	RA4	RL16	26	MCLR	－
4	RA5	RL17	25	RB7	RL7
5	VSS	－	24	RB6	RL6
6	RA7	RL19	23	RB5	RL5
7	RA6	RL18	2	RB4	RL4
8	RC0	RL8	21	RB3	RL3
9	RC1	RL9	20	RB2	RL2
10	RC2	RL10	19	RB1	RL1
11	RC3	RL11	18	RB0	RL0
12	RC4	RL12	17	VDD	－
13	RC5	RL13	16	VSS	－
14	RC6	TX	15	RC7	RX

　結果的にフルポートを使用。無駄が無いとは言えますが、ちょっと改良・・・とは行きませんね

　ここ数日の詰めにより、カップラ心臓部の設計を以下のコンセプトでやり直しました。

①　ANT側にインピーダンス変換トランスを置いて、SWR
　　調整の範囲を拡大、このためπマッチ部分はSWR<2を
　　調整範囲としたが、この拡大で純抵抗分として6.25-
　　400Ωまでがマッチング範囲（SWR<8）

②　バンド切替にコイルとTRX側コンデンサを括りつけて
　　簡素化 ・・・Lマッチは付けないことにした

③　πマッチ部分の数値を再考（「トロ活」を参考）し、コイルの
　　インダクタンスが元の回路定数と大幅に変わったことから、
　　最適Qに近いコイルのみが接続されるように変更

　できあがったブロック図・・・毎度のお絵かき風ですが、これをVer.1としました。興味のある方は、画像をクリックすると大きい奴が見られます。 



　結果的にリレー制御が20個・・・SWRの読み出しポートとUSARTのTX/RXを差し引くと、PIC16F886の出力ポート数でピタリ賞 デバッグは何とかしないとねぇ・・・。

　※　2011/11/22　早くも図をリファイン・・・差し替えてVer1.1にしました。
　※　2011/11/23　リレーの番号構成を、PICのソフト処理との親和性を
　　　　　　　　　　　　　考慮し「0」からにしました。　(Ver1.2)
　※　2012/02/03　PIC型番の誤記修正、T1,T2明示、IC-703の電源電圧
　　　　　　　　　　　　　を訂正しました。　(Ver1.3)
　※　2012/02/20　RL7を2回路→1回路とし、C7が常に接続されている
　　　　　　　　　　　　　形に変更しました。　(Ver1.4)

　ちょっと頭を整理していきます。

　◆　インピーダンス変換トランス

　インピーダンス変換トランスについては、巻き数比を1:2・・・インピーダンス比を1:4とします。ここにπマッチでSWR<2の調整機能を持たせてやると、1:8までの調整範囲となります。つまり、インピーダンスの調整範囲は「6.25～400Ω」です。結構広範囲ですね また、ステップアップトランスの巻き数比は、このトランスのようにある程度小刻みにもインピーダンス変換できますが、それじゃぁ何のためのπマッチだか分からなくなりますよね

　◆　πマッチのまとめ

　πマッチに関しては「トロ活」以上のことは解りませんが、少なくとも「TRX側のインピーダンスは50Ω」ということは決まっています。共振器とLマッチの組み合わせ・・・といっても片側のインピーダンスありきですから、TRX側の可変容量は、バンド毎に決めていっても構わないことになります。最適定数の解法も「トロ活」頼り（覚書：改訂新版のP.337の表8.7）になりますが、TRX側の容量とコイルのインダクタンス量は、可変といっても連続的でなく「切り替える」というイメージで調整できそうです。
　・・・ということで、πマッチ部分をまとめます。

素子	インピーダンス
コイル	0.707×50Ω
TRX側容量	0.318×50Ω
ANT側容量	0～0.707×50Ω

BAND	コイル （μH）		コンデンサ（pF）
			RIG側	ANT側
				可変Max値	50Ω時
3.5MHz	2.27		2860	1286	909.5
7MHz	1.14		1430	643	454.7
10MHz	0.80		1000	450	315.2
14MHz	0.57		715	322	227.4
18.1MHz	0.44		553	249	175.9
21MHz	0.38		477	214	151.2
24.9MHz	0.32		402	181	127.8
28MHz	0.28		357	161	113.7

　もし、コイルとTRX側のコンデンサを完全に連動させると、容量調整は要るものの切替はバンド毎・・・ということで8個です。空きポートを目一杯使ってANT側の容量の刻み・・・つまりコンデンサの組み合わせを細かくすれば、かなりSWRを追い込むことができそうです。
　また、TRX側容量を切り離し、ANT側容量をコイルのTRX側／ANT側に自由に接続できるようにすると「Lマッチ」の形になりますから、このバリエーションでも使えそう
　余談ですが、KX-1のバリコンのTRX側の方が容量が大きいという謎・・・これで解けました

　◆　コンデンサの耐圧

　5WでもSWRが高ければ結構な電圧に・・・SWR=2で45V程度の高周波電圧になります。手持ちの小さいセラコンの多くが耐圧50V。 安全をみて、耐圧100/200Vのものを購入・・・売って無くはないけどちょっと値が張るなぁ

　◆　コイルのQ

　これも拘るか否かですが、例えばT37-6とT50-6の最適巻き数の比較で、Qが100近く違います これも、上の方の周波数に使うT37-10vsT50-10だと巻き線の隙間が結構開くためそこまでの差は出ませんが、なんかちょっと考えないと・・・。

　◆　Tマッチの罠

　ちょっと逸れますが、Tマッチは整合範囲が広く取れ、そういう意味では良い感じなんですが、アンテナハンドブック（ARRL）のTマッチに関する記事を紹介しているHPを見つけました。すると、以前に書いた記事で回路図までアップしたものはかなりロスが大きく、50Ω：5Ωの変換で22%余りがロスるそうです 過去の記事ですが、後で注釈しておきますかねぇ・・・。