電子工作

Hi-Techシリーズ

周波数コンバータやプリアンプを手作り! 1200MHzまでバッチリ受信!

ワンセグUSBドングルで作る

オールバンド・ソフトウェア・ラジオ
鈴木憲次［著］
K e n j i

S u z u k i

ディジタルだ から
CD-ROM付き
本書の解説で使用したアプリケーション,ドライバを収録◉

ExtIO_USRP+FCD+
RTL2832U+BorIP_Setup
◉

HDSDR

一 発チューン !

1-7

ソフトウェア・ラジオで受信いよいよ HDSDR を立ち上げてソフトウェア・ラジオで聞くという段階になりますが，その前にもう少し準備が必要になります．

● アンテナの準備
受信用アンテナとして，図 1-5 のような簡易アンテナを製作しました．エア・バンドを受信することにしたので，受信周波数は 118 〜 140MHz になります．製作するアンテナの周波数を 120MHz とすると，アンテナの長さは波長（λ）の 1/2 の 125cm になります．また，同軸ケーブルの受信機側には F 型オス・コネクタ（プラグ）として，ワンセグ・チューナ本体に直接接続できるようにします．
アンテナが準備できたら，図 1-5（b）のようにアンテナとワンセグ・チューナを付属品の外部アンテナ・ケーブルで接続し，ワンセグ・チューナをパソコンの USB ポートに接続します．なお，USB ポートに接続するときには，USB 延長ケーブルで接続するようにして，パソコンのノイズの影響を受けにくいようにします．

● HDSDR の準備
HDSDR のアイコンをクリックして，HDSDR を起動します．
s サウンド・カードの選択
スピーカに接続しているサウンド・デバイスを選びます．画面の左にある図 1-6（a）の「Soundcard（F5）」をクリックすると，図 1-6（b）のような「Sound Cardselection」になるので，スピーカ接続になるように，125cm

USBポートUSB2.0アンテナ
USB延長ケーブル

被覆電線

同軸ケーブル 75Ω系

F型コネクタ
ワンセグ・チューナ
DSDT-305

F型コネクタのオス（a）簡易アンテナの製作

図 1-5

アンテナの準備と接続

38

第1章ワンセグ・チューナで広帯域受信を体験してみよう

付属品の外部アンテナ・ケーブル（b）パソコンに接続する

「RX Output（to Speaker）」のサウンド・カードを選んで「OK」をクリックします．

第章

s HDSDR にワンセグ・チューナを設定する
HDSDR にワンセグ・チューナを認識させます．画面中央にある，図 1-7（a）の「ExtIO」をクリックする

1と図 1-7（b）のような画面になります．

第章

2

第章

3（a）Soundcard［F5］をクリック

図 1-6（b）サウンド・デバイスを選択

サウンド・カードの設定

第章

4

Device hint にRTL readlen=131072 tuner=fc0012（LT-DT306 のときは，tuner=fc0013）

第章

5（a）ExtIO

図 1-7（b）デバイスの設定画面

デバイスを設定する

1-7

ソフトウェア・ラジオで受信

39

タの 2 段接続とします．
T 型フィルタを 2 段接続すると，図 2-5（a）のように，フィルタ間を接続するコンデンサは 82pF と82pF の直列接続になります．そこで，図（b）のように 1 個のコンデンサにすると，合成容量 C ＝41pFになります．実際に使用するコンデンサ C の値は，39pF です．

2-3

ハイパス・フィルタの製作

ハイパス・フィルタのコイルは空芯コイルで，製作はユニバーサル基板（穴あき基板）とします．

● ユニバーサル基板を選ぶ
扱う周波数の上限を UHF 帯までとして，ガラスまたはエポキシを素材にした基板とします．選んだ基板は，ガラス・コンポジット基板の ICB-88SEG（サンハヤト）で，部品面がメッシュ・アースでパターン面が回路接続用のドットになっています．
UHF 帯以上では，基板の材質，部品の配置やパターンにより，回路の性能に差がでてきます．アース・パターンを広くとり，部品どうしを結ぶパターンを太く短くすることを心がけるようにします．

● インダクタンス値からコイルの形状を決める
コイルは，図 2-6（a）のような形状の空芯コイルとします．直径 7.5mm の丸鉛筆を軸にして，線径0.65mm のポリウレタン銅線を巻きます．線径を 0.65mm とすると内径が 7.5mm になるので，コイルの線材の中心でのコイルの直径 d は約 8.2mm です．また，長さℓは，IC ピッチの 2.54mm×5 の 12.7mm とします．
空芯コイルには漏れ磁束があるので，図（b）の長岡係数のグラフから，コイルの直径 d と長さℓの関係から長岡係数λを求め，インダクタンス値を補正します．

d/ℓ＝ 8.2/12.7 ≒ 0.65から，λ≒ 0.78 とします．
ここで，コイルの断面積を A［m2］，巻数 N を 7 回として，空芯コイルのインダクタンス値 L を次の式で求めてみます．

L ＝λ（4π×10−3 22AN 2π（4.1×10 ）×7−７）＝ 0.78×4π×10≒ 0.200×10 −６＝ 0.2μH−３12.7×10ℓ−７

製作する空心コイルのインダクタンス値 L が 0.2μH なので，設計値の 0.199μH に近い値になりました．
もし，コイルのインダクタンス値 L が設計値と 10％以上外れるようなら，図（c）のようにコイルの形状

52

第2章

フィルタの設計・製作

0.8
線径0.65mm

端をみがいてはんだめっきする

0.78
内径7.5mm

巻数： N ＝7回
断面積
［m 2］
：2（4.1×10−3）A ＝π長岡係数λ直径d ≒8.2mm

章

長さℓを大きくすると，インダクタンス L は小さくなる
長さℓ

1.0

線径0.65mm

第長さℓ=12.7mm

10.60.40.21.00.10.28.26 810d／1≒0.65

L の値は，巻数 N の二乗と半径 r の二乗に比例する（c）インダクタンス L を調整する

章

12.74

第（a）空芯コイルの形状

0.4 0.6 0.8 11.2 22AN 2（4π×10−T）≒0.2μHL ＝λℓ（b）形状から長岡係数λを求める

図 2-6コイルの形状を決める

第章

3

線径0.65mmのポリウレタン銅線

第章

直径7.5mmの赤鉛筆

4
絶縁皮膜を剥がす（a）丸鉛筆を軸にして7回巻きのコイルを巻く（b）0.2μHの空芯コイル

第写真 2-1

コイルを巻く章

5を変えて，インダクタンスを再計算して調整します．

● コイルを巻く
形状が決まったので，ポリウレタン銅線でコイルを巻いてみます．
写真 2-1（a）のように，丸鉛筆を軸にして巻数 N が 7 回のコイルを巻き，軸に巻いたままで余分の線を切ります．このとき，コイルの線と線が接触しないように注意して均等に巻くようにします．
コイルの端子はラジオ・ペンチで曲げてから，端子部分の絶縁被膜を紙ヤスリなどで剥がしておきます．
写真（b）
は，丸鉛筆を軸にして巻いたインダクタンス 0.2μH のコイルです．

2-3ハイパス・フィルタの製作

53

USB延長ケーブル

USBワンセグ・チューナ

M型コネクタのメス

写真 2-5完成した USB ワンセグ・チューナを内蔵したハイパス・フィルタ050Ω
ハイパス・フィルタ

SSG75Ω

ハイパス・フィルタに出力インピーダンス50Ωの標準信号発生器と75Ωの負荷を接続して測定した減衰量［dB］−10−20−30−40−50−6010（a）測定回路
10MHzにおいて，減衰量は55dBになる

20304050

周波数［MHz］（b）周波数特性

図 2-8

2 段ハイパス・フィルタの特性測定

2-4

ローパス・フィルタの設計

ワンセグ・チューナは，もともと地上波デジタル放送用なので，地デジの送信所に近い地域では混変調などの受信障害がおきます．そこで，地デジからの受信障害から逃れるためのローパス・フィルタ（LPF）を設計してみます．ローパス・フィルタの周波数特性は，300MHz 以下を通過帯にして設計しました．

58

第2章

フィルタの設計・製作

10p

L ＝ 0.027μH

C ＝10p1

地デジ・チューナのアンテナ端子へ

0.027μH

C ＝10p章

アンテナ端子より第10p2段接続にすると10pFと10pFの並列接続になるので，合成容量の20pFとする

10p

0.027μH

20p

10p

第章

ローパス・フィルタ
fC ＝ 300MHz

2（b）ローパス・フィルタ2段（a）ローパス・フィルタ1段

図 2-9

ローパス・フィルタの回路図

第章● ローパス・フィルタの構成と動作
ローパス・フィルタの構成は，ハイパス・フィルタのコイル L とコンデンサ C が入れ替わったもので，

3

図 2-3 のように T 型とπ型のフィルタがあります．ここでは，コイルが 1 個で構成できるπ型フィルタとしました．

第● 設計仕様50Ω

章

・入出力インピーダンス

4・カットオフ周波数（通過周波数の境界） fc ＝ 300MHz
部品の誤差および基板などの浮遊容量を考慮した．
・減衰量500MHz において− 30dB 以上

第章● π型フィルタを設計
π型フィルタのコンデンサ C の値とコイル L の値の求め方は，ハイパス・フィルタと同じ式で，次のようにして求めることができます．

C＝L＝

1
2πfC Z

Z
2πfC

＝

＝

1
6

2π×300×10 ×5050

2π×300×10≒ 10.6×10 −12 ≒ 10pF

6 ≒ 0.0265×10−6≒ 0.027μH

設計したローパス・フィルタは，図 2-9（a）のような回路図になりますが，設計仕様の減衰量にするために，図（b）の 2 段接続にします．

2-4

ローパス・フィルタの設計

595

コツは，少し熱量の高いはんだゴテを使うことです．60W 程度のはんだゴテを使って，熱が銅板を伝わって逃げないうちに短時間ですませるようにします．
信号の通るパターンは，ハイパス・フィルタの基板と同じようにはんだを盛って太くします．
そして，写真 2-8 のように，基板に同軸ケーブルをはんだ付けすれば完成です．

● 完成したローパス・フィルタ完成した 2 段接続のπ型ローパス・フィルタを，写真 2-9 のように T 型ハイパス・フィルタの基板上へ取り付けて，40 〜 300MHz のバンドパス・フィルタにしました．ローパス・フィルタの基板への取り付けは，10mm の金属製のスペーサでハイパス・フィルタの基板から浮かして取り付けています．基板どうしのアースは，基板を固定する 3mm のビスナット 2 本で接続されます．
フィルタとワンセグ・チューナの接続には，両端が F 型プラグ（オス）になっている接続ケーブルまた

写真 2-8 完成したローパス・フィルタ

写真 2-9

ローパス・フィルタとハイパス・フィルタを組み合わせる

ローパス・フィルタをハイパス・フィルタの基板に取り付けて，40 〜 300MHz のバンドパス・フィルタにした

0

減衰量［dB］−10−20−30−40−50−60−7012345678

周波数×100［MHz］

図 2-11
HPF ＋ LPF の特性

62

第2章

地上波ディジタル放送の周波数の470MHz以上の減衰量は約−30dB，LPFのカットオフ周波数は300MHzで設計したフィルタの設計・製作

910

はオス / オス変換アダプタを使います．

第章● ローパス・フィルタの特性
図 2-11 の周波数特性は，ハイパス・フィルタとローパス・フィルタを組み合わせたものです．製作し1たローパス・フィルタは，地デジの周波数の 470MHz で−30dB の減衰特性になりました．

第2-6

ハイパス・フィルタと広帯域アンプの組み合わせ章

2
ワンセグ・チューナで広帯域受信をしているときに，感度が不足することがあります．たとえば，エア・バンドを受信するときに，管制塔からの距離が遠いため電波が弱く受信できないことがあります．
そこで，ハイパス・フィルタと広帯域アンプ組み合わせて受信感度を上げてみます．

第章● 広帯域アンプ用 IC を選ぶ
広帯域アンプ用 IC は，比較的入手しやすいミニサーキット社の製品にしました．数多くある製品のうち，3

写真 2-10 のような電力利得が 12dB の MAR-2（MAR-2SM）と，25dB の MAR-8（MAR-8ASM）を選びました．表 2-1 は，MAR-2 と MAR-8 の仕様です．

第章

4

第表 2-1章

写真 2-105MAR-2
Gp ＝ 12dB

MAR-8A
Gp ＝ 25dB

広帯域アンプ用 IC

広帯域アンプ用 IC の仕様

品 名MAR-2
MAR-8A＋

動作電圧

回路電圧
VCC

回路電流
ⅠCC

電力利得
GP

周波数帯域f

最大出力
PO

雑音指数
NF

備 考

5Ｖ

7〜15Ｖ

25mＡ

12dB

DC〜2GHz

3.2〜4.2

7〜15Ｖ

36mＡ

25dB

DC〜1GHz＋7dBm

3.7dB

同等品MAR-2SM＋＋12.5dBm

3.1dB

同等品MAR-8ASM

注：周波数1GHzのときの値
最大出力は1dB抑圧のとき

2-6ハイパス・フィルタと広帯域アンプの組み合わせ

63

アンテナよりワンセグ・チューナへ基板のアースをケースに接続する

写真 3-5

ケースに入れたプリセレクタ

s 簡易信号発生器の水晶振動子を 20MHz にして，第 6 高調波の 120MHz とします．
ポリ・バリコンのシャフトを回して 120MHz を受信し，TC1 を調整してして信号が最大になるようにします．
s 以上の調整を 2 〜 3 回繰り返して，二つの LC 共振回路の共振周波数を合わせます．

● 完成したプリセレクタ
写真 3-5 のように，プリセレクタの基板をケース（タカチ TS-1S）に入れます．アンテナとは M 型コネクタのメスで，ワンセグ・チューナとは F 型コネクタのメス→ F 型接続ケーブル（または F 型オス−オス変換コネクタ）→ワンセグ・チューナ付属ケーブルで接続します．また，ツマミをポリ・バリコンにネジ止めした延長シャフトに取り付けて，プリセレクタの共振周波数を調整できるようにします．

84第3章

プリセレクタの設計と製作

章

利得［dB］

第1119.5

121.5
123.5
122.5

第0−5−10−15−20−25−30−35−40−45−50

125.5

章

周波数［MHz］

図 3-112

プリセレクタの特性

第章● プリセレクタの特性
図 3-11 は，共振周波数 122.5MHz で測定したプリセレクタの特性です．1MHz 離れた 123.5MHz で，315dB 減衰しています．また，利得は約 16dB になりました．

第章

4第章

53-4

プリセレクタの調整

85

このPDFは，CQ出版社発売の「ワンセグUSBドングルで作るオールバンド・ソフトウェア・ラジオ」の部 本です．
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ワンセグUSBドングルで作る

オールバンド・ソフトウェア・ラジオ

四1

テク

つの混変調の原因となる強力な電波を取り除くハイ・パス・フィルタ

工2

テク

夫

で目的の信号を選択して増幅するプリセレクタ

バ

ッ3

テク

チ

リ

広い周波数帯域を受信できるディスコーン・アンテナ

受

4

テク

信!

SDRの受信周波数を広げる周波数変換コンバータ（クリコン）