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2013年11月12日 (火)

アンテナ直下型チューナ冷却用ブラシレスDCモータのノイズ

 しばらく前に、ADS-B受信用にアンテナの直下に、密閉ケースに入れたRTLチューナ(DVB-T+DAB+FM)を配置して使ったことがあります。
 DS-DT305やLT-DT306のようなFC0012, FC0013を使用したチューナの場合は、消費電力は0.8W程度なので発熱はあまり問題にならないようです。実測した動作時の消費電流は100mA程度でケースの熱が感じられません。
 ところが、TV28Tv2DVB-T(DVB-T+DAB+FM)のようなR820Tを使用したチューナの場合は消費電力が1.5W程度あるようです。実測した動作時の消費電流は300mA程度あり、結構な発熱があります。
 DVB-Tチューナのケースには放熱用の孔が開いていますが、それでもケースが結構温かくなります。
 チューナをアンテナ直下用の密閉ケースに入れた場合は、自然空冷の効果はあまり期待できないので、前回の試作では小さなモータで強制空冷しました。
 たまたま見つけた小型のモータはブラシレスDCモータのようだったので、アンテナ直下でもノイズの問題はないであろうと考えました。
 アンテナ直下型であれば、同軸ケーブルを引き回すより良い結果が得られる筈だと思っていたのですが、実際に使用してみると期待したような効果が得られませんでした。
 受信性能が良くない理由としては、アンテナ自体の特性、チューナの温度上昇、チューナからのノイズ、モータからのノイズ等が考えられます。
 とりあえず、今回はノイズ発生の有無の確認が容易なモータを調べてみました。

 確認のためにスペア用に保管していた同じモデルのブラシレスDCモータを単体で動作させて、短波ラジオ(ROC-10)のAMモードでノイズを受信するという原始的な方法を採用しました。周波数はなるべく高い方が良いであろうとうことで20MHz帯を受信しました。
 ADS-Bの周波数は1GHz付近なのに20MHz帯で調べて意味があるのかという疑問もありますが、チューナ基板に直接飛びこむノイズは周波数が低くても悪影響を与える可能性があるので少しは意味があるかも・・・・・・

【ノイズテスト】

 結果は、ブラシレスであってもDCモータからかなりノイズが発生しています。
 どうも、ロータの回転タイミングを制御する駆動パルスがノイズの発生源のようです。
 ロータに指で触って負荷を掛けて回転数を下げるとパルスの間隔が長くなります。
 モータからのノイズが、アンテナやチューナにどの程度の影響を与えているのか判りませんが、「疑わしきは抹殺せよ」の原則(?)があるし、また、冷却のためだけに45mA程度消費するのも一寸勿体無いのでモータは取り外しました。
 このサイズでブラシ式ということはないと思いますが、念のため取り外したモータを分解すると、アウターローター式のブラシレスDCモータでした。
【分解】
Brushless_motor

 今の季節であれば気温がかなり低いので、チューナが過熱することはないと思いますが、そのうち対策を考えることにします。

  なお、チューナの消費電流についての情報を探してみると以下の記事がありました。

  2013-06-17
  Naked hardware #11: unbranded RTL2832U + R820T
  http://blog.palosaari.fi/2013/06/naked-hardware-11-unbranded-rtl2832u.html

上記URLから抜粋引用
********引用開始********
R820T power consumption
As this RF tuner has different architecture than all the other modern tuners used with the RTL2832U I decided to take some measurements to see how much more power it consumes than those which are based of direct conversion architecture. I used live 634 MHz DVB-T signal which has 8MHz bandwidth. That is very typical DVB-T transmission condition.

Here are the results, measured from the USB, nominal voltage 5V:
fc2580: 183mA
e4000: 176mA
fc0012: 166mA
tua9001: 186mA
r820t: 313mA

Architecture complexity has a price. It seems to drain around 135mA more current than Zero-IF tuners compared. I could assume it is pretty much same for all the the other low-IF tuners too that are designed during last 3 years or so.
********引用終了********

 このデータを見るとDVB-T用だから消費電流が多いという訳ではなくて、R820T固有の特性のようです。

【関連内部リンク】
ADS-B受信用アンテナ直下型強制空冷式SDRチューナを作ってみました
http://kenshi.air-nifty.com/ks_memorandom/2013/10/ads-bsdr-b57f.html

【参考外部リンク】
ブラシ付きDCモータとブラシレスモータの比較
http://www.semicon.toshiba.co.jp/design_support/elearning/elearning/brushless_motor/chap2/1274498_29393.html

ブラシレスDCモータ
http://www.neomag.jp/mailmagazines/201009/letter201009.php

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