2020年7月 7日 (火)

nanoVNA-H4でADS-B(1090MHz)用GPアンテナを測定

 最近買ったnanoVNA-H4で、色々なアンテナを測定して遊んでいます。
 今までは、共振周波数やSWRを測定するツールとして以下のようなものを使っていました。

 ・グリッドディップメータ:トリオDM-6 (1.7-180MHz)
 ・SWRメータ:DIAMOND SX-400 (140-525MHz)
・アンテナアナライザ:AW07A (1.5-71MHz, 85-185MHz, 300-490MHz)
 ・DDS付きUSBオシロ:INSTRUSTAR ISDS205B (1Hz-20MHz)

 430MHzまでのアマチュア無線バンドであれば、これでどうにか対応できます。
 しかしながら、ADS-B(1090MHz)のアンテナになると、対応可能な測定器が非常に高価なので手が出ません。
 単純なダイポールアンテナであれば、原理的には、波長と波長短縮率で一義的に決まるエレメント長でアンテナを作れば良いわけですが、実際には外的環境で共振周波数が大幅に変化することがあります。
 また、多段のアンテナの場合、資料には色々な寸法の数値が書いてあるので、適当と思われる資料の数値を信じてアンテナを作るしかありません。

 アンテナの性能を判断するためには、実際に受信してみるしかありませんが、ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)は"Broadcast"とは言っても、普通の放送局のように連続送信している訳ではないので、リアルタイムで調べることは難しいです。
 生のADS-B信号を振幅検波して聞くと、ジッ、ジッ、という音がたまに聞こえる程度です。
 このため、アンテナの比較は、受信できた機体までの距離データを長時間集積して、受信可能範囲の広さで判断することが多いです。
 したがって、リアルタイムで受信状態を確認しながら、エレメントと切り刻んで共振周波数を調整することができません。
 アンテナの共振状態等をリアルタイムで確認できれば非常に便利ですが、今まで個人レベルでは非常に困難でした。

 今回購入したnanoVNA-H4は、100kHz-1.5GHzに対応しているようなので、自作のADS-B(1090MHz)用のグランドプレーン(GP)アンテナもどきの測定をしてみました。
 アンテナの構造は、下記の記事で作ったものと殆ど同じです。

  2015年8月17日 (月)
  USBドングルチューナ直挿しADSB用グランドプレーンアンテナを作ってみました
  http://kenshi.air-nifty.com/ks_memorandom/2015/08/usbadsb-e839.html

 1090MHzの波長は275.2mmなので、λ/4は68.8mmとなり、これに裸銅線の波長短縮率0.96(=288/300)を掛けると66.0mmとなります。

 効果があるかどうか判りませんが、なるべく地面(ground plane)に近くなるように、今回はラジアルを6方向に出してみました。

【(01)ADS-B(1090MHz)用GPアンテナもどき】
01adsb1090mhzgp


【(02)nanoVNA-H4で測定中】
02nanovnah4

 走査範囲は、700-1500MHzです。
 作りっぱなしの状態(エレメント長:66mm)の場合は、共振点は996MHz付近でした。

【(03)共振周波数 996MHz】
03996mhz

 目的の周波数(1090MHz)よりも100MHz程度低いです。
 周波数を上げるためには、エレメントを短くする必要があるわけですが、周波数の変化が大きいので1mm単位で切り刻みます。

【(04)エレメントの切断】
04_20200707174701

 ニッパで切断する場合には、切り口が変形するので、寸法精度はよくありません。
 一寸切りすぎたと思った場合は、目的周波数を通り越していることが多いので、作り直しです。エレメントの先端に半田を盛るという手もありますが・・・
 目的周波数が近づいてきたら、表示波形で共振周波数を確認して、ヤスリで削りながら微調整です。
 最終的には、目的周波数より少し上の1092MHzまで近づけることができました。
 
【(05)共振周波数 1092MHz】
051092mhz

SWRは1.09まで下がっているので、手抜きで作った割にはいいところまで行っているような気がします。

 問題は、実際の受信特性がどうかということですが、そのうちテストしてみたいと思います。

 

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2020年7月 4日 (土)

下限が10kHzのアンテナアナライザ(nanoVNA-H4)を買いました

現在、長波の標準電波(JJY等)の受信用に、自作の300φ88tの非同調ループアンテナを使用しています。
 条件が良いと、たまにハワイでJJY(40kHz)が受信できる(例1例2)ので、それほど性能は悪くないような気がしますが、かなり雑音の影響を受けます。

 WWVB(60kHz)用のアンテナの例を見ると、同調型のループアンテナが多いようなので、このタイプのアンテナを作ることを考えています。
   同調型の方がノイズの影響を受けにくいかもしれません。
 しかしながら、長波の場合は、共振周波数や共振特性を確認できる簡単なツールがありません。
 下限周波数が50kHzのアンテナアナライザの広告を見かけますが、折角なら40kHzにも対応したものが欲しいです。
 最近広告を見ていたら、希望に沿うような製品がありました。

Elikliv「2020最新進化版」アンテナネットワー クアナライザNanoVNA 10KHz-1.5GHz 4.0インチLCDデジタルディスプレイ

 

VNA(Vector Network Analyzer)なので、本来はベクトルネットワークアナライザと呼ぶべきなのかもしれませんが、自分の用途ではベクトルもネットワークもあまり関係ないので、単にアンテナアナライザとします。


 動作範囲が”10KHz-1.5GHz”となっています。
 下限が50kHzの製品と比べると、価格比はかなり大きいですが、絶対値で考えると差額は飲み会1回分程度なので、思い切ってこれを買うことにしました。

 6月24日に注文したのですが、配達予定を見ると、7月19日~7月26日となっています。
 1ヵ月以上先です。
 今は、早ければ翌日、遅くても2~3日で届くので、昔の雑誌広告の通信販売のような感じです。
 多分中国から送られてくるので、注文した商品が間違いなく届けばラッキーとというつもりで気長に待つことにしました。

【(01)お届け予定】
01_20200704131101

 ところが、期待(?)に反して7月2日に配送されてきました。
 約1週間で到着しました。結構早かったです。

 

【(02)配送パッケージ】
02_20200704131201


【(03)外箱ラベル】
03_20200704131201

 NanoVNA-H4 10k-1.5GHzと書いてあるので、注文した品物のようです。

 

【(04)外箱】
04_20200704131301


【(05)内容物】
05_20200704131301

 下記の広告に記載されているものと同じであるような感じです。

Original Hugen NanoVNA-H4 4.0" display 4.2 version 1950mAh battery Vector Network Analyzer HF VHF UHF Antenna Analyzer
https://www.alibaba.com/product-detail/Original-Hugen-NanoVNA-H4-4-0_62455845943.html

Packing list
NanoVNA host (with 1950mAh battery) x 1
USB Type-C data cable x1
15cm SMA male to male RG316 RF cable x2
SMA male calibration kit - OPEN x1
SMA male calibration kit - SHORT x1
SMA male calibration kit - LOAD x1
SMA female to female connector x1
Type-c to Type-c cable x1

NanoVNA Menu Structure Map
https://nanovna.com/?page_id=87


【(06)NanoVNA-H4(表)】
06nanovnah4

 

【(07)NanoVNA-H4(裏)】
07nanovnah4

 ケースの裏に貼られたシールには、50kHz-300MHzと書いてあります。
 この種の製品では、外箱の表示と中身が異なることが珍しくないので、一寸心配になりました。 


【(08)NanoVNA-H4 Version 0.5.0】
08nanovnah4-version-050


 
 電源を入れてみました。
 初期状態では、"START 50.000kHz"と表示されていたので、やっぱり外れを引いてしまったのかとがっくりです。
 念のために、画面をタッチして表示される初期メニューから、"STIMULUS"→"START" と進んで、テンキーから"10k"と入力すると"START 10.000kHz"と表示されたので、とりあえず一安心です。
 

【(09)NanoVNA-H4 表示例(入力オープン)】
09nanovnah4

 入力オープンなので、表示されたデータにはあまり意味がありませんが、"START 10.000kHz"、"STOP 900.000 000MHz"で動作しているようです。
 1秒で約1GHzをスイープするというのがすごいです。


 次に、実際に使っているアンテナを測定してみました。
 なお、測定の前に以下のjh4vajさんの記事を参考にさせて頂いて較正作業を行いました。

  NanoVNA、まずはキャリブレーション(校正)
  2019/9/19 2020/7/1
  http://www.jh4vaj.com/archives/13010
 


【(10)NanoVNA-H4 表示例(Comet CA-2X4M 144/430MHz Whip)】
10nanovnah4-comet-ca2x4m-144_30mhz-whip

 スイープ範囲は100~200MHzです。
 丁度146.0MHzのところにディップがあるので、ぎりぎりセーフでしょうか?


 次に、本題の長波用アンテナを測定してみました。
 測定したのは以下のアンテナです。

  電波時計60KHz改造キットキット 」
  http://www.tristate.ne.jp/den60.htm

 デフォルトでは、バーアンテナのコイルに0.012μFのコンデンサが並列に接続されていますが、変化が検出しやすいように直列共振状態で測定しました。
 スイープ範囲は10~100kHzです。

 

【(11)NanoVNA-H4 表示例(電波時計60KHz改造キット)】
11nanovnah4

一寸見にくいですが、61kHz付近で共振しているようです。
 しかしながら、Qはかなり低いような感じです。

 

以下のアプリでスマホとの連携ができるようなので、これも試してみました。


NanoVNA WebApp
https://play.google.com/store/apps/details?id=net.lowreal.nanovnawebapp&hl=ja

更新日:2019年10月11日
サイズ:1.4M
インストール:5,000+
現在のバージョン:v1.4
Android 要件:7.0 以上
提供元:cho45
開発元:https://github.com/cho45/NanoVNA-Web-Client

 スマホ(Huawei P10にNanoVNA WebAppをインストールし、両端のコネクタがtype-CのOTG用USBケーブルでNanoVNA-H4に接続しました。


【(12)NanoVNA WebAppをインストールしたスマホをNanoVNA-H4に接続】
12nanovna-webappnanovnah4

 

【(13)NanoVNA WebAppの表示例(60kHz用バーアンテナ)】
13nanovna-webapp60khz


 表示グラフの読み方がまだよく理解できていませんが、60kHz付近で共振しているようです。
 横軸の周波数の数値は、下限が10kHzになっていますが、本当にここまで有効な測定データが得られているのかどうかはよく判りません。 40kHz程度まで?

 

【(14)NanoVN A WebAppの表示例(10kHz-900MHz 周波数)】
14nanovna-webapp10khz900mhz

 

【(15)NanoVNA WebAppの表示例(10kHz-900MHz スミス)】
15nanovna-webapp10khz900mhz


【(16)端末情報】
16


 
 簡単に触ってみた範囲では、特に問題はないように思われるので、ゆっくり使い方を勉強したいと思います。
 スミスチャートなどは、50年以上前に大学の講義で一寸聞いただけで、何の役に立つのかも覚えていません。
 頭の体操になりそうです。

 


【参考外部リンク】
About NanoVNA
https://nanovna.com/

NanoVNA-H4
https://www.switch-science.com/catalog/6406/

NanoVNA User Guide
https://cho45.github.io/NanoVNA-manual/

NanoVNA
2019/11/3 2020/6/24
http://www.jh4vaj.com/nanovna

 

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2020年5月 4日 (月)

ISDS205BのDDSで40kHzと60kHzの信号を交互に発生

 以前、ハワイでJJYを受信することはできたので、WWVBの受信にも何回か挑戦していますが全敗です。

  2019年12月21日 (土)
  WWVB受信失敗/JJY受信成功@ハワイ
  http://kenshi.air-nifty.com/ks_memorandom/2019/12/post-72d6a1.html

 WWVBは現時点では運用されていますが、予算削減のために停波予定という話も有ったので、今受信しないと永久に聞けなくなるかもしれません。
 米国本土まで行けば受信できると思いますが、いまのところ遊びに行く予定はありません。
  
  NIST
  The Current Readability of the WWVB Time Code
  https://tf.nist.gov/tf-cgi/wwvbmonitor_e.cgi

 予定では、GWの連休明けにA380でハワイに遊びに行くことになっていたのですが、COVID-19の影響で無期延期(中止?)です。

 仕方がないので、可能性は殆どゼロのように思われますが、自宅で受信することを考えています。
 WWVBが電波を出していて、電波伝搬状況が非常に良く(異常伝播?)、且つ、60kHzのJJYが停波しているという奇跡的な幸運がないとWWVBの受信は不可能であるように思われます。

 過去の停波の状態を調べてみると、WWVBの場合は30分程度が多いようです。
 またJJY(60kHz)の場合は落雷による短時間の停波が多いようです。ただし、昨日(2020/05/03)は3時間半程度停波したようです。
 
  WWVB Station Outages
  https://www.nist.gov/pml/time-and-frequency-division/radio-stations/wwvb/wwvb-station-outages

  JJY transmitted log
  https://jjy.nict.go.jp/Pub/JJY60/index_.html

 普通に考えたらほとんど不可能ですが、短波のJJYの時代には、JJY, WWV, WWVHの3波が同時に受信できることも結構あったし、電波の振る舞いは挙動不審なので、気長に待つことにします。
 周波数が固定であり、キャリアの有無だけ検出すればよいので、検波パルスの1/0データとタイムスタンプをロガーで記録しておけばいので、原理的にはそれほど手間はかからないようか気がします。
 実際にどのようにして実現するかは、これからの検討の予定ですが、どうなるかは?です。

 現在、40kHz.60Khz受信用のアンテナとしては、洗濯ハンガーを利用した300φ88ターンの非同調ループアンテナを使っています。
 ハワイでJJYを受信したときには、このアンテナを使用したのですが、下記のARRLのWWVB受信用アンテナの製作例を見てみると、同調型のループアンテナを使用しています。

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

 当方も、同調型に変更したことがあるのですが、期待したような効果は得られませんでした。

  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・・・
  http://kenshi.air-nifty.com/ks_memorandom/2019/05/post-c479ce.html

 密着状態で88ターン巻いているので、Qが非常に低くなっている感じです。
 上記のARRLの記事にあるように、直径を大きくして巻き数を減らせばよいのかもしれませんが、旅行カバンの隅に突っ込んでおくことが出kないし、ホテルのラナイ(ベランダ)で展開するのが難しそうです。
 300φのループアンテナでも結構怪しいですが、ARRLの記事のアンテナはさらに怪しいです。

 小型で10kHz ~ 30MHz対応ということで、PA0RDT Mini-Whipを購入して試してみたことがありますが、アース(接地、グランド)の取り方が難しくて、思っていたような効果が得られませんでした。

 別のアプローチとして、分割巻きのループアンテナを検討しているのですが、従来品との比較ができないと、何をやっているのかわからなくなってしまいます。
 アンテナや受信機の特性比較のためには、基準信号が必要になりますが、生のJJY(60kHz)は関東では弱いして、レベルの変化も大きいです。
 Google Playで入手できるJJYと同様な効果がある信号を発生させるアプリを利用するのが一番簡単ですが、実際に受信してみると、3次高調波ではSDRunoのSメータを振らすことができません。(40kHz用の原発13.333kHzではどうにか振れます)

 
 前置きが長くなりましたが、ここからが本題です、
 今回はタイムコードは無関係で、一定強度の搬送波が出力されれば良いので、手元にある材料を利用して、40kHzと60kHzの基準信号源もどきを作ってみました。
 信号発生には、USBオシロINSTRUSTAR ISDS205BのDDS(Direct Digital Synthesizer)を利用しました。
 このDDSの可変周波数範囲は1Hz-20MHzなので、周波数的には問題ありません。
 最初は、任意の周波数と持続時間をプログラムできるかもしれないと期待していたのですが、いわゆる掃引発振器の機能しかないようです。
 開始周波数、終了周波数、ステップ幅、周期を指定することにより、スイープ信号を繰り返して発生させています。
 希望としては、40kHzと60kHzの信号を交互に発生させたいです。
 主目的は60kHzですが、JJY(福島局)用に40kHzも発生させることにしました。
 また、単一周波数の連続信号であるとスプリアスとの区別がつきにくいので、各信号を断続することにしました。
 色々試してみたら、開始周波数=40kHz、終了周波数=60kHz、ステップ幅=20kHz、周期=2秒という設定で、目的とする信号を発生させることができました。
Dds

 

 実際に信号を受信してみました。
 受信環境は以下の通りです。

  受信機:SDRPlay RSP2 (Hi-Z input)
  PC:ThinkPad X250 (Windows 10)
  ソフトウエア:SDRuno
  受信周波数:40kHz(音声:左)、60kHz(音声:右)
  "RX COBTROL" → "SETT."(RX Settings) → "OUT"
Rx-cobtrol
Rx-setting_out


【40kHz/60kHz交互信号受信テスト(ステレオ)】

 実験用に、DDSの出力とSDRPlayの入力を直結しているので、Sメータが振り切れていますが、普通の使用状態では、Sメータが僅かに振れる程度です。
 デジカメのステレオマイクによる録音なので、あまりステレオ感が感じられないかもしれません。

信号源もどきはどうにかできましたが、これが利用できる新しいアンテナや受信機を用意するのが、結構手間がかかりそうです。

 

 

 

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2019年5月 7日 (火)

DDS付きUSBオシロ(ISDS205B)で並列共振回路を測定

  DDS(Direct Digital Synthesizer)機能付きであれば、同調型ループアンテナの共振周波数が簡単に測定できるはずだと希望的観測をしてInstruStar ISDS205Bを買ったのですが、そう簡単ではありませんでした。

 ISDS205Bに付属していた"Sweeper"というソフトウエアは、指定された範囲で自動的に周波数掃引を行って、利得と位相をグラフ化してくれるようです。
 同調型ループアンテナをLC並列共振回路であると考えれば、共振点でインピーダンスが最大になるので、共振回路に流れる電流を観測すれば、共振周波数が判る筈です。

 取説に以下の配線図があったので、これを参考にしてテストしてみましたが、予想していて特性とは大きく異なっており、共振周波数の確認ができませんでした。

【ISDS205B Sweep wiring diagram】
("Sweeper"の取説から抜粋引用)
01isds205b-sweep-wiring-diagram

 共振回路の場合は、電源イン―ピダンスや電流/電圧変換用の抵抗の値の影響があると思われますが、この辺の設定を適当に(いい加減に)やったためかもしれません。

 何かを測定する場合には、基準になるものがないと、何を測定しているのか判らなくなってしまいます。

 以前、JJY用の共振型バーアンテナを購入したことがあるのですが、これであればある程度共振周波数が信頼できそうです。(下記参照)

    2018年8月19日 (日)
    JJY(60kHz)用バーアンテナを両周波数用/屋外用に改造
    http://kenshi.air-nifty.com/ks_memorandom/2018/08/jjy60khz-f6a7.html

 

 ISDS205Bに付属していたソフト"Sweeper"の使い方はまだよく理解していないので、今回は単純にDDSの周波数掃引機能とオシロの表示機能のみを利用しました。

 仕掛けは以下の通りです。

                  ISDS205B
                
     ┏━━━━━━━ DDS出力端子(Zout=200Ω)
     ┃
   LC並列共振回路(2端子)
     ┃
     ┣━━━━━━━ CH1入力端子(Zin=1MΩ)
     ┃
電流/電圧変換用抵抗(400Ω)
     ┃
     ┗━━━━━━━ 接地(GND)
         

 

 なお、電流/電圧変換用抵抗は、DDSの出力インピーダンス(Zout=200Ω)に近そうなものをジャンク箱から拾ってきたので、この値で問題がないかどうかは判りません。

 とりあえず、上記の40/60kHz切り替え式のJJY用バーアンテナを測定してみました。
周波数掃引範囲は、20kHz~80kHzです。
 1回目の掃引は40kHz同調、2回目の掃引は60kHz同調です。

【DDS sweepパラメータ】
(画像の左クリックで拡大表示)
02dds-sweep

【JJY用(40/60kHz)バーアンテナの共振特性】
’画像の左クリックでGIFアニメーション開始)
03jjy4060khz

  1回目の掃引では40kHz付近で出力が低下し、2回目の掃引は60kHz付近で出力が低下しているので、大体予想したような特性になっています。


 次に、300φ88ターン(5.46mH)に1270pFのコンデンサを並列接続したWWVB用(?)ループアンテナを測定してみました。
 外付けコンデンサについては、以下の記事を参照願います。

  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・・・
  http://kenshi.air-nifty.com/ks_memorandom/2019/05/post-c479ce.html

 

【DDS sweep/oscilloパラメータ】
(画像の左クリックで拡大表示)
04dds-sweeposcillo

【60kH用ループアンテナの共振特性】
(画像の左クリックでGIFアニメーション開始)
05wwvb60khz
 CH1のみだと信号レベルが低下したときに、周波数が測定できなかったり、同期が外れたりするので、CH2をトリガチャンネルにして固定レベルの信号を供給しました。

  57kHz付近で出力が低くなっているので、共振はしているようです。
  しかしながら、ディップというよりも緩やかな窪みといった感じで、Qが非常に低いように思われます。
  60kHzのJJYを受信してみると、コンデンサを接続しても聴感的には差が感じられません。

 購入したバーアンテナの場合は共振特性が明確に表れますが、自作のループアンテナの場合はあまり効果はないようです。
 自作のループアンテナは比較的小さな枠に沢山のコイルを重ねて巻いたのでこれが関係しているのかもしれません。
 調べてみると、ワイヤを重ねて巻くとQが下がるようです。

 残念ながら、予定しているWWVB受信テストには役に立ちそうにないです。

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2019年5月 5日 (日)

USBオシロ(ISDS205B)操作手順メモ

 先日、DDS(Direct Digital Synthesizer)付きのUSBオシロ(InstruStar ISDS205B)を買いましたが、取説を読んでもまだ操作方法がよく判りません。

 以下のamazonのレビュー(2016-2017)を見ると、「取説の出来が悪くて読んでも使用方法が判らない」的なコメントがいくつかありました。

  Customer reviews
  Instrustar ISDS205B 5 in 1 Multifunctional PC USB Digital Virtual Oscilloscope + Spectrum Analyzer + Data   Recorder + DDS + Sweep 20M 48MS/s
  https://www.amazon.com/Instrustar-ISDS205B-Multifunctional-Oscilloscope-Spectrum/product-reviews/B019RJZXXI

 また、以下のaliexpressのレビュー(2016-2018)では全体的に高い評価ですが、OSC(DDS?)とFFTを同時に使用するとクラッシュするというような書き込みもあります。

  ISDS205B 5 IN 1 Multifunctional PC Based USB Digital Oscilloscop/Spectrum Analyzer/ DDS/Sweep/Data Recorder 20M 48MS/s
  https://www.aliexpress.com/i/32353150677.html

 

 InstruStarのサイトを見ると、ソフトウエアが最近アップデートされたようです。
 購入したISDS205Bに付属していたCDの英語版のソフトのバージョンは、V3.10.6.1だったのですが、最新版はV3.10.12.0 (2019.4.11)のようなので、割と頻繁に更新されているようです。

  Multi VirAnalyzer
  Equipment Support: the software supports our full range of oscilloscope hardware.
  System Support: Xp, Win7 (32), Win7 (64), Win8 (32), Win8 (64), Win10 (32), Win10 (64).
  Update Log: V3.10.12.0 (2019.4.11)
  http://english.instrustar.com/download_detail.asp?nid=1536


 最新版であれば、操作性や機能的な問題点が改善されているかもしれません。
 自分に関係ありそうな部分をメモ用に整理してみました。
 なお、使用PCはThinkPad X250(Windows 10 Pro, 64bit)です。

 

 最初の"Start Select"の画面で下記の5項目が表示されます。

  Oscilloscope/Spectrum Analyzer(Simplified)+DDS
  Oscilloscope/Spectrum Analyzer(Professional)+DDS
  Data Recorder
  Logic Analyzer
  Sweep

 使用頻度が高そうなのは、最初の二つですが"Simplified"と"Professional"の機能の差がよく判りません。
 とりあえず、"Simplified"を試してみました。

-----------------------------------------
[Simplifiedモード]

【波形測定】
  "Multi VirAnalyzer"
→ "Oscilloscope/Spectrum Analyzer(Simplified)+DDS"
→"Oscilloscope-Multi VirAnalyzer"の画面
→ 画面右下に"connected"と表示されていることを確認する。
   "not connected"と表示されている場合には、USBケーブルを挿し直すと、"connected"になる場合がある。
→ "Oscilloscope"のタブ
→ 画面左上の"Channel" →"CH1(CH2)"→"Open"
   または、
 画面右上の"CH1(CH2)"のラジオボタンをクリック。(ボタンが緑色になる)

[Oscilloscope表示例]
(CH1:較正端子直結、CH2:1000pF+10kΩの直列回路経由)
01oscilloscope

 


【スペクトル分析】
 "Oscilloscope-Multi VirAnalyzer"の画面
→"Spectrum Analyzer"のタブ → 画面左上の"Channel" →"FFT1(FFT2)" →"Open"
  または、
 画面右上の"Channel" →"FFT1(FFT2)"のラジオボタンをクリック。(ボタンが緑色になる)

[Spectrum Analyzer表示例(較正信号)]
(CH1:較正端子直結、CH2:1000pF+10kΩの直列回路経由)
02aspectrum-analyzer

[Spectrum Analyzer表示例(DDS出力)]
(FFT1=CH2:DDS 100Hz Square)
02bspectrum-analyzerdds

 


【リサージュ】
 "Oscilloscope-Multi VirAnalyzer"の画面
→"Lissajous"のタブ
→ 画面左上の"Channel" →”Display"にチェック
  または、
 画面右上の"Channel" →"Disp"のラジオボタンをクリック。(ボタンが緑色になる)

[Lissajous表示例(1:1)]GIF
(CH1:ISDS205B内蔵DDS出力、 CH2:LEADER LA-G120A出力)
画像を左クリックでアニメーション開始。
03lissajousgif

[Lissajous表示例(1:2)]
04lissajous

 デフォルトの設定で表示すると、アナログのCRTオシロよりもかなり粗い表示になります。
 データ長を設定できるようになっていますが、何に影響を与えるのかよく判りません。

 

【DDS】
 "Oscilloscope-Multi VirAnalyzer"の画面
→"画面上部の"DDS"のツールボタン
→パラメータ(波形、周波数など)設定
→"Output"にチェックを入れる。
   これでDDSの出力端子から信号が出ているはずなので、CH1のプローブをDDSの出力端子に接続してOscilloscope機能で確認する。
→画面右上の"CH1"のラジオボタンをクリック。
→波形と周波数が表示されるので、設定と一致しているかどうかっ確認する。     

[ISDS205B DDS出力例(880Hz)]
05isds205b-dds800hz


[ISDS205B DDS Sweep出力例(300~3000Hz)]

-----------------------------------------

 

 とりあえず基本的な操作については、なんとなく判ってきました。
  今のところ、Simplifiedモードで間に合いそうです。

 別ソフトとして"Sweeper"というのが用意されていますが、このソフトで共振周波数が測定できるのか、また、できるとしたらどのようにすればよいのかについて、もう少し調べてみたいと思います。
 

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2019年5月 4日 (土)

USBオシロ(ISDS205B)のソフトをWindows10タブレット(momo8w)にインストールしました

 先日購入したUSBオシロ(ISDS205B)の基本的機能については、ThinkPad X250(Windows 10)で動作を確認したのですが、メインのPCを測定器用のPCと兼用するのはあまり使い勝手がよくありません。
 手元に、旅行の時に位しか使用しない8インチの中華タブレットPloyer momow8(Android/Windows10)があったので、これにソフトを入れることにしました。
 momow8はかなり非力なマシンなので一寸心配ですが、とりあえずインストールしてみました。
 手順などは付属のCD-ROMに書いてあるので、これを参考にしました。

 以下、インストールの手順です。
 例によって、手抜きで写真のみです。
 なお、PC(タブレット)とISDS205Bを接続するのは、プログラムのインストールが完了した後です。

(01)momo8w システム
01momo8w-system-spec

(02)ISDS205B ソフトウエアインストール
02isds205b-software-install

(03)ISDS205B CD-ROM
03isds205b-cdrom

(04)Software User Guide
04software-user-guide

(05)English
03isds205b-cdrom

(06)Multi VirAnalyzer Setup Wizard_start
06multi-viranalyzer-setup-wizard_1

     ・
     ・       
     ・

(07)Multi VirAnalyzer Setup Wizard_end
07multi-viranalyzer-setup-wizard_2

(08)Dialog
08selection-dialog

(09)Oscilloscope Multi VirAnalyzer
09oscilloscope-multi-viranalyzer

(10)momo8w+ISDS205B 
10isds205b-setup

(11)ISDS205B USB Oscilloscope (表示例)

 表示画面が8インチの2CHオシロもどきになりました。

  今まで使っていた安いスタンドアローンのデジタルオシロは、処理速度が遅いためか、いかにも一旦メモリに書き込んで、次に読み出して表示するという感じで、アナログCRTオシロのようなリアルタイム表示はできませんでした。
 今回買ったオシロは、かなり応答速度が早いので、あまりストレスを感じずに済みそうです。

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2019年5月 2日 (木)

DDS付きUSBオシロ(INSTRUSTAR ISDS205B)を買いました

  ループアンテナにコンデンサを外付けして60kHz共振型に改造しようとしているのですが、手抜き工作のためか、期待したような共振特性がでません。
 というか、共振しているのかどうかもよくわかりません。
 周波数特性を実測すれば、不調の原因の判断がしやすいのですが、まともな測定器はとっても高いです。
 安くて簡単に共振回路の周波数特性を測定できる装置がないかと探してみたら、使えそうな以下のUSBオシロ(INSTRUSTAR ISDS205B)がありました。

  USBオシロスコープ 20M2ch48Msps DDS 205B
  http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-12601/

  取扱説明書
  http://akizukidenshi.com/download/ds/hiet/ISDS205_User_Guide.pdf

 取扱説明書によれば、ISDS205BはDDS(Direct Digital Synthesizer)の機能を備えており、このDSSはSWEEP(1Hz-20MHz/Sine)の機能を備えているようです。
 取扱説明書からは、詳細な動作はわかりませんが、オシロと掃引発振器の組み合わせということであれば、自動周波数特性測定機能があるはずです。(希望的願望です。)
 もし、自動周波数特性測定機能がなくても、掃引発振出力→共振回路→オシロのパスを作れば、周波数特性が直視できます。
 価格もそれほど高くないので、これを買うことにしました。
 連休中に使いたいので、秋葉原の秋月までまで買いに行ったのですが、残念ながら売り切れでした。
 しかたがないので、在庫があった別の店からネット通販で購入しました。

【INSTRUSTAR ISDS205B】
01isds205b_1
02isds205b_2
03isds205b_3
04isds205b_4
05isds205b_5
06isds205b_6

 

(以下の画像は左クリックで拡大表示、「x」で閉じる。)

【較正用基準信号(1kHz, 2Vpp)】
071khz-2vpp

 入力短絡時にもノイズが残っているのが一寸気になります。

 自動周波数特性測定機能があるかどうか、一寸心配でしたが、付属CDに含まれていたUser Guideを見てみると、"Sweeper"という資料があります。

【ISDS205B User Guide】
08isds205b-user-guide

 資料の中身を見てみると、指定した周波数範囲の周波数特性を表示することができるようです。

【ISDS205B Sweep wiring diagram】
("Sweeper"の取説から抜粋引用)
09isds205b-sweep-wiring-diagram

 外付け部品を使用せずにF特が直視できるのは便利なような気がします。。

 元々4端子回路の伝達特性を測定するためのものなので、共振アンテナのような2端子回路を測定できるものかどうか分りません。
 また、 DDSの出力インピーダンスは200Ωなので、共振型のループアンテナに直接接続するとQが低下するような気がします。
 しかしながら、少なくとも実際の共振周波数がどのあたりに存在しているのかを知るためのヒント位は得られるかもしれません。

 ということで、ThinkPad X250 (Windows 10 Pro, 64bit)にISDS205B用のソフトをインストールして実際に測定してみました。
 掃引周波数範囲は、30~90kHzです。

【自動周波数特性測定中】
10_1

【並列共振】
11

 利得の変化はなく、位相は56kHz付近で負方向にディップしています。


【直列共振】
12_1
 
 利得の変化はなく、位相は56kHz付近で正から負に変化しています。
 なお、最初は利得も位相も変化がなかったので、ISDS205Bの入力端子に400Ωの負荷を並列接続しました。

 測定方法がかなり怪しいので、この測定結果から何が判断できるのかはよく判りませんが、56kHz付近に共振点があると考えていいかもしれません。

 今回は、アンテナの測定方法やISDS205Bの使用方法を十分理解せずにやっつけ仕事で測定したので、次回はもう少し勉強して測定したいと思います。

 

 

 

 

 

 

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2018年8月13日 (月)

20kHz以上が表示可能なスペアナ・アプリ”UltraSound Detector”

  今日も朝から蝉がうるさいです。
 いかにも高調波を沢山含んでいるような耳障りな音です(感じ方には個人差があります)。
 夏休みで暇なので、どんな周波数成分を含んでいるのか調べてみました。

 予備知識がゼロで始めるのは効率が悪いので、ネットでざっと調べてみました。

 Wikipediaには、「発音筋は秒間2万回振動して発音を実現するとされる。」 としか書いてありません。20kHz?  出典は不明です。

  セミ - Wikipedia
  https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BB%E3%83%9F

  以下の資料の測定結果のグラフを見ると、3~10kHzのレベルが高いけれども、16kHzでそれ以上のレベルになっています。

  セミの鳴声(事務所内)の騒音レベル測定
  https://www.e-koubou.co.jp/sousin_archiives_109.html

 グラフの変化から想像する、もっと高い周波数まで伸びているような感じがしますが、測定範囲が20Hz~20kHzなので、これより高い周波数のデータはありません。

 以下の資料は、TCD-D10 ProIIF-780を使用した観測結果が書かれていました。

  Entomological Science (2013)
  Two new species of Cicadatra (Hemiptera: Cicadoidea) from Greece
  http://www.cicadasong.eu/files/article-31.pdf

 結論としては、5~17kHzということだったようです。
 なお、この資料では"F-780 (frequency response 22-50 kHz)"となっていますが、仕様では50Hz~18kHzとなっているので、別のもの? 特注品?
 もしオリジナルのままであれば、18kHz以上は拾えないような気がします。

 他の資料も見てみましたが、20kHz以上の例は見かけませんでした。

 当方は疑り深い性格なので、「本当なの?」ということで、もう少し調べてみました。

 以下の資料には、広帯域マイク(Ultramic 250:0~125 kHz)による測定例が記載されていました、

  High frequency components of the songs of two Cicadas (Hemiptera Cicadidae) from Sardinia (Italy) investigated by a low-cost USB microphone
  April 2015
  www.biodiversityjournal.com/pdf/6(1)_41-52.pdf

 結論だけ斜めに見た範囲では、測定した蝉が特殊なものであったのかどうかはわかりませんが、高調波は100kHz程度までかなりのレベルで存在するということのようです。

 それでは近所で鳴いている蝉はどうなの?ということでチェックしてみることにしました。
 当然まともな測定器などは無いので、スマホのアプリを探してみました。
 音声帯域(可聴周波数帯域)のスペアナアプリは色々ありますが、20kHz以上の周波数に対応するアプリはなかなかありません。

 色々探してみると、使えるかもしれないような下記のアプリがありました。

  UltraSound Detector - Google Play のアプリ
  https://play.google.com/store/apps/details?id=com.microcadsystems.serge.ultrasounddetector&hl=ja

 “synthetic telepathy"とか"ultrasonic weapons"とかいう怪しい言葉がでてきますが、説明によれば、25kHz程度まで表示できるようです。

 とりあえずインストールしてみました。(安全性は不明です)

【UltraSound Detector】
1ultrasound_detector_1

2ultrasound_detector_2

3ultrasound_detector_3

4ultrasound_detector_4



  アプリを走らせて、蝉の音をマイクで拾って表示させてみました。
 
 デフォルトの44100Hzのサンプリングレートでは周波数表示範囲が17.4~21.6kHzですが、48000Hzにすると17.1~23.4kHzに広がります。

【蝉の鳴き声のスペクトラム(表示範囲:17.1~23.4kHz)】
5ultrasound_detector_5


 蝉の種類はよく判りませんが、23kHz程度まで表示されています。。
 グラフをみる限りでは、入力音声信号系の周波数特性が超音波の領域まで伸びているように思えますが、A/D変換を伴うデジタル処理の場合には、サンプリング周期や折り返しの関係で、正常に表示されない場合があるので、にわかには信用できません。

 念のために、低周波発振器で20kHz付近の信号を発生させて、40kHz用超音波スピーカを無理やり直接駆動し、スピーカからの超音波をスマホのマイクに供給してチェックしてみました。
  なお、デジタル周波数カウンタの表示値は、レベルが不適切だったり、ノイズが混入したりしていると不正確な値を表示することがあるので、念のため2台で測定しました。

 実験環境は以下の通りです。
  低周波信号発生器:LEADER LAG-120A
    超音波スピーカ:UT1612 (40kHz用)
  周波数カウンタ:VICTOR VC2000, METEX-P10
  使用スマホ:SH-01F
  スペアナアプリ:UltraSound Detector
  スピーカとマイクとの距離:約3cm

【20kHz付近のUltraSound Detectorの表示変化】

 約17kHzと約24kHzの間で発振周波数を往復させてみましたが、特に折り返しなどの挙動不審なとことろはありませんでした。
 但し、24kHzを超えると正常に動作していない感じでした。
  サンプリング周波数が48000Hzである場合は、上限周波数は24kHzなので、理屈は合っています。

 スマホのマイク入力系の周波数特性は、可聴帯域ぎりぎりかと思っていたのですが、結構余裕があるのは意外でした。(将来の応用を見込んでいる?)

 一寸話は飛びますが、UltraSound Detectorには、超音波を検出したときにアラームを出したり、場所を特定したりする機能があるようなので、自分のスマホに勝手にアクセスされたくない人には、この種のアプリが必要になるかも・・・

  2018年06月28日 23時00分 ソフトウェア
  FacebookがTV広告で「人には聞こえない音」を流しスマホに秘密裏に周囲の音を録音させる可能性
  https://gigazine.net/news/20180628-facebook-phones-record-audio/

    United States Patent Application 20180167677
    BROADCAST CONTENT VIEW ANALYSIS BASED ON AMBIENT AUDIO RECORDING
    http://www.freepatentsonline.com/20180167677.pdf
    "the frequency of the audio feature is closer to 20 kHz"

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2017年3月19日 (日)

デコネイル用LEDでスマホのNFC磁界パターンをチェック

  半年以上前の話になりますが、以下の記事を見て一寸気になっていました。

  AKIBA PC Hotline!
  Suicaやスマホの装飾に? NFC通信時に発光するLEDモジュール
  2016年9月23日
  http://akiba-pc.watch.impress.co.jp/docs/wakiba/find/1020857.html

  共立電子産業 プロダクツ事業所の公式blog
  2016年09月24日
  AKIBA PC Hotlineに掲載されました。
  http://blog.livedoor.jp/kyohritsu/archives/48515380.html
   「この製品電話着信時は無反応で、駅の自動改札やコンビニ での精算時などNFC通信時に点滅してくれます。」

 このLEDモジュール自体は、2014年に発売されたLumiDecoNail(ルミデコネイル)に使われていたもののようです。

  LumiDecoNail(ルミデコネイル) | スペシャルサイト | タカラトミーアーツ
  http://www.takaratomy-arts.co.jp/specials/lumideco/

  マイナビニュース
  光るネイルシールが登場 -LED内蔵でNFC電波をキャッチして光る!
  [2014/04/10]
  http://news.mynavi.jp/news/2014/04/10/238/

  AliExpress
  Free shipping !! LumiDecoNail / Ball manicure supplies / Nail Stickers Smart / NFC Nail / LED nail stickers
  https://www.aliexpress.com/store/product/Free-shipping-LumiDecoNail-Ball-manicure-supplies-Nail-Stickers-Smart-NFC-Nail-LED-nail-stickers/1019737_32236889361.html

  The Japan Times
  Apr 18, 2014
  LED nails light up when calling
  http://www.japantimes.co.jp/tag/lumideconail/

 NFC(13.56MHz)の磁界パターンチェック用に使えそうな感じです。

 構成部品から考えると一寸高いような気もしますが、このサイズで自作は無理なので、i以下の製品を買ってみることにしました。
  なお、ルミデコネイルで使用されていた純正の部品かどうかは判りません。

【NFC LEDネイルシール】
Lumideconail_1
 中国から送られてきました。

Lumideconail_2

Lumideconail_3

Lumideconail_4s

Lumideconail_5

Lumideconail_6s

Lumideconail_7


 12ターンx2(表裏)のプリントコイルとLEDは判りますが、4個の小さなチップ部品は何でしょうか?
 上の二つは取り付け方向を判別するためのマークがないので無極性で、下の二つはマークがあって互いに逆方向に取り付けられているので、極性があるようです。
 素人の想像ですが、上の二つが共振用のコンデンサで、下の二つが両波整流用のダイオードかも知れません、

 モジュールは5個入っていたので、約1cm間隔で1列に並べて透明プラスチック板に貼り付けて、ラインスキャナー風にスマホ(P-02E)の裏面をスキャンしてみました。

【NFC磁界パターンチェック中】

 無負荷のときは間歇的にポーリング信号が出力されています。
 手元にあったcash beeのICカードを接近させると、データ通信が連続的に行われるようです。

  背景で聞こえている音は、NFCの信号(13.56MHz)をPL-660(SSBモード)で受信しているときの音です。

 P-02Eの場合は、筐体の上半分で磁界が発生していますが、結構穴があるような感じです。

【長時間露光】(ISO 80, F3.0, 10s)
Nfc_pattern

 なお、P-02EはNFC対応であり、cash beeはNFC方式ですが、残念ながらP-02Eはcash beeに対応していないので、データは読めませんでした。

  cashbee電子マネー対応機種
  http://www.cashbee.jp/info_mobile.jsp

 日常生活においては、あまり役に立ちそうにありませんが、NFCの実験をするときに、実際に13.56MHzの信号が出力されているかどうかを確認する程度には使えるかもしれません。

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2016年6月25日 (土)

100円USBスイッチとセメント抵抗で簡易ダミーロードを作ってみました

 現在、momo8wにUSB Hub(ACASIS H027)を接続して、momo8wを充電しながらUSB Hubに挿したマウスやチューナをを使用していますが、USB充電用の電源の容量がかなり影響するようです。
 USB電源の容量が足りないと、充電ランプは点灯しているけれども、実際にはバッテリの容量が減り続けるという場合があります。
 今までの経験では、USB電源表示容量が1Aでは正常に充電できないけれども、2Aであれば充電できているようです。

 手元にはいくつかUSB電源でありますが、安く買ったものや身元不明なものもあります。
 実際の容量はどの程度あるのか確認するために、負荷をかけて電圧と電流を測ってみることにしました。

 USB電源用のダミーロードが市販されているようですが、買うまでもないであろうということで、ジャンク箱の中の部品を集めてでっち上げました。
 「なるべく手を抜いてそこそこの効果を」という方針なので、以前USB電流検出用に改造した100円USBスイッチの残骸を利用しました。
 5Vで1A流すには5Ωの抵抗が必要ですが、ぴったりの値の抵抗が無かったので、5W5.1ΩJのセメント抵抗を流用しました。
 抵抗値の精度は±5%なので、0.1Ωの差は多分無視できるでしょう。

0usb_dummy_load_1

0usb_dummy_load_2

0usb_dummy_load_3


 USBスイッチのジャック側の電源端子間に5.1Ωの抵抗のリード線を直接半田付けして1A流すという手抜きの工作です。
 2A流す場合には、別の5.1Ωの抵抗を蓑虫クリップでパラに接続しました。超手抜きです・・・

 100円ショップで買った200円のUSB電源(5V1A)を測って見ました。

【YS-P01】
1ysp01

2ysp01_0a

3ysp01_1a


 無負荷時は、5.09V 0.00Aですが、5.1Ωの負荷を掛けると4.35V 0.80Aとなりました。
 電圧降下が大きい割には電流が流れていません。定格の80%です。
 200円相当でしょうか? -20%は誤差というのには大きすぎるような気が・・・

 次に、手元にある一番容量が大きいUSB電源(5V3.1A)を測って見ました。

【PS-010】
4ps010

5ps010_0a

6ps010_1a

7ps010_2a

  なお、このUSB電源は、2.1Aと1.0Aの2ポート構成となっており、2.1Aポートを使用しました。
 無負荷時は5.17V 0.00A、5.1Ω負荷時は5.13V 0.95A、5.1Ω//5.1Ω負荷時は5.09V 1.77Aとなりました。
  こちらは、2Aには一寸足りないけれども、1Aではほぼ定格通りといった感じです。

 別のUSB電源(5V2A)も測って見ました。

【USBAC4PBK】
8usbac4pbk

9usbac4pbk_0a

10usbac4pbk_1a

11usbac4pbk_2a

 無負荷時は5.12V 0.00A、5.1Ω負荷時は5.13V 0.92A、5.1Ω//5.1Ω負荷時は4.98V 1.76Aとなりました。
  2.1Aポートとほぼ同じです。

 公称2Aというのは大体こんなものでしょうか? 

  もしかしたら、USBチェッカの誤差かも知れないので、他のUSBチェッカと比べてみました。

【各種USBチェッカ】
12usb_checkers

13usb_checker1

14usb_checker2

15usb_checker3



 2.1Aポートの5.1Ω//5.1Ω負荷時に、各USBチェッカの電流値は、1.82A, 1.84A, 1.91Aだったので、ばらつきは5%程度です。

  もともと抵抗値の誤差が±5%あるし、大電流では接触抵抗の影響が大きいので、測定結果は大まかな目安と考えたほうがいいかもしれません。

 

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