LF/MF Rx用プリアンプ、パーツの検討

仕掛中のLF/MF Rx用プリアンプですが、

自分でアップした写真を改めて見て、ビックリしました。

回路図では22kΩなのに、写真には「222」すなわち2.2kΩの抵抗が写っています。

改めて引っ張り出しました。

2.2に見えますか？

多分10年以上前に買ったような気がしますが、

数えきれないほどの失敗作、こんな所にも原因があったようです。orz

なお、この後に買った抵抗は、手書きではなく「223」のようなスタンプに変わっていました。

そうこうしている内に、オクで購入したNE592が届きました。下が中華プリアンプから外したicです。

早速差し替えてみましたが・・・

オリジナル、気持ちだけゲインが大きい

ICは真性のようです。（疑ってごめんなさい）

それにしても、SGから漏らした137.5kHzの信号は見えているのですが、他の信号は消えてしまいます。

アンテナとしての動作モードが違うのでしょうか？

ちゃんと勉強しておかないと駄目ですね。つくづく思います。

頭を冷やす意味で、虎の子の小信号用アンプを引っ張り出しました。

これも某オクでの入手ですが、ミニサーキット社のアンプです。

このアンプで一晩受信したのをベースにして、比較しようと思います。

メーカー製が有るのに何で？と思うかもしれませんが、

道楽なので仕方ないですね。hi

中華NE592ループアンテナ用アンプ

23日の夕方帰宅すると、こんなものが届いていました。

今月の初め、長中波帯のプリアンプを見て回ったのを見つかり、何度も勧められるうちついポチったものです。

NE592はかつてはビデオアンプの定番としてポピュラーだったそうです。

アマチュア的にはループアンテナ増幅用の応用例もよく見かけます。例えば、

ところで、上の小さな図、7と2のGain Selectピンに、4.194MHzのクリスタルをつないで選択度を持たせているのでしょうか？

データシートを見ると、LCRによるフィルターの式があります。

余計なことが気になります。hi

ついつい、バーツ代や秋葉原までの往復と比べると安いような気がして、余計なものを買ってしまいます。

で早速投入したのですが、結果は「今一つ」どころか「10dB近く」見劣りするものでした。

確かにゲインはあるので、耳で聞くと効果は絶大です。

が、WSJT-Xのウォーターフォールを見ると、ノイズもしっかり増幅しているようで、S/Nはむしろ悪化しています。orz

グラフは、毎晩コンスタントに見えているJH1OFX OMの137kHz FST4W 900秒モードのS/Nをプロットしたものです。

12月21日は、2SC2712 一石のシンブルなアンプ。

22日は、2SC2712 二石の差動型アンプ。

23・24日は、中華NE592の差動型アンプです。

ここで気になるのが、ICのスタンプが妙に「はっきり」、「くっきり」している事です。

コンデンサもロスが大きそうな？

ヤフオクで NE592を出品している方が居られたので、落札してみました。

届いたら差し替えたいと思います。

LF・MF受信用差動型プリアンプ

 しばらく前から仕掛けている長波・中波帯のWSPRとFST4Wモニターですが、諸先輩のレポートと比べるとかなり見劣りします。

多くの局はミニホイップ系のアンテナを使っているようなので、そちらに方向転換しようかと思いますが、最後の足掻きで差動型のプリアンプを作ってみました。

というのは、定評のあるLZ1AQのループアンテナ(1)やM0AYFの例(2)(3)では差動型のアンプを使用しているようです。

(1) Wideband Active Small Magnetic Loop Antenna

http://www.lz1aq.signacor.com/docs/wsml/wideband-active-sm-loop-antenna.htm

(2) A Wide Bandwidth Active Loop Receiving Antenna.

https://www.qsl.net/m0ayf/active-loop-receiving-antenna.html

(3) HF active receiving loop antenna

https://www.qsl.net/m0ayf/G8CQX-Loop-antenna.html

しかし、あまり難しいところを狙っても手に余ります。

ふと、夜中に目を覚まして、LTSpiceを立ち上げ、先ずはシミュレーションをしてみました。

最初は、(3)の2石をベースにして、パーツをどんどん減らしてみました。

が、なかなか期待するようなゲインに届きません。

また、トランスの材質や巻数比をどのように設定したらよいのか？分からないことだらけです。

で、あちこち眺めている内に差動増幅にはカレントミラー(4)という手法が付き物のようです。

仕組みは良く分かりませんが、回路に追加して試すと、負荷抵抗を高くしたような効果があり、増幅度が5～6dBアップするようです。

(4) カレントミラー

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AB%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%83%88%E3%83%9F%E3%83%A9%E3%83%BC

最終的に、こんな回路になりました。

トランスは実物の値

昼過ぎに、プリント基板の切れ端を削りました。

小さくしているのは、うまく行ったら塩ビ管に詰め込もうという魂胆です。

トランジスタは手持ちから、増幅用2SC2712-GR 2SC21712-GR、カレントミラー用2SA1162-Yです。

対になる片側のピンを裏側に曲げて、強引にひっくり返しました。

素人の特権です！ hi

部品が少なくひっくり返したおかげで、パーツの配置はほぼシミュレーションの回路図どおりです。

肝心のトランスは、#73のメガネコアに1次側10回、2次側は5か6回です。（気が散って数え違いました）

インダクタンスは133uHと58uH

晩飯前にできたので、mini VNAで特性を見ました。

アンプの後ろに30dBのアッテネータが入ってます。

10MHz辺りまでは何とか使えるかな？

10kHz～100MHz

200kHz～1MHzはほぼフラットでした。

10kHz～1MHz

もう少し下げたいのですが、トランスを2000uH：200uH位にできれば、もっと良くなりそうですが・・・

思案中

細い線で巻き数を増やすか？　コアを2段にするか？

昨晩、19時過ぎにモニターを再開しました。

トランスで直流的に絶縁されているせいか、思ったよりノイズは少なそうです。

結果の判断は、もう2～3晩見てからにします。

50MHz MS - 2021年 ふたご座流星群

　早いもので"ふたご座流星群"の季節になりました。

　今年は、JA9BOH(SK)OMの信号を見れないのが残念です。

　メールで「MSの場合、アンテナは何方に向けたら良いのですか？」とお尋ねしたところ、詳細な情報やアドバイスを頂いたことを思い出します。

国立天文台のページ

　国立天文台のニュースによると、「2021年のふたご座流星群の活動は、12月14日頃に極大を迎えます。」との事。

　また、「ふたご座流星群の活発な時期は比較的長く続きます。12月13日の夜から14日明け方にかけてと、14日夜から15日明け方にかけての2夜に渡り、普段よりも目立って多くの流星を見ることができるものと予想されます。最も多く見えるのは、14日未明（13日深夜過ぎ）に月が沈んでから明け方にかけての時間帯（東京では2時から5時頃）で、このときに空の暗い場所で観察した場合の流星数は1時間あたりおよそ40個から50個が予想されます。また翌日の15日未明（14日深夜過ぎ）の月の入り前後（東京では2時から4時頃）も多めの流星数が期待され、同様に空の暗い場所で1時間あたりおよそ30個から40個が予想されます。」と書かれています。

　昨日の朝、50.260に合わせて置いたところ、JM1SZYさんの信号（直接波）を何度かデコードしていました。

　北米やEUは年間を通してアクティビティがありますが、JAは流星群の極大期に限られる傾向があります。　人様の事は言えませんが・・・

　夜中にふと思い立って、画面のようにセットしてみました。

アンテナ：3エレ八木

受信機：RedPitaya

SDRソフト：SparkSDR

解読ソフト：WSJT-X 

MODE:MSK144

Dial周波数：50.260MHz, 50.380MHz USB

50.313MHzのFT8はオマケ

　こんな構成で、1週間ほど受信したいと思います。

　PSK Reporterに流すようにしておきますので、興味のある方は飛んでるチェックしてみてください。

　流星が無くても、飛行機で結構反射するので、日中というか離発着で混みあう時間帯の方が良く見えるかもしれません。hi

　なお、設定した二つの周波数は、最新版WXJT-X v2.5.3のMSK144用デフォルトQRGです。

　50.380MHzの方はあまり使われていないので、気軽に試せると思います。

　ぜひトライして見てください。

LF/MFの受信

 この半月ほどLF・MFの受信にハマっています。

発端は、10月末にスゥエーデンの長波局SAQが17.2kHzで試験送信するというニュースでした。

「SAQ Grimeton UN-Day Transmission on October 24th, 2021」

https://alexander.n.se/en/saq-grimeton-un-day-transmission-on-october-24th-2021/

残念ながらSAQには間に合わなかったのですが、

意外に良く聞こえる（見える？）シールドループの拡大版を作ってみようか？と思いつきました。

直径は大1.8m、小0.8m

構造は、長さ6メートルの2.5D2Vの真ん中で、メガネ型に重ねたコアに3回巻きつけ、両端の芯線とシールドを互い違いに接続した、いわゆるメビウスループです。

給電（カップリング）は、同じく2.5D2Vをコアの反対側から3回巻き、外皮を剥いてシールドに芯線を接続してします。

3t:3t

両方とも同じ構造ですが、小さい方のループは同軸が5D2Vでコアの通過は1回だけです。

（1回しか通せなかった）

両アンテナの出力をTinySAで見るとこんな感じです。

緑：小、紫：大

レベルの差だけでなく、拾っている信号の強弱（得手不得手？）がかなり違います。

全周6mは、HF帯ではもはや「スモール・ループ」の特性（利点）は失われているようです。

また、VHF帯の信号が想像以上のレベル入っています。

スカイツリーまで直線で約6KM

さて、SparkSDRで受信していたところ、11月中旬、474.2kHzのWSPRでたまたまVK4YBがデコードできました。

他のJA局に比べて、かなりS/Nが悪くまぐれ当たりのようです。

どうやら、BCやVHFの信号でフロントエンドが飽和している。あるいは、AGCが掛かってVLFやMFは抑圧されているようです。

という訳で、BC帯から上をカットするためのLPF（ローバスフィルター）を作ることにしました。

シミュレーションの回路と特性

コイルには、手持ちの33uHのチョークを使い、解いたり足したりして調整しました。

残念ながらスパッとは切れなくて、474kHzでは6dB近いロスがありました。

そもそもが同軸のループでレベルが低いため、無視できないロスです。

少し増幅したいと思います。

当初、DCから数ギガまで使えるMMICでトライしましたが、なかなか上手く行きません。

過大入力に弱いようで、簡単に飛んでしまうのです。

あるいは高い周波数で発振しているのかも知れません。

で、少し頭を冷やすと、スペクトラムの下端、オーディオに近い周波数でGHz帯用のICを使うのも勿体ない話です。

ここは、オーディオ用の低雑音型トランジスタが適役かも知れません。

という訳で、トロイダルコア活用百科をあたってみると、良さそうな回路がありました。

ぼやかしてます

LTSPICEでシミュレーションしてみると・・・

MF以下には、頭にチョークを入れるとさらに良さそうです。

PCBの切れっ端を削り、こんなものを作ってみました。

トランジスタは2SC2712GR

MiniVNAでみると・・・

10kHz-3MHz

30dBのATTが入っているので、136kHzが29dB、474kHzが25dBくらいのゲインになります。

数日前から、この状態でHermes Lite 2につないで、136と474を毎晩モニターしています。

ソフトは、当初はSparkSDRをつかいましたが、仔細に見ると妙なQRHがあるのに気が付きました。

そこで、Power SDRに切り替えて、RX1(136kHz)をVAC1、RX2(474kHz)をVAC2に流し、WSJT-Xを受信していました。

10個（インスタンス）のWSJT-Xを起動

切っ掛けになったVK4YBの、今月に入ってからの釣果です。

－・・・－

野暮用やら何やらが続き、高いところの宿題が片付きません。hi

アンテナ用ワイヤの短縮係数など（NEC2 for MMANAにトライ）

バタバタしている内に10月も終わりそうです。

なかなか纏まった時間が取れず、Hex Beamが捗りません。

本当は忘れてしまえば（考えなければ）良いのですが、つい余計なことを考えてしまいます。

・ひとつ目は、24MHzのエレメントです。

やはり短すぎるようで、高い方に同調します。

・二つ目は、10MHzの追加です。

スプレッダーを少し長くして、14MHzの外側にダイポールを作るのが定石だと思います。

しかし、そこは下手の横好き。

かなり空いている14MHzと18MHzの間に、挟めないだろうか？

と思いついて仕舞いました。

MMANAでシミュレーションしてみると、18MHzは若干落ちるのですが、挟んだ10MHzが反射の役に立つのか、逆に14MHzは少し良くなるようです。

いずれにしても、14、18、24MHzのエレメントは長さを増減する必要があります。

他のバンドも、ルーフタワーの地上高（屋上高？）が低いので、全体にバンドの下端に偏る恐れがあります。

机上の空論を振り回している内に、だんだん気が大きくなって、

いっそのこと全部作り直してみようか？

と、すこし実験を始めました。

線材は何にするか？

シミュレーションは、直径2mmのアルミ線でやりました。

が、心配なのは「酸化」と「伸び」です。

昔、クワッドのエレメントに使ってガッカリしたことがあります。

そういえば、エナメル線を使ったこともありましたが、思いのほか耐候性が悪く、1年ほどで塗装がポロポロ剥がれて、緑青を吹いてしまいました。

やはり、Hex BeamやSpider Beamが使っているような、被覆線が良さそうです。

フジクラKQE線の検討

以前、長中波に使えないかと思ってフジクラの架橋ポリエチレン電線を入手していたのを思い出しました。

某オークションで見かけて、いつか河原にでもでかけて2200mをやってみようと思ったのです。

良く、7色各5Mくらいの詰め合わせが配線用に売られている線です。

特性はこちらにありました。

https://www.kanetuu.co.jp/html/product_pdfs/2.KQE_202004.pdf

導体直径 1.1mm  ＋ 絶縁体厚さ 0.3mm×2 ＝ 外径 1.7mm

導体がちょっと細いので、カバー範囲が狭いかも知れません。

14MHzで計算してみると、SWRだけでなくゲインやパターンも、14.050～14.200辺りはOKのようです。

短縮係数は？

MMANAでは、シミュレーションは裸線しかできません。（と思います）

その値で作る（線を切り出す）と、被覆の影響で共振周波数が下がってしまうので、

その分を見越して、少し短く切る必要があります。

ダイポールだったら、裸線の長さで切り出し、現物合わせで切り詰めてしまえば良いのですが、キュビカルクワッドのような立体型のアンテナでは、各エレメントが相互に関連するので、頭と電線がコンガラガッて悲惨なことになります。

はっきり言って、試行錯誤ではかなり難しいです。体験談です。hi

NEC2 for MMANAにトライ

何か良い方法が無いかと思って、JE3HHT 森OMのMMANAのページをみると、「Dmitry UA3AVRが作成したNEC2 for MMANAへのリンク」に気が付きました。

そういえば被覆電線のシミュレーションができると聞いたような気がします。

早速試してみました。

こちらからダウンロードできます。

https://www.qsl.net/ua3avr/

NEC2 for MMANAでのシミュレーション練習

この分野（と云うよりは電気全般）、アマチュア無線しか知らない門前小僧なのでヘルプやメニューを頼りに突っついてみました。

最初にMMANAを使って、1.1mmΦの銅裸線を10M切り出して、中央から給電した場合をシミュレーションします。

これを台木にしてNEC2を接ぎ木する感じです。

MMANA　fo=14.434MHz

このファイルを保存した後、NEC2 for MMANAで読み込みます。

さらに、被覆の厚さと誘電率を設定します。

架橋ポリエチレン誘電率は、2.2～2.4との事なので、2.3としました。

プラスチック材料の性能一覧表

https://fa-ubon.jp/tech/005_performace_pm.html

被覆を無視してオリジナルMMANAのアルゴリズムで計算すると

SWR最良点は14.45MHz

ベースのMMANAよりも、20～30kHz高い周波数になりました。

原因は地面条件の違いかもしれません。（MMANA:リアルグランド、NEC2:Average...）

さらに、被覆を加味して計算してみると・・・・

SWR最良点は、14.24に下がりました

何処かにfoが表示されていないか探しましたが、見つけられませんでした。

14.45と14.25の波長から逆算すると、約15Cm、割合にして1.47%延びた計算になります。

この1.47を入れて、短かくした場合の特性を計算してみました。

14.45が最良点になりました

「NEC2 for MMANA本人の計算結果を戻したのだから当然」なのですが、考え方としては間違ってないようです。

こんな感じで、①MMANAで裸線の最適長を求る　②被覆に応じた短縮係数を探す　③最適長に短縮係数を掛けてカットする。と上手く行きそうです。

問題は、本当にそうなるか？です。

試してみました

KQE 0.75SQを10M切り出してダイポールを作りました。

端っこの処理をやり直せるように5Cmほど余裕を見たのですが、ほとんど無駄が出なくて、片側5.042Mとなりました。

ここで、ぴったり5Mにするべきでした。反省

さて、このダイポールの特性、二つのソフトはどう予測するでしょうか？

台になるMMANAは

14.286MHzを予測

これに被覆を加味したNEC2 for MMANAは

14.125MHzを予測

果たして結果は・・・・

近くの土手へ出かけて測ると。

14.100MHzでした

NEC2 for MMANAとの25kHz差は、大地の特性や誘電率が原因かもしれません。

あとは、長さを測った際 (たるみ)の誤差ですね。

エレメントを毛羽立てると・・・

ところで、この被覆を剥いたらMMANAの予測と一致するのでしょうか？

「日が暮れる前に早くやれ！」もう一人の自分がけしかけます。hi

被覆に傷をつけて引っ張ってみました。が、てんで歯が立ちません。

意地になって15分ほど格闘し、ようやく片側だけカッターで削ぎ取ってみました。

が、何か所か手元が狂って所々撚線まで歯が入り、かなり毛羽立って仕舞いました。

駄目だこりゃ！

が、ちょっとだけ怖いもの見たさもあり、測ってみました。

SWR最良点は、約13.5MHzの1.2でした。

被覆が無くなる分高くなるはずが、700kHzも下がって仕舞いました。

何でかな？

小さいハットが一杯くっ着いたようなイメージでしょうか？

それにしても、これだけ尖んがりがあると、静電気や前線通過時のコロナ放電が心配ですね。

冬になったら、これで28MHzのダイポールでも作ってみましょうかね。hi hi

日没撤収

買い出し係りでまとまった時間が取れないところに、JARTSのログ受付が始まってジタバタしています。

が、暇を見つけてはこんなことばかりやってます。

以上、生存証明でした。