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2019年5月 1日 (水)

ループアンテナを60kHz同調型に改造しようとしましたが・・・

 短波のWWVやWWVHは受信したことがありますが、長波(60kHz)のWWVBは受信したことがありません。
 予算削減で廃局となる可能性もあるようなので、今の内に受信してみたいです。

  Prediction: You can kiss WWV/WWVH operations goodbye.
  Discussion in 'Ham Radio Discussions' started by W7GIF, Apr 5, 2019.
  https://forums.qrz.com/index.php?threads/prediction-you-can-kiss-wwv-wwvh-operations-goodbye.653182/
  "NIST Director Walter Copan has stated in his fy2020 budget proposal that the WWVB clock synchronizing transmissions are not needed."

 

 受信するといっても、日本からは9000km以上離れているので、そう簡単ではないです。

  東京からフォート・コリンズまでの距離
  https://www.google.co.jp/search?sourceid=navclient&hl=ja&ie=UTF-8&rlz=1T4GGHP_jaJP840JP841&q=Distance+Tokyo++Fort-Collins
  9,253 km
 
 たまに遊びに行くホノルルからの距離を調べてみると、5000km程度です。

  Distance Honolulu, HI, USA-(City-and-County-of-Honolulu) → Fort-Collins
  https://www.distance.to/Honolulu,HI,USA-(City-and-County-of-Honolulu)/Fort-Collins
  Distance: 3,342.52 mi (5,379.27 km)

 以前、ホノルルから6000km程度離れたJJY(40kHz)を受信したことがあるので、5000km程度ならば、運が良ければ(電波伝播の状態が良ければ)受信できるかもしれません。

  2018年12月22日 (土)
  ハワイでJJYのモールスを受信
  http://kenshi.air-nifty.com/ks_memorandom/2018/12/jjy-29ae.html

 今までホノルルで何回かWWVBの受信を試したことがありますが、聞こえたことはありません。
 現在は、長波受信用に300φ88ターンの非同調のループアンテナを使っていますが、アンテナを改良すれば、受信の可能性が高くなるのではないかと思って、WWVBの受信に適したアンテナがないか探してみました。

下記のWWVB受信機の製作記事(QEX November/December 2015)にアンテナに関する記載がありました。

    ARRL
    A Frequency Standard for Today's WWVB
    http://www.arrl.org/files/file/QEX_Next_Issue/2015/Nov-Dec_2015/Magliacane.pdf

 

 40ターンの60kHz同調型ループアンテナが使用されているようです。
 素人考えで、非同調型よりも同調型の方が特性が良いであろうと思って、現用のアンテナを60kHzに同調させてみることにしました。

 仕掛けは、SDRPLay RSP2の高インピーダンスアンテナ端子にパラにコンデンサを接続するだけという手抜き工作です、
 フィーダを含むループアンテナのインダクタンスは5.46mHなので、60kHzに同調させるためには、計算上は並列に1289pFのコンデンサを接続すれば良い筈です。
 実際には容量の異なる複数のコンデンサを組み合わせて使用することになります。
 今回は以下のポリエステルフィルムコンデンサ(耐圧50V, J級)を購入して組み合わせを検討しました。括弧内の数値は実測値です。

  1000pF(1029pF)
     220pF( 226pF) 1029pF+226pF=1255pF  60.8kHz
     270pF( 281pF) 1029pF+281pF=1310pF  59.51kHz
     330pF( 346pF) 1029pF+346pF=1375pF  58.086kHz

 右端の周波数は、1000pFをベースにして異なる容量のコンデンサを付加した場合の共振周波数です。
1000pFと270pFの組み合わせがよさそうです。

 基板上に入出力端子と二つのコンデンサを取り付けて出来上がりです。

【(01)60kHz共振用基板】
0160khz  

 組み立て後の実測容量は1312pF、計算上の共振周波数は59.464kHzとなりました。

  SDRPlay RSP2の高インピーダンス入力端子に接続してみました。

【(02)SDRPlay RSP2に接続】
02sdrplay-rsp2  


 以前、40kHz同調型ループアンテナの実験をしたときには、40kHz付近の信号レベルが高くなったのですが、今回はかなり様子が異なります、

    2018年10月 2日 (火)
    40kHz同調型ループアンテナ
    http://kenshi.air-nifty.com/ks_memorandom/2018/10/40khz-da7b.html

 今回の実験では、コンデンサを並列接続したときと、接続していないときの特性がほとんど変化しません。
 最初は、接触不良や、半田付けが原因のコンデンサの特性劣化を疑いましたが、共振用基板を、アンテナとSDRPlay RSP2から取り外して出力 端子間の容量を測定すると正常な値を示します。
   受信信号の状態から判断すると、同調回路のQが非常に低いか、共振周波数が大幅に異なっているような感じです。
 SDRPlay RSPの高インピーダンス入力端子のインピーダンスは1kΩ程度のようですが、これも何か関係するのでしょうか?

  SDRPlay
  RSP2 Guide to using the High Z Port
  http://www.sdrplay.com/wp-content/uploads/2016/12/161201HighZPortGuidev2.pdf

 あるいは、手抜きで受信機側にコンデンサを接続したので、フィーダ部分の浮遊容量が影響している?

 上記テストは並列共振の状態で行いましたが、直列共振にすればどのようになるのかと思って試してみました。
 回路的には、5.46mHのコイルと1312pFのコンデンサの直列回路となります。
 直列共振なら受信機側の入力インピーダンスが低くてもあまり影響ないし、浮遊容量の影響も少ないように思われます。
 共振モードを切り替えて受信してみました。

【(03)SDRuno Waterfall】
03sdruno-waterfall

下側が非同調、中間が並列共振、上側が直列共振です。
 非同調と並列共振ほとんど差がありませんが、直列共振では50~60kHz付近のノイズレベルが高くなっています。
 この結果だけ見ると、直列共振を採用して周波数を調整すれば良いように思われます。
 ところが、非同調と並列共振ではCWモードで復調できていたタイムコードのビート音が直列共振では全く聞こえません。
 オーバーフローの表示が時々出ていたので、利得を絞ってみましたが、やっぱり受信できません。
 並列共振でも直列共振でも調子が悪いです。

 何回か試してみましたが、状況は変わりません。
 原因はよくわかりませんが、次はアンテナの根本にコンデンサを接続してテストしてみる予定です。

 

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