OPantennaの改良 その2

OPantennaはチップだけではなく、回路的にも見直ししています。写真は試した回路の中でもまぁまぁ・・・使えるかも?の4枚。

プレットボードで実験できるのでラクチンですが、結構ネチッコク実験しないと実験にはならないことも多く、結構大変です。
高速OPampなので、ギガヘルツで発振(?)していたり・・・。

左端はADA4817×3のVフォロア回路2を4817で加算したもの。コンバイナーをオペアンプにさせました。
シミュレーター通りに動作しましたが、オペアンプの加算ってミキサーそのものですよね。こういう高速のオペアンプ使えば、コイル無しのミキサー、簡単に作れますね。

2本のプローブで感度も2倍・・・という皮算用でしたが、近くに金属があると、その影響を受けて感度が大幅に低下する・・・というOPantennaの大原則が優位で、2パラ化の恩恵は相互影響により消えてしまい、1本より感度が悪い・・・という結果でした。

左から二番目はADA4857のチップテスト。ADA4817より安価で似た性能を持っているので、コストダウンできるか試してみましたが・・・・・
確かに動作はしますが、混変調に弱くて4817に比べて、低いレベルで飽和しちゃいます。データシートで歪み特性が4817より少し悪いことは判っていましたが、これほど差があるとは！
どうやら、僕はいつのまにかADA4817の限界までコキ使っているようです。

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OPantennaの改良

OPantennaの改良をしていますが、なかなかオリジナルをこえるものになりません。
ADA4817を超えるチップが開発されていないのか、僕が見つけられないのか、いづれにしてもチップの使い方としては例外だと思うので、アンテナにピッタリ♪なオペアンプは見つかりません。

OPantennaは利得を持たせることが可能ですが、利得を上げすぎると中波放送のカブリと混変調でメロメロになります。
それこそオペアンプのフィルターで中波帯はある程度カットというか、相対的にレベルを下げることはできますが、上手にカットすることは難しいです。

そこで方向性を変えて、小さいプローブに増幅回路の組み合わせから、プローブを大きく、オペアンプはボルテージフォロアの利得ゼロのS/N重視のアプローチにしてみました。

また、せっかくオペアンプを使っているので、複数のオペアンプを組み合わせて、OPantennaを加算・減算してみることにしました。写真のADA4817ボルテージフォロアで中波放送局で混変調が起きるギリギリ手前まで大きなプロープを取り付けた試作品。
上と下は金属のプローブの長さが3cm異なりますが、長い方だと3-10Nhzで約3dB程度長い方が感度が良くなります。
もちろん、中波帯の感度もあがりますので、混変調に注意が必要です。

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Intel Core i7 - 4770Sへアップグレード

JTDXのデコーダーをDeepにすると、結構解読率が上がることが判りました。たぶん、僕のところはノイズで信号が欠けることが多いため・・・と理解しています。

で、フト、CPUの負荷を調べたら、デコード時には100%になっているようです。いつも2バンド受信しているので、JTDXもメインとサブ用にそれぞれ立ち上がっているので、負荷は二倍になっています。
ご覧のように15秒ごとに天井近くまで柱が立つ状況です。

デコード結果も負荷のためか、パラバラと時間をかけてでてきます。

ということでパソコンのCPUを交換してみることにしました。マザーボードなどは一切変更しませんので、このパソコンを購入した当時に現役だったCPUの中から選びます。

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OPantennaの性能確認

先日完成したポータブル版の感度がどうも今一つ。回路は同じなんですけど、配線間違えたかなぁ・・・。
という状態で、感覚ではなくまずはデータで確認してみました。

アンテナが小さいので、ペンキ缶の中に入れて、APB-3のネットワークアナライザの出力をペンキ缶へ、OPantennaの出力をアッテネータ経由でネットワークアナライザの入力に接続して計測しました。

絶対値は判りませんが、基準となるアンテナとの差は一目瞭然です。

ボルテージフォロアの場合をOPantennaの基準としていますが、やはりポータブル版は全体的に悪いですね。やっぱりな～～～
モービルに取り付けてワッチしても、ちょっと悪いなぁ～～って感じでした。

以前製作したオリジナル版は苦労しただけあって、いい感じの周波数特性がでています。年月かけてチューニングした結果だと思います。

OPantennaのポータブル版

miniホイップのオペアンプ版と毎回書くのも大変なので、OPantenna(オペアンプ アンテナの略)と呼ぶことにしました。
最初チップアンテナにしようかと思いましたが、既に高い周波数用のデバイスとして存在してスマホなどで使われていました。

OPantennaは金属板などで捕らえた微小な電圧を、オペアンプで増幅する仕組みで、当然ながら受信専用アンテナです。
切手数枚程度の金属板をアンテナ代わりにして、高速オペアンプならV～UHF帯までカバーできます。広帯域受信機と相性が良さそうです。

そこで、実験が終わった金属ケース入りのOPantennaの基板を活かして、006Pの乾電池と同軸給電、両方で使えるポータプル版のOPantennaを作りました。

006Pを納める関係と工作の容易さから、ケースにはタカチのSW-130を選びました。コネクタはBNC-Pの手持ちが無かったのでBNC-Jとして、受信機やモービル基台には変換コネクタ経由で固定するようにしました。

当初は金属ケース、プローブは外付けで構想しましたが、金属ケース版でのテスト結果をみる限り、金属ケースだと肝心の短波帯での感度低下が大きいため、従来通り非金属ケースとしました。

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miniホイップのオペアンプ版のプローブについて

mini-Whipでは、ハイインピーダンスにして微小な電圧を検出する部分をプロープと呼んでいます。プローブは良導体であれば形状などは特に決まっていないようです。

mini Whipの場合は、本体回路の上の生基板の銅箔をそのままプロープにしています。薄い銅板で、面積は切手4枚程度だと思います。

プローブは電波を捕らえる重要な部分ですから、本当に銅板がいいのか、確認してみることにしました。参加したのは写真の4種類。左から

1. 3mmΦアルミ棒
2. ハンディ用50/144/430 トリプルバンドホイップ
3.切手3枚分程度の銅板
4. 3の二倍の面積の銅板+10D同軸の芯線

APB3のネットワークアナライザを使って、金属缶の中に試験アンテナを吊るてし、静電結合させる方法で計測してみました。M型コネクタはBNC-Pに変換しています。

さて、どのプローブが一番感度が良いのかな?

個人的にはバンドは違えど、広帯域な特性を持っているハンディ用のトリプルバンドホイップじゃないかと予想していました。
そこでトリプルバンドホイップを基準にしてデータを取りました。

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miniホイップのオペアンプ版の入力インピーダンスと感度

高いインピーダンスで電圧の変化のみで電波を受信するのがminiWhipの原理なので、入力インピーダンスが低くなると、当然ながら普通のアンテナみたいに、長い(大きい)プローブ(エレメント)が必要になる・・・ハズです。

つまり、miniWhipの入力インピーダンスを下げると、アッテネーター的に使えるのです。これは以前に実験済。但し、周波数特性的に、アッテネーター的に働くのは低い周波数で、高い周波数は入力インピーダンスが低くなっても、それほど感度は低下しません。

そこで入力バイアス抵抗をボリュームに置き換えて、アッテネーター代わりになるようにしてみるのが今回の実験です。
前の記事のように、モノはできあがりましたので、早速データを取ったのが冒頭の図です。

APB-3のネットアナ機能で、mini-Whipのプローブは静電結合(ブリキ缶の中にプロープを吊るす)させて計測しました。
絶対値はいい加減ですが、バイアス抵抗値の変化による感度の変化は相対的に見て取れます。

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miniホイップのオペアンプ版アンテナの金属ケース版

miniホイップのオペアンプ版アンテナの入力部は1MΩ～数十kΩのハイインピーダンス回路ですから、基板の状態でも近隣の電波を受信してしまいます。

今回製作した基板は金属ケースに収納するため、コネクタはアンテナ側も色々と接続しやすいBNCにすることにしました。もちろん、インピーダンスは整合しませんが、ハンディ用のホイップ等を装着できる利便性優先です。

基板には当然ながらプローブは付いていませんが、テストで通電してみると、954kHzのTBSが9+20dBで聴こえました。アンテナとなる部分は基板上のアンテナ端子～オペアンプの入力端子、及びそこに接続する周辺回路ですが、基板が小さいので、アンテナになりそうな配線の総長は10cmもありません。

そうです。基板だけでも、基板の配線でも受信しちゃうのです。ということは、接続したプローブの差以外にも、基板の違い(配線方法?)でも受信状態が変わることになります。

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FT8モードのモニタリング その2

昨年から160/80/40/30mの4バンドをpskreporterにスポットしています。

デジタルモードだと、信号強度がdB単位でわかるので、アンテナの良し悪しをより客観的に判断できるようになります。

受信アンテナの種類や設置方法、場所、高さなどを変えてみて、より良い結果になるように工夫しています。

現在はHFのヤギの上にV/U用のホイップに並べてminiホイップのオペアンプ版アンテナを使って受信した結果をスポットしています。
図は4バンドで24時間の受信結果です。

淡い緑が160m、ピンクが80m、紺色が40m、濃い緑が30mです。miniホイップのオペアンプ版アンテナでもかなり受信できることが判ると思います。
BCLでは高性能な受信アンテナとして有名な、303WAとminiホイップのオペアンプ版アンテナを比較してみると、miniホイップのオペアンプ版アンテナは303WAとほぼ同等程度の性能を持っていることが判りました。

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