測定器いろいろ


 しばらくオークションから遠ざかっていましたが、最近、様子をのぞいてみると、結構活況を呈しているようです。この前も、Yahooの収益にかなり貢献している記事が新聞に載っていました。「アマチュア無線-その他」のコーナーは玉石混交で、いろいろなものが取引されています。一時期ほどの加熱はなりを潜め、最近はリーズナブルなプライスに落ち着いているようです。もっとも、SSGや、人気のスペアナは相変わらず高いですが、それ以外の物品はちょっと「流行」を外すととんでもない価格で落札できることがあります。

 測定器は、被測定物より1-2桁も高い能力を持っていないと機能しませんから、その能力を味わうだけでも結構な楽しみになります。よくオーディオのアンプマニアの方で、アンプはうん十台持っているが、CD/レコードは数枚という(それも何枚かはオーディオチェックCDだったり・・・・・)人を見かけます。昔はそんな方を笑っていましたが、最近、測定器を集めだして、作った回路を測定すると、なんか満足してしまって、セットに仕上げる気が希薄になってる自分にあきれています。ほとんど、先のアンプマニアと同じだな・・・と思いはしても、この先、「おっ!」と思った測定器がでれば、やっぱり「衝動落札」してると思います。

アンリツ MP1201C ERROR RATE TESTER

 これは、普通、手を出さないと思います。アマチュア無線もディジタル化の波が訪れています。SSBなんていう大昔のアナログ変調方式を、後生大事に信奉する時代もあとわずかかも知れません。あの(・・・・な)CQ誌にさえ、ディジタル通信の記事が散見されるこの頃です。ディジタル時代なんてずっと先さ!なんて思っていると「あっという間」にひっくり返るかも。・・・・なんて考えたかどうかは別にして、NRZのPNデータとクロックを供給すれば、伝送系の誤り率が測れる機械のような気がしたので、コイツを手に入れました。使い方をサーベイしながら、遊んでみたいと思っています。これも格安の格安です。もっとも、このレベルであれば、自作も可能ですけど、面倒なのと値段を考えたら自作する時間換算価値と部品代より安いのではと思い、「ま、いいか」の落札でした。



アンリツ MP1201C ERROR RATE TESTER

自作回路の測定


【2002.12.29】

 みなさんは、自作した機器あるいは単独回路の測定はどのようにやっているでしょうか?私は95年以降は、スペアナ主体の測定と調整をやるようになって、いろいろトライをしてきました。そのなかで、測定物と測定器をつなぐ方法が結構問題でした。当時はSMAコネクタが大変入手しずらく、秋葉でも1000円以上していたように思います。仕方なく、200MHz以下はRCAコネクターかBNCを使っていました。しかし、いずれも大きさ、固定しやすさの点で決定的ではなく、使い勝手はあまり良くないものでした。

 そうこうするうちに、ジャンク屋の店頭やハムフェアなどで、SMAコネクタ(4/2穴台座のJタイプ金メッキ)が300~500円程度で出ていることに気が付きました。それからというもの、余裕のある範囲で少しずつ買いためていくと、気がついたら20個を超えるようになりました。オークションを漁るようになってからは、ケーブルもそんなに高くない値段で手に入るようになりました。こうなると一気にSMAで測定系を統一し始めたのです。

 以下にHFではもったいないかもしれない、SMAコネクタを使った測定法を示します。

 これは、実際に測定している様子です。SMA-J(金メッキ)は半田が載るので、直接基板に半田付けしてしまい、信号はSMAケーブルでSSGやスペアナに直行です。こうすると、50Ω系では理想の測定環境が得られます。

このように、一回測定が終わって、結線したあとは、当然、コネクタは再利用のために使いまわします↑。何度もやると、金メッキか半田めっきかわからなくなります(!)。


  

 これは、先日オークションで入手したもので、気をつけていると結構出ているようです。特にケーブルは、たまに格安で10本単位で出ることもありますので、注意していると、いつかは手に入ります。(私は20本も1-2m物を集積してしまいました)


 こんな風に、LCの共振点探索を行うこともできます。こんなに長いクリップを使わなければ、200MHzくらいまでの共振点は楽に見つかります。これでも、50-100MHzまでは楽勝です。このほか、-20dBプローブを使ったりと、SMAケーブル/コネクタの組み合わせは、非常にフレキシブルで場所をとらないので、本来のSHF用途以外にも適応領域が多いと思います。もちろん、HF帯ごときで使うにはもったいないのですが、この便利さには抗し難いものがあります。

ディジタルオシロ


  【2007.8.19】

 暑いさなか、ふっと思い立ってデジタルオシロを買いに行きました。珍しくジャン測ではなく新品測定器です。(ここはジャン測コーナーだけど・・・・)もしかすると、新品測定器を買ったのは20年ぶりくらいになるかもしれません。数年前から、メモリースコープというか、過渡現象を記録できるオシロが欲しいと思っていて、いろいろ調べてはいましたが、メモリーを扱う機器は、年を追うごとに低廉化していくので、もうちょっと待って、・・・・・と時間が過ぎていました。テクトロを筆頭にアジレント、岩通、TEXIO(旧ケンウッドだが、今は中国製品のOEM?)、その他得体の知れない有象無象が、手ごろな価格のデジタルオシロをだしています。

 そういった製品を見渡していて、今、もっとも私にとってコストパフォーマンスのいい機器はどれだろうと、ぼーっと考えてはいました。私の場合、スペアナが3台もあるので、当分、高い周波数領域のスタティックな波形観測はする必要がありません。ですから、リアルで数G/sもの高級器は不要です。1CHなら数百MS/sで十分です。高い周波数領域の単発信号を捕らえるために膨大な資金を投じる余裕はありません。ただ、出来る限り、波形メモリーは多くほしいと思っていました。本格的なロジックアナライザを持っていないので、これの代わりにならないか(2CHでしかありませんが)と考えていました。

 と言う条件で、リーズナブルな価格なものを見ると、岩通がクローズアップされてきました。アジレントやテクトロの普及機種はメモリーが少なく、まずはここで脱落です。TEXIOは、いかにも中国製品という感じなのでパスです。この会社(日本)に、デジタル測定器を開発して、コストパフォーマンスで互していく能力があるとは思えません。結局、無難な岩通のDS5100シリーズに落ち着きました。3年保証がつくのも大きな安心材料です。(秋葉の部品屋で売ってるどっかのデジタルオシロは、安い代わりに保証が無しらしいです。オドロキ)




50MHzのキャリアをON/OFFしてシングルショットで捕獲


 最後に悩むのは観測できる周波数上限です。100MHzか60MHzのどちらにしようか迷ったのですが、どうせこの領域は等価サンプルモードなので、繰り返し周波数しか見えない領域です。仕様をみると、アナログ入力の帯域以外はほとんど100MHzと60MHzの差は無いようです。だったら、3万円の差はもったいないですね。これで、中古のDrか安いデジカメが買えてしまうではないですか。どーせ、スペアナがあるんだし。もしかしたら私の用途なら40MHzでもいいかもしれないけど、そこまで落とすのは止めにしました。50MHzの時間波形を見たいと思うかもしれないし(・・・って、あまり機会はないでしょうが)

 ということでDS-5106を大金はたいて買ってきました。ざっと使って見ると以下の○と×がわかりました。

×:FFTが使い物にならない。こんなできの悪い表示の機能を、よくもまぁ恥ずかしげもなく搭載したものだなぁ。
この欠点はもともと、スペアナで測るため、あまり期待していなかったので、機能がクズでもなんとか価値をを損なうものではないと(苦しく)納得しました。

○:ロングメモリーにつきる。512kBのメモリーは魅力。
○:オートセットアップが楽だし、使い勝手は一旦慣れると簡便でいい。
これくらいかな? でもこの2つの○で、まぁ、いっか という気になっています。

ルビジウム周波数標準器


   【2010.1.10】

 ルビジウム発振器を落札してしまいました。去年に比べてだいぶお安い値段に落ちてきたようです。半額近くになってると思います。大方需要が一巡してしまったようで、なかなか売却には苦労されているようです。私は、おととしから去年にかけての「はやり」の時期は「ふーん」とか言って見て見ぬ振りをしていました(笑)。当時は、スペアナやSSGに入っているOCXOで十分な精度があるからいいや・・・てな感覚でしたから。私的には、まぁ、半額なら買ってもいいけど、ちょっと高いな、だって、精度が上がるったって、自己満足以外に目に見える直接的な恩恵は無いからなぁ・・・・てな考え方でした。ところが、供給過剰で、去年の半分近辺に売価が下がってくると、俄然、興味が湧いてきたという按配なのです。どうも、人と同じアクションは嫌いで、去年はすでに人気化していましたから、「同じことやりたくなーい」なんて拗(す)ねていたのでしょう(大笑)。ゲットしたルビジウムの精度については測定する術がありません。供給元は信頼できそうなセミプロらしく、「精度はGPSで確認して有ります。それに、住所がお近くのようですので、発振器は良さげなモノを見繕いますよ」の言葉にすっかり甘えて信用して、精度検証なんてしようとしないPWZでした。

 さて到着したので中身を見てみました。



商品一式

 ↑がそれです。金属の箱がルビジウム発振器のユニット、その頭に表示&出力コネクタのついた出品者オリジナル基板、コーセルのSWレギュレータ(新品)24V2A仕様のもの、電源接続ケーブルです。これ一式ですぐにスタートできるようになっているようです。これで〆て13000円ですから、去年に比べてずいぶんと安くなったようです。



専用基板

 これは外付け基板のアップです。SMAとBNCがついています。接続パターンをみると、特になにか処理(バッファとか)しているわけではなさそうです。あと、パワー表示とロック表示の高輝度LEDがついています。μPC271Cが乗っているので、ロックのためになにか電圧比較をしているのでしょう。ルビジウム発振器のマニュアルも簡単にDLできるので、追っかけてみれば、すぐに分かるでしょう(が、面倒なのでやりません(笑))。

 電顕投入後はパワーLED(青)がついて、ルビジウムがロックすると緑のLEDがつくようになっていて、非常に分かりやすいです。



近傍特性

SPAN:5kHz RBW:30Hz

 んで、お決まりの近傍C/Nの図です。いつものスパン5kHzでは何も見えません。十分な近傍C/Nといえます。



ワイドスパン特性

SPAN:2MHz RBW:10kHz

 これは思ったとおりの広域スプリアスです。100kHzからスタートして、奇数次の高調波がずらりと並びます。間違いなくスイッチングレギュレータ使用時の問題でしょう。安易にSWレギュレータなんて、どんなに良いものでも周波数基準に使うのはいただけません。こんなことは常識なのですが、このユニットは初動時に、ちょっと電流が流れるので小型なSW電源とセットで売るというのは、分からないわけではないのですが、そもそも周波数基準を欲しがる人が、こんな構成で使用するとは考えられないので、やっぱりSW電源は無駄になるのかもしれません。ただ、安定時は0.5A以下の消費電流なので、トランスのでかいのが無ければ、起動時にSW電源を使い、定常状態では、小型トランスの電源に切り替える?という手もなくは無いのですが、24時間つけっぱなしでトランスも一緒に発熱されても困るので、たっぷりと容量のあるアナログシリーズレギュレータを用意するのが良さそうです。さて、そうなるとSW電源は何に使おうかな??




超近傍特性


SPAN:500Hz RBW:3Hz

 ということで、アナログ電源ですが、自作の電源で24V丁度出るものが無くて、2台をシリーズにして12V*2という感じでつないで見ました。電源投入時はSW電源で、ロックしたらアナログ電源につなぎ替えという野蛮な操作です。で、↑が超近傍特性です。スパンは500Hz、RBWは3Hzです。これを見ると、100Hzのところにスプリアスが立っていますが電源ハムの高調波でしょうか?-80dBなので、なんとか抑圧したいものです。まぁ、この基準発信源をSSGに入力して1GHzの出力をさせると、10kHzあたりにスプリアスが出るとしたら、押さえ込みたくなりますね。



ワイドスパン特性

SPAN:2MHz RBW:10kHz

 さて、アナログ電源でのワイドスパン特性ですが、SW電源時に比べて抑圧したというものの、まだスプリアスは残っています。-10dB以上は落ちていると思いますが、どうも完全抑圧には至っていません。ダーリントンTrを用いてリップルフィルタをかましてみましたが改善しませんでした。SW電源と同じような位置にスプリアスが出るので、Rb発振器ユニット起因で電源インピーダンスが影響しているのかもしれません。実際にセットアップして、測定器の基準源として使う場合はそのあたりまでやっておかないとまずいかもしれません。しかし当座は急いで使うことはないので、一応これまでとしますが、後日トライする項目として、

●十分な電流容量のアナログ電源
●Rb発振器ユニットの10MHz出力にDWM式BPF(超狭帯域で設計)

を用意して、システムとしてまとめればいいのではと思います。

菊水のパワーサプライ


  【2010.1.16】

 これは測定器ではないのですが、前面には測定器のような大きなメーターが鎮座しているので、ジャン測の分類にしてしまいましょう。




電源のフロントパネル

 菊水の電源で110V5A(550W)の容量です。これは、私の所有するRFパワー半導体が高電圧を要求するものが多いために用意してみました。それは、2SK408/9や2SK410といったところです。K410はまだ10本近く出番を待っています。こいつらを電圧が90V近辺で動かす(している)ので、そのあたりの電圧特性評価にと思っています。ですが、それ以外にも50V近辺でも5A取れれば、出力が100W以上の回路を評価できそうなので、これもよしとします。しかし、いかにお安い値段で落札したとはいえ、うーん、これ以上に出番が考えられないなぁ。まぁ、最終的にはK410を4本使って、300Wくらいの出力のリニアアンプを作るのに使えればいいなぁくらいに考えています。



内部の様子

 それにしても、中のトランスが極上で、さすが500VAを供給するだけあって、大きなコアです。SSBのように、PEPで●○◎Wなんていうのではなく、正真正銘の500WDC出力ですから、大した大きさです。全重量は25kgとのことで、一人で持つにはちょっと難儀します。中身は、配線も丁寧だし、部品もよさげで、いい仕事してるなぁという感想でした。

 なんせ、平滑用電解コンデンサも見てのとおり極太ですし、チョークインプット型の電圧変動の少ない平滑回路です。右側は放熱器についたレギュレータ用パワーTRが8本ついています。この放熱器は一番右のどでかいファンで放熱されています。なんでも、電源SW投入時の設定出力電圧オーバーシュートを起こさない回路があるようです。当然、カレントリミッタ内臓です。

 さーて、ちょっととんでもないことをやってみました。500Wの電源を試験するための大げさな負荷なんて持っているわけはありません。実は、小型の電源トランスと平滑回路のレギュレーションを見るための抵抗負荷なら持っています。それは以下のようなものです。



ダミーロード(電源用)

 ご覧のとおり、3Ω10Wのセメント抵抗を7本シリーズにしていろいろな抵抗値で負荷としていました。総計で21Ω70Wです。これで、ジャンクトランスと整流・平滑回路とこれで、負荷時電圧変動特性を取得していました。それだけでなく、こいつで、負荷試験をやっちまえという荒業です。500W(100V5A)が流れるか、さぁお立会い!です。



500W投入!

 100V5A弱を21Ωの負荷に供給してみました。ほんの数秒ですが、実際、これを10秒も加えると、とんでもなくセメント抵抗が発熱します。このやり方では、まぁ数秒が限界でしょうね。とりあえず、これで電源の動作確認ができました。これ以上の継続動作は怖いので止めておきますが、一応は動作しているようです。

 ついでにこの電源の持っている機能について確認してみました。電源投入時、出力電圧のオーバーシュートを押さえる機能があるようです。電源投入時の電圧立ち上がり波形を見ると、上図のごとく素直な立ち上がり特性をしています。これなら、(あたりまえですが)DUTを痛めることなく電源投入ができそうです。



パワーオン時電圧立ち上がり特性

 以上示したように、この電源は新品だと約20万円ですが、1万円以下で入手できましたから、造りの良さと経年劣化の少ないことを考えると、たいへん良いものをゲットしたと喜んでいます。

 


新オシロの導入と旧オシロのリペア


   【2010.2.20】

 テクトロニクス・・・・・Tektronics・・・・・・オシロといえば「テクトロニクスを使わないやつはモグリだ」とエンジニアの間の暗黙の了解があるという噂を聞きました。エンジニアじゃないので昔から岩通しか触ることができなかった(主に金銭的理由)のですが、いつかはテクトロ(昔、車に似たようなキャッチコピーがあったなぁ)とは思っていました。今回、岩通のシンクロスコープ(オシロじゃないっしょ、岩通造語)の垂直入力レンジ切り替え回路が接触不良を起こし、買い替えか修理か悩んだので、いつものごとく、買い替えの手段としてオークション覗きをしてみました。

 そこでは、ほかの測定器、SSGやスペアナと同じく、オシロもだいぶ値が下がっているなぁとびっくりです。100MHz4CHでも年式の行ってるのは1万円以下で楽勝ゲットのようです。それならテクトロも手に入るかなぁ?と見てみると、当然アナログタイプで高い周波数のものが欲しいのですが、やっぱりそれなりの値のようです。でも、一方、販売店をみると、それでもオークションの2倍以上の値付けであります。オークションで買ったあとも修理がお願いでき、それなりに程度もいいやつがないかなと(虫がいいけど)見ていると、ありました。テクトロオシロの修理の老舗が出していたオークション品です。



テクトロ2467B

 400MHz/4CHと、ほとんどPWZには性能的に過剰でしたが、まぁ、高速のオシロのほうがいい部品を使ってるのだろうと、思わずぽちっとクリックでした。なんたって、いつかはテクトロです(しつこい!)。まぁ、スペアナがあるので、オシロが高速である理由はあまりなくて、高速な複雑波形の観測なんてあまりやらないので、100-200MHzで十分なのですが、何事も余裕があるのはいい事だと、わけの分からん理由で決めてしまいました。 

 さっそく、テクトロご本尊を8バンドTRXの改造のための波形観測に投入してみました。管面表示はシンプルで分かりやすく、あまりごちゃごちゃしていないのは大いに好感が持てます。各操作つまみもカチッとしていて、操作感は非常にいい感じ。切り替えはほとんどリレーのようで、かちかち動いていて音感はいいのですが、接触不良にならないかちょっと心配はしています。一つ感心したのは、測定条件を8つまで記憶できることで、これはデジタルオシロではあたりまえの機能ですが、アナログオシロでは初めて見ました。動作上はトリガーのかかりやすさ、波形の表示安定度は抜群ですね。気持ちのいい「切れ」があるのは、さすが、いつかはテクトロです(もー、うざい!)。

 ただ、ちょっと心残りだったのは、本質ではないのですが、周波数カウンターの表示があると良かったのにと思ったくらいです。これは岩通デファクト機能で、いままで便利に使っていたので、これがあれば大満足だったのに・・・・、という感じです。総括すると、これといって欠点の見当たらないシンプルで優秀なアナログオシロだと思います。

  これを売ってくれたのは、前にも書いたようにテクトロ修理のエキスパートらしいので、これからも長く使っていくことが出来そうです。そう考えると、ちょっと出費はしましたが、これもいい買い物だったのではないかと自画自賛しています。



岩通ss-6611

 この際ですから、いままで常用していたシンクロスコープが修理完了して帰ってきたので、少し、触れておくことにします。岩通のSS-6611 で、これはもう中古で入手してから15年くらいたつでしょうか?自作の再開とともに、最初に入手した最初のまとな「測定器」です。ハイインピーダンスのテスターやDipメータやRF電圧計、20MHzまでのオシロスコープ(Trioだったかな?)などは有りましたが、なんせ、50MHz帯の波形測定のできるものはこれが始めてでしたので、結構便利に使っていました。とは言っても、このシンクロの帯域である60MHzでは、50MHz帯では基本波しか測定できないので2トーンのエンベロープ波形くらいしか観測できませんでしたが(それで十分です)。

 なんせ、便利なのは、周波数カウンタがついていることです。それも、6桁も精度があるので、結構なツールです。波形と周波数が一度に分かるというのは、使ってみると本当に便利です。これが、「ボロ」くなっても手放せない一つの理由でもあります。

 今回、修理の症状はAC/DCの切り替えSWの接触不良か、高い周波数では表示される振幅レベルが変動してしまうこと、ならびに垂直ゲイン切り替え時も同じように振幅レベルが安定しないことでした。ATTのスイッチをいじると、正規の状態になることもありますが、なかなか再現性に難がでてきました。これはもうお蔵入りかなぁと思ってオークションでも(悪い癖です!笑)見に行く前に、修理工房に連絡してみました。帰ってきたメールには、どうもこのトラブルは岩通の典型的症状で、「新品同様に直ります」と自信たっぷりの言葉が。。。。値段もそんなに高くないので頼むことにしました。

 修理には3Wくらいかかりましたが、以上のトラブルは全く無くなり、ロータリーSWのトルクもしっかりしてきて、操作感は格段に向上していました。おまけにトリガーの安定度もすごく改善されて、テクトロよりいいんじゃないか?とまで思わせる「いい仕事してる」結果を得ました。これで、ここ数年以上はテクトロ/岩通の二刀流で遊べる気がしてきました。いい測定器はそれだけで所有する価値があるもんだとご満悦です。

 あとは、ジャン測ではないですが、3年前に入手した、デジタルオシロがあります。これはメモリーが必要な単発事象等の記録に活躍しています。こちらに経緯を書いてあったので参照ください。


遅ればせながらVNA2.6


  【2012.5.6】

 この測定器はかなり出色の「出来」であります。買った当時は360ポンドで、45000円くらいでしたか。VNAと銘打ってはいてもスカラーオンリーのも のがTenTeckから、VNA2.6よりかなり高い金額で出てましたが、これはおもちゃの領域を出ないものだったようです。あと、大昔にN2PKのVNAが日本に紹介されたことがあって、興味を持ったのですが、当時、周波数帯域が狭くて、そのときはちょっとした興味以上のものは感じなくて、部品は揃え(てもらっ)たのですが、着手することはありませんでした。当時、あまり個別素子の特性取得に注力してなかったので、TR4171があれば、位相も測れたので、VNAの ドキュメントをよく読むにつれ、このレベルのVNAは必要性を感じなくなってしまいました。





VNA2.6の寸法

小さいですねぇ




VNAの中身

2段重ね基板の上部(下部はPCインターフェース)
DDSのAD9851が2個見えるが驚くほど少ない部品でできている
リターンロスブリッジも内臓していて使い勝手が極めて良好


 おっと、肝心の今回の話はVNA2.6です。これって、もう、UKから買って1年以上経ってしまいました。いつか、どこかでアップしようかと思っていたのですが、なかなか機会がなく埋もれていました。これは、FETリニアアンプの関連でいろいろお世話になったRoyさんのサイトを見て衝動買いしたものです。完成品で求めました。当時はキットもあったようですが、この手のものは完成品が「ある」なら迷わず完成品を求めたほうが、(未完に終わって修復不能といった)後悔をしないで済むと思います。

 実は、VNWA2.6はほっておいたらバージョンが3.0になって諸特性が改善されています。ハードは変更されていて、ダイナミックレンジの確保できる周波数レンジが拡大されているようですが、PWZにはいまのところ猫小判状態なので、ハード変更のために4万円支出はしたくありません。ソフトは2.6のハードでも3.0のソフトが使えるようなので、これからバージョンアップをしてみる予定です。ということで、VNA2.6(ハード)をなるべく長く使いたいので、ケーシングを改造してみることにしました。実は、これはRoyさんのまねっこなのです(笑)。

 それにしても本当にコンパクトな外観です。よくもまぁこんな小さな筐体にGHz帯域にも及ぶVNA機能を作りこんだものです。DDSのオーバークロックとエイリアスを積極的に活用した、アクロバティックな回路構成になっています。そのため、高い周波数ではダイナミックレンジが毀損されますが、私は、GHzに近いような領域で個別回路部品の精密測定なんて行わないし、あるとしてもせいぜいS11、S21がある程度の精度で測定できればそれで十分です。ですから、この価格でこの機能は十分なのです。RLB(リターンロスブリッジ)がはじめから内臓されていて、この大きさですから、本当にすばらしいですね。







VNAを収容したケースの様子

要するにコネクターを保護するために2重にしたというだけです(笑)


 これを上図のように2重ケースに収容しました。これは、別にシールドを意識したわけではないのです。まず、気がつくのが、この製品はSMAコネクターが基板にじか付けになっています。このSMAコネクターはケーブルの取り外しの頻度が高いと、強度的にかなり心配です。できれば、このじか付けのコネクターは あまり触りたくないので、壊れてもいいSMAコネクターを、イクステンションで取り付けることにしました。Royさんは本格的なネットアナ用コネクタを使っているようですが、私はそこまで頑張れる根性がなかったので、懐具合と相談して妥協した形になりました。

 あと、USBケーブルコネクターも同じです。これもVNAをあちこちに持ち歩くうちに損傷する可能性が大きいと考えて、あえて延長して別の壊れてもいいコネクターに接続するようにしました。

 ついでに校正に必要な治具も揃えました。上段は右から、50Ω、Through、下段はShortの二種です。これらは、厳密な意味で校正をするための「標準」足り得ませんが、まぁこの程度の精度で測定できれば十分すぎると考えています。例えば、1GHzで4桁の精度を要求するようなアカデミックな使い方をするわけではありませんから。






 さて、一応このVNAの見え方をUPしておきます。まずは、おおよそ特性のわかっている9MHzのSSBフィルターから。これはここで使うものです。下記の図は、S21のGain(dB)、Group Delay(μS)、S11(dB)、S11|Z|(Ω)を同時に表したものです。いままで、50Ωに整合していると思っていましたが、実は中心周波数では78Ωと、まだまだ追い込む余地がありそうです。このフィルタの整合回路はLマッチなので、(ぴったりと50Ωにしたければ)もう少し追い込まなければ・・・と教えてくれます。




表 示 例

ここでは4本だが、最大6本の物理特性を同時表示可能



 下の図はS11|Z|をImageとRealに分解してみたものです。これをみるとImage成分は殆ど考えなくて良くて、Real成分だけに注意して整合すればいいことになりますね。





 この図はS11をスミスチャート表示させてみたものです。






 下の図はFcが100MHz(と思って作った)3次の定K型LPFの特性を600MHzの帯域で計ったものです。これがこのVNAの特徴である広帯域性ですが、一応校正したとはいえ、フィルタの減衰域の雑音レベルを見ているとなんとなく不連続に見える部分もあります。また、入力インピーダンスも減衰域でぶっ飛んでいるのもちょっと不自然です。このあたりはなんらかの方法で追い込んでみたいと思っています。




 と思って、上図のS11(dB)でみても、下図のS11のスミスチャートでみても波形は連続しているので、上記のS11|Z|はなにか計算ミスをしているのかもしれません(笑)。あるいはVNA内部DDSの測定周波数切り替わりのときのバグとか。はたまた、最近のバージョンでは直っているとか?そういや、今、バージョンはどこまで進んでいるのでしょうか?ちょっとメンテナンスページを覗いてみないといけませんね(笑)。




 さて、このとおり、4万円かそこらでこんなに有効な測定値が得られるのですからたまりません。活用の余地は極めて大きそうです。ただ、これでスペアナ&TGが不要になるかというと微妙ですね。というのは、スペアナ&TGのスイープ速度は一般的にこのようなPC利用型のVNAより速いので、特性をラフに追い込むときは、はるかにVNAより有用で使い勝手が良好です。多連のLC-BPF等の調整時には特にそう感じます。


廉価版スペアナについて


  【2013.1.22】

 最近、新興メーカーの廉価スペアナが話題を集めています。ちょっと気になるのでいろいろ調べてみました。

 遡ると、アジレントやアドバンテストあたりが100万円を下回る価格のスペアナをリリースし始めたのは、もう6~7年も前ではなかったでしょう か?当時は、私の好きな超重量級スペアナも、それなりの値段(ウン十万)で売買されていた頃で、そういった機種の再起不能事態を考えると、100万円でしばらくの間、安心が買えるとすれば、それも解の一つかなぁ?なんておぼろげに考えていたことを思い出します。なんせ、その頃にはすでにスペアナ+TGは無 くてはならない測定器になっており、これなしでは自作部屋で「息もできないくらい」(←ZARDの歌にあったなぁ:笑)・・・という有様だったわけですか ら。

 しかしながら、スペックをみると、安さにはそれなりの理由があることが分かります。世の中、そんなに甘く見るんじゃねーぞ、ごらぁ!てな話です。なんせ、 ローカルのC/Nが悪い。10kHzオフセットで85dBC/Hzがせいぜいで、これでは超大昔のアナログ通信方式(←SSBというらしい:大笑)が未だに主流の無線家の自作用にはまったく不向きなのです。音声帯域のIMDなんかノイズフロアが高くて、見られたものではありません。10kHzオフセットでなくて、 1.5kHzオフセット(←0.3kHz~2.7kHz離れたノイズを想定)なら10dBは悪いでしょうから75dBC/Hzとして、SSBの2-トーン のような信号がどれだけのDレンジで
見られるのか????実際に使ってないので推測でしかありませんでしたが、考えるだけで触手は動きませんでした。

 これに加えて、この手の機種はRBWは1kHzというのが多かったので、音声帯域のIMDの分離は難しいことは明らかです。さらには VCO(PLL)のC/Nなんざ、見られるはずもなく、てめー(=スペアナ)のサイドバンドノイズのほうがDUTよりでかいとあっては「何をか言わんや?」てなもんです。これで、現在の私的には利用価値はゼロに等しいのですが、入門用や、広帯域のレベル確認とか、工場のラインのチェッカーとかにはそれなりの意味があるのでしょう。

 という時代が続いたので、100万円近辺という廉価版スペアナには鼻も引っ掛けなかったのですが、最近の状況はさらなる「超廉価」なスペアナが百花繚乱で す。安いものはPCスペアナでTG込で15万円くらいから、上はかのローデシュワルツネッガー(笑)の50万円オーバーなものまで、すさまじいコストダウン がなされているように見えます。ただ、老舗のローデやアジレントの出す廉価版スペアナは自社製ではなく、支那か半島か台湾のOEMでしょう。年間1500 時間しか働かないのに、一人当たりのGDPは日本をしのぐドイツでこんな廉価なスペアナができるわけがありません(って、能力が高ければ関係ないか: 笑)。

 てなわけで、最近の(超)廉価版スペアナに辛口コメントでもさせていただきます。所有されている方には失礼極まりない話ですが、なんでも安けりゃいいよよ いう流れには竿を差したいので、ご容赦をというか、気分が悪くなることは必定ですので、これ以降は見ないでください(笑)。



廉価版スペアナの特性(一部)

 まずは、この表をご覧ください。いろいろなところから引っ張って来たデータなので、共通な土俵で比較できるかどうかは保証がありませんが、まぁ傾向くらいは分かりますので、ちょっと突っ込んでみたいと思います。

 まずは、リファレンスとしてはアジレントの最廉価版機種を持ってきました。これに対していろいろ比較してみましょう。まずは、そのスペックですが、眺めてみると、上で書いたレベルよりはシンセのC/Nが改善されていてなんとRBWも10Hzという、昔の超重量級スペアナでしか実現できていなかった値が載っています。昔はこれ、アナログフィルタだったので、作るのは死ぬ思い(下の写真参照)で、なおかつ高価だったでしょうが、最近はこの辺はFFTでしょうから、算術のみでお茶の子さいさいで実現できます。



MS611AのIF回路

作るのは「死ぬほど大変」だと思います


 物理的なBPFなんざ要りません。なんなら1HzでもOKですよってなもんでございますが、そうは問屋がおろさ ず、他の諸性能とのバランスの上に最適化してあるのでしょう。天下のHPアジレントが作るのですから、このスペックレベルが、彼らが「スペアナ」として許容しうる最低条件なのでしょう。これでも、工場のラインのチェッカーであれば許容できる用途が多いとは思います。入門用にはもちろん、贅沢な部類です。こ いつらはディジタル処理なので、素子のばらつき、経年変化による誤差の逓増も少なく、そういう領域ではC/Pは高いのでしょうが、うーん、個人的にはまったく好きになれません。これに86万円を出す気にはなれません。

 で、次はアーノローデ・シュワルツネッガーじゃなかったR&S(ローデ・シュワルツ)ですね。ここも超高級スペアナではアジレントに勝るとも劣らない超優秀なメーカーです。その廉価機種です。さっき、こんなもの、ドイツじゃ作れないと書きましたが、供給元の会社はドイツ国内です。ただ、実際に作ってるのは、トルコかブルガリアかリトアニアかアルメニアか。。。。。うーん冗談です、中国かもしれませんね(笑)。これは、基本骨格はアジレントとほぼ等価と思っていいでしょう。扱える周波数範囲で2機種に分けているようですが、特性はRBW以外は一緒なので、フロントエンドとローカル発振器と処理ソフトの違いだけなのでしょう。 ということで、実物は店頭で見ただけで操作性や実特性は分かりませんが、価格はアジレントに比べて、30万円以上安いので、「憧れの」R&Sの製品が欲しいという向きにはいいかも知れません(笑)。

 次はRigolですね。こいつは話題になりました。安いほうのDSA-815はTG込みで17万とかのプライスタグですから。衝撃的な話です。見ると、外観もそれなりだし、液晶画面も綺麗に作りこまれて、厚化粧です。でもね~~~、やっぱり支那製は支那製なんですねぇ。まずは、アジレントのコピー品の DSA-1030ですが、スペックは全く同じです。これは、私の推測では、アジレントのOEMがこの会社か次に書く会社なのじゃないかと思っています。それくらいスペックが同じです。最近のスペアナ事情に疎いので、良く分かりませんが、たぶん正解だと勝手に思っています。このあたり、事情通の方にコメントをいただけると幸いです。

 で、その超廉価版のDSA-815ですが、上級機のスペックをさらに劣化させてのデビューです。ローカルのサイドバンドのC/Nが8dB劣化しています。これで、どんな波形が見ら れるのか、ちょっと気になったので、いたずらしてみました。DC信号を見れば、およそのローカルのフェーズノイズ特性がわかります。なので、強引にSSB を見るようなスパンを設定して観測してみました。すなわち、CF=2.5kHz、スパン=5kHzとやって、RBWは最小の100Hzで、DCを観測したのが、以下の写真です。この状態で、画面左のキャリアの半分みたいなところに注目してください。店頭でスマホの馬鹿チョンカメラで撮ったので、写りこみを切るために斜めになっていますが、それはご容赦を。これはまさにローカルのキャリアのサイドバンドノイズ特性そのもので、Off-Center  Frequencyが2.5kHzでは写真を見ると、ローカルのC/Nは55dBくらいです。これだと、RBWを考慮すると2.5KHzでC/Nは 75dBC/Hzとなって規格通りということでしょう。もっとも、このあたりの周波数帯域は規格外(周波数範囲は9kHz~1.5GHz)なので、保証の範囲外といわれるかも知れません。でも、DCが見えるっちゅーのは、F特性を大幅に毀損する時定数はなさそうなので、これは「ローカル信号を見ている」と考えていいのではないでしょうか? 何が言いたいかというと、要は、キャリア周辺の数kHzといった狭い帯域で測定できるダイナミックレンジは、最高で55dBくらい(DCキャリアとノイズフロアのレベル差を見てください)ということになりますね。これを、良しとするなら、「まぁどうぞご勝手に購入ください」というところなのだろうと思います。





ローカルの近傍雑音と等価?




メーカーのHPにあるAM変調波形観測例


 上図はRigolのホームページにあった1kHzで変調されたAM信号の図です。BWは5kHzでRBWは100Hzですから、事実上観測できる分解能の上限のスパンとRBWでしょう。先の写真で推測したのと同様に、オーディオ帯の変調信号を見るにはまぁ50dBくらいの表示レンジということになりますか。これが、0-80dBC/Hz@10kHz offset という実力のローカルの限界と考えられます。意外と見られるじゃないの?という方にはC/Pが高いのではないでしょうか?

 問題はTOIが分からないので、SSB機器の特性を見る場合、ちゃんと狭い帯域のIMDが測れるかということですね。TOIが低いとIMDを生じてしまいます。これを避けるために信号レベルを下げ ると、今度はノイズフロアが高くて、肝心の計るべきDUTのIMDがローカルのフェーズノイズに埋もれてしまう・・・・という悲劇に見舞われます。なので、やっぱり、いくらRBWが100HzだからといってSSBの2-トーンが分離できそうだから、(私にとって)使い物になる・・・・とは行かないように思えます。誰か奇特なかたがこの機種の人柱になって試してくれるといいのですが(笑)。ところで、上位機種はアジレントと同じスペックでC/Nが8dB良く、RBWも 10Hzなので、廉価版よりは「見られる」でしょうが、支那製ということで、品質を考えると、これに数十万をかける気はさらさらありません。3年の保障期間終了後、支那タイマー発動で、ぶっ壊れる可能性が高いのじゃないでしょうか(大笑)。もし、アジレントにOEMしてるのであれば、アジレント品質が保たれているのか、興味がありますね(うーん、ただHP品質>>アジレント品質だからなぁ、なんとも・・・・)。


 次の台湾製は高い方がアジレント廉価版スペックと同等で、安いほうはコメントできないくらいプアなスペックです。誰がこんなものに30万も出すのだろうか?っ ちゅー製品ですね。なので、コメントは無しです。高いほうのGSP930は「一応ドイツ製」であるR&SのHMS-3000より高い!ので、馬鹿こくでねーぞ!というところでしょうか。

 廉価版のスペアナの一押しは最後に登場です。Signal HoundのSA44Bです。C/Nが低い周波数では良くなる=DC受信機なのでロー カル周波数が低くなると分周数があがって、サイドバンドノイズが抑圧されるのでしょう、いい感じです。TR技術誌2012年11月号に詳しい解説があっ て、そこから数値は拾いましたが、なかなかのものです。TOIも高く、低周波から4.4GHzまでと周波数範囲も申し分ありません。PC_-basedな のが玉に瑕ですが、いまの時点ではこいつが一番のお勧めに見えます。表示系が無いので、コストを全てフロントエンドとDSPに投入できるので、新大陸製であっても安いのですねぇ。すでに購入してあるので、別途、改めてレポートしたいと思います。


 最後にお遊びを一つ

 アジレントのスペアナのカタログを見ていて、面白い表を作ってみました。価格とローカルのC/Nの相関図です。これを見ると、やっぱりハイエンドはいいなぁと 思ってしまいますが、現実的にはアッパーミドルの信頼度の高いのを10年オチで狙う・・・・というのが趣味にかけられる金の限界でしょうかねぇ?実は、 ちょっと前まではとんでもない隠し玉があたのですが、いまはカタログ落ちしています。こんな奴なら、新品で買ってもいいかなぁと思わせた唯一の機種だったのですが、まことに残念です。



スペアナ価格と10kHz離れのC/N(dBC/Hz)との関係

余計な記述は無視してください

 さらに続きです。価格と10kHz離れのC/N(dBC/Hz)の関係を見てみました。赤点線は勝手に相関を見てみました。これより上はお得ということになりますか。この図からはCXAが安くていいということができるかもしれません(大笑)。



スペアナ価格と10kHz離れのC/N(dBC/Hz)との相関


Tiny SAについて  2021.1.3


 2021年最初のUPにしては、ちょっと寂しいのですが、この稿はツイッターでつぶやいた(殆ど反応無し:笑)のを、念のために20年年末にまとめておいたので、ボツにするのは勿体ないため、このままUPしてしまいます。

 2020年の秋口からTiny SAと呼ばれる超小型のスペクトラムアナライザが話題になっていました。形状が、私の絶賛したNano VNAにそっくりなQVGAの液晶表示器を有するブツですね。国内でも5000円程度で買える手軽さも手伝ってか、かなりの方が手を出したのではないでしょうか?ある方からは、「いままで、無線機の特性を測定できたのは一部のジャン測使いだけだったのが、それを普通のアマチュアまで広げた画期的製品」との威勢のいいコメントが聞かれました。昔からの「一部のジャン測使い」の私としては、そう大上段に振りかぶられると、「ほ~、そうかい、んじゃ、一丁性能を見てやろうじゃないか」とやさぐれる?のに時間はかかりませんでした(大笑)。

 当然のごとくTinySAを買い込んだものの、ネット情報によると、スプリアスの多い、粗悪品も出回っているとのこと。パチモン?に対してパチモンが出てくるところなんか、まったくなんでもありの支那のメンタリティそのものだと思いつつ、自分の入手したブツの特徴を確認してみると、一応、正規品のようで、ま、あまり特性がいいとは言えませんが、スプリアスもなんとか「私のガジェットに対する限界」はキープできているように見えました。





気合の入った個装箱


 実は、開梱したときに、上記のような気合の入った個装箱がでてきたので、ちょっと期待してしまいました。中身は↓のようでした。このあたりは、あちこちのHPやBlogにあるので、「開梱の儀」は止めておきます(笑)。





最初の測定


 私としては、この小さなスペクトラムアナライザがどれだけ実使用に耐えうるかを知りたいので、まずは、中身がどんな風になってるんじゃ?と調べ始めました。本家のHPをぼーっと見ていて、Technical Sectionの項目に、このスペアナの構成図が乗っけてあるのに気が付きました。それが以下の図です。




構成図


 ざっと見ておくと、スペアナ部のLow側(350Mz以下)は通常のスペアナと同じアップコンバージョンの形式をとっているようで、TXと書かれているのが発振器(スイープF/固定F)だと考えられます。これの特徴は、スペアナの入力ポートを使う時は、真ん中のTXと右側のRXが動き、SGとして使う時はTXが動くように見えますね。Low側のSGを動かせば、TX二個の合成された信号が出てくることになります。

 この構成だと、SG信号は、Local信号の純度に相関があるはずなので、まずは、このSG出力のC/Nを測ってみることにします。SGとしての出力を10MHzに設定すると、Local信号(TX)はBPF周波数+10MHzなので、Localは400MHzに近い周波数を生成しているはずです。「スペアナの命」はLocal信号の純度と信号入力のIIP3だと思っているので、この純度は真っ先に気になります。なお、受信側はアップコンバージョンしたあと、Low IFとして870kHzに落とすとの記述がありました。この周波数は、もしかしたら、このあとの不思議なIMD特性に関連しているかもしれません。





ローカルのC/N純度


 ということで、まずは、MS2830Aでローカルの純度を見ます。実はブロックダイヤ上は、ローカルに加えて元信号(TX)をミクシングしてSG出力としており、さらには、ミックスされる2つのTXは400MHzに近い10MHz差の信号ですから、ま、SG出力信号のC/Nはローカル(TX)のそれに比べて3dBほど劣化していると考えられます。そういう前提で見ていくと、上図のごとく10kHzオフセットで-84dBC/Hzですから、LocalのC/Nは-87dBC/Hzくらいとなって、昔の廉価版スペアナのC/Nと比較すると、廉価版中華スペアナとほぼ同じかいいくらいと考えられます。私としては、ここで一気に興味が失せてしまうのですが、5000円のスペアナですから、ここで高望みをするわけにもいかないと思い直しました。むしろ、値段を考えれば、中華スペアナ並みのC/Nを得ていることに賞賛を送るべきかもしれませんね。

 実は、ここでかなり興味が消失したので、スペアナ自体の開梱はせずで、ローカルに何を使っているのか確認できていませんが、たぶんオンチップVCOと小数点分周PLLの組み合わせであるアナデバのチップ(ADF4XXXとか)じゃないかと思います。<注:このあと、7L4WVUさんから、このTX/RXはSi4432だと連絡を受けました。なるほど、どうも、このTX/RXの塊が気になっていたのですが、トランシーバICだったわけですね。情報ありがとうございました。:2021.1.3追記>

 さて、このスペアナはとりあえずC/Nが滅茶苦茶悪いわけではないので、よく使う狭帯域変調信号とか、あるいは、IMDとかを測ることができるのか確認してみることにします。


 まず最初に1MHz離れの2-トーン0dBm×2を入れて様子を見ます。これが以下の図になります。





10MHzの2-トーン信号


 IMD3は相当に低く、こりゃいいや!と思って、2-トーンの周波数間隔を狭めていくと、かなり様子がおかしくなります。スパンを500kHzにして50kHz間隔の2-トーンを見ると、もう滅茶苦茶な憑依じゃなかった表示だったので、レベルを-40dBm×2、-50dBm×2と下げていったのが以下の図です。-40dBmで滅茶苦茶な様子が残り、-50dBmでなんとか見えるようになりますので、とんでもない状況ということがわかります。どうも、帯域の狭い信号の観測は明らかに「得意ではない」ことがわかります。





なんじゃこりゃー(ΔF=50kHz,-40dBm×2)





やっとおちついた(ΔF=50kHz,-50dBm×2)



 周波数依存性があるかもと思い直して、100MHz±100kHz、±300kHz、±500kHzの信号を見てみたのが以下の図です。





2-トーン信号(ΔF=1MHz,0dBm×2)




2-トーン信号(ΔF=600kHz,0dBm×2




2-トーン信号(ΔF=200kHz,0dBm×2


 これを見ると、二波の間隔が1MHzあるとなんとかなりそうですが、これが100kHzとかになると波形が相当に乱れてきて、測定は不可能です。ちなみにこの信号をMS2830で測ったのが以下の図で、信号源としてまったく問題ないことがわかります。





MS2830の2-トーン波形

ΔF=200kHz,0dBm×2


 もともと、このスペアナのRBWは3.1kHzが最小値ですから、アマチュアの扱う狭帯域通信用変調信号は測定することはできません。そもそも、1kHzの変調波で、変調されたAMとかFMとかの信号は、サイドバンドが1kHzごとにでますから、これを分離できません。なので、当然ですが、SSB、AM、NBFMのような狭帯域信号の測定はできないのです。これは最初からあきらめていましたが、狭い周波数間隔の2-トーン信号のIMDが測れないのは、PWZ的にはちょっとショックです。

 すこし意地悪ではありますが、キャリアを3.1kHzのRBWで測ると、測っているRBWそのものの様子を見ることができます。確かに3kHzくらいの帯域があるようですが、なんだか挙動に落ち着きがありません。ディジタルフィルタならば、びしっとした減衰が得られてもよさそうなものですが・・・・





最小RBWでキャリアを測定する…の図

当然アマチュアの狭帯域変調は見ることができない


 このように、変調信号モニタ、ハムバンド帯域レベルのIMD測定ができないとなると、広帯域スプリアスの確認専用になるということでしょうか?最初の期待とは裏腹に、値段相応のガジェットだったということが証明できそうです。このあたり、NaNo VNAとは大きく異なりますね。Nano VNAは狭帯域でも十分な実用性がありますから。

 そもそも、スペアナはやってることは単純ですが、ローカル純度やIMを表すIIP、信号分離用BPFと、構成要素の基本特性がもろにスペアナ性能に反映されますので、実は安く作るには大変むつかしい測定器なのです。そうはいっても、「値段が5000円」ということを考えれば、ずいぶんと頑張ったガジェットだとは思いますが。


PS
 結局、Tiny SAは私の必要とする測定器ではなかったので、正月早々に売り飛ばしてしまいました。現時点で買ってくれる人がいたのは幸運だったと思っています。