The Project of License Free Radio Beacon
ライセンス-フリー ラヂオ ビーコン プロジェクト
●概要
2005年の実験計画のテーマのひとつでしたが、市民無線のEs層伝播の季節になり、慌てて始動しました。
Es層伝播は弱い信号でも強く反射する性質があり、昭和32年郵政省告示「免許を要しない無線局の用途並びに電波の型式及び周波数」には抵触しないで、数分間の間隔でモールス符号で「FT」と発して、Es層伝播の状況把握に資することが目的です。6月半ばくらいからの運用を目指しているところです。

この告示のには出力、電波型式と用途の制限があります。

●出力と電波型式
この告示の規格ですと空中線電力に換算するとλ/2のDPで204μWとたいへんQRPですが、Radio Controlの飛行機の操縦を考えると、通常1キロは操縦可能で、人間の素晴らしい耳のフィルターを用いればもっと飛ぶような気がしたもので、27.145MHzで数分に1回モールスで「FT」と電波型式A1Dをつかい、人間の耳には変調がかかったモールス符号に聞こえるようにします。

●用途
用途はワイヤレスマイク(一方通行)の音声の伝達をA3E、F3Eで行うことができるので、将来はセパレート運用で、QRP FM CBなんか面白いかもしれんません(笑)、今回はRadio Controlということで、運用中はラジコンカーを動かして用途に合致させようと思っています。

 

●出力計算の根拠

500mの距離で200μV/mの場合の出力ですが半波長ダイポールアンテナの場合、自由空間の電界強度は下記の式で求められます。

E=(7*√P)/R

E:電界強度(V/m)
P:出力(W)
R:距離(m)

で、Eに200μV/m、Rに500mを代入してPを求めると204μWとなります。

I thank for cooperation of Takeda's Science Research Institute

●回路図の粗案と説明



●第一段階
トランジスタQ1は水晶X1の発振回路を構成しています。ここで、搬送波周波数を生成しています。U1は555でR3,R4、とC8の定数で搬送波を送出するタイミングがきまります。ゆっくりとした間隔では電波型式はA1Aになり、数百Hzの速い間隔ですと電波型式はA2Aになります。U1とQ2の間に抵抗を入れ忘れました。A2Aにする場合、この抵抗のU1寄りに、NPNトランジスタを追加し、コレクタをU1側、エミッタをQ2側につけベースから抵抗を介しマイコンのポートにつなげば、一定時間に変調の入ったモールスが送信できるようになります。トランジスタQ2は搬送波周波数とU1からくる信号を混合増幅します。ここのコレクタ・エミッタ間の電流で空中線出力が決まります。L2、C5、C6.L3は同調部です。L3のインダクタンスを大きくするとアンテナは短くても共振するようになります。

やはりA2Aにするためには、マイコン搭載は必要でしょうね。

 



●第二段階
555の代わりにこのリモコンICをAF発振器として使おうと考えています。
(送信電波をオシロでみると、コマンドはデジタル方式になっていてASKになっていることがわかりました。即ち電波型式はA1D、ビット数はわかりませんが、オシロでは同期をとることはできませんでした。このリモコンICはコントローラのスティックで、タクトSW前後左右4個ありそれを、押し電源と各々のポートが繋がったときに(ポートが「H」のとき)発振を始めますので、 先ほどのQ3を増設しなくても、いいのかなと考えています。マイコンのポート出力をリモコンICのポートに入れてもいいかなと考えています。そして、マイコンで数分間隔でモールスをポート出力します。
いまのところ、休日の屋外で移動運用中使おうと思っていますが、ラジコンカーをひっくりかえして、放置しとけば・・・・

 



●第三段階
定数を決めました。L3はボビンに巻いたコイルで中にフェライトが入っています。このファライトを調整棒で回しΠ型マッチング回路を調整します。いまはこの回路に基いてPCBのパターンを設計しています。そのあと、いよいよマイコン(U2)のプログラムです。(U2 12番ピンはRESRT端子です。13-14番ピンはクロック発振に使っています。水晶ではなくセラミック発振子を採用したいと考えています。

 

マイコン搭載のかなり具体的な回路設計ができました。タイマIC555の代わりにRadio ControlのリモコンICを使用します。Q4,Q5は玩具ラジコンのレバーで押される板バネSwitchの役割をします。Q3&Q5にパラレルにはいっているPUSH-SWは送信調整用のための送信スイッチです。
Q4、Q5はマイコンによってONして、Radio Control デジタルコマンドをQ2へ出力します。マイコンはQ4,Q5を使い、モールスのキーイングと、タイマで数分感覚の送信の時だけ、電源を入れるようにQ3を制御します。
マイコンの動きとして、5分のタイマが満了するとQ3をONさせ50mS間待機、そして、短点200mS、長点1Sのキーイングをおこないます。Q4、Q5は左右旋回のコマンドで、1回のID送出ごとに交代させONさせます。IDを送出後、Q3をOFFし、電源を節約する作戦です。

 



●第三段階
定数を決めました。L3はボビンに巻いたコイルで中にフェライトが入っています。このファライトを調整棒で回しΠ型マッチング回路を調整します。いまはこの回路に基いてPCBのパターンを設計しています。そのあと、いよいよマイコン(U2)のプログラムです。(U2 12番ピンはRESRT端子です。13-14番ピンはクロック発振に使っています。水晶ではなくセラミック発振子を採用したいと考えています。

このパターンは、半田面から、パターンです。このフィルムで感光させ、エッチングさせます。
右上の電池の形の場所が、電源(+)で右下の広い部分が電源(-)です。左上の広いパターンが(アンテナ端子)で、右下の広いパターンがアース端子になることを、想定しています。
●基板の大きさ
CADで設計していると、実感が湧きませんでしたが、実寸大でフィルムを印刷してみました。



●第四段階
いよいよ、エッチングです。生基板に感光液を塗布し、出来上がったフィルムで紫外線を用いて感光、そして原像・エッチング・穴開けを行いました。やっとPCBの完成です。次は実装です。

出来上がったPCB、残念タバコの箱には入りませんでした。

 

文字もくっきり7年ぶりのエッチングでしたが巧く出来ました。

シルク面の版下ですが、実装時のみに使用します。



●第五段階
いよいよ、部品実装と組み立てを行いました。

写真のように、部品点数が少ないので、比較的簡単にくみ上あがり、パターンと回路部品を確認して火を入れてみましたら、電波が出ることをオシロで確認して、仮のお弁当箱に詰めて、ロッドアンテナを接続、コイルのコアを調整、コアを抜いても同調が取れず、ターン数を減らし、やっとコアが抜ける寸前に調整がとれました。 早速スペアアナで測定したら、0.1mはなれて、+0.6dBm、ガントラの銘機、学研の
GX−7の+15dBmに比べQRPです。まだ、アンテナ同調部の定数を調整する必要がありそうです。


●第六段階

まだ、マイコンは搭載していませんが、手動で送信できるようにしてあるので、近所の河川敷で、実際に電波を出してみました。
電源Switchを入れるとRJ-35のメーターが触れ、無変調がでています。次に、変調SwitchをONすると、変調がRJ-35から出た来ました。
いままで、オシロスコープで波形しか見ていないので、初めて聞いた変調です。

江戸川河川敷にいらっしゃる各局にお手伝いをして頂き、受信状況を確認しました。フィールド試験では200mで、S=5。300mでS=9(この時、隠し機能発動)、3.6kmで変調確認の報告、まずまず、の結果です。隠し機能とはPCBのグランドに蓑虫クリップをつけたリード線を装着し、クリップを橋の欄干のボルトに装着したのであります。アース効果を再認識しました。

新しい進捗がありましたら、またこのコーナーでご紹介します。

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