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きみとししのしま
5 years ago
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1 アンテナ切替切替えコントロールコントロールボックスボックスの製作 2010/01/11 JA1VCW 1. はじめに送信機受信機などが増えるとそれらをコントロールすることを考える必要がありますどの機械で送受信するかアンテナの選択ダミーロードの接続などです上手に切替えないと何がなんだかわからなくなり送信しているはずが電波は出ない受信機に信号が入ってこないなどの不具合が発生しあわてますそれらをうまく切替えるべく切替器を作ってみました 2. うちの機械どんな機械があるかさしあたって現状です 1) 送信機 A. 自作送信機 #1 (HMTX#1), B. 自作送信機 #2 (HMTX#2), C. 32S-3 2) 受信機 A. JRC#1, B. JRC#2 3) トランシーバ (TRCVR) A. TS これらをどのように接続するか 1) アンテナに対して送信機 3 台トランシーバ ) のどれかを選んで接続可能 2) アンテナに対して受信機 2 台 (4 台まで拡張可能 ) のどれかを選んで接続可能 3) トランシーバは送信機として対応受信機送信機どちらにでも接続できますがどちらかに決めないといけません RX のコントロールは受信時に GND と接続される信号で TX のコントロールは送信時に GND ですトランシーバのスタンバイは送信時に GND に接続される仕様なので送信機として対応しますまたリニアアンプが付く場合にもトランシーバは送信機側にしたほうがよいただ受信時に送受アンテナ切替リレーが動作して受信になっては困るのでリレーを送信側に固定する SW を設けますトランシーバを使用する場合はリレー送信固定 SW を on にして送信機切替えのセレクタをトランシーバの位置にします間違ってこの SW を on したままの場合は受信機にアンテナがつながっていない状態になりますのですぐに気が付きますまた送信をトランシーバで行い受信をほかの受信機を使う場合はリレー送信固定 SW を off するだけでその状態になります送信を送信機で行い受信をトランシーバにすることは不可ですこれは禁止となります 4) マイクとスピーカは切替えていませんのでそれぞれの機械に別に用意するか差替えて使用しますこれちょっと面倒また何か考えないといけませんが現状はこのまま 1

2 5) シーケンサを組み込む単にアンテナ切替えでしたらスイッチのみで出来ますがそれでは面白くないので切替えをリレーとしてスタンバイのコントロールなどもシーケンスをもって動作するようにしましたそのために若干の回路と電源が必要になりました送信時シーケンス 1 受信機をスタンバイ 2ANT に接続する機器を切替える 3 リニアを動作 4 送信機を動作受信時はその逆これをタイミング図で書くと図のようになります受信 => 送信送信 => 受信 RX 受信スタンバイスタンバイ受信 ANT RX TX TX RX LinearAMP OFF ON ON OFF TX スタンバイ送信送信スタンバイ 6) 通常送信と受信のアンテナ切替えは送信機にリレーがあってそれによって行われますこの切替器を使用した場合はこの中で行われるので受信機のアンテナ端子は送信機と接続されるのではなくこの切替器に接続されます 4. 全体の構成全体の構成はブロック図 ( 後出 ) のとおりです RF の信号切替 SW はリレーを使用しました ( スイッチにするとリニアに使う程度の物が必要 ) 良い切替えスイッチが無かったのと後でリモートコントロールが可能なためですどの程度のロスが発生するかわかりませんが少なくともよく使用している 3.5MHz や 7MHz あたりだったら問題ないのではないかと考えてまず作ってしまいました送受信アンテナ切替にはリレーを使いました送信機の切替リレー受信機の切替リレーを排他的に動作させるとこのリレーは不要ですしかし事故で送信機の電力が受信機に入力される状態が発生する可能性 ( 両方のリレーが on になる ) があるのでそれを機械的に防止するためです一個のリレーの固定接点同士がショートする可能性は極めて少ないと考えてこのようにしました実は今のところリニアアンプから送信機への ALC の切替えがありません各送信機の ALC 回路がまちまちなのです好き勝手な回路やコントロールを行っていますむずかしいのでリニアアンプが付くようになってから考えますコネクタのスペースは用意してあります 2

3 フルブレークインには使用できません切替え時間がかかりすぎますもともとフルブレークインを目指すためには送受の切替えが短い必要があり機械自体の適応化が必要です少なくともうちの機械は対応してませんアンテナ切替えは切替えるアンテナ間で干渉が発生しないようにコネクタを絶縁して信号と GND を両方切替えるべきです今回実際に接続されるアンテナが 1 つしかないので面倒になって信号のみ切替えるようにしてしまいました簡易型ということで実際に使用して問題があったり複数のアンテナを使うようになったときには改造しようと考えますリレーの接点は確保してあります正しいアンテナの切替え方 ANT 切替系 ANT#1 ANT#2 コネクタはシャーシから絶縁する 3

4 全体の構成 HMTX#1 HMTX#2 Collins TS-830 送信機切替リレーリニアアンプ T R 送受信アンテナ切替 ANT 切替系 ANT#1 ANT#2 Dummy JRC#1 JRC#2 信号系 3)DummySW 50Ω ダミー抵抗受信機切替リレー 1) 送信機切替え SW リレー送信固定 SW 5) リニアアンプコントロール TXcontrol HMTX#1 HMTX#2 Collins TS-830 T 2) 受信機切替え SW Sequencer 4) スタンバイ SW JRC#1 JRC#2 R RXcontrol 送信機の切替えスタンバイ control 系 1) 送信機の切替え SW 送信機の切替えリレーと TXcontrol を選択します対応するコネクタに送信機からのアンテナとコントロールを接続しますコントロールは送信時に GND となります送信機の切替えリレーは選択すると同時に on になりコントロールはシーケンスに従って on になります 2) 受信機の切替え SW 受信機の切替えリレーと RXcontrol を選択します対応するコネクタに受信機からのアンテナとコントロールを接続しますコントロールは受信時に GND となります受信機の切替えリレーは選択すると同時に on になりコントロールはシーケンスに従って on になります 3)DummySW SW を on するとアンテナの接続が Dummy に変更されます 4) スタンバイ SW 送受の切替えですシーケンスをもって各部を切替えます送受信機にスタンバイ SW や機能がある場合は使用しないようにして本機の TX,RX コントロールが優先で送受信機がコントロールされる必要があります 5) リニアアンプコントロール送信時に on(gnd) になりますシーケンスに従います 4

5 5. シーケンサについてリレーを使用して抵抗コンデンサでシーケンスを組む方法がありますが今回はロジック IC を使用してみますシフトレジスタという機能のロジック IC があります ( 例 SN74HC164N) 機能としては入力が 2 端子 ( クロックとデータ ) 出力が 8 端子 (QA~QH) あります基本的な動作は 1)CLK の波形の立ち上がりで QA~QH が変化します ( 以降 CLK と言ったら CLK の波形の立ち上がりを意味します ) 2)QA は CLK 時の D の状態をコピーします 3)QA~QH はひとつ前の段 ( たとえば QF でしたら QE) の出力を CLK でコピーしますというわけで 1)D 端子を ON/OFF すると下図のように D 端子の状態を CLK で QA にコピーしさらに CLK ごとに 1 ステップづつずれた信号が得られます 2) この信号の Hi の部分を足し算 ( 論理 OR) すると必要とする入れ子状態の信号を作ることが出来ます 3) シフトレジスタの段数を多くしてタイミングを選択して設計すればいろいろなタイミングを作ることが出来ます +5V OFF => Hi ON => Lo QA QB QC QD QE QH D CLK SN74HC164N シフトレジスタ OSC CLK D QA QB QC QD QE QF QG QH QA+QH QB+QG QC+QF QD+QE T1 T2 T3 5

6 QA+QH などは QA と QH の論理和ですので OR 回路です論理記号は次の様で 2 つの入力 (QA,QH が ) のどちらかまたは一方が 1 のとき出力が 1 になりますこのような IC もありますが今回は手持ちの関係で SN74HC00 がありましたのでそれを使用します HC00 は入力が不論理の OR 回路ですので HC164 に接続する場合は HC164 の出力が不論理でないといけませんそのため HC164 の入力を不論理とします QA QH Output *QA *QH Output SN74HC32 SN74HC00 制限事項 1)OSC から発生するクロックによってタイミングが決まりますのでクロックの周期を変更することで入れ子のタイミング (T1,T2 ) を変更できます 2) 各出力のタイミングはクロックの周期のとなりますので接続機器の特性に応じたタイミング (T1,T2 ) を各々別の時間を設定するということは不可能です通常接続機器全体の中の最大の時間を設定します 6. 部品リレーの定格だけ考慮すればよいと考えました最大出力を仮に500Wとしたときの 50Ω 時の電圧と電流は I = (P/R) = (200/50) = 2(A) E = (P*R) = (200*50) = 100(V) これは実効値なので最大値では 3を乗じて I = 3.5(A) E = 173(V) リレーの接点定格は AC250V 5A なのでおよそ電流で 1.6 倍電圧で 1.4 倍の余裕があります 2 回路付いていますので 2 回路を並列にしてあります ( 電流定格 2 倍??) 秋月電子で売っていた 942H-2C-9DS というリレーで 5A/250VAC 5A/30VDC の定格ですただし私のアンテナはハシゴフィーダー + カプラで使用しているのでカプラの同調がずれているような場合はインピーダンスが大きく変わるので注意が必要です ( カプラの調整時は 10W 程度で行います ) コネクタは受信系は BNC, それ以外は M 型を使用しました同軸ケーブルは 1.5D2V を送受信機のセレクタの周りに RG58/U をアンテナ切替え系に使用しました 1.5D2V は少し細い感じですがほかに手持ちが無かったので使いました可能であればテフロン同軸で同じくらいの太さのものが使用できると最上です 6

7 7. 製作について製作についての注意事項は特にありません高周波の回路を組む時の一般的な注意ですほぼ出来上がった写真です相変わらず何のパネル表示もありません木の棚の脇に引っ掛けてありますツマミは RX,TX の切替下の BNC はモニタの BNC 今は 50Ω のターミネータが付いている上の SW はダミー接続と送受アンテナ切替リレーの送信側固定用 ( トランシーバ使用時 ) シャーシの大きさは 250*180*60(mm) コネクタがいっぱいケーブルにかなり引っ張られているケーブルを吊り下げなくてはケーブルにタグを付けた一個コネクタ無し穴だけ後日追加予定 7

8 内部別にどうってこと無いシーケンス回路ひだりから LMC555: クロック発振 SN74HC164N: シフトレジスタ SN74HC00N: 論理 OR モニタ用トランス FT φ20 回ちょうど RG58/U にぴったり右はモノリス? 8

9 8. 測定データ通過時のロス RX->ANT および TX->ANT ( 単位 db) 周波数 (MHz) A B C D < <- <- < <- <- < <- <- <- ANT 入力 -> ANT1,2 ( 単位 db) 参考周波数 (MHz) ANT1 ANT2 db 通過値 Loss(%) 未測定未測定未測定測定接続 SSG SSG (MG645B) BNC 50Ω BNC ショートコネクタ使用時 Reference とする BNC 50Ω スペクトラムアナライザ SPA (MS68B) D.U.T M 型コネクタの信号の場合は BNC=>M 型変換コネクタ使用 1) ロスがあっても通常は修正のしようがないので測定してもムダかもしれませんが値を知っておくことも必要と考えて測定しました 2)SPA の 1dB/div を使用しましたが精度が良いとはいえません SPA の目盛りが 2mm/0.2dB くらいになりますので光点の上側のエッジを比較するような感じです 3) 送信機とパワーメータを使用しての測定のほうが精度が上がると思われますがうちの送信機は真空管式でパワー変動が大きくスタンバイするたびに値が変化しうまく測定できませんでした 4)ANT 切替え回路を測定中に 2MHz でロスが急に大きくなる場合がありました原因を調査するとモニタ用のトランスが影響を及ぼしていました通常モニタのトランスは 50Ω でターミネートされていますが測定時開放のままでしたそのためトランスの 2 次側と引き出し用同軸ケーブルが共振してロスになっていたようで約 50cm の同軸ケーブルを追加したらロスのディップ周波数が 2.1MHz=>1.34MHz と変化しましたこれを防止するためにはターミネータをつけておくかアッテネータを入れておけばよいということで現在はオシロスコープ用のターミネータをいれてありますが 6dB くらいのアッテネータのほうがよいと思います次回検討です 9

10 送受切替えの時間を実測してみました受信 / 送信信号切替えはリレーによっても変わるはずです今回の機械のみの値です受信 => 送信タイミング ( 実測単位 :ms) 受信信号送信信号 6 2 受信 off 8 アンテナ切替え 16 リニア on off on 送信 on off on 送信 => 受信タイミング ( 実測単位 :ms) 受信信号送信信号受信 off アンテナ切替えリニア on 送信 on on off on off リレーのチャタリング時間 10

11 6. 感想など 1) 前々から何とかならないかなと思っていたことを実行に移しました実用としてはそこそこの出来だと思いますただトランシーバのときに SW を間違えることが何度も起きています慣れればよいのだと思いますがプロでしたらそれはだめで何らかの対策を講じないといけないのでしょう今回はこのままですアマでよかった 2) 送信機と受信機の組み合わせが変えられるというのが特徴ですいろいろな機械を使ってみたいというのはアマチュアの楽しみの一つではないかと思います単におしゃべりだけでしたらまあ機械などどうでも良いのですが私個人としては機械を変えて QSO するのはとても楽しみです 3)32S-3 があっても接続して使うのに難があったのですがこれで使用できるようになりました 4) マイクとスピーカーも切替えないと片手落ちになることはわかっていたのですが ( 室内の ) 配線の引き回しが増えてしまうのとコネクタがさらに増えるのがしんどいような気がして付けませんでした 5) 切替えのシーケンスは私が考えたもので恐らくあっていると思いますが違う意見のかたはいらっしゃいますでしょうか 6) じつは HMTX#2 は AM10W の機械です ( 拙稿があります ) AM は非力なので聞こえなくなったときにすぐに SSB に切替えられる必要があったのですいままではコネクタを差替えたりしてすぐに切替えということは困難でしたがこれからはマイクを差替え SW を少しまわすだけで良くなりましたありがたい 7) ロスの 0. 何 db と言うのは結構バカに出来ないものです前出の表にありますように -0.2dB が 2 箇所あって -0.4dB だととそれだけで 8.8% のロスになります 100W だと 8.8W が熱になります昔一生懸命 10W で交信していたのにそれに近い電力が失われていると考えるとちょっとショックですいくら元の電力が大きくなっているといっても気持ちは晴れません 8) 相変わらずパネルに表示がありません切替器ですのでちゃんと表示をしないといけません実際使ってみてアレッということが良くあります机の所で機械を切替えられるのは確かに便利なのですが考えないとどうして良いかわからなくなることもあります表示についてはあとで考えます ( と言って最終的にはやっぱり ) 9) 私の無線機は机の上においてあるのですがちょうど背中合わせにスチール製の棚があってそこにも機械が乗っていますコネクタの差替えが発生するのでケーブルが机と棚の間を縦横無尽に走っていたのですがこれらのケーブルを机の外側から回してずいぶんと整理ができました 10) リレーにシーケンスをもたせたのでスタンバイするごとにリレーの音が微妙にずれて聞こえてきます 11) シーケンスを持たせたためかリレーの音をマイクが拾うようになってしまいましたパワーメータがスタンバイのときにピクッと振れますマイクを抜くとなくなりますのでそのように考えますどうしたら良いかわかりません実際に動作させるまで思いもよりませんでしたこういうことはよくあります配慮不足でしょうか 12) 送信機から受信機へのクロストークが心配でしたが実際に運用してみると問題はなさそうなので ( ラジオがこわれなかった ) 良しとしました受信機切替リレーの接点が選択していないときに開放になっていますが GND とショートしたり抵抗でターミネートする方法があります問題が出たら実験してみます今回はこのままとします 13) スタンバイ SW は開局当時から足踏み SW を使用していますとても便利です 14) 送信機内にアンテナ切替えリレーがあるのにそれを使わずに受信機のアンテナ入力を切替器に接続するのはちょっともったいないのですがシーケンスを作るとなるといたし方ないと思います以上 11

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cover_1103V-0Y.pmd VL-1000 MOS FET MRF150 PA 1kW 50MHz 500W AC200V AC100V 500W PA HF 50MHz HF 50MHz INPUT 1 / 2 ANT1 4 1 ALC FTDX9000 FT-1000MP FT-2000/D FT-950 FT-450 2 ALC ATT BEEP ON/OFF 2 3 POWER POWER 4 GND @ DC 48V