軽いぎっくり腰を起こしてしまいました。
作りかけのHexBeam、屋上高2Mの仮設状態、文字通りの宙ぶらりんです。
気分転換に、あるフォーラムの話題を切っ掛けに、受信用スモールループのアンプを作ってみました。
つい面白くなって、このひと月ほど嵌ってました。
トランジスタ
トランジスタは、以前に50MHzの実験に使った2SC4703の残りです。秋月電子通商で、UHF電力増幅用として販売されています。
1GHzのNFは2.3dBで、ローノイズを謳うトランジスタには負けますが、HFには充分でしょう。
全損失が1.8Wと大きめなのも良いですね。
何より、3次相互変調歪が-81dB (Vce=10V)というのが魅力です。
ただ、フォーラムでのアドバイスによると、Vce=5Vくらいで使うのが安全なようです。
実は、もう少し小ぶりの2SC3357をリールで数百個持っているため、気軽に使っていましたが結構飛ばしていました。
その原因の一つが、10Vで使っていた所為かも知れません。10Vの三端子レギュレータも死ぬまで使いきれないほど持っていて、深く考えずにセットで使っていたのです。
そのあたりも確かめたいと思いました。
トランス
キーデバイスの一つでもあるトランスは、トーキンのM-521CTコモンモードチョークを使います。
https://www.tokin.com/datasheets_distributor/pdf/TOK_LF0073_M-500CT.pdf
このチョーク、実態はトロイダルコアにバイファイラ巻のトランスです。
ふと思いついて、ケースの上面に穴をあけて、エナメル線を通して測ったところ・・・
Fig. 1
Fig. 2
多少ばらつきはありますが、おおよそ約2uHでした。NFBにちょうど良さそうな感じです。
数回は巻けそうなので、トリファイラは無理でも、入出力のリンクに使えるかもしれません。
一寸まごついたのは、巻き方とマークの方向がバラバラでした。
マークをそろえて並べて
Fig. 3
ひっくり返しました
Fig. 4
穴をあけた上の二つ、左は下からコアに入り、右は上からコアに入っています。取り出していない三つ、左と中は上から、右だけ下から入っています。
チョークとしては意味が無いのかも知れませんが、ちょっと意外でした。移相が重要なトランスとして使う場合は、要注意です。
なお、各ポートのインダクタンスは、約185uHでした。
Fig. 5
Fig. 6
シミュレーション 先ずは、LTSpiceでシミュレーションしてみました。机上の空論と言われそうですが、シミュレーションでダメだったにの上手く行ったためしはありません。
転ばぬ先の杖にはなるでしょう。hi
それと、此処を変えるとこうなるのか！と、調整のポイントを探ったり、振る舞いを予習するのは、とても役立ちます。この辺りは、MMANAでも痛感する、シミュレーターのメリットです。
ベース接地差動型+NFB
フォーラムでは、定評のあるLZ1AQ方式を前提として情報が交わされていました。
しかし、中華製のHFDYループを含めていくつか試して見ましたが、私の環境ではゲインが大きすぎるようで、うまくいきませんでした。
後段は省略して、前段のベース接地の差動アンプにNFBを掛けてみたいと思います。
回路図
最終的にこんな形になりました。
Fig. 7
前後しますが、NFB用のL5,L8を0.002uHにして、裸の特性を見ました。
パラ止め用の、コレクタとエミッタの間に入れたC1とC2の10pFやビーズも外します。
Fig. 8
300MHzで止めていますが、2GHzあたりまでこのまま延びていきます。hi
それこそ絵に描いた餅ですが、これが2SC4703や2SC3357本来の実力なのでしょうね。
NFBは効くの？
ところで、NFBって本当に効くのでしょうか。作用や効果を見ておきたいと思います。 
Fig. 9 NFBなし
Fig. 10 NFBあり
ゲインだけ見ると、平らにはなりましたが、損をしたような気分です。
歪が改善すると言われてますが、どうやって見たらよいのでしょうか？
正式なやり方が分からないのですが、信号源を一つ追加して、波形をシミュレーションし、fftビューを表示してみました。
入力は、1134kHzの文化放送と1242kHzのニッポン放送です。設定が悪いのか、なかなか歪まないので入力電圧を0.05Vまで上げてみました。
Fig. 11 NFBの効果
ゲインは6dB下がりましたが、IM3は約40dB改善するようです。
鰯の頭も何んとやら・・、ここは素直に信じる事にします。hi
発振止めとVHFカット
トランジスタ自体の特性は、前で見たように恐ろしく高い周波数まで伸びています。
うっかりすると、気が付かない周波数で発振してしまうことがあります。おまじないと、不要なVUHF帯のゲインを抑えるため、コレクタとエミッターの間に小さなコンデンサを入れました。
実体配線図
この程度の部品数だと、シミュレーターをいじっている内に何となく並べ方がイメージできます。あとは部品同士が干渉しないように、実物大のパーツ(茶色)を並べてみます。
溝(黒色)を掘ってパターンを区切り、要所に穴(赤)を空けて、裏面のベタアースと接続します。
本当は表裏の2面でパターンを作れると良いのですが、位置合わせが難しくて、宿題のままです。
最後に、周囲をカット(ピンク色)してお仕舞です。
Fig. 12 ARCADで配置を検討
CNCで切削
Gコードの用意や生基板のセットする手間は同じなので、何枚かまとめてCNCで削ります。
Fig. 13
掃除 本当は、削り・穴あけ・切断の作業ごとにそれ用の刃物を使うべきですが、この程度だとφ0.8mmのエンドミルだけでも間に合うようです。
その代わり、バリ取りや削りカスの掃除、導通やショートのチェックは欠かせません。
Fig. 14
組立 部品を探すのが手間ですが、ハンダ付け自体はあっという間です。
粗調整
トランスは出来合いだし同調回路も無いため、調整個所はありませんが、導通チェックと(シミュレーターとの)電圧の照合は必須です。
ボリュームを使っていない場合は、抵抗を付け換えて所定の電圧・電流に合わせます。
Fig. 15 2SC4703 x2
Fig. 16 2SC3357 x2
Fig. 17
以前作った2N5109 x2の現在値
特性の確認(宿題)
ゲインやIMDを確認したいのですが、まだ出来ていません。差動入力の基本が理解できていないので、うまく整合できないのです。
出力側に30dBのアッテネータを入れた時の特性です。
Fig. 18
ざっくり-3dBのゲイン(ロス？)になっています。
ただ、シミュレーションでも信号源の"V1"に50ΩのSeries Resistanceを入れた時の出力は-2.7dBくらいなので、ほぼ合っているようです。
このあたり、理屈を知らない門前小僧の悲しいところです。orz
動作確認
しかし、あり合わせの電線で直径10センチくらいループを作ってつなぐと、中波放送はガツンと入ってきました。ループのヌルもしっかり出ていました。
標準用？ループアンテナ
以前から、アンテナや受信機のAB比較用に使っているアルミ・フラットバー(2x30x2000mm)のループを一つ追加しました。
台は、ホームセンターで見かけた"コンクリート羽子板付き束石"です。
以前の二つは小ぶりな方でしたが、強風でひっくり返ることがあったので、今回は大きいほうにしました。
両端の糊代(ボルト止め部分)はありますが、直径0.65mと称しています。hi
Fig. 19
Fig. 20
高さや構造など、もう少し工夫できるだろ！と言われそうですが、このループはアンプや受信機の比較が目的なので、アンテナとしての性能には目をつぶって、大きさや形を揃えることにしました。
ただし、屋上高は5～6Cm高くなってしまったので、誤差の範囲と言えるのか？ちょっと微妙な値です。
Fig. 21 北方向
Fig.22 西方向
Fig.23
作りかけHexBeamとテスト用ループ
アンテナのSN比較
Kiwi2で8006kHzのJG2XAを受信し、アンテナを繋ぎ変えながら、Spectrum LabのWatch List and Plotter画面で比較してみました。
Fig. 24
プロットの色は
light Blue: Frequency
light Green: Peak
Pink: Noise
White: Peak - Noise
です。
白は、ピーク(うす緑)からノイズ(ピンク)を引いた、正味の信号の分です。
Fig. 25
例えば、左から3つめの2SC3357は、2SC4703よりもピークが高いので大きく聞こえますが、ノイズも多いのでSNは少し劣ります。
やはり定番の2N5109が光ります。が、ダイポールは別格ですね！
ノイズレベルすれすれ信号では、かなり大きな差が付くことがあります。信号源の方向も影響しているような気がします。ループアンプのバランスの良し悪しが、ヌルのパターンに出ているのかも知れません。
番外ですが、ついでなのでLF/MF用のミニホイップ(左端)も見てみました。
ループやDPとは明らかに違っていて、5Hzほど下のスプリアスがピークになってました。
J310を3個使ったゲイン抑え気味のアンプですが、ノイズも少なく、なかなかの健闘です。 また、作りかけの3SK291を1個使ったアンプは、シャック内のノイズを拾いまくってますが、外から引き込んでいる同軸に近づけると良く入っていました。プローブや設置しだいでは、J310x3を超えるかも知れません。
この3つのループとアンプ、3台のWebSDRに振り分けています。
Kiwi 1 + 2SC3357:
http://ja7kbr.proxy.kiwisdr.com:8073/
Kiwi 2 + 2SC4703:
http://21344.proxy.kiwisdr.com:8073/
Web888 + 2N5109:
http://ja7kbr.proxy.rx-888.com:8073/
昨日の夕方、7850kHzで見えていたカナダの時報局CHUの様子です。
Fig. 26
Fig. 27
Fig. 28
アンプの性能だけでなく、SDR受信機の特性やバイアスTや電源の特性が加味されるので、単体とは少し雰囲気が変わります。
FT8の解読を比較してみると
実際の受信状況は如何でしょうか？
10.136MHzのFT8を受信して見ました。
Fig. 29
多少の凸凹はありますが、概ねSN比較と同じ傾向でした。手法としては、大きな間違いは無さそうです。
今のところ、それぞれのアンテナに給電しているBIAS-Tと電源が異なるので、そのあたりも気になります。
午後にでも、競争条件を揃えるために、3ポートのBIAS-Tを作ってみたいと思います。
