どよよん現象＠アマチュア無線 2017年01月

実験には至らず・・・ミキサー実験の準備中

2017-01-22

　今週末中には手掛けられるかと読んでいたミキサー実験ですが、結構お疲れモードだったんでまぁグダグダと過ごしたりあれこれ別のプチ実験の興じたりと回り道をしてしまい、結局準備がほぼ終わったところで既にマッタリとこの記事を書いています

　現時点での実験基板の仕上がりをスナップにしました。

　何だかICが3つ登場しそうな雰囲気ですが、ご本尊は真ん中のICソケットに収まる予定。その他、ジャンパーピンなどを具備し、そこそこ意味のある実験をしたいと画策しているわけです。

　平日はなかなか実験に手を染められませんから、ヘッポコ実験の第一報は来週末に持ち越しとしましょうかね

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計画中のミキサー向けトランスの特性

2017-01-15

　ちょっと勇み足だったようです

ミキサー用のトランスに”Quadrifilar”を使ってみようと思い立ち、ちょいと味見をしてみたらそこそこイケそうな感触でご満悦だった当ブログ主、昨夜は酎ハイ

を一杯やりながら次はどうするべ・・・と思案していたところ、巻数の多い方の巻き線に「中点」が必要なことを忘れていたことに気付きました。計画していた”Quadrifilar”では、巻数が多い方に3本の巻き線が来るため上手く中点が取れないわけです。結局、トランスの再考ということになりました。

　今回のトランスは、ミキサーの入出力インピーダンスを探って合わせ込む形なんですが、50Ωから概ね200～1000Ωへの変換が必要になります。”Quadrifilar”を採用する時点で、1:9の比率として50Ωから450Ωへのインピーダンス変換でひとまず折り合いを付けようと考えましたが、どうせ巻き直すならと、1:16・・・800Ωへの変換として考え直しました。

　トランスのコアには引き続きFB801-43を使うことにしますが、巻線としては以下のようにします。

　緑色：バイファイラでN回巻く
　水色：単線でN/2回巻く

　これで巻数比が1:4、インピーダンス変換比が1:16のトランスができるはずです。図中のコンデンサは測定時には取っ払いますが、バイアスが必要な場合はこのコンデンサの接続位置に電圧を与える形になります。

　さて肝心の巻数ですが、FB801-43に無理なく巻ける回数での組み合わせは、「バイファイラ6回：単線3回」「バイファイラ4回：単線2回」辺りでしょうか。流石に単線1回というのは心許ないため実験せず。

　実験途中のトランス達です。右のバイファイラ6回巻きは、HFハイバンドの変換損失が大きく（20MHzで-1dB以上、周波数が上がるほど悪化するため）失格とし、左のバイファイラ4回巻き方の特性を採ってみました。

　”Quadrifilar”の測定時と同様、50Ωの入力に対して800Ωの負荷を接続した場合の損失である「-6.55dB」付近に補助線を引いてみました。これならHF帯全域が-0.7dB以内に収まりそうなことが判りました。まずまずの結果に満足・・・その後少し夜更かしして

　今朝は少しだけ寝坊をしましたが、10時前くらいから「さてと備忘録的記事でも書くか・・・」とブログを見たら、時折コメントを頂くJK1QJSさんから2つ前の記事に「この手のトランスに撚り線を巻く場合、撚り方で特性に影響が出るのかなぁ

」というコメントを頂いていました。なるほど、撚り線の密着具合で特性が変わることは自明ですが、その「程度」が判らないとねぇ・・・。ただ、自分で撚り線をこしらえる場合は「ハンドドリル」でキツ目に撚っていますから、これで満足してあまり考慮したことがありませんでした。

　実は、上記のデータ採りをしたトランスはバイファイラの方は「ハンドドリル撚り」ですが、単線の方は後から適当に巻いたもの・・・ある意味「無造作に作った」と言えます。そこで、バイファイラに撚った線に単線を少し巻き付けてから巻いてみました。即ち、バイファイラ巻と単線の結合を密にした・・・というか、まぁ得意のナンチャッテ実験ですね

　う～ん、机が汚い・・・というのは置いといて、こんな風に準備した巻線を巻きました。文書で説明するのは非常に難しいんですが、この線にコアを中心辺りまで通し、順方向と逆方向に必要な回数巻きます・・・って、やっぱり無理か

　出来上がったトランスのスナップです・・・百聞は一見にしかずと思ったんですが、これでも全く伝わりませんね

まぁ、ヨシとしましょう。

　さぁ、このトランスで特性を採ってみました。すると・・・

　大喜びするほどではありませんが、全体に渡って0.1～0.2dB程度は改善したようです

この辺り、FB801-43のような透磁率が高いコアかつ線路が短い場合は、ラフに作ってもそれほど性能は変わらないものなのかも知れませんが、受信部に採用する場合はこうしたほんの少しのロスも少ない方が有利なことは言うまでもないでしょう。

　このトランスのインピーダンス変換の様子を見てみましょう。50Ωからどのくらいのインピーダンス変換比になったのかは、リターンロスブリッジを使ってAPB-3のインピーダンスアナライザ機能で評価します。

　空中配線そのものですが、HF帯ですからまぁこれで十分でしょう。

　測定したのは820Ω（青）と1000Ω（赤）です。理論値は800Ω・・・青い線の方が理論値に近いので良さそうですが、やはり巻数が少ないため巻数比率通りにはならず、逆に1000Ωへの変換ということになりそうです（インピーダンス変換比として凡そ1:20）。仮に450Ω付近への変換が必要となれば「バイファイラ3回：単線2回」でイケそうですし、その他のバリエーションも幾つかできそうですから、今回の「トランス製作」についてはこの辺で幕引きに。

　さぁ、寒い晩です。温かい夕飯、晩酌で暖まりたいと思います。

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Quadrifilarの味見

2017-01-14

　昨日の天気予報には無かったと思いますが、丁度お昼頃に我が家周辺（千葉県北西部）は「雪模様」・・・窓から外を見ると、強めの風に横殴りの雪が降ってきました。30分程で止みましたがその後気温がグッと下がってきました。「冬本番」といったところかな

　そんな雪模様を尻目に（

）、朝食を済ませてからユルユルと「Quadrifilar」の味見をすることにしました。

　今回このトランスはミキサーに使うことから50Ω：450Ωの変換をできること、それがHF帯くらいは守備範囲に入る程度に広帯域であることを期待していますが、端的にはこの帯域について「変換損失が大きくないこと」が命題になります。そこで、直前記事のコア・・・FB801-43に0.2mmΦのUEWを4回巻きにしたものを使って特性を採ってみました。

　この特性測定にはAPB-3を使いますので、APB-3の入力を50Ωに設定してノーマライズした上で、50Ωの入力に対して450Ωの負荷を接続した場合の損失である「-4.437dB」との差分を見てみることにしました。

　-4.437ｄB付近に赤いラインを入れています。HF帯全体（1MHz～30MHz）として、変換損失は凡そ-0.7dB以内には抑えられています。HFの上の方（21MHz以上）或いは50MHz帯までの損失を気にするのであれば、巻き数は3回で良いかも知れません。

　出力インピーダンス（負荷）を450Ωとした場合の入力側のインピーダンスの様子は以下の測定結果で。

　ピッタリ450Ωの抵抗はありませんでした（まぁ、普通は無いね・・・）ので470Ωで終端し、入力側のリターンロスを抵抗値換算していますが、HF帯全体に渡って大凡50Ωになっています。傾向として、一つ前の測定結果同様、HF帯の上の方に向かって少し悪くなる方向のようですが、まぁまぁの結果ですね。
　FB801-43のトランスはとてもポピュラーで定評がありますが、こんな巻き方でもHF帯全域に渡って使えそうです。残念ながら50MHzは上手く測定できていませんが、まぁイケるかな

　ひとまず、計画中のミキサーに使えそうなトランスとして合格としておきましょうかね。ちなみに、案外勿体を付けてしまっているかも知れないミキサーですが、ちょっと古いデバイスを使ったもです・・・念のため

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Quadrifilarって「アリ」なん?

2017-01-13

　寒くなったのかなぁと思いきや、電車内ではコートを着たままだと意外に暑く感じます。それでも今週末はかなり冷え込むらしく、朝晩は氷点下の模様・・・湯豆腐をつつくことになりそうです

また飲み過ぎそう

　本命のミキサー回路の実験を進めようとあれこれ考えているんですが、キーデバイスとなる「ご本尊」の周りに配置する必要があるのが「インピーダンス整合用」のトランス。ヘンチクリンなものではなく、FB801-43に普通に巻けるバイファイラ、トリファイラ・・・と思っていたんですが、入出力インピーダンスの整合比率は良いとしてバイアスの仕方などを考えると、「1:9のインピーダンス変換にさらにリンクコイル」といったコイルが必要そう。ということは・・・

　こんな感じのトランスが巻ければ良いわけです。入出力のインピーダンス変換比は1:9になりますから、50Ω入力で450Ω出力になります。また、入出力が直流的には切り離されていることが特長です。単なるトリファイラとは違いますね。実際には巻線を4重にしてコアに巻けばできますが、こんなの巻けるのかなぁ

・・・と悩んでいても始まりません。とりあえず、0.2mmΦのUEWを4本よじってFB801-43に巻いてみました。

　もう1,2回は巻けそうですが、少なくと「4回巻き」までは余裕ってことが判りました。これで「自分流のミキサー回路」に一歩近づきました。このトランスの特性採り辺りがスタートラインのようですね

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アッテネータを再改修

2017-01-09

　昨日の午後は予てから計画していたミキサーの実験に進む前の準備はあまり行わず、少し気になっていたアッテネータの誤差修正を行いました。データ採りをしたんで、自分用備忘録として貼り付けておきましょう。

　自作したπ型のアッテネータは、手に入り易い抵抗の「1本使い」で組み合わせて作ったことから誤差含みであることは自明。その上で、APB-3入手後の「0.数dBくらいの精度で測定できる」としてみた場合に少々目立っていることは分かっていました。

　-3dBと-10dB（このイメージには描画されていない）はかなりイイ線いっていて、さらに-2dBもまずまずなんですが、-1,-4dBがかなりズレています・・・といっても、ズレの大きい-4dBでも0.2dBくらいの誤差。気にしなければどうってことはないんですが、2本の抵抗を並列にして補正することは十分可能であることから、-1,2,4dBの抵抗をそれぞれ取り替えてみました。

　この換装をしても「ピッタシ

」とはなりませんでしたが、最も誤差が大きい-4dBでも10-40MHzの測定範囲で0.06dB程の誤差に押し込めることができました。これで、そこそこ精度良い測定ができそうです

　本命のミキサーの測定までは届きませんでしたが、まずまず首尾良く3連休を過ごすことができました。

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変動するダイオードDBMのIMD特性

2017-01-08

　昨晩まとめたSBL-1のIIPは、LOレベル+10dBm時に+24.5dBmという測定結果・・・無論、測定誤差は含むわけですが、Typicalで+18dBmというカタログ値とはかなり大きく食い違っていますね。こうなると、測定する環境を含めて「何か勘違いをしているんじゃないか

」という不安が頭をもたげてきます。もし本当に勘違いがあると、ここ何ヶ月かのIMD測定に絡むヘッポコ実験が、本当にヘッポコ実験になってしまいます

　そんな中、この手持ちでちょいと古いSBL-1のIIPのもう少し詳細な情報がどこかに落ちていないかとweb検索をぶん回していたら、「SBL-1-1LH」という"亜種"を発見しました。

　このDBMは、注意書きにある通り「非カタログ品」ということのようですが、LOレベルとして+10dBmを謳っており、手持ちのSBL-1に近いのではないか・・・と考えたわけです。そして、このデータシートにはIIPがきちんと纏めてありました。

　SBL-1のIMD測定は「RF：7MHz、LO：11MHz」というHFの下の方で実施、これに最も近いものを「RF：10.1MHz、LO：40.1MHz」と見立てると、LOレベル+10dBmの時のIIPは24.69dBm・・・測定結果とかなり近い値

測定結果の裏が取れたと考えていいでしょう

さらにこのリストの下の方に目線を移していくと、周波数によってかなりバラツキがあることが判りました。300MHz辺りは、かなり低くなっていますね。

　データシートのページを繰ると、この周波数によるIIPの様子がグラフに纏められていました。

　規則性は全く感じられませんね

さらに、LOレベルが高ければIIP的に有利ということも一概には言えません。例えば100MHz辺りの様子を見ると、このグラフのサンプルとしては最低レベルの+7dBmが良好なようですし、逆に最高レベルの+13dBmでは、450MHz辺りが突出しているものの高い周波数帯で「若干優位」といった程度。

　ここで気付いたのが、昨日纏めたSBL-1のLOレベルに追随しなかったIIPの様子。

　このデータを纏めたときはかなり奇異に感じました（緑色で囲んだ辺り）が、この点にも十分納得できますね。

　ダイオードDBMは、各ポートのアイソレーションや変換ロスが広帯域に渡って比較的フラットな特性であるという部分を拡大解釈し、IMD特性もきっとそうに違いない・・・という思い込みから、特にカタログスペックとしてIPを明示されているとそれがどの周波数でも概ね成り立つものと思っていましたが、これは素人の浅はかさだったようです

　これで、ダイオードDBMの特性まとめはお終いにしたいと思います。さぁ、次だ、次

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標準的な（?）ダイオードDBMの特性

2017-01-07

　短い冬休みはあっという間に終わりました。4日の仕事始めの日から若干残業するなど滑り出し好調とは言えませんが、2017年はどんな年になるのか・・・ここ暫くは流れに任せましょうかね

　元旦の翌日は”ヘッポコ実験タイム”が取れ、本当は「冬休みのメインディッシュ」の筈だった実験の前に「違った味見」をする気になり、簡単な実験を行いました。この実験自体は、記事にして記録しておくことにあまり意味があるとは思えないんですが、まぁ今後二度としないようなものなんで逆にきちんと纏めておくことにして、今日は忙しい合間にデータ採りをしました。

　「冬休みのメインディッシュ」とは、とあるミキサーのIMD測定であり、素直にそちらに手を付ければ良かったんですが、前から部品箱に転がっている少々古いDBM「SBL-1」でミキサーの測定方法・・・「2ジェネ」ことツートーンジェネレータとAPB-3、SGというキャストできちんと測定ができるのか試してみることにしました。

　このDBMは秋月で長い間扱われていましたが、既に販売は終了しているようです。そもそもこのDBMは、途中でマイナーチェンジして最大入力電力が下方修正され、それが現行モデルの「SBL-1+」に継承されたようです。写真に写っているのは（多分）マイナーチェンジ前のもので、当時購入時に貰ったデータシート・・・写真に写っている1枚っぺらには以下のように記述されています。

2信号3次歪みI.P.	+18dBm typ
最大入力電力	200mWピーク
最大入力電流	50mA

　ところが、肝心なLOレベルの適正値が何処にも書いてありません。後継と思しき「SBL-1+」の場合はLOレベルとして「+7dBm」と明示していますが、前述の通り最大入力電力が50mWになっていますから、手持ちのものはもう少しLOレベルを上げても良さそうです。この辺りは、実験で上手く導き出せそう・・・というわけで実験開始です。

　DBMの各端子はスナップの通りSMAコネクタで引っ張り出し、RFには2ジェネ、LOにはSG（HP8648B）、IFにはAPB-3を接続し、IMD／変換損失とLOレベルに対する依存性の形で纏めました。

　まずはIMD特性・・・LOレベルによってかなり変動しますが、「LO=+7dBm」辺りでカタログスペックの+18dBmくらいになります。ただ、そのままもう少しLOレベルを上げていくと「LO=+9,10dBm」辺りで+25dBm程度のIIPをマークするようになり、その後もなだらかながらLOに追随して"高IP"になっていきます。また、「LO=+2,3dBm」辺りに若干IIPが高いポイントがありますが、この原因はよく判りません。
　一方の変換ロスは綺麗な特性が出ています。「LO=+5dBm」より上では-6dBを下回り、大凡-5.6dBくらいでほぼ横這いになります。これは、カタログスペック的にもよく一致しています。

　この実験では、標準的なスペックと思われるDBMについてカタログ値が「本当なの

」というフォーカスで見てみました。実験自体は特に問題なく行うことができましたから、今回のデータが採れたこと以上に「メインディッシュ」も同じ方法でできそうだという感触を得ました。

　明日、明後日は特に用事もない休みになりそう・・・この2日間に、果たして「メインディッシュ」を頂くことはできるでしょうか

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アパマンハムでQRPっておもろいのん？