AirspyHF+   2018.8.24


 海外旅行をしていて、トラ技を10日近くも遅れて見たので、完全にSDR-3の申し込みに劣後してしまいました。私の申し込み分はいつ来るのかなぁ・・・・?てな状態ですが、かえって時間に余裕ができたので、中身の理解とこれをどんな風に味付けして仕上げようか、ゆっくり考えることにしたいと思います。このSDR-3はアナログコンバータ+ディジタルのDD(U)C+ディジタルフィルタ+DEM(MOD)ですから、お安く仕上げるには非常にうまい構成だと感心しますね。さすが、オジサン工房の小川さん、エンジニアの鑑です!

 さて、そういう理由でSDR-3にありつくには時間がかかりそうなので、少し「埋め草」でも(笑)。

 実は、久々に完成品のSDRを購入したので、それについて書いておくことにしましょう。購入したのは、支那製のAirspyHF+というやつです。いままで、ここでは支那製品のクズをいやというほど堪能したので、今回も同じ目にあうのか、あるいは大逆転で「おきいにいり」の座を獲得できるのか、大いに興味がわくところです。

気が付くと、SDRボードはけっこう買い込んでいるのですよね。列挙してみると

TRX305    (制御部、アナログ回路を自作してリグ化した
RTL−SDR   (TCXO付やらダイレクトサンプル改造その他で4台!)
LimeSDR   (Miniタイプも追加購入済み)
Redpitaya   (アナログ回路を自作してリグ化済み スペアにもう一台購入済み)
PlutoSDR   (本HPには未掲載、そのうち出します)

に続いて6種類目です。ずいぶんと散財してしまいましたね(苦笑)。
  さらには今回のSDR-3(7種類目)ですかぁ。。。。。。。(ふぅ)。

 これらはそれぞれ特徴があるのですが、大きく分けると、チューナー付か、ダイレクトサンプルかで分類することができると思います。TRX305とRedpitayaはダイレクトサンプルであり、他はチューナ付です(実はRTL-SDRも一台はダイレクトサンプルに改造済み)。もちろんAirspyHF+もチューナ付です。HAM用には、ダイレクトサンプルのほうが「本格派SDR」みたいなイメージがあります。歪を発生するチューナが無い方が、高性能と考えられるからです。今回のAirspyHF+はそのイメージを打ち破る(本当?)ハイIPのチューナ付SDRと言うわけです。

 このAirspyHF+の登場はもう半年以上も前になるのですが、あまりお使いになっている方が多くないようですね。製造メーカーは支那のAirspy社です。注文して1W位で到着しました。まずは、お決まり事のunboxから。





個装箱




外見図

SMA端子はHFとVHF用
アルミダイキャストでずっしりと重い



 見た目は小さく重いSDRです。アルミダイキャスト?のケース入りで、ずっしりとしています。これだと、基板むき出しのボードに較べて、外形ケースを追加する必要もないので、余計な工作が必要ないのはGoodですね。ネジ止めなので、簡単に内部にアクセスできるので、一応↓に曝しておきます。




内部の図

シールドの中身は? 右上の6つの穴は外部BPF制御線 右のコネクタはMini USB端子



 シールドされているところはチューナ用のLSI等が搭載されているようです。右下に見えるのはFPGAで、チューナ出力信号をダウンサンプル&フィルタリングしてI/QデータをUSBに吐き出す機能のチップだと思います。・・・・・な〜〜んていい加減な記述をしてはいけません。実は、シールドボックス内のlSIこそが心臓部の1チップチューナ&A/D&DDC&ディジタルフィルタの製品です。これについては後で詳述します。

 このSDRを使って見ようと思ったのは、HFとVHFに特化したSDRであり、HAMや中短波放送の受信では死活的性能である直線性に配意したSDRであるという触れ込みだからでした。いままでのチューナ付SDRはIIP3が真空管式RX並みに低いものが多く、最低でも中波放送のブロック用HPFは必要で、加えて受信帯域のBPFを必要としていましたが、Airspyはそこに大きな配慮がされた設計になっているようです。概略はWEBに書いてありますので、適宜読み込んでください。





AirspyHF+のブロックダイヤ


 設計上の特徴として、Polyphase Harmonic Reduction Mixerなる構造のミクサーをDSPラジオ用チップ(STマイクロのSTA709)を使って、受信周波数をIFに落し、18ビットの刄ー型A/Dでディジタル変換している(送り出しは16ビットに縮退)ようです。ミクサーの形式名はあまり聞きなれない形式ですが、Harmonicsによるイメージ受信を抑えるために、LOの高調波による影響を無くす動作をするようです。あまり参考になる資料が無かったのですが、どうも、位相をずらしたLOによるミキシング成分を合成することで、LOによるイメージを低減する様(さま)は、正弦波を用いて、高調波を出なくしたローカルと同じ効果を狙ったような動作と思えばいいのかもしれません。Harmonic Mixerの動作説明図を見ているとそんな感じに見えてきます。「Polyphaseにすればするほど」、LOの疑似的な「正弦波に近づき度」が増すためにLOの高調波ミキシングが減る・・・・そんな風に理解しました。

 あとは、チップ内蔵A/Dがオーディオ用に用いられてる方式であるところの刄ー変換なので、18ビットはあるのですが、最大サンプルレートが768kspsに制限されることです。この結果、広い帯域を一括サンプリングすることはできないのですが、HFを主眼に置けばハムバンド全体を見るにしても、十分な帯域が取れます。なので、ラジオ用チューナとの組み合わせで安価に上げるには、うまく考えられている構成だと思います。

 さらには、感度(MDSなのでよく分からないが)が−140dBm(BW=500Hz)で、IIP3が15dBmと、結構な値を誇っています。ブロードな(?)トラッキングRFフィルタを備えているようですし、位相雑音特性は1kHz離れで−110dBc/Hzですから、大したものです。これだけの特性を、この「小さな箱」が安価に実現していると思うと、なんだか、ディスクリートで性能のいい無線機を作るか?なんて昔に思っていた「自作のモチベーション」が「あほらしく」思えてくるのはちょっと寂しいですねぇ(苦笑)。

 実は、このSDRのキモは、チューナとA/D,DDC、FIR、を1チップに搭載してあるSTマイクロのSTA709なるLSIチップが「全て」ということが出来ます。なのでここの記述は真っ赤なウソということです(すいません)。それ以外の部分はUSBにIQデータを垂れ流すためのデータコンバータとコントローラ(Atmel ATSAM3U1CなるARMコアのMPU)のようですね。なので、このメーカーはカーラジオ用と目されるチップをうまく転用してHFとVHF(FMやTV)用のSDR(除くDEMO)を1チップで作ってしまったというのが真相のようです。中身はSTマイクロのチップの機能に全てが依存しているということになります。ところで、STマイクロっていろいろな欧州半導体企業の合従連衡の後にできたと思っていました(古い記憶なので曖昧です)が、だとすれば、このSDRは支那製であありますが、実質は欧州の製品と見てもいいのかもしれません?

 ところで、このAirspyHF+は本当に簡単に使えます。ドライバーはプラグアンドプレイでUSBをつなげば意識せずにインストールされるし、SDRソフトは推奨のSDR#(Airspy版)をダウンロードして、Radioの設定をAirspyHF+に設定すれば、なにも考えずに動作してしまいます。これは便利でいいですねぇ。

 実は、去年のボーナスの取り分でHP8903を釣り上げたので、まずは感度について測定してみることにしましょう。HP8903はSINAD=(S+N+D)/(N+D)を復調信号にトラッキングしながら連続的に測定することが出来ます。





SINADの表示例--5


 こうなると、ここで示したような面倒な所作をしなくても、突っ込んだ信号から1kHz近辺の主成分をノッチフィルタで抽出し、それ以外のN(雑音)とD(歪)成分をRMSレベルで測定してSINADを測定しているようです。SINADって昔の業務用のFM機の感度測定に利用されていたみたいですね。

 業務用FM機はSINAD=12dBが感度の基準でしたので、アマ機はもっと厳しい環境で通信することが多いので、今回、SINAD=10dBで感度を測定してみました。MDSよりは理解しやすいのではないかと思います。で、SINAD=10dB感度(帯域2.4kHz)は

  AirspyHF+  (7MHz) は      1.4μVrms  但しSDR#を利用
  AirspyHF+  (7MHz) は      5μVrms     但しSDRConsoleV3を利用
   参考までに
  Redpitaya  (7MHz) は       0.6μVrms  但しHPSDRを利用、プリアンプオフ
  UPコンバージョン機 (7MHz) は  0.8μVrms  但しプリアンプオフのミクサーダイレクトイン

 てな感じです。ま、7MHzで使うには問題ない感じですね。ちなみにノイズリダクションは全てオフの状態です。この状態でノイズリダクションをオンすると、SDR#の場合、これが良く効いて、10dB以上も感度が良くなるようです。ただ、実バンドを受信して聴感上の違和感がないかの確認はこれからです。これらの比較については、SDR-3を入手するまで時間がありそうなので、その時間を使ってやってみたいと思っています。ちょっとSDRConsoleの感度値が正しいのかどうかよくわからないので調査します。