単電源 ウィーンブリッジ発振器を使ったサイドトーン回路の検討

前回の記事で、単電源で動作するウィーンブリッジ発振回路を検討しました。
単電源 ウィーンブリッジ発振回路の検討

この回路を使って、CW キーヤーのモニター (サイドトーン) を考えてみます。

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要は、発振波形を断続的にすれば良いので、その方法としては、
① 発振回路の出力信号を断続する
② 発振回路のループを断続する
③ 発振回路の AGC で制御する
などが考えられます。

発振回路の出力信号の「有」と「無」でバイアス点を変えたくないので、
③の方法が良さそうに思います。
出力信号の「有」と「無」でバイアス点が変わると、いわゆる「ボツ音」が加算されてしまいます。

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ここで、前回検討した単電源のウィーンブリッジ発振回路を見てみます。

上記③の方法だと、出力信号「無」のときに AGC のライン、すなわちピークホールドの電圧を落としてやれば良いのですが、
その後出力信号「有」に切り替わったとき、ピークホールドコンデンサ C3 を充電するパスが Q2 のエミッタ抵抗 R5 しかないので、
なかなか所定の AGC 電圧まで復帰せず、結果として信号の出力がかなり遅延します。
(シミュレーションでも確認済みです)

どうしようかと考えた結果、
ピークホールド電圧をもう一回 PNP トランジスタのエミッタフォロワで受けることにしました。
エミッタフォロワの PNP トランジスタ Q3 はドライブ能力はさほど必要はありませんので、
エミッタ電流は、500 µA 程度にしてみました。

PNP トランジスタのエミッタフォロワでバッファした AGC 信号であれば、
出力信号「無」のときに 電圧を落としても、出力信号「有」で直ぐに戻ってくると思われるので、
ここにキーイングの制御回路を追加してみます。

なお、ピークホールド回路のエミッタフォロワ Q2 はダイオードに戻しても大丈夫だと思います。

キーイングの立ち上がりが若干鈍りますが、
何とかバイアス点を変化させずに発振波形を断続させることができました。

波形の拡大図です。

FFTを掛けてみました。
単電源化したときと比べて、歪みの悪化はほとんど無いと思われます。

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ここまでは机上検討です。
近いうちに実デバイスで実験してみたいと思います。

今回検討した回路は、あまりスマートではないかと思います。
ド素人が偉そうなことを言いますが、
回路の「答えは」一つではないので、設計にもそれぞれ個性があっても良いと思います。
そういうところが、アナログ回路の面白さでもあると思います。

単電源 ウィーンブリッジ発振回路の検討

ウィーンブリッジ発振回路を調べていると、
単電源の回路例は幾つか見つかるものの、
大概は正負電源を使った回路で紹介されています。

正負電源を使うメリットもありますが、
ちょっとした自作回路で負電源まで用意するのは面倒くさいので、
やはり単電源で動作する回路が欲しくなります。

自分でも単電源のウィーンブリッジ発振回路を考えてみようと思いましたので、
備忘録として残しておきます。

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今回は実際に回路を組むのではなく、シミュレーションで検討します。
シミュレーターは、(あまり好きではないですが) LTSpice にしました。

ベースとなる回路は、Educational フォルダ内にある Wien.asc です。
このファイルをコピーして、Wien_SingleSupply.asc とでもしておきます。

macOS 版の LTSpice を初めて使ってみましたが、
Windows 版と見た目が全然違うので、少々戸惑いました。

まず、このままでシミュレーションしてみます。

一部拡大した波形は、

FFT も掛けてみます。

当然でしょうが、計算値どおり約1.6kHzで発振しており、
歪みも少ないようです。

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ベースとなる回路の確認ができましたので、
ここから Step by Step で単電源化していきます。
面倒くさいですが、一気に変えてしまうと、
どこでミスしたかが分かりにくくなるからです。

単電源の電圧は、一旦 9 V を目標にします。
9 V でこの回路が動作するかどうか確認するため、
V1 の電圧を 4.5 V、V2 の電圧を -4.5 V としてシミュレーションしてみます。

ちゃんと発振してくれます。

次に、単電源にします。

V1 の電圧を 9 V とします。
V2 の電圧は 4.5 V として、bias という net 名を付けます。

元の回路で -V の箇所を GND に、GND だった箇所を bias に変更します。
つまり、元回路から 4.5 V オフセットさせて動作させる形になります。
 

動作の中心が 4.5 V になりました。

ここで、ピークホールド回路のダイオード D1 を、PNP トランジスタのエミッタフォロワに変えます。
この変更は、自分が理解しやすくするためなので、必須ではありません。

このとき、PNPトランジスタ Q2 のエミッタ抵抗は bias ではなく、電源 +V に接続します。
ピークホールド用コンデンサ C3 も同様に電源 +V に接続します。
C3 を GND に接続してしまうと、電源投入時に発振ループが最小ゲインからスタートするので、
上手く発振してくれない可能性がありますので注意が必要です。

次に、R4 の接続先の bias を無くします。
ここは、電圧 4.5V (=+V/2)、インピーダンス 10 kΩ なので、
+V と GND 間を 20 kΩ の抵抗分割に変換します。

C2 の接続先は GND でも大丈夫だと思います。

C2 を GND に接続した影響か、発振開始が少し遅れるようになりましたが、
何とか発振しています。
(C2 を +V に接続した方が、若干発振開始が早いようです)

次は、ゲイン調整用 J-FET Q1 に接続されている bias を何とか無くすことを考えます。
AGC の電圧が若干変わるかも知れませんが、Q1 と R2 を入れ替えてみます。

最後に、R2 に接続されている bias を無くします。
先ほどの R4 と同様に、+V と GND 間の 9.8 kΩ の抵抗分割に変換します。

これで bias が消えましたので、V2 を削除します。
あと、R2 と R7 ですが、9.8 kΩ という抵抗は手に入りにくいので、
E24 系列の抵抗値で何とかなるように工夫します。
元々のインピーダンスが 4.9 kΩなので、1 kΩ と 3.9 kΩ に分解して、
1 kΩ の部分を 2 kΩ の抵抗分割に変換します。

波形を拡大してみます。
綺麗な正弦波のように見えます。

FFTを掛けてみます。
若干歪みが悪くなったようです。

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何とか単電源でウィーンブリッジを動かすことができました。
ただ、あくまでもシミュレーションでの机上検討のお話です。
実際に回路を組むときには、もう少し検討が必要かと思います。

キーヤーのサイドトーン用に検討しようと思って始めましたが、
長くなってしまったので、キーイング回路の追加は別記事で残します。 

関西VHFコンテスト 2022

先月のALL JA コンテストは、開催日を一週間違えて不参加でしたので、
関西VHFコンテストが今年初めて参加するコンテストになります。

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ここ数年は、電信部門 144 MHz シングルバンドで参加していましたが、
ちょっと飽き気味なので、今回は電信部門 50 MHz シングルバンドで参加しました。
また、久しぶりに FT-991AM を使いたかったので、移動局 (自宅からですが) での
運用としました。

ログを見てみると、移動局の運用は、昨年の関西VHFコンテスト以来となります。
ということは、FT-991AM が稼働するのも、丸一年ぶりです。
久々に使うので、FT-991AM が機嫌を損ねていないか心配でしたが、
機嫌良く動作してくれており、安心しました。

ただ、最初 CAT が上手く動作せず焦りましたが、よくよく調べてみると、
仮想 COM ポートの番号が入れ替わっていたようで、仮想 COM ポートの番号を
修正したら正常に動作するようになりました。

あまり気合いが入らないので、アンテナは今回お手軽なアローラインとしました。

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とりあえず、21:00 にスタート。
一通りバンド内に聞こえてくる局を呼び回ります。

一旦呼び回った後、少し高め周波数で CQ を連呼。
うちの設備では 50 MHz の飛びは悪いし、
ましてやアンテナはショボいアローラインなので、
局数は伸びません。

初日は 0:00 過ぎまでの運用、二日目は 07:30 過ぎからの運用になりました。
いちおう 12:00 まで粘りましたが、やはり飛びが耳が悪いので、
途中からは以下のようなローペースになってしまいました。

常勝局がたくさん出ておられ、勝ち目は無いと思います。
成績は隠し立てするほどのものではありませんので、以下貼り付けておきます。

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ハイライトは、8 エリアと QSO できたことです。
10:00 過ぎあたりから Es が出たようで、8 エリアの方と何局か QSO することができました。
関西 VHF コンテストで Es での QSO は久々だったような気がします。

ログは KC50 で、先ほど提出しました。
また、eQSLcc にもアップロード済みです。
交信いただきました皆様、ありがとうございました。

TS-590S がちょっと不調

しばらく TS-590S の出番が少なかったので拗ねてしまったのか、
TS-590S が少し調子悪いです。

しばらく電源 OFF した状態から電源 ON したときに、
ANT 1 コネクタからの信号が大きく減衰してしまいます。

ANT 1/2 の切り替えやAT の ON/OFF をしても、状態は変わりませんが、
電源ボタンを OFF → ON して再度電源を入れ直すと、正常に受信できます。

上記の症状は、受信信号が減衰するだけでなく、
送信時も VSWR が ∞ になりますので、
ANT 1 コネクタにアンテナを繋いでいるにも関わらず、
開放状態になっているように思われます。

TS-590S のサービスマニュアルの回路図と、上記の症状を照らし合わせると、
点線で囲ったリレー K44 が ANT 2 に倒れっぱなしになっていると推察されます。

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リレーの不良なのか、またはリレーの駆動信号が悪いのかは分かりません。
このような事例は、他の TS-590 でも発生しているのでしょうか。

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まだ修理対応期間だと思われますので、ド素人が変に触るよりは、
メーカーに任せた方が良いと思います。

ANT 2 コネクタにアンテナを繋いでいれば、今のところ特に支障は無さそうなので、
しばらくは修理に出さず、騙しだまし使っていこうと考えています。

50 MHz 帯 FT8 でフィジーと QSO

一昨日に続いてですが、昨日も 50 MHz 帯での QSO を楽しみました。

Es も出て 50.313 MHz の FT8 も賑やかになり、
沖縄や台湾、中国などとの QSO ができました。

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そんな中、突然 Band Activity ウィンドウに紫色のラインが表示されました。
すごく目立ちます。

見てみると、3D2AG 局 (フィジー) の CQ です。
でも、私の設備では非常に弱く -20 dB 程度でしたので、QSO できる気がしません。
一回見えただけで、その後はデコードしませんでした。
やはりダメかと、その時は諦めました。

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その後しばらくして、また 3D2AG 局をデコードするようになりました。
途切れ途切れですが、今度は何回かデコードしています。
しかし、帯域内に強い信号が幾つかあり、AGC が掛かって信号が抑圧されてしまっています。
何とか QSO したいので、リグの IF 帯域を絞って信号を浮き上がらせようとしました。

今回使用しているリグは TS-590S で、USB (Upper Side Band) - DATA モードに設定しています。
3D2AG 局の DF は、私の設備では 2545 Hz 付近です。
なので、SHIFT を 2210 Hz、WIDTH を 600 Hz に調整して、信号を浮き上がらせようとしました。

IF 帯域を絞った効果はあり、信号は -8 dB 程度まで浮いてきました。
後はコールするだけです。

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でもやはり、コールしても呼び負けてしまいます。
送信の DF を少し変えて、2 回目のコールで赤色のラインが表示されました。
このワクワク感は何回味わっても良いものです。

運が悪いことに、狭めた IF 帯域内に近隣局の強い信号 (DF 1800 Hz 付近に 25 dB の信号)
が入ってきて、3D2AG 局の信号が抑圧されて -24 dB になってしまい、
ぎりぎりデコードできている状態になってしまいました。

それでも何とか 「a2」が付きながらもデコードでき、
73 まで確認することができました。

メイン VFO で少し高い周波数にずらし、もう少し WIDTH を絞ったら良かったと思いました。

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フィジーは全バンド通じて、初めての QSO でした。

50 MHz 帯 FT8 でオーストラリアと QSO

6 m をやられている方にとっては「何を今さら」なことで、
取り立てて書くほどのことではないのではないかと思いますが、
ようやく昨晩、50 MHz 帯で VK と QSO ができました。

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夜の 11 時前、50.313 MHz 付近は信号の入感がほとんど無く、
PSKReporter を見ても電波伝搬は活発では無さそうな状況でした。

しかし、急に VK4ABW/8 局の FT8 信号が見えてきました。
最初は他の局をコールしていたので、こちらから呼ぼうかどうか躊躇しましたが、
しばらくすると CQ を出し始めたので、すかさずコールしました。

2 回目でコールバックがあり、無事 QSO できました。

今回は、WSJT-X の Tx1 ボタンをダブルクリックしておいたので、
レポート送出でコールすることができ、スムーズに QSO をすすめることができました。
(「Tx1 ダブルクリック」を教えていただいた JF3VAX 局に感謝です)

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夜のこんな時間に、
しかも PSKReporter で見てもコンディションが良いとは言えなさそうな状況で、
VK とのパスが開けるなんて信じられませんでした。

さらに、アンテナは北側のベランダに設置しているため、南方向は建物の裏側になり、
ロケーション的にはかなり不利な条件です。

QSO 直後はニセモノかと疑ってしまいましたが、
直ぐに eQSL を送っていただきコンファームできたので、
間違いではなかったようです。

電波伝搬は不思議で予測の付かず、そこが面白いところだと思います。

430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランを 7エレ 1λヘンテナに組み込み

先日より検討していた 430 MHz 帯用 50 Ω：50 Ω 強制バランを、
7エレ 1λヘンテナに組み込んでみました。

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まずは、バランを支持するためのクランプを製作。
厚さ 1 mm のポリエチレン製まな板から切り出して作りました。

エレメント取り付け用の穴は、U バランの接続点から 6.9 cm のところに開けました。
(先日検討した Q マッチングの長さ 6.4 cm ＋ エレメント幅 1 cm の 1/2)

マイクロストリップラインは、防錆のためハンダメッキを施しました。
ハンダを分厚く盛ると特性インピーダンスに多少影響でますので、
ハンダ吸い取り線を使ってハンダを薄く伸ばし、軽くサンドペーパーで磨きました。

裏面のベタパターンは、U バランの接続点から 6.4 cm のところでカットしました。
したがって、アンテナのエレメントをネジ止めしても、ベタパターンと接触することはありません。
また、ソルダーレジストを追加塗布して全面を覆いました。

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7エレ 1λヘンテナに 430 MHz 帯用 50 Ω：50 Ω 強制バランを取り付けた様子です。

裏面はこんな感じです。
U バラン部分とブームが干渉しますので、ブームを U バランの間に通しています。
バランのクランプはまだボルトでブームに固定していませんが、
後日固定するように追加加工する予定です。

バラン組み込み後の、7エレ 1λヘンテナの全体図です。

430 MHz 帯用 50 Ω：50 Ω 強制バランを組み込み後に、
NanoVNA で 7エレ 1λヘンテナの特性を確認しました。

給電エレメントの (引き出し部分の) 長さが変わったせいか、
そのままでは同調点もインピーダンス (特にリアクタンス成分) がズレており、
調整が必要になりました。

そこでラジエータの左右エレメントの位置をずらして、
何とか良い感じのところまで追い込みました。

最終的な結果は以下のとおりです。
VSWR の最小点は、バランを取り付ける前より悪化してしまいましたが、
430 〜 440 MHz の範囲で 1.5 : 1 以内には収まっているようなので、
まあ良しとすることにしました。

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バランを入れたからと言って、特段飛びが良くなるということはないと思います。

ただ、気のせいかも知れませんが、若干ノイズが減ったような気がします。
同相ループで入り込んでくるノイズ信号が抑えられるようになったと、勝手に納得しています。
まだあまり使い込んだ訳ではないので、後々いろいろと分かってくると思います。

昨日、何局か QSO させていただきましたが、
50 W で送信しても、特に不具合などは見られませんでした。

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トロイダルコアを使った広帯域バランと違い、調整も必要で、製作するのは結構面倒くさいです。
強制的に不平衡 ⇔ 平衡の変換をさせて精神衛生上安心を得るという、
単なる自己満足に過ぎなかったのかも知れません。

これで、430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランの製作は終了です。

<関連記事>
430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランの検討（その１）
430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランの検討（その２）
430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランの検討（その３）
430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランの検討（その４）
430MHz帯 7エレ 1λヘンテナの製作

久しぶりに和文電信で QSO

タイトルのとおりなのですが、本当に久しぶりに和文電信での QSO をしました。

先日 430 MHz の CW で JS3XIK 局と QSO していた際、
途中で 「ホレ？」と打ってこられました。

一瞬、お断りしようかどうか躊躇しましたが、
そのまま 「OK PSE QRS」 と打ち返して、和文 QSO に移行しました。

前回の QSO は正確に覚えていませんが、おそらく 1983 年から 1984 年ごろだと思われます。
当時 1 アマの試験にあった和文電信 (50 文字 / 分 × 3分間の受信 / 送信) の対策で、
7 MHz で恥をかきつつ QSO して練習していました。

ここ最近、短い時間ですが和文電信の書き取り練習を続けていますので、
今回の QSO では受信は大丈夫でした。

しかし、送信がメタメタでした。
16 wpm ぐらいでゆっくり打っていたのですが、それでも打ち間違いが多く、
訂正符号の嵐になってしまいました。
文字 (かな) を見ながらそれを打つことはまだできると思いますが、
伝えたいことを頭に思い浮かべながら打とうとすると、
途中でわからなくなってしまい、パドル操作ミスを誘って打ち間違いしてしまいます。

しかも、訂正符号を「ラタ」ではなく「HH」と打ってしまったり、
もうグチャグチャでした。

まだまだ、和文電信で QSO できるレベルでは無さそうです。