ATS20+を買ってみた

 ATS20+を買ってみた

AliexpressでATS20＋を4,705円(2024.6頃)で購入してみた。

梱包を解いてみた。特段いつもの中華製品な感。付属のアンテナを付けて、電源を入れるとちゃんと起動。AM/FM放送で動作確認→問題なし。

受信帯域を確認してみるとマニュアル上は76～108MHzとなっているが、実際には、64MHz～108MHzまで受信可能な模様。9kHzステップでのチューニングも設定できた。

内臓のプログラムのバージョンは V3.0.4。

MLA＋アンテナチューナー

MLAにアンテナチューナを接続

MLA＋T型整合回路＋LC直列共振回路

MLAにLC直列共振回路を入れて、混信を低減させる効果は確認はできたので、T型整合回路でインピーダンスを整合を試してみた。

回路

T型整合回路のアンテナ側にコイル部Bを挿入し、直列共振要素を実装

受信機側は特性を測れるようにnanoVNAを接続できるようにしている。

バリコン部

手持ちのポリバリコン(Aliexpressで購入)は270pF×２、20pF×２を使用した。

バリコン部は、チューニング(?)の範囲拡大とクリティカルな調整を避けるため、スイッチで270pF、270pF×２、20pF、20pF×２を切り替えられるようにしておく。
このバリコンは、微調整用のトリマーがついている。20pF側は調整してなるべく合わせるようにはしている。ただ、バリコン部の構成で接続してしまうとスイッチ自体にも静電容量があるので、スペック通りにはならない。

手元にバリコンやスイッチが余っていたので、T型整合回路のコイル部Aに、スイッチでバリコン部を組み込めるようにしてみた。コイル部Aの誘導性リアクタンス分の調整をコンデンサでするためである。

コイル部

コイル部AおよびBのインダクタンス、構成は以下の通り。

コイル部Aはジャンク箱に入っていたフェライトバーを使用している。低い周波数帯を考慮して100uHのインダクタを追加している。タップ部は以前作成したものを流用し、適当。

コイル部Bは、計算上はバリコン部２＋コイル部Bで0.2MHz～40MHz程度まで共振するようにはした。組み立て上は誤差もあるし、バリコン部１、コイル部B、アンテナ側もある、ターゲットとなる周波数によっては、インダクタンスもコアの特性で変わるので、緻密ではない。使用したコアは、秋月電子（秋葉原）で調達。MLA以外での使用も想定して、ロータリースイッチを使って、コイル部Bをバイパスできるようにしている。GTR-28-16-20については、１つのコアに２つのコイルを同居させて使ってみた。

 

ネットの記事では空芯を使うものが多数あるが、コアの磁性（周波数特性）の影響を受けないことを考えるとその方が正解である・・・

インダクタンス値は100kHzの実測値、実際には周波数によってインダクタンス値は下がるはず。

巻線には、ポリウレタン線0.6mmを使用した。ある程度太さがある方がしっかりしている。部分的に固定するためにグルーガンを利用した。

切替のロータリースイッチは２回路24切替のものをAliexpressで購入。切替端子は余る。

ケース加工？

調整するツマミとスイッチが複数あるので、ケースに入れないと不都合だが、送信用ではないこと、今後の改造等を考慮して、安価に済ませることにした。宮甚商店氏（youtube）で紹介されていたブックエンドを使用することにした。素材としては鉄板、しっかりしている。

予め穴を開ける位置を設計し、パワポで描いたものを打ち出し、テープで張り、ポンチを打ってドリルで加工。

実際にブックエンドの加工をやってみると、ドリルの刃はあまり効かない。古くて、安い物を使っていることもあるが、アルミと違い手間はかかる。大き目の穴は電動ドリルで6mmまで開け、大きい穴はリーマーで広げた。家族が寝た後、１時間程度毎に加工するのは、時間がかかってしまった。教訓としては、根気がなければブックエンドの加工避けた方が良いだろう。

部品の実装

ポリバリコンの固定

M2.6×4mmのネジにスプリングワッシャを付けて固定。このネジが長すぎるとバリコン内部まで入って静電容量に影響を与えそう。ネジの頭の厚みが薄いものを選ばないと、バリコンのダイヤルに干渉するので、”ラミメイト小ねじ”をネジのトミモリで注文。

実装

実装してみると、結構ごちゃごちゃしてしまった。

ギジギジなので、バリコンの操作はし難い。

使用感

MLAを使い、中波ラジオを受信してみた。

調整項目が多いので操作は、ごちゃごちゃはしたが、明らかに信号強度が上がり、雑音が減らせ、効きやすくはなった。

屋内でMLAを使う

MLAを作ってみた

MLA（マグネチックループアンテナ）

MLAについては、多数の情報がWebで確認することができる。ワイヤーアンテナや標準のアンテナを使って、IC-R6で短波～中波を受信してみると、接続の仕方でノイズが増えたり、受信感度が悪かったりするのでMLAを作ってみた。

ケーブルは、昔、購入した５D-２V 3m強を使用。コネクタ部はIC-R6に接続するのでSMAにしたかったが、ケーブルの取り回し上、心線をはんだ付けできそうにないので、手持ちのBNCコネクタ＋BNC→SMA変換コネクタで実現した。写真はコネクタ部を割りばしとテープで補強している。

計測

200kHz～50MHzの範囲で、nanoVNA（nanoVNA-saver）でインピーダンス他を測ってみる。

VSWR

インピーダンス

抵抗成分、リアクタンス分

抵抗成分は1.52～118Ω、リアクタンス分は-j107～j105Ωの範囲。

使ってみると・・・

AM放送では、標準のアンテナに比べると明らかに受信性能が高くなった。MLAは磁界を受信するということであり、周辺のノイズの影響されにくいそうだが、混信が多く、あちこちの周波数帯で何らかの音声が聞き取れる。

マッチング回路？

Webサイトの中には、マッチング回路なるものを実装しているものもあり、基本は直列に接続したコイル（インダクタ）とコンデンサである。これがなぜマッチング回路なのかは理解できなかったが、BPF（バンドバスフィルター）と考えれば、混信を減らすことができそうである。

そこで、直列のインダクタ＋コンデンサを入れるために計算をした上で、いろいろ試した結果でコアの種類と巻数で組み立ててみた（適応範囲を200kHz～50MHz程度までとしてポリバリコンの容量を前提）。

なるべく、アミドン社製のコアで、適応周波数範囲内になるようには試みたが、巻数が多くなる等を考慮し、周波数の低い領域は北川工業社製にしてみた。T-50-26については、Aliexpressで購入したもので、相当品とのことだが、確かなものかは不明。インダクタンスは100kHzでの計測で確認している。実際にはアンテナが持つリアクタンス分（容量性と誘導性）や製作上の都合（配線インダクタンスや浮遊容量等）がある考え、表の値通りにはならないはず。適当に対処する。

実装実験

GTR-28016-20のコアで作ったコイルで、IC-R6に接続して、長波から中波帯域で試してみる。

バリコンで調整すると、少し、ノイズは増えた感じだが、混信は気にならない程度に減少した。長波帯域で聞こえた混信はほぼクリア。Qは低い感じで、バリコンは適当でも感度・ノイズはあまり変らない。VSWRをnanoVNAで計測してみると以下の通り。

200kHzではVSWRは良いが、周波数が高くなるとVSWRは高くはなっている。

考察

MLAでは、直列のLCでBPFを実装すると混信は気にならなくはなる。しかしながら、LC直列が入ったためか、インピーダンス整合はより必要な感じである。

アンテナチューナーのインピーダンス整合の計算

T型整合回路のインピーダンス計算

はじめに

受信用アンテナチューナーで電力を最大化する前提で交流理論で計算してみる。アンテナのインピーダンスは Rx+jXx と置き、アンテナで受信した電力が受信機側（インピーダンス５０Ω（純抵抗））で最大になる条件をT型整合回路で考えてみることにした。

T型整合回路

(2023.10.29修正）

交流理論では、抵抗成分を等しくし、リアクタンス成分を零とすることで、エネルギー消費は最大になる（はず）。

計算結果の考察

• アンテナの抵抗成分のマッチングはXLとXC1で成立させることができる
• アンテナのリアクタンス分はXL,XC1,XC2の３つのパラメータで相殺することができる
• アンテナが誘導性リアクタンスの場合、XC2はバイパスさせることで、チューニングがしやすいかもしれない

(2023.10.29修正）

VSWRの理屈は不明

VSWRの式はインピーダンスを絶対値で扱い反射係数Γを使って算出されることになっているが、エネルギーの伝達の視点では、複素数で考える必要がある。

交流理論では、虚数成分は電源と負荷の間を行ったり来たりする、当該の系から外に出てこないエネルギーと考えられなくもないが、なぜ無線工学の世界では扱いが違うのか、不明である。引き続き思考していくことにする。

バリコンの代替を考える

バリキャップをバリコンの代わりにしてみる

ポリバリコンが調達しにくくなっているので、バリキャップ（可変容量）ダイオードで代替する方法を考えてみる（以下バリキャップ）。

バリキャップは逆方向を印加する電圧によって静電容量が変わるデバイスだが、印加する直流電圧が回路上で回り込んだりすると面倒なのでコンデンサで工夫してみた。

テスト回路

1SV149

使用するバリキャップは1SV149（Aliexpressで購入）。データシートを見ると、概ね500pF～20pF位の範囲で静電容量を変化させることができそうだ。これならば、アンテナチューナーのバリコンの代わりになる。

回路の説明

バリキャップダ逆電圧を可変抵抗器から取り出す。アース側とつなげるために56kΩの抵抗器を通して接続。そのままでは直流電圧がバリキャップの両端に印加されたままなので、0.1μFのコンデンサ（積層セラミックコンデンサ）で挟む。コンデンサの直列接続だが、バリキャップの容量は小さく、合成容量はほぼ、バリキャップと同じ値になる。ただし、0.1μFのコンデンサのESR等高周波帯域での特性は不明。

測定

可変抵抗器を通してバリキャップに逆電圧を印加した結果は以下の通り。

測っていると、印加電圧が低い場合、静電容量の変化がクリティカルな感じがする

追記（2023.11.29）

 その後、T型アンテナチューナのバリコンと入れ替え、nanoVNAで計測してみるとどうも周波数によって静電容量がバラついてしまい使い物にはならなかった（周波数帯を限定すれば使えそうだが、、、）。

自作：受信用アンテナチューナー

受信用アンテナチューナーを作ってみる

 アンテナチューナーについてネットで調べてみると、様々な方の記事がネットで参照可能であった。しかし、私の知識で理解可能な具体的な計算方法や理論を解説しているものは見つけられなかったので、ネットの記事を参考にアンテナチューナーを作ってみる。アマチュア無線（送信）をするつもりはないので、受信専用、耐圧も考えずに作ってみる。

今回は、調整範囲が広いという記事もあったので、T型にしてみた。

回路図

ポリバリコン

ポリバリコンは270pF×２、20pF×２となっているものをaliexpressで購入。270pF、２つを並列にして540pFとして使った（計測してみると20pFくらい～550pFくらい）。

コイル

コイルはジャンク箱に入っていたフェライトのバーに0.6mmΦのポリウレタン線を巻いて作った。様々なネット記事を見たが理屈がよくわからなかったので、タップの位置、巻き数は適当。中波帯もカバーできないかと、２回ほど作り直した。

動作確認

動作確認といっても、IC-R6では確認に難があるので、nanoVNAなるものを購入して、SWRを確認しながら、ミノムシクリップを使って、タップ毎の適応範囲を調べる。

このやり方が正しいかどうか不明。インピーダンス整合？がこの分野では大切らしい。単純な交流理論では電力消費を最大化する場合は、抵抗成分を合わせる必要があると思い込んでいたが、無線工学の分野ではインピーダンスを整合させることが優先されている・・・？。

動作確認しているとタップとバリコンの容量一杯のところの狭間でSWRが下がらない部分がところどころ出てくる（適当なコイルなので仕方がない）。また、フェライトで作ったためか、インダクタンスが高めのようで、周波数の高い領域で合わせるのは難しい。なので、ポリバリコン３を付けたタップ切替も用意してみた。この方法だと周波数帯によってはインダクタンスを可変しているのと同じ・・・はず（交流理論では）。

結果、適当なワイヤーアンテナで試した結果、ポリバリコン３無しで、約200kHz～17.4MHzまで、ポリバリコン３有りで、4３MHzまでSWRを1.5以下にすることはできた。

アンテナとしては、当初長いものを用意してみたが、長いものを都度、張るのは、面倒だし、家族の合意形成に難があるので、３ｍ程度のものを用意してみた。

早速、IC-R6につないで、試してみる。

室内でIC-R6（標準添付のアンテナ）で文化放送1134kHzを聞くとシグナルは１。

そもそも、標準のアンテナは中波帯ではそれほど感度は良くないようだ。３ｍ程度のリード線アンテナで、アンテナチューナを使ってみると振り切れるようにはなった。ただ、３ｍのリード線だけでもシグナルは十分になる（アンテナチューナの効用はそれほどない）。

次に9650kHzの”朝鮮の声”なる放送を聞いてみる。

標準アンテナでもノイズ交じりだがシグナル９オーバーで聞こえる。アンテナチューナーを通するシグナル強度は変わりないが、かなりノイズが少なく感じる。効果はあるようだ。

おやじの所感

昔に比べていろいろ便利になった。nanoVNAというツールがあるといろいろ便利だ。すばらしい。しかも、それほどお値段も高くない。使い方もyoutubeを見れば概ね理解できてしまう。

ワイヤーアンテナのインピーダンス変換用のコイルは、有限会社 大進無線 のWebサイト（KIT-DAM-HF-BCL）を見させて頂いて作ってみた。フェライトコアは、T50-26相当と書かれたものをAliexpressで購入して使ってみた。インピーダンスはある程度整合できてるようだが、nanoVNAで測ってみると、大進無線社のものよりSWRは低くは出なかった。

 大進無線社のWebサイトには、様々な情報が記載されていた。無線分野はそれほど詳しくなく、３０年以上前の知識しかない私には大変勉強になる。惜しみなく情報を出されていることは大変ありがたい。感謝。

以上