JP7FKFの備忘録

ヒトは,忘れる生き物だから.

TDR測定用のパルス生成器を作ってみた話

TDRって.

TDRとはTime Domain Reflectometryの略で,TDR測定というものは,時間領域反射測定ということになる.これで何をしようかというと,ケーブル類の障害点などがわかったりするのだ.なぜそのようなことができるのかというと,ケーブル類にパルス状の電気信号を入力すると,ケーブル内を伝搬する.ここで単一のインピーダンスを持つ同軸ケーブル内で障害があると,インピーダンスが不連続になったりする.このインピーダンス不連続点で,入力したパルスの信号の反射が起こる.この反射を検知し,入力したパルスと反射して戻ってきたパルスの時間差と,ケーブルの速度係数等を用いると,入射端から障害点(インピーダンス不連続点)までのケーブルの長さを求めることができる.

これは実際の通信の現場でも用いられており,例えば世界中に張り巡らされている光ファイバーがあるが,光ファイバーの障害を検知するためにこのTDRが用いられている.これはOTDR(Optical Time Domain Reflectometry)と呼ばれており,電気信号の代わりに,光を入射しその波形をモニタすることで,反射減衰量や,光損失,長さの測定ができるというものである.銅や樹脂で構成されている同軸ケーブル等でも,同じような測定が可能である.

今回は同軸ケーブル等の測定が行える,電気信号のパルスを出力するパルス生成器を製作してみた.

参考にしたのはこの記事である.
Nano Sec Pulser for TDR Measurement: アナログ回路のおもちゃ箱
この記事をもとに,回路図のトポロジはほぼ変えずに作った. 使ったものは,パルス発振器NE555,4回路入りコンパレータNJM2901,ANDゲート74HC08である.これは手近な部品を漁った結果,上記の記事にあるような高速コンパレータ等を用意できなかったことがある.とりあえず手近な部品で作ってみたという感じである. ただ,一つコンパレータの遅延用の抵抗値を変更している.少々高い抵抗に変更をしたので,立ち上がり時間が遅くなる原因になっているかもしれない.ちなみに,このパルス生成機で重要なのは立ち上がりが素早いことなのである.これにより分解能が上がり,より正確に距離を求めることができる.あと,使ったこのコンパレータはオープンコレクタ仕様になっていることに組み上げた後に気づいて発狂した.適当に出力ポートを抵抗を介して電源に接続してプルアップしておいた.

完成したモノはこんな感じ. f:id:jp7fkf:20171110171303j:plain
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電源供給用のDCコネクタ,電源SWとLED,出力用のBNCコネクタをケースに取り付け,内部の回路は適当にユニ基盤に実装してホッドメルトで固定している. これで測定を行うとこのような感じになる.
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一つ目のパルスと二つ目のパルスが見て取れると思う.この間隔を読み取ると約nsである.この測定したケーブルは1.5mのRG316のSMAケーブルをSMA-JJで2連結したものであり,末端は解放となっている.このRG316ケーブルの速度係数は0.7らしい.
パルス間隔は読み取ると約30nsであるから,これをもとに計算を行うと
length[m] = cvt/2
(ここで,c: 光速[m/s], v: 速度係数, t:遅延時間[s]である.)
から,
0.2998 * 0.7 * 30 / 2 = 3.1479[m]
ということで,BNCの変換ケーブルやら,SMA-JJの長さ等を考えると,ある程度の誤差がありつつも,大体のケーブル長が求められたと思う.

このように,インピーダンスの不連続点が電気的な測定で求めることができるのである. 例えば特性インピーダンス50Ωの同軸ケーブルの先に75Ωの特性インピーダンス同軸ケーブルを接続したりすると,合計3つのパルスが得られ,接続点で振幅が変化したりする.ちなみに末端をショートすると,振幅が逆になったパルスが帰ってくる.これは反射係数が1から-1までであり,ショート状態の場合は反射係数が-1となり,信号の符号が逆転するということを端的に表しているわかりやすい例だと思う.

という感じで,パルス生成器を作って,TDR測定ができることが確認できました.同軸が怪しかったりしたらこいつで測定して修理の目安になったりしてよさそうです.

References

SONY APMスピーカーのエッジ張り替えをしてみた話

身の回りに壊れたスピーカーがあったので修理してみた. スピーカーのコーン部分は,エッジと呼ばれる部品を通して外側のフレームに固定されている. このエッジは,コーン紙を支える役割や,ボイスコイル,コーン紙の振動により生じた音圧のうち,フロント側に出るものとバック側に出るものを分けてやる効果などがあるようだ.これがないと特に低周波でフロント側の信号とバック側に出た逆位相の信号が打ち消しあってしまい,キャンセルされて低音が出にくくなったりしてしまう.

このスピーカーエッジなのだが,素材としてウレタンが多く利用されていたりする.このウレタンは,長期間使用していると経年劣化で加水分解し,ボロボロになってしまい,スピーカーエッジとしての機能を果たさなくなってしまう.こうなってしまった当該スピーカーが以下のような感じだ.中を開けてみると.

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完全にウレタンがボロボロになり取れてしまっている.
一方はセンターキャップが凹んでしまっていたので手で曲げて直してやった. f:id:jp7fkf:20171110155816j:plain
曲げ直してあげてこんな感じ.薄いアルミ版か,スズかなんかでできているような気がする.とても柔らかい. ちなみにこのスピーカーはSONYAPMと呼ばれるシリーズで四角い平面の振動板が特徴であるそうだ.今回はこのウレタンエッジを除去し,このスピーカーに合うエッジを自作して交換してみた.

まずは振動板や外側のフレームに残留しているウレタンエッジを綺麗に除去するところから.完全に除去しないと音に影響があるとかそういうのはよくわからないが,交換するのだから前のゴミが残っているのは接着するときにもよくないと思う.なのでできる限り綺麗に掃除してあげよう.掃除には無水エタノールや,カッターナイフの刃とかを使ってあげて,ウレタンエッジを引き剥がしてやる.

さて,ここからが問題である. 高級なスピーカーだとメーカーからエッジ修理キットなどが販売されており,これを利用すると替えのエッジと,接着用のボンドなどがセットになっており,比較的簡単に交換が可能である. しかしながらこのAPMはそのようなものは提供されていないようで,しかも拾い物のスピーカなので,あまり修理にお金をかけたくはない.なのでスピーカーエッジそのものを自作してみることにした.

スピーカーエッジを製作するにあたって,材料は次のようにした.主材料は黒い薄い布を用い,これに液体ゴムを塗布する.流れとしては,まず,エッジとしての形を作るために,3Dプリンタでエッジの型を製作する.これに両面テープ等で布を接着し,形を作った上で液体ゴムを塗布していく.固まったら型から引き剥がし,適当な大きさに切って,スピーカーにボンドで接着する. 人によってはシリコンコーキング剤をシンナーで薄めて塗布していたりするらしい.私は下記の人の記事を参考にしながらやったのだが,この人はシリコンでやっていた.私は手近に液体ゴムがあったのと,水溶性で扱いやすそうであるから液体ゴムを選択した.
APM33W エッジ修理

このAPM スピーカーのフレーム,振動板の大きさを考えて,内寸48mm程度,外寸55mm程度,厚み3mm程度の正方形状のオブジェクトを作成し,各辺に接するような円を作成しなめらかなエッジとなるようにした.言葉だけではわからないので,モデルは以下の画像ような感じ.
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こいつを3Dプリンタで出力して型にする. これに黒い布を両面テープで接着して,液体ゴムを塗る. 塗って乾燥を2〜3回程度繰り返し,厚みを調整する.これは好みの暑さになればいいと思う.私はそれなりの形状保持ができる程度の厚みとした. これを実際のスピーカーユニットに適合するように切断して
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ボンドで接着をする. f:id:jp7fkf:20171110160927j:plain
見た目はエッジっぽくなった.
ちなみにボンドはこいつを使った. コニシ ボンド Gクリヤースリム #14329 20ml
乾燥したら組み上げ直して,いよいよ音を出す. エッジがボロボロだった時とは打って変わって,低音がしっかりと出力されるようになった.好みでエージングとかやって見ても良いと思う.

というわけで,スピーカーエッジはうまく動いているみたいです.前までは低音が全然出なくて聞くに耐えなかったけど,いまでは問題なく聞けるレベルになっています.めでたし.

References

FCC試験にチャレンジした話

日本でアマチュア無線を楽しもうと思うと,日本無線協会が主催する試験に合格するなどして,1〜4級のアマチュア無線資格を得て運用を開始することが一般的だ.この度米国管理下の土地で運用をすることとなり,米国のライセンスが必要となったことや,もともと米国のコールサインがほしかったこともあって,FCCアマチュア無線試験を受験してみた.その時のあれこれを少しだけ書いておく.

米国アマチュア無線試験(FCC試験)は,実は国内で受験することができる.というのも,すでにFCCライセンスを所持しており,ARRLなどのVECに認定されたボランティア試験員(VE)による試験が行われているからである.この試験員のもと試験を受け,結果を米国に送付し,審査され,無事通ればライセンスゲットということになる.面倒なお役所が主催する試験をわざわざ受ける必要がなく,全国に数多くいらっしゃるボランティア試験員のもと試験を受けるだけでライセンスが手に入るといういかにも米国らしいシステムである.このほうがアマチュア無線人口も増えそうだし日本もこんな感じにすればいいのにとか1mmくらい思っているけど,あんま変わらないか.

受験するにあたって一番めんどくさいこと

受験に際して必要なもので,一番めんどくさそうなのが米国内の住所である.これはもともとは免許を送付したり,お叱りを受けた時にお手紙を受け取ったりARRLのニュースを受け取ったり?するために必要だったが,今ではもうFCCのweb からライセンスのOfficial Copyがダウンロードできるし,免許を受け取るにあたって住所はあまり重要ではない.しかしながらそれ以外の目的で使われることもあるので必要である.海外に知り合い,お友達がいる場合はその住所を借りることもできるだろうし,海外の郵便局に私書箱を借りてそこを使うという手もある.これを用意するのが意外とめんどくさいものだ.

受験できそうならまずはFRNをゲットする

FCC Registration Numberというものをあらかじめゲットしておく.これはVEC Tokyo-VE Teamに詳しく書かれており,これを参考にすれば良い.

いよいよ受験.ささやかな受験体験記.

受験するには各地のVEチームのwebサイト等から受験申し込みをする.セッションの日程が公表されているのが一般的であろうから,そこから自分が受験できそうなセッションを選んで受験申し込みをする.申し込みさえすれば,後は勉強をするのみ.勉強は,ARRLのページにQuestion Poolというものがあり,試験に出る問題はこの中にすべて記載されている.はっきり言ってしまえば,全問題の答えを丸暗記してしまえば確実に合格できてしまうのだ.たとえ理解できていなくても.
Question Pools - ARRL
ここに,Element2から4の問題がある.Element2に合格すればTech.級,Element3まで合格すればGen.級,Eleemnt4まで合格すればExtra級のライセンスを得ることができる.私はこのQuestion Poolの全てのElementの問題を全てプリントアウトしてファイリングした.試験2週間前程度から読み始めたのだが,なかなか苦戦するものである.私は英語が堪能ではないので,まず問題文と選択肢の英語で躓いてしまった.しかしこれは少しずつ辞書を引いたりしつつ問題をこなしていくうちに試験問題のボキャブラリーは溜まっていくもので,問題文を眺めていくうちに英語には慣れた.米国で特徴的な法律関係の問題は,できるだけ頭を素にして,素直に理解するように心がけた.反対に工学系の問題は,自分の知識をうまくmixして問題に向かった.工学の基礎となる物理現象,電磁気学は世界共通であるから,これは自分の理解でほとんど賄うことができた.しかしながら勉強を始めるのが遅かったせいで,試験当日までGen.までの問題しか見ていなかった.

いよいよ試験である.試験に必要なものは15$程度の試験料金,FRNのナンバー,Form 605 Application, 筆記用具,場合によって電卓などである.電卓は関数電卓でない一般的なものであれば利用可能らしい.試験は問題冊子と解答用紙,計算等のメモに利用できるスクラッチペーパーが渡されて実施される.解答は自分の解答を黒く塗るタイプであった.問題用紙にはFRNのナンバーと,米国内の住所を記載する必要があるが,私の試験を主催してくれたチームでは,それらを覚えていられなければ付箋1枚に記載して机に貼り付けることが認められた.私はとりあえずGen.まで受かればいいかと思って試験を受けた.Element2, Element3は意外と問題を忘れてしまっていたりしてかなりドキドキだったが,いずれも合格だった.FCCの試験は受験して解答用紙をVEさんに渡せばその場ですぐに採点してくれるのが大きな特徴だ.その後Element4も受験した.落ちるのを覚悟の上の受験だったが,問題は意外と工学の内容が多い上に,法律の問題もElement3までの法律の雰囲気がわかっていれば解けそうなものであった.工学の内容が多かったことはとてもアドバンテージとなり,普段勉強している電子工学系や,EME等でお世話になっているJT65などの専門的な問題を解くことができたように感じた.受かるとは思っていなかったが,Element4にも合格し,私は晴れて1day Extraとなったのだった.

合格後は

合格すると,CSSEと呼ばれる証明書を受け取る.複写されたものは605application とともにARRLに送付されて審査を受けるようだ.私の場合は5日程度でULSに免許情報が反映された.なんと早いことだろう.日本なら受験して合格発表されるまでに1ヶ月以上?さらに局免を申請して受け取るまで1ヶ月というところだろうか.試験を受験してから電波を出すまでに2ヶ月以上かかることになる.それに対しFCCライセンスは試験を受験してから1週間程度で電波を出せてしまうのだ.米国のこのスピーディーなシステムには非常に感心するところである.

そんなこんなで私は10月にExtraライセンスを手に入れていたのだった.
これがCSCEと呼ばれる証明書. f:id:jp7fkf:20171108105654p:plain
ライセンスはULSからダウンロードできる.またメールでの通知もある. f:id:jp7fkf:20171108110153p:plain

References

アンテナチューナを自作してみた話

アマチュア無線をやっていると,無線機とアンテナを接続して電波を出すことになる. アンテナと無線機は一般に50Ωの特性インピーダンスで統一されて設計されている. この特性インピーダンスがアンテナと無線機であっている(整合している)ということは,無線機から電波を出す上で大変重要なファクターとなる. なぜなら特性インピーダンスが等しくないと,インピーダンスの不整合点で反射波が生じ,反射波と進行波の波の合成によって定在波が生じる.これはいわゆるSWRやVSWRと呼ばれるもので,定在波比というパラメータで大きさが評価されることになる. 定在波比は1が最小で反射波がない状態,最大は無限大で,これは進行波(送信した波)と反射波(帰ってきた波)の大きさが等しい,つまり送信した波がすべて反射して帰ってきてしまっている状態を示す.一般にVSWRは1.5以下であればよいなどと言われている.私もそのあたりが大体の目安になると思っている.

前置きが長くなったが,このアンテナと無線機の間のインピーダンスが仮にあっていなかった場合,それはアンテナを作り直したりしないといけない.さらに細かくいうと,アンテナのインピーダンスというのは周波数によって変化するものなので,少し周波数がずれただけでVSWRが著しく大きくなってしまうこともある.特に短縮してあるような帯域が狭いアンテナを使っていたりするとこれは顕著だ.そこで登場するのがこのアンテナチューナーである. アンテナチューナは主としてコイルとコンデンサから構成されている. これらのLとCをうまく調整してアンテナと無線機のインピーダンスを整合してやるというものだ. 整合するためになぜLとCを使うのかは,スミスチャートを用いて解説することができるが,ここでは割愛する.簡単に言えばLとCを直列や並列にうまく置いてやると,整合が取れてしまうのだ.Rを入れない理由は損失を生じさせたくないからである.

今回はHFで使えるようなアンテナチューナを製作した. 回路的には250pF(1kV)なバリコンを2つ,4μHくらいの手巻きのコイルを用意した. これらを使ってΠ型マッチング回路を構成した. Cが並列,次にLが直列,さらにCを並列にしたような回路である. このLにはタップを取ってあり,このタップのセレクタースイッチとしてロータリースイッチが付いている.こいつを回すことでLの値を変化させることができる. バリコンはただ固定されていてつまみがついているだけ. 同軸コネクタはHFでの利用を考えているのでMコネクタをつけた. こいつらを回路通りに組み上げる. 回路はこんな感じ. f:id:jp7fkf:20170822184128p:plain:w500

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コイルは直径29mmくらいの適当なパイプに巻きつけてだいたい20回くらい巻いてみた. これはかなり適当.作ってみてどのくらいインダクタンスがあるか測定して考えようと思っていた. 巻いたら一旦パイプから外して,アクリル板に穴を開けまくったいたを通してくるくると入れていく.これが保持具となる. これでだいたい4μHくらいあった.7MHzで使うには少し足りないかもしれない.3.5MHzで使うなら完全に足りないので,あとで追加でもう少しLを入れてあげる必要があると思っている.これはあとあと改良予定ということで. f:id:jp7fkf:20170822184603j:plain:w500
配線は3D-2Vの割と細めの扱いやすいケーブルで配線を行なっている.GNDラインは3D-2Vの外部導体の編み込み線を使って配線した. コイルのタップはコイルの良さげなところ(完全に勘で適当)をヤスリで削って被覆を削り,銅を露出させて予備半田をしておく. これに同じく予備半田を施した錫メッキ線をいいかんじにはんだづけしてやる.ロータリースイッチ側も同様にして配線. これでくるくるとロータリースイッチを回してタップをいじれるようになる.

さっくりみてみた感じはちゃんとチューナとして動作していそうなので一安心. これである程度アンテナのインピーダンスがずれていても使えそうです.よかった.

References

第36回電通大コンテストに参加した

7月下旬に開催された電通大コンテストに参加していた.
QSO数は前回参加(第34回)したときよりも落ちてしまい113QSOだった.
10QSOも落ちてしまった.反省するべき.

CWを聞き取る能力も落ちてしまっているし,もっと訓練が必要.
あとはrunとS&Pの比率もこれでよかったのかと反省.
たぶんもっとrunを増やしても良かったのかもしれないと思っている.
このQSOで入賞はかなり難しいだろうと思う.たぶんまた10位代くらいなのだろうなぁ.
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==第36回電通大コンテスト==
Date: 平成29年7月22日17:00 〜 20:00(JST)
Call: JP7FKF/7
Category: シングルバンド部門7MHz
QSO: 113

ScanSnap S1500のパッドユニットのパッドを交換してみた話

ScanSnap S1500をオークションで入手したのだが,パッドユニットのパッドが相当磨耗してしまって重送が起こっており,スキャン時のストレスがひどかった. このパッドユニットというものは,ただのゴムがいいサイズにカットされていい角度に配置されているだけなのである. このゴムの部分が磨耗しているので,ゴムを交換してつけてやればいい.

パッドユニットは5万枚,ピックローラーは10万枚で交換しろということになっている. パッドユニットは2000円くらいで,ピックローラーは6000円くらいだったような. ちょっとお高めなので,自分でゴム部分を交換してみることにした.

やり方はいたって簡単で,すでにあるゴムを取り外し,それを型にして新しいゴム板から同じようなパッドを作ってやって交換するだけである.

まずはパッドユニットを取り外す. f:id:jp7fkf:20170815153858j:plain:w500
裏の金属の留め具をスライドさせてやるとパッドを取り外すことができる. f:id:jp7fkf:20170815153953j:plain:w500
薄いプラスチックが挟まっているがこんな感じで取り外せる. f:id:jp7fkf:20170815154041j:plain:w500
シリコンゴムを切り出した. f:id:jp7fkf:20170815154154j:plain:w500

ちなみに使ったシリコンゴムはMiSUMiのシリコンゴムシート,ショアA70の2mm.
シリコンゴムシート-標準・高強度タイプ- - MiSUMi-VONA

切り出したものをもとどおりに組み上げ f:id:jp7fkf:20170815154642j:plain:w500

金属の留め具ももとどおりにつけてあげて,パッドユニットをもとどおりにつけてやる.
これでばっちり重送もなくなり,快適にスキャンできるようになりました.

References

3GHzくらいまで使えるダミーロードを自作した話

BARRY TA50-R0-60-2Qっていう終端抵抗が以前秋月で販売されていた.
残念ながら今はもう販売されていない.
60Wと250Wのものがあって,250Wは下記のようなパッケージで販売されていた.
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60Wのほうは結構高周波まで使えて,2.5GHzくらいまでは仕様上行けるようだった.

この60Wのものを真鍮の基板にマイクロストリップ線路とSMAコネクタをつけてダミーロードとしてみた. f:id:jp7fkf:20170815140217j:plain:w400
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なかなかよさげである.

特性はというと,
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(マーカーは測定点を表しているわけではないので注意.マーカーは無視してください)
だいたい3GHzくらいまではS11が概ね-20dB以下になっているようである. -20dB以下というとSWRにしてだいたい1.2〜1.3以下というところだから,十分許容範囲ではないだろうか.

1.5GHz付近のピークでも-19dB程度,3GHzでも-18dB程度でこの場合も,いずれもSWR1.3以下に収まっている. もちろんアマチュアバンドの430MHz帯などでは,-27dBほどあり,SWRで1.09で全く問題ない.

250Wの物も持っているので,これは放熱器をたっぷりつけて大電力用にしてみようと思う. 高周波特性はデータシート的に60Wのものよりも250Wの方が悪くなるが,それは仕方ないことである.
ということで,割と使えそうな代物ができました.簡易測定くらいならこれでいけちゃいそうですね.