数日前にNanoVNAのマイクロSDカードを失くしました。
幸いスクリーンキャプチャ位しか入っていないので、「しかだねな」と諦めて、別のカードを挿していました。
で、昨日の夕方、作りかけの受信アンプの特性を見ようと思って引っ張り出しました。
気のせいか、微かに音がします。
部品が外れたのかも知れません。
「また外れかよ！」とガッカリしました。
(前のNanoVNAは2MHz辺りに問題があり、秋に買い直していました。)
ただ、少し軽めの音で、ハンダやネジのような感じではありません。
「さては？」と開腹してみると・・・
それにしても、一体どうやったら中に落ちるのでしょうね？
たしかに、コネクタとケースの穴に、かなりの隙間があります。
偶然とは恐ろしいものです。
回収した1枚です。
シミュレーションには無いディップがありました。
トランスの巻線間の容量が原因かもしれません。
―・・・―
初詣でお神籤を引いていたら、『失せ物：出ます』だったかも？
その前に失くしていたので、『失せ物：注意』かな？
いずれにしても、気を付けましょう。
フェライトビーズは便利な部品です。
でも、仕組みが良く分からないので、添付されている参考資料やホームページの数値やグラフを見て、効きそうなもの(もっと言えば、値の大きいもの)をヤッツケで入れてきました。
しかし、適切な値があるからこそ色々な値や材質のものが売られている訳で、あちこち間違った使い方をしているかも知れません。以前から気になっていました。
で、フェライトビーズの規格などを眺めていたら、各社からSPICEモデルが公開されていることに気が付きました。
例えば、25個入りが100円で販売されている、ムラタのBLM18PG00SN1D (60Ω)を検索すると
SPICEモデル
『フェライトビーズ EMI除去フィルタであるフェライトビーズのSPICEモデルをご提供しております。』とのこと。
がヒットしました。
BLM18DシリーズのZIPファイルをダウンロードして解凍すると、ぞろぞろ出てきました。
さぁ大変です
一体どうやって使うのでしょうか？
ANALOG DEVICESの解説を読んでもチンプンカンプンです。
LTspiceの活用法 - サードパーティ製のモデルをインポートする
https://www.analog.com/jp/resources/technical-articles/ltspice-how-to-import-third-party-models.html
ライブラリとして登録するのが定石のようですが、実はLTSPICEのインストールを間違えたようで、複数のライブラリを作ってしまい、スパゲッティ状態なのです。
それに、LTSPICEの回路図を共有してアドバイスをお願いするのに、多分ご本人は使うこともないであろうデバイスの登録までお願いするのは気が引けます。
で、なんとなくBLM18BB600SN1.MODをテキストエディタで開いて見たら・・・
実体は.SUBCKT形式のモデルでした
これならば、解説の「.SUBCKTモデルの使い方 - 既存のシンボルを再利用する」の手法が使えそうです。
.SUBCKT XXXX ～ .ENDS XXXX
を回路図に張り付けておけば、ライブラリをいじらなくてもメールに添付した回路図だけで、単品のデバイスモデルが共有できそうです。
さっそく試して見ました。
1. 信号源と終端抵抗を貼り付けます
2. デフォルトの部品リストから"FerriteBead"を選択し、挿入します。
3. Edit → SPICE directive で.SUBCKT定義部を回路図に貼り付けました
4. L1のフェライトビーズをポイントして、[Ctrl]+右ボタン
で、Attribute Editor を開き
5. Prefix を"X"に書き換え
6. Valueにパーツ名の"BLM18BB600SN1"を入力し、
ここで保存してから、AC Analysisを実行しました。
無事にシミュレーションできました＼(^o^)／
「こんな面倒なことをしなくても、最初から用意されているフェライトビーズで良いのでは？」と囁くもう一人の自分がいたので、比べて見ました。
新しいビーズを置いて → ポイントし → 右ボタンを押して → リストの中から、61.6ΩのWE-CBF 0402を選択しました。
実行すると・・・・
上限を1GHzにして、再度実行すると・・・
ずいぶん違うものですね！
半日ほど悩みましたが、価値は充分にありました。
秋月電子通商で販売しているフェライトビーズのモデルは各社から公開されていました。
正しい方法かどうかは分かりませんが、いずれも上記の方法でシミュレーションが可能でした。
なお、各社の使用許諾や著作権、制限事項等にはご注意ください。
例：ムラタ 一覧から選択
https://www.murata.com/ja-jp/tool/data/spicedata/netlist-ferritebead
例：太陽誘電 品番で検索 BK2125HM121-T
[lib]形式がテキスト形式ファイルで、SUBCKT形式のモデル
https://ds.yuden.co.jp/TYCOMPAS/jp/detail?pn=BK2125HM121-T++&u=M
例：TDK 品番で検索 MPZ1608S601
https://product.tdk.com/ja/search/emc/emc/beads/info?part_no=MPZ1608S601ATA00
右下の[技術支援ツール]、[SPICEネットリスト(簡易モデル)]がSUBCKTの静的なモデル。詳細モデルを使うと直流重畳時や熱的なシミュレーションもできるようです。
忘れてしまいそうなので、将来(来週？来年？)の自分のために書いておきます。hi
アクティブダイポールの三作目です。
アドバイスを受けて、トランスのインダクタンスを大きくしてみました。
トランス
BN-73-202のトリファイラ6回巻きです。
同じ回数なのに、ずいぶん値が違っています。
484uHを初段に、529uHと514uHを後段に使いました。
なお、下の汚い板は珪藻土で出来たコースターです。耐熱性もあり、鏝の熱も逃げないので気に入っています。打ちっぱなしのコンクリートと、ゴシゴシ擦り合わせる少しキレイになります。
部品面
470uHのマイクロインダクターは、後で測ったところ、10MHzではRs=37.5Ω、C=6.989pFのコンデンサに変身することが分かりました。orz
ハンダ面と電圧
2SC4703のエミッター電圧が問題です。
シミュレーションでは+1.66Vです。上は+1.63Vで予定通りですが、下の+2.14Vは高すぎます。
発振を疑ってスペアナ(TinySA)で当たりましたが、信号は見つかりませんでした。
左右のバランスは明らかに悪く、216kHzや1728kHzの混変調が気になります。
nanoVNAのプロット
バイアスＴの後ろに20dBのアッテネータが入っています。
実は、SDカードにキャプチャーを撮ったのですが、カードが抜け落ちて(飛び出して？)紛失してしまいました。ガッカリです。
泥縄ですが、SDカードのスロットにマスキングテープを貼り付けました。
NSVJ3910
ちなみに、初段のFETはCPH3910を予定していたのですが、自動車グレード？のNSVJ3910を使いました。
不思議なのですが、年末にオーダーした際、こちらが少しだけ安かったのです。
実物のマーキングはCPH3910と同じでした。
(2SK2394で懲りたので)
現在の受信アンテナ
シャック脇陸屋根のループ三兄弟と、釣り竿に括りつけたアクティブダイポール一家です。
エージングも進んできたところで、3日間のWSPR解読数を比較してみました。
#1: AD370
21MHzはトップですが、475kHzが良くありません。スプリアスでも有って邪魔しているのかと思いましたが、実際に見えていませんでした。両エレメントを短絡している1kΩを少し大きくしようかと考えています。
#2: AG5RT (HN1B01F)
昨年末に比べて見劣りするのは、中波帯阻止フィルターを止めて、10dBのアッテネータを入れたのが要因と思われます。中波帯のゲインが大きすぎるようなので、NFB回路のインダクタンスを調整して、高いほうに均すと良いかも知れません。
#3: AD(J310+2SC3357)
三組のアクティブダイポールの中では、一番混変調が少ないです。エレメントをもう少し長くしても良いかもしれません。
#4: AD(CPH3910+2SC4703)
今回のアンプです。トランスのインダクタンスを大きくした効果か、11.9kHz ロシアAlpha信号は一番よく聞こえるようになりました。半面、やはり高いほうが見劣りします。使用したマイクロインダクターにも問題がありました。電圧異常も気になるので、作り直しですね。
#5: AG5RT style (CPH3910 x2)
なんやかんやで、一番多く解読していました。中波帯の放送も良く聞こえます。
なかなか上手く行かないですね。でも、AD370の背中は見えてきた感じです。
もう少し頑張ってみます。
AD370インスパイア系のアクティブダイポール。
各トランスのインダクタンスが小さいとのアドバイスを頂きました。
AG5RT Markさんによると、ご自身が所有するAD370のトランスを実測したところ、
一番後ろの12回巻きバイファイラトランスは800uHだったそうです。
前段のトリファイラは10回巻きなので、各巻線は556uHと想定されるとの事でした。
ここまで２つ作りましたが、トリファイラトランスの巻線インダクタンスは100uH前後でした。
手持ちのBN-73-2402と色付きエナメル線(φ0.3mmくらい)では、4回がギリギリだったのです。
また、バイファイラトランスはいつものM-521CTで、こちらは約175uHでした。
たしかに、ちょっと小さいかな？とは思っていましたが、こんなに違うと拙いですね。
次回は、一回り大きいBN-73-202に巻いてみたいと思います。
で、インダクタンスを大きくしてシミュレートしてみると、確かに低域は改善するのですが、高いほうが崩れてくるようです。
しかも、あくまでも理想的な机上の話で、自分で巻いたトランスとおぼつか無い実装技術では、さらに悪化する心配があります。
とくに心配なのが、線の撚り方(ツイスト数)です。
たいていの教科書には、きつめにツイストするようにと書かれています。
しかし、1インチ当たり3回で緩くツイストすると書かれたテキストを見て、アレッと思った記憶があるのです。何だったか思い出せないし、読み間違いだったかも知れません。
また、常用しているM-521CTの巻線はツイストが無く、きれいに並行して巻かれています。
この辺りにも、きっと何かが隠れているような気がします。
良い機会なので、試して見ました。
用意したのは、オヤイデで買った0.4mmφのウレタン線とBN-73-202です。
約20Cmを切り出し、きつめにねじったツイスト線と、緩くねじったほぼ平行線を用意しました。
BN-73-202に5回巻きました。
LCメーターは、OSA103 Miniです。
正確で周波数特性もざっくり確認できるので重宝しています。
緩くねじった線
巻線インダクタンス
340 uH
漏れインダクタンス(反対側の巻線を短絡)
Leakage Inductance
この二つの値から、
k=(340-0.168)/340=0.999505
と目星をつけられます。
巻線間キャパシタンス
ツイスト線
巻線インダクタンス
340 uH
400Hzでは緩くねじったのと同じですが、上下の周波数(特にRs)では違います。この辺りが見えるのがOSA103 miniの良い所です。
漏れインダクタンス
157 nH
k=(340-0.157)/340=0.999538
少し改善しました。
巻線間キャパシタンス
18.4pF
やはり増えました。
実は、パッと見たとき「何で同じなんだ！？」戸惑いました。が、良く見ると8と4が入れ換わっていました。hi
この値でシミュレーションしてみました。
きつく捩ることで
巻き線間の容量が増える → 共振点が下がる
と予想したのですが、あまり変わらないようです。
漏れインダクタンスの減少が、線間容量の増加を打ち消してくれるみたいです。
さて、現物ではどうでしょうか？
ツイスト巻き
コモンモードチョークとして使った時の通過特性です。
S21 Gain:
595kHz -0.060dB
32MHz -0.766dB
絶縁トランスととしての通過特性
S21 Gain:
595kHz -0.089dB
32MHz -0.813dB
粗平行線
コモンモードチョーク時の通過特性
595kHz -0.047dB
32MHz -1.627dB
絶縁トランスととしての通過特性
595kHz -0.094dB
32MHz -0.556dB
かなりひどいですね。
シミュレーションとは全然違います。
メガネ型(Binoculars)コアなので、ドーナッツ型のコアのようにスペースを空けて巻けないせいでしょうか？
注意したつもりですが、穴を通すときに前の巻線を通っているかも知れません。
結果的に、巻くというよりは束ねたような印象ではありました。
典型的な失敗作ですね。orz
念のため、ツイスト無しで極小のドーナッツにきれいに巻かれているM521-CTも見ておきましょう、。
M521-CT
コモンモードチョーク時の通過特性
S21 Gain:
595kHz -0.312dB
32MHz -0.308dB
絶縁トランスととしての通過特性
S21 Gain:
595kHz -0.284dB
32MHz -0.228dB
カーブは綺麗で高域は良いのですが、1MHz以下はBN-73に負けるようです。
トランスを巻いてみる価値はあるようです。
最後に、ツイスト巻きのk値を現物に合うように動かして見ました。
BN-73-202にツイスト線を巻いた場合は、この値を使うことにします。
アクティブダイポールの続きです。
IMDを観るための入力が小さすぎるとのアドバイスを頂きました。
0dBmが目安との事で、50Ω負荷の場合0.2236Vとなります。
換算はこちらのツールが便利でした。
ユーティリティ : V RMS / dBm / dBu / dBV 計算ツール
https://www.analog.com/jp/resources/interactive-design-tools/dbconvert.html
それでも腑に落ちないのが、入力時点(L20のホット)にIMDが現れる事です。
まさか、V1,V3で歪んでいるはずはないので、D1～D4をカットしてみると、きれいに消えました。
どうやらダイオードで発生したIMDがトランスを通って入力側に現れて(逆流して)いたようです。
受信機のフロントエンドで発生したスプリアスがアンテナから放射されるという話を聞いたことがありますが、こういう仕組かも知れませんね。
そこで、ダイオードにバイアスが掛かっている(と思われる)AD370の入力をチェックしてみると。
見事に消えています。
年末に違いが分からないと書いたのですが、大間違いでした。
非常に大きな効果が期待できます。
今上がっているバージョンを、改めて入力信号を0.224Vにしてシミュレートしてみると
ダイオードの有り無しで、大きな違いがありました。
前線の通過時など、けっこう帯電することもあるので、ダイオードを外すのは冒険です。
流石に、0.224Vの大入力は無いと思うので、このまま様子を見ることにします。
また、結局AD370のデッドコピーになりますが、ダイオードにバイアスを掛けて仕切り直したいと思います。
せっかくなので、手持ちのデバイスで餅の絵を描いて見たところ・・・
足のあるデバイスでは、J113+2N5109が良さそうです。
SMD版では、CPH3910+2SC4703が良さそうです。
また、FETをインピーダンスの低いゲート接地型に上手く変換できると、ループアンテナ用のアンプに使えるかも知れません。
初夢(妄想？)は膨らみます。
今年の正月早々に入手したAD370は、非常にバランスの良い受信アンテナです。ずいぶん楽しませてもらいました。
ちょっと気になっていた中波帯の混変調も、頂いたアドバイスの対策でスッキリしました。
こちらに見やすい回路図が掲載されていました。
Akitive-Dipole-Antennen
https://dl4zao.de/_downloads/Aktive-Dipol-Antennen.pdf
LTSpiceにトレースしてみました
疑問だったのは、C1～C5で囲まれた四角の部分です。最初に見たときはFETのバイアスかと思ったのですが、C4,C5でブロックされているので違いますね。
シミュレーションしてみましたが、効果が分かりませんでした。
IMDは、f1=594kHzとf2=1134kHzを22mVで入力してみました。が、 1674kHzの棘はアンプのIMD(2*f2-f1)かと思ったのですが、シミュレーションのやり方が悪いのか、入力段階で発生していました。宿題です。hi
また、何か所かコンデンサの容量が小さいように感じましたが、100kHz以下をカットする目的だったようです。
さて、改めて回路図を見ると、あれこれ弄っていたミニホイップの決定版のようにも見えます。
それならば・・・、と云うことで真似して作ってみることにしました。
リミッター？をよく使われるBAV99に置き換えると、かなりスッキリします。
トランスの巻線のインダクタンスが分かりませんが、先ずは、BN73-2402にトリファイラー4回巻きで行きたいと思います。
シミュレーションでは、なかなか良い感じです。
気になるのはJ310の消費電力、約240mWです。SMD版の許容損失は350mW(25°C)との事なので、ギリギリかも知れません。
とりあえず、電源電圧を10Vにすることにします。
AR Cadで配置を検討し
2SK125とかも試したいので、赤●の穴を一杯開けます。
さっそく基板を削ってみました。
ふと思い立って、庭の常夜灯に乗せてみました。
ハッキリくっきり見えました
バリや削りカスにはずいぶん悩まされましたが、もっと早く気が付けば良かったです。
ハンダ付け後の基板と電圧です。
ここで、失敗が一つありました。
最初は、ローノイズを期待して2SK2394を使ったのですが、いつもの癖で下のドレインとソースを反対にしていました。
Nch-JFETは、構造上ドレインとソースは同じと聞きかじっていました。実際に、J310はデータシートに交換可能と書いてあります。
そんなわけで、2SK2394もそうだろうと思い込んで反対にしていました。
ところが、電圧をチェックすると1V近く違っていました。 誤配線を疑って突っ突きまわしている内に、壊してしまいました。
改めて、反対にしてシミレーションすると確かにソース電圧が違います。2SK2394はしっかりと極性があるようです。
結局、J310に交換しました。
黒ズミは、エナメル線の被覆剥がしに使った溶剤と銅箔の化学反応のようです。洗っても落ちませんでした。あとで、防湿材を塗っておきましょう。
AD370の下に括りつけました。
Kiwi SDRのスペクトルとウォーターフォールです。
ノイズは少しだけ少ないですね、エレメントはもっと長くても良さそうです。
ループアンテナ三兄弟の内、LZ1AQ型にはお休みしてもらい、クラス替えをして様子を見ています。
・AD370 Active Dipole
http://ja7kbr.proxy.kiwisdr.com
・AG5RT Rx Loop
http://21344.proxy.kiwisdr.com
・AD Datongインスパイア系
http://ja7kbr2.proxy.kiwisdr.com
・R&S HE011
http://ja7kbr.proxy.rx-888.com:8073
・AG5RT style CPH3910
Web-888 Local
チョコチョコいじると訳が分からなくなるので、正月の間はこの構成で行きたいと思います。
今月初めに腰を痛めて仕舞い、送信用アンテナが不調のまま年を越すことになったのが、ちょっと残念です。
―・・・―
今年もいろいろありがとうございました。
来年もよろしくお願いいたします。
良い新年をお迎えください。
