JP7VTFの落書き帳

電子工作、アマチュア無線、写真など

2026年 ハムヘア

アマチュア無線

　2026年のハムヘアは8/29-30に東京有明のGYM-EXで行われる(た)。今年も例年通り、同じ会社のジャンクマニアさんと参加してきた。というわけで、日記を残して置こうと思う。

GYM-EX

　朝、家事をやっていたせいで現地入りの時間が遅れ、私がついたのは11時ごろであった。ジャンクマニアさんは開場から居て、朝駆けで戦利品を回収したとのことだった。

　私の戦利品は以下の通り。 - ACライン用のノイズフィルタ(発発の後に入れるため)

ノイズフィルタ

  • CGB(勉強用)

CGB

金がないのであまり金を使わなかったが個人的には大満足である。

　昼食は例年通り、近くのショッピングモールにある海鮮系のお店に行った。

昼食

　そのほか、YAAのOB(後輩)とも話ができた。

　帰りがけには、ジャンクマニアさんとサイゼリヤで夕食を食べて帰ってきた(これも例年通り)。2日目は用事があって参加できないのだが、大満足のハムヘアであった。

SWRメータ その1

アマチュア無線 電子工作 自作

　最近はﾁｮｯﾄ無線をする気になってきた。

　そんなわけで、SWRメータを作ってみようと思う(唐突)。 アマチュア無線用のSWRメータでよく使われるのはCM型カップラである。回路図は名著"トロイダル・コア活用百科"に掲載されている通りで、図1のような回路である。

図1 CM型SWRメータの回路図。前に使ってた回路図エディタが見当たらないから手書き。

トロイダル・コア活用百科にも説明書きはあるが、おさらいのためにCM型カップラの動作原理について計算してみたので、メモ書きを残しておく。

電圧・電流の入射波・反射波とある点における電圧・電流の関係

　CM型カップラそのものの回路方程式を考える前に、入射波と反射波の一般論について思い出してみる。 具体的には、電圧・電流の入射波・反射波と、それらを足し合わせたある点における電圧・電流の関係について考えてみる。 細かい導出は省略するが、図2のように電圧・電流の向きを定義し、電圧入射波をV_i, 電圧反射波をV_r, 電流入射波を I_i, 電流反射波をI_iとすると、ある点での電圧・電流は以下で表される。

電圧・電流の向きの定義。進行波や反射波についても同様に定義する。

\begin{align}
\left\{ \,
\begin{aligned}
&V = V_i + V_r \\
&I = I_i - I_r
\end{aligned}
\right.
\tag{1}
\end{align}

また、進行波の電圧と電流の比(特性インピーダンス)は基準インピーダンスZ_{ref}であると仮定すると、

\begin{align}
\left\{ \,
\begin{aligned}
& \frac{V_i}{I_i} = Z_{ref} \\
& \frac{V_r}{I_r} = Z_{ref}
\end{aligned}
\right.
\tag{2}
\end{align}

となる。(2)式を(1)式に代入すると

\begin{align}
\left\{ \,
\begin{aligned}
&V = V_i + V_r \\
&I = \frac{1}{Z_{ref}} (V_i - V_r)
\end{aligned}
\right.
\tag{3}
\end{align}

となる。最後に(3)式をV_iとV_rについて解くと、

\begin{align}
\left\{ \,
\begin{aligned}
&V_i = \frac{V}{2} + \frac{Z_{ref}}{2} I\\
&V_r = \frac{V}{2} - \frac{Z_{ref}}{2} I
\end{aligned}
\right.
\tag{4}
\end{align}

となる。

CM型カップラの仕組み

　入射波・反射波を測定する際には、上記のV_iやV_rに比例した電圧が出力されるような回路があるとうれしいのだが、CM型カップラはそれに該当する。 図3にCM型カップラの回路図を示す。

図3 CM型カップラの回路図。

簡単のためにC_1, C_2を流れる電流やトランスの励磁電流などは無視して、回路方程式を立ててみる。 まず、C_1, C_2は伝送線路上の電圧Vに比例した電圧を得るための分圧回路であり、

\begin{align}
& V_{i1} = V_{r1} = \frac{C_1}{C_1 + C_2} V
\tag{5}
\end{align}

が成り立つ。図3中のカレントトランスは伝送線路上の電流Iに比例した電流を得るためのものである。伝送線路側(1次側)の巻き数を1、2次側の巻き数をnとすると、2次側に流れる電流は以下で表される。

\begin{align}
& I' = \frac{1}{n} I
\tag{6}
\end{align}

よって、

\begin{align}
& V_{i2} = -RI' = -\frac{R}{n} I
\tag{7}
\end{align}

と

\begin{align}
& V_{r2} = RI' = \frac{R}{n} I
\tag{8}
\end{align}

が得られる。

　この時、入射波に比例した電圧は、

\begin{align}
& V_i' = V_{i2} - V_{i1} = \frac{C_1}{C_1+C_2} V +\frac{R}{n} I
\tag{9}
\end{align}

となる。(9)式と(4)式を比較してみると、C_1, C_2, R, nの定数をうまく選べば、入射波V_iに比例した電圧を取り出すことができることがわかる。

　また、反射波に比例した電圧は、

\begin{align}
& V_r' = V_{r2} - V_{r1} = \frac{C_1}{C_1+C_2} V - \frac{R}{n} I
\tag{10}
\end{align}

となり、同様に回路定数をうまく選べば、反射波V_rに比例した電圧を取り出すことができる。

　なお、上記の計算では省略したが、実際には以下のようにC_1, C_2を流れる電流やトランスの励磁電流が特性に影響する。

  • 実際にはC_1, C_2に電流が流れるため、このSWRメータを入れることで反射が悪化する。C1, C2を小さくすれば影響は小さくなる。
  • トランスの1次側から見ると、励磁インダクタンスと2次側の抵抗(を巻き数の2乗で割ったもの)で構成されるRL並列回路が、伝送線路に対して直列につながっているように見える。これによって反射が悪化する。Rを小さくするか、nを大きくすれば影響は小さくなる。

定数例

　例としてトロイダルコア活用百科に掲載されている回路の定数について考えてみる。 p.407の図10.14では、R = 51 Ω、C_1 = 10 pF、C_2 = 116 pF、n = 10であるが、簡単のためにRとC_2については数字を丸めてR = 50、C_2 = 90 pFとしてみる。

\begin{align}
\left\{ \,
\begin{aligned}
&V_i' = V_{i2} - V_{i1} = \frac{10}{10+90} V + \frac{50}{10} I = \frac{1}{5} (\frac{1}{2}V + \frac{50}{2} I)\\
&V_r' = V_{r2} - V_{r1} = \frac{10}{10+90} V - \frac{50}{10} I = \frac{1}{5} (\frac{1}{2}V - \frac{50}{2} I)
\end{aligned}
\right.
\tag{11}
\end{align}

　このように、それぞれの端子間電圧は、基準インピーダンス Z_{ref} = 50 Ωとしたときの入射波と反射波の1/5の電圧となる。この回路は1 Wの電力を与えたときにダイオードで検波するといい感じのレベルが得られるように決められているとのことである。たとえば、50 Ω負荷に電力1 Wの正弦波信号を与えたときのピーク電圧、電流は V = 10 V, I = 0.2 Aであるので、このとき入射波に比例する電圧V_i'は(11)式より、2 Vとなる。

　上記の例について、LTspiceを用いて簡単なシミュレーションをしてみた。図4にシミュレーションした回路を示す。定数についてはほぼトロイダル・コア活用百科の例のままだが、コンデンサを用いた分圧回路のキャパシタンスを若干変更している。また、カレントトランスについては、アミドン社のトロイダルコア FT-37 #43を使うことを仮定している。

図4 シミュレーションした回路

　まず初めに50 Ω負荷を接続したときの回路の動作を見た。シミュレーション条件としては、50 Ω負荷で電力1 Wが消費されるように、50 Ω負荷に周波数7 MHz、振幅10 Vの正弦波を印加した。この時のカップラ出力電圧V_i'、V_r'の波形を図5に示す。

図5 50 Ω負荷接続時の波形

緑色が入射波に対応するV_i'、赤色が反射波に対応する V_r'である。V_i'は振幅が2 Vあり、ほぼ計算どおりである。V_r'は本来は0 Vになるはずであるが、90 mV程度の振幅があり、おそらく簡単化のために定式化を端折ったところの影響が出ているものと思われる。実は図4において分圧回路のキャパシタンスを調整したのは、なるべくV_r'を0 Vに近づけるためであったが、これぐらいが限界であった(トロイダル・コア活用百科の回路でもここがトリマコンデンサになっていて調整できるようになっている)。

　次に、短絡(0 Ω負荷を接続)したときの回路の挙動を見てみる。図6に結果を示す。こちらも、緑色が入射波に対応するV_i'、赤色が反射波に対応する V_r'である。

図6 短絡時の波形

V_i'と V_r'の両方が2 Vの振幅をもっており、なおかつ逆相の関係にある。これは、短絡時には入射波と反射波が相殺しあって負荷における電圧は0 Vとなるためである。

　同様にして、解放時(∞ Ω負荷を接続)したときの回路の挙動を見てみる。図7に結果を示す。こちらも、緑色が入射波に対応するV_i'、赤色が反射波に対応する V_r'である。

図7 解放時の波形

V_i'と V_r'の両方が2 Vの振幅をもっているが、同相の関係にある。解放時には整合時の2倍の振幅の電圧が表れるが、これは入射波と反射波が同一振幅でなおかつ同相であるためである。

　これまでの例は、極端な例であったので、アマチュア無線用のアンテナと接続した際に出てきそうなそれっぽい数値も試してみることにする。今回は75 Ω負荷を接続したときについて考えてみる。75 Ω負荷を接続したときの電圧反射係数\Gammaは、以下で表される。

\begin{align}
& \Gamma = \frac{Z_L - Z_{ref}}{Z_L + Z_{ref}} = \frac{75 - 50}{75 + 50} = 0.2
\tag{12}
\end{align}

よって、反射波は入射波の0.2倍の振幅となるはずである。また、SWR(VSWR)は、

\begin{align}
& VSWR = \frac{1 + |0.2|}{1 - |0.2|} = 1.5
\tag{13}
\end{align}

となる。75 Ω負荷接続時というのはSWR=1.5に対応する。アンテナの調整を行う際には、SWR < 1.5を基準にする人も多いのではないだろうか。

　さて、図8に75 Ω負荷を接続時の結果を示す。こちらも、緑色が入射波に対応するV_i'、赤色が反射波に対応する V_r'である。

図8 75 Ω負荷接続時の波形

V_i'の振幅は2 Vであるのに対して、 V_r'の振幅は0.4 Vである。これらの結果から電圧反射係数は0.4/2=0.2となり、事前に計算した(12)式に一致する。どうやらうまく測れていそうである。

まとめ

　とりあえずCM型カップラの仕組みと定数の計算方法についておさらいしてみた。時間があるときに実際に作ってみたいが、やらないような気もする。

参考文献

  • 山村 英穂, "トロイダル・コア活用百科", CQ出版社, 2017.
  • 市川 古都美, 市川 裕一, "高周波回路設計のためのSパラメータ詳解", CQ出版社, 2008.

K3NG Keyerを作った話

アマチュア無線 電子工作

　FDコンテストに出るにあたって、リグとPCをつなぐCWインターフェイスを作った。Arduino系のプラットフォーム上で動くK3NG Keyerというオープンソースのキーヤーを使った。提灯記事ではないが、結構よかったので記録に残しておこうと思う。

経緯

　きっかけとしては、FDコンテストに電信部門で出ようと思ったことである。リグとPCをつなぐCWインターフェイスを持っていなかった。私の持っているリグ(TS-590)はUSBインターフェイスは内蔵しているものの、CWのキーイングはできない(もしかしたらできるのかもしれないが)らしく、外付けでインターフェイス回路が必要になったからである。ログソフトにはzlogを使うつもりだったので、これに対応したインターフェイスだとなおよい。

　まずは市販品を探してみた。この手のインターフェイスで有名なものと言えば、やはりUSBIF4CWであるが、値段を見てそっとブラウザのタブを閉じた...... nksg.net

他にはWinKeyerというのもある。そういえばYAAで使ってたような。こちらも安くはない。 www.hamcrafters2.com

　あんまりお金もかけたくなかったので、今回は自作することにした。一番簡単な方法はCOMポートのRTS、DTRを使う方法である。令和版zlogの公式ページにも、説明がある。 use.zlog.org

手持ちのFDTI社のFT232を使ったモジュール(https://akizukidenshi.com/catalog/g/g101977/)で試したところ、まれに1文字目の符号がおかしくなる(符号が飛ぶ)ことがあり、信頼性がイマイチだった。ちょっとわからないが、COMポートの遅延などでうまく送出が出来ていないのかな?と思った。また、今は解決しているのかもしれないがこういった現象もあるらしい(https://github.com/jr8ppg/zLog/issues/110)。私のPCのzlogは令和版ではあるが数年前にインストールしてから更新していないので、そういった現象もあったのかもしれない。が、私がCWインターフェイスを準備していた時期は時間が無くてずいぶん急いでいたのであまり深くは考えず、次に進むことにした。

K3NGキーヤー

　ネットでいろいろ調べてみると、Arduino上で動作するオープンソースのキーヤーで、K3NG Keyerなるものがあると知った。また、このキーヤーは設定により、Winkeyer互換となる。zlogを使ってキーイングするにはうってつけだったため、家にある部品をかき集めて組み立ててみることにした。 github.com

　回路図を書くのがめんどくさいので、構成を以下に箇条書きする。そもそも、ピンアサインもK3NG keyerのヘッダファイル上の定数を書き換えれば簡単に変えられるので、回路図を書くまでもないw

  • 入力は、パドル、キーイングスピード(ロータリーエンコーダ)の2つ
  • 出力は、PTTとKeyの2つ。トランジスタ(2SC1815)でフォトカプラ(TLP621)とLEDを駆動
  • USB-シリアル変換にはCH340Eモジュールを使用(https://akizukidenshi.com/catalog/g/g114745/)
  • MCUはAtmel ATMEGA328P-PUを使用

先ほども書いた通り、ピンアサインはヘッダファイル上で設定できる。以下のページを参照した。 github.com

また、Winkeyer互換としてzlogと接続するためには以下の変更も必要とのこと。zlogの公式ページにまとめてある通りに設定するとちゃんと動いた。なお、細かい行数はK3NG keyerのバージョンによって変わるようだが、「case 0x11:」ぐらいで検索をかけると普通に出てくるので、簡単にわかる。 use.zlog.org

　家にあったユニバーサル基板を使って、写真のような感じで組み立てた。部品も転がっているものや、使っていない回路についていたものを取り外して使った。新しく部品を買いに行っている時間がなかったからである。途中、配線を間違えたせいでジャンパが変な曲がり方をしているのはご愛嬌w

使ってみた感想

　上記のキーヤーを早速FDコンテストで実戦投入してみた。CWで250交信ほどしたが、動作が不安定になることはなく、しっかりとキーイングしてくれた。自分が手で符号を送出するよりも、符号と符号の間に若干間が空くような気もするが、これは単純に自分の符号が詰まりすぎなだけなのかもしれない。安価で簡単に作れて安定して動作してくれたので、個人的にはとても満足している。

　KeyとPTTを出力できるので、自作のCW送信機の制御に使うのにもよさそうである。たとえば、Keyはキーイング、PTTはTX/RXとアンテナの接続を切りかえるためのリレーの制御に使えそうである。自分で制御プログラムを書くのが面倒なときにはちょうどよさそうである。

暑中

日常 移動運用

毎日暑くて外に出る気になりません。

この前の日曜日に河川敷に行ったら、この暑さの中で小学生~中学生はスポーツしたり吹奏楽の練習をしていて「元気だなあ」と思いましたよ。子どもたちもすごいけど、引率している大人や保護者も大変ですね。

子どもたちや親御さんのバイタリティはすごいなとすっかり感心していたら、どこからかサイレンの音が……河川敷に救急車がやってきました。 近くを通りかかったゴミ拾いをしている方(暑い中ありがとうございます)に聞いたら、子どもが熱中症で運ばれて行ったらしいとのこと。

やっぱり、この暑さじゃ熱中症にもなるよね。今時は「同じクラスの○○君が熱中症になって救急車で運ばれていった」みたいな話もザラにあるのかもと想像したり。外は暑すぎるので、もはや家に引き込む以外に気を付けようがない気がするけど、熱中症にならないように気を付けたいですね。

暑くて若干体調が悪かったので、結局FDは最後まで参加せずに早めに切り上げてきました。家に帰っても体調が悪くてぐったりでした。この時期の移動運用は涼しい高原みたいなところでやらないとダメですね。

信仰の山

写真

先週は県境の山に行ってきました。

鳥居

古くから信仰の山だそうです(wikipediaによると)。

事故なく帰ってこられたのも神様のおかげかもしれません。

看板

何度かここにきてますが、鳥居の前の看板を初めてちゃんと読んだかもしれません。こちらの林道、昭和33年度に着工して、56年度に完成したんですね。約23年かかってます。事業費は3億3千7百万円だそう。物価が高騰しているから、今作ったらいくらかかるんだか。