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2012年2月

2012年2月28日 (火)

SMAコネクタのロスのはなし

SMAコネクタのロスとは
 SMAコネクタはマイクロ波領域でよく使われているコネクタです。通常低い周波数ではコネクタロスは無視出来るほど小さいのですが、数GHzになってくるとコネクタでのマッチングのばらつきがロスになってきます。
ハード的には
20120228_171230
 通常は右図のように中心導体のピンをケーブルに半田付けするのですが、この部分がどうしても高い周波数でインピーダンスマッチングが悪くなるのです。そこで、10GHz以上の高い周波数ではセミリジッドケーブルも0.141インチという太くて硬いセミリジッドケーブルを使うのですが、このケーブルの芯線を直接中心導体として使います。
20120228_163841 右図はHIROSEのSMAコネクタ資料ですが、セミリジッドケーブルをそのままシェルに半田付けします。中心導体を 2.3mm だしてスパッとテフロンをきれいに切るのがミソのようです。これに専用工具で中心導体の先端を60°に尖らせる処理をして、最後に六角外形のカップリングを取り付けます。
このようなSMAコネクタでは Loss≦0.03x√ f(GHz) (dB) で、12.4GHzで 0.1dBロスが保証されていますが、なかなかしめつけトルクなどでも影響が出てしまいます。
ソフト的には
 高い周波数で電力合成をする場合等、位相を合わせるためにケーブル長がクリティカルになります。SMAコネクタ型の位相調整器などもありますが、以前15GHzの4パラ合成アンプを製作した時は、70mm程度のコネクタ付きケーブルを12本使いましたが、20本程度注文して長さが合うものを選別して使いました。UT141のケーブルを曲げるのに担当者は一苦労してました。


2012年2月24日 (金)

ICOM IC-710 PLL &VCO 回路追加

SCHEMATICSにICOM IC-710 の PLL と VCO 回路を追加しました。
実際は 1.8M/3.5M/7M/14M/21M/28M の6種類のVCOを切り替える回路ですが、簡略化して書きました。IF 9MHzのシングルスーパー用の局発なので、それぞれの周波数+9MHzを発振しているものと考えられます。
 回路の特徴はバリキャップを2つ使って同調させますが、1つはD/Aコンバーターからの出力を使い、必要な大まかな範囲を合わせ込み、もう1つのバリキャップでロックする制御を行っているものと思われます。PLLのロックレンジの一番いいところに合わせられるように D/Aコンバーターをセットしているのかも知れません。
 また電源関係ではオペアンプを+15Vなどの高電圧を使うのでなく、±8Vで使っていることから、バリキャップのアノード側に-8Vをかけておくことで、オペアンプがレールツーレールのものでなくても0V付近を使えて、かつ出力を-5Vから +5V程度まで効率よく使える工夫をしています。抵抗にダイオードを入れて、急速変化時に抵抗をバイパスさせる回路も使用されています。Ic710_pll_2


2012年2月21日 (火)

久しぶりのCQ誌

久しぶりにCQ誌を買いました

 思い出してみると、CBトランシバー修理の仕事でスイスに行った時に、現地で日本人のエンジニアに会い「CQ誌が読みたいから送ってくれない?」と頼まれて、2〜3回郵便で送るために買ったのを最後に、ずいぶんご無沙汰でした、30年ぶりだろうか?
ハード的には
 それは2012年今月号(3月号)のCQ ham radio
にちょっと気になった記事が載ってたからです。それは「トロイダルコアで自作する"FCZコイル"」の記事です。FCZコイルってのはアマチュア無線器を自作するのに使う、中に調整ネジコアが入った高周波コイルなのですが、けっこう製作記事には載ってたりしますが、地方では入手困難でしたが、ボビンだけ買って自分で巻いたり(昔は仕事でボビン使っていたのでよく作ってましたが)するのは大変なアマチュアには便利なコイルでした。もう製造中止になるそうで、その代替としてトロイダルコアに巻いてつくろう!という趣旨の話です。
 T-25サイズなので、外形6.5mmφ程度なので小型ですね。材質は 1MHz〜30MHzまで使える赤コアの#2材を使います。
 しかしながら、オリジナルの巻き数比ではトロイダルコアの広帯域性が裏目に出て、Qを稼ぐことが難しいようで、アンテナをつける巻き線は1〜3ターンにするのが良いそうです。実際に試して実験された記事ですから大変参考になります。ちょっとこのトランスを使って何か作りたいなぁって気になった記事でした。

2012年2月19日 (日)

アナログメーターのはなし

アナログメーターとは
 最近はあまり見かけなくなったが、昔は HiFi(オーディオ)のセットにはアナログの VU メーターなどがあって、音のレベル合わせなんかに使っていました。また昔はアナログテスター(写真)Img_0509
のような、電圧や抵抗値を計る計器がよく使われていて、この写真も小学生の時に買ってもらった後、自分で買った2台目のテスターです。このアナログテスターの良いところは、抵抗測定の 10kΩ モードがある点です。最近のデジタルテスターは、ハイインピーダンス入力で測定するので、抵抗を測るときには電流をほとんど流しません。この点があだになって、金属の接触不良箇所や電流を流すと抵抗値が変化するダイオードやLEDなどが正確に測れません。(その代わりにダイオード測定モードがありますが)。抵抗を測るときにテスターの両プローブ端子を接触させて 0Ω に合わせることで、テスターの端子間抵抗をキャンセル出来ますし、LEDも光らせることで動作チェックも出来ます。計測用の電流計や電圧計はもしかしたら中学校や高校の科学の実験で今でも使っているかも知れませんが、物理的に磁石に対して可動コイルが反発して動く物なので、壊れやすく振動にも弱いので、あまり使われなくなっているかも知れません。
 メーターにはテスターのように水平において上から見る使い方(水平用)とアンプのフロントパネルなどに垂直に取り付けて使う物の2種類があり、メーターにも記号で [_] 水平用 [┻]垂直用と表記されています。
 さらに針は見る角度によって目盛りとズレが出てしまうので、高級なメーターには文字盤の所に鏡が作られており、針と鏡に映った針と重なって見える所で目盛りを読むようにして精度を上げます。
ソフト的には
 アナログメーターはパワー計などに現在も使われていますが、電力を熱に変えてそれをサーミスタなどの抵抗値の変化で読むようなパワーセンサーは、パワーを加えてもじわじわメーターの指す値が増えてきて安定するまで時間がかかる感じがします。この振れ方がいかにもアナログ的で懐かしいのですが、今回作った進行波と反射波を測定してマッチングを測る、SWR計をシミュレートしたiOSアプリの SWRpro はこんなメーターの振れまで再現しました。ついでにiPhoneを傾けると重力で針がすこしズレる所も追加して、iPhoneがいかにもアナログメーターを持っているような感じに仕上がりました。よかったら試してみて下さい。
Swrprow_2
Swrpro_rl

2012年2月10日 (金)

FAXプリンタドライバのはなし

FAXプリンタドライバとは
 先日からブラザーのLaserFAX複合機の調子が悪く、2枚目のFAXからほとんど真っ黒になってしまう現象でトナーを変えてもダメ、静電除去線のクリーニングをしても直らないので、そろそろ感光ドラムが悪くなったようだ。もう5年以上も酷使してるので、感光ユニットを変えるべきか、その値段で新しいのが買えそうなので、Lpm120f_185x185
AmazonでEPSONのLP-M120FC9というキャンペーン品を入手しました。
設置は簡単で、説明書どうりCDからインストールしてプリンタとしてはネットワークでも認識されたのですが、スキャナがMACの共有フォルダにSMBアクセスでイメージ保存してくれる機能があるようだが、うまく動かない。EPSONのHPで調べると、どうやらMACのLionでは動かないようだったので、まぁ他にもスキャナがあるし、USBメモリにセーブできるのでよしとしてました。もう1つのかみさんのMACではTWAIN機能で Photoshopから読み込み出来ました。
そしてPC FAX機能なのですが、説明書ではインストールされた画面に"LP-M120F FAX"という名前のプリンタが出ているので、何度かプリンター追加してみたのですが、プリンタ機能だけで、FAXの画面が出てきません。USBじゃないとだめかと思って接続しても変化無し、しかし WindowsXPでインストールするとインストールの際に"FAXドライバー"のチェックボックスが出て、プリンタドライバにあるので、LANでもFAX機能が使えるのは間違いなさそうだった。そこでMACインストーラーのパッケージファイルの中身をのぞくとちゃんと "FAXAPP.app"というのが入っている。この名前でMACの中を検索するとライブラリの中にちゃんとインストールされている。
なぜだろう?と午後から夕方まで悩んでいて、夕食後にしかたがなくもう1台の MacBook Pro( SnowLeorard)にドライバをインストールしてみた時にはたと気がつきました。
20120210_215138
 普通に「デフォルト」でLAN接続の LP-M120Fを追加しようとすると、プリンタのドライバは[Epson LP-M120F v1.002]が選択されます。このドライバを変えたら...と突如ひらめいて20120210_215201

プリンタソフトウェアを選択にしてみました。
20120210_215237
するとあるじゃないですか、[ Epson LP-^M120F Fax v1.002 ]のドライバが!

20120210_215313
 それを選択して、分かりやすいようにプリンタの表示名を LP-M120F FAX と変えて、これで出来上がり。さっそくもう1台の予備FAXに送信してみて OK でした。めでたしめでたし。
あとはスキャナをもうちょっと使いやすくして、OCRのソフトでも使えるようにすれば、紙->ファイル化が実現出来そうだ...


2012年2月 8日 (水)

複同調回路のはなし

複同調回路とは
Coup_f 高周波の増幅回路で、LとCによる並列共振回路を使ったトランスがよく用いられます。コイルのQを上げることによって選択性が向上しますが、スプリアスを減衰させる目的にさらに良くするためにトランスを複数使って構成します。この回路を複同調回路といい、今回のようなコンデンサーで2つのトランスを結合するCカップリングと、コイルを密接に接合させて電磁的に結合させるMカップリングがあります。
ハード的には
右図はコイルのQを上げるためにコンデンサーを分割して入出力の 50Ω にマッチングさせた副同調回路で、コイルの中間タップが難しい場合等に用いられる回路です。
 この2つの同調回路を Cx にてカップリングさせます。このCxの値にてカップリング量が変化して、選択性が変わります。20120208_112239下図は Cx =5pFにてカップリングした特性で、峡帯域な特性が実現されています。さらに減らすとすこしシャープになりますが、ピークのレベルが減衰してしまうので、あまり小さくすることも出来ません。この Cxを 10Pに増やすと今度は複同調回路の帯域を広げる効果が現れ、下図のように2つ山が出来るようになりますが、通過帯域を広げることが出来ます。20120208_112545
ソフト的には
このような結合によってシャープな減衰特性と広い通過帯域特性を実現したのが、ヘリカルフィルターやキャビティを使ったフィルターです。多くは複数のヘリカルやキャビティの共振子をM結合で複同調回路を形成した物です。高い周波数では比較的小型でシャープな特性が得られるので、携帯基地局のディプレクサーなどに多く使われています。


2012年2月 6日 (月)

SAWフィルターのはなし

SAWフィルターとは
[Surface Acoustic Wave]フィルターで、表面弾性波フィルターということです。物質の表面での振動が音波のように伝わってある共振帯域のみの周波数が伝わることを利用しています。Photo
ハード的には
表面が電気で振動するのはピエゾ効果などといって、セラミックスピーカーとか利用されていますが、水晶やLiTaO3(リチウムタンタレート)LiNbO3(ニオブ酸リチウム),Li2B4O7(4ホウ素リチウム)などがSAWフィルターのベース素材になっています。これに櫛形の電極をつけて表面を振動させるのです。
水晶の仲間だからではないですが大変鋭い選択性能があり、古くはテレビのIFフィルターのようにある程度広い帯域を持ちながら、隣のチャンネルとの分離性能にすぐれるシャープなフィルター特性を持っています。20120206_115843図は車の無線リモコンに使うSAWフィルターですが、300MHzの周波数で、100KHz程度の選択性を持っています。
 しかしながら、昔の SAWフィルターはロスが大きいことが有名で、かつ水晶のような割れやすい基板材料で取り扱いが不便でした。ロスは富士通の説明にあるように昔は入力した信号が受信側に届くのは半分以下で、反対側に向かっていく表面を伝わる信号は捨てられていました。最近は性能の改良と、小型化が進み、携帯電話のアンテナフィルターや、IFフィルターに多く使われているようです。
ソフト的には
 SAWフィルターで気をつけなければいけない点は素子インピーダンスが 50Ωではないことです。基本的に水晶の上に櫛形の電極をつけたような構造なので、ハイインピーダンスで、アンプとのマッチングはコイルやコンデンサーをGNDに接続したりしてマッチングさせます。インピーダンスが高いので、入出力の回り込みにも注意が必要で、周辺部品のパターン間で信号のアイソレーションが悪くなったりします。大型なSAWフィルターの1つに地上波デジタルIF中継用のフィルターがあります。周波数が37.15MHzと低いことから大きさが51.5mm×31.5mm×7.6mmもあり、入出力が50Ωになっていたり、内部SAW基板が大きいのでしょうね。

2012年2月 3日 (金)

Active Biasのはなし

Active Baiasとは
 高周波増幅用のトランジスターは周波数が高くなるにつれて、ソースのリードインダクタンスを減らすために端子が2本出ていたり、SMD半田用の端子になっていたりして、直接GNDに落とす場合が多くなります。そのような場合にはソース抵抗による電流帰還が使えないので、バイアス電圧を安定させるために注意が必要です。Activebiasまた右図に使っているATF-54143のような高周波で高IPのトランジスタは推奨電流が 60mA と多いことから、バイアスは温度等からもシビアになっています。
ハード的には
 右図の上側はドレインに33Ωを直列につけ、電流が流れすぎるとこの33Ωを通って電圧が 3Vまで落ちたラインからゲートバイアスを取っているので、電流が流れすぎると電圧が減り、バイアス電圧が減って結果電流が戻る。というフィードバック方式をとっています。しかしながらこのフィードバック量が少ないのでどうしても電流の変化が出てしまう点、ゲートバイアスを作るための分割抵抗で電流を消費してしまうなど、ポータブル用途には工夫が必要でした。
 下側の Active Bias はトランジスタ1石(Q2)を使ってフィードバックを改善した回路です。トランジスタのエミッター電圧は流れる電流に応じて22Ωでの電圧降下がありますので変化します。しかしベース電圧は電源+5Vの分圧で固定されていますので、このベース・エミッター間電圧が0.7V程度のVbeになるように合わせれば、最適な電流になるようにコレクターに必要なバイアス電圧が出力されます。コレクターとGND間には 1kΩ程度の比較的高い値の抵抗で済みますので、トータルの電流を減らすことも出来ます。
ソフト的には
 詳細な計算式はデーターシートを参考にして下さい。英文で読みにくいですが、必要なことは判りやすく書いてありますので、がんばって英文にも慣れましょうね。とかく新しいデーターシートや新製品紹介は英文資料が多くて大変ですが、新しい分野だからこそチャンスがあると思ってがんばりましょうね。

2012年2月 1日 (水)

90°ハイブリッドのはなし3

90°ハイブリッドとはHyblidcoup 
 既出の90°ハイブリッドのはなしハイブリッドのはなし2につづく応用編で周波数特性のはなしです。
ハード的には
今回は表面実装タイプやタブ端子のものなどに使われている積層基板の構造のものです。2つの1/4λで結合されたパターンで構成されますが、入力に繋がっているのは -3dB -90˚の出力です。この出力端子はDC的に入力と繋がっているのが特徴で、1/4λが有効な周波数領域以外ではもう1方の0˚出力と結合が弱くなりますので、入力された信号がこちらの端子に出てきます。もう一方の0˚出力ですが、ISO端子と繋がったパターンで入力信号とはカップリングで結合しています。それで使う帯域内でしか出力が現れないのが特徴です。これら2つの出力は理論上では -3dBパワーでは半分ずつ分配されますが、通過・結合ロスがありますので、通常 0.2dB〜0.7dB程度ロスが加わります。この2つの出力のロスの出方で特性の違う製品があり、通常の中心周波数でロスが等しくなるタイプと、20120201_91324結合を強めにして帯域の両端で同量の損失になるタイプ
20120201_91331があり、広めの帯域が必要の場合と、狭い帯域で性能を出したい場合がありますので、このカップリング周波数特性がどうなっているかをチェックすることが重要です。 Hyb_amp
 この90˚ハイブリッドを2つ使って2つのアンプを駆動する回路は右のような形になります。-90˚から来た信号を増幅してこんどは 0˚の端子に入力します。0˚の端子を増幅した信号は -90˚の端子に入力することによって正常に合成され、いったん入力で 3dB ロスした信号が逆の周波数特性をもった端子で2つ合成されるので +3dBとなり、トータルでは周波数特性は打ち消し合い損失は 2個の90˚ハイブリッドのロス分だけになります。また、この回路の良い点はアンプのVSWR(リターンロス)が悪くても90˚ハイブリッドによって反射電力が ISO端子に繋がった抵抗に帰るので、入力端子は VSWRの良い状態を作ることが出来ます。長いケーブルやマッチング不具合に弱い前段と繋ぐ場合にはこのような90˚ハイブリッドを使ったアンプが便利です。しかしながらアンプの動作はプッシュプルではなく、90˚位相がずれただけなので、通常のバランを使ったプッシュプルアンプに比べて2次歪み低減の効果はありませんが、90˚ハイブリッドを使った広帯域なアンプには有効な回路です。
 周波数特性的には上側の0˚端子を増幅するアンプは入力信号のカップリングなので帯域外は増幅しませんので、あまり注意が必要ではありませんが、-90˚側のアンプは帯域外の特にアンプのゲインが取れる数100MHzが帯域外の場合入力過多になって発振したり、過剰な出力状態になったりします。このアンプの入力カップリングコンデンサーを小さくしたり、コイルと50Ωの直列した回路で GNDに落として低域のゲインを落としたりする工夫が必要です。逆に出力はこちら側のアンプがカップリング出力なので、帯域外では信号は入ってくるが出力出来ない状態になります。また0˚側のアンプは帯域外は出力と密接に繋がっていますので、負荷の変動時に注意が必要です。いずれにせよ単体でのチェックだけでなく両方動作させた場合の発振や発熱などチェックが必要です。

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