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2012年2月

2012年2月26日 (日)

リグエキスパート《AA-1000》使用感 その2 較正

リグエキスパートのアンテナアナライザーとしては初めて搭載された新機能「キャリブレーション(Calibration/CAL/較正)」についてレポートします。

AA-1000の較正機能は計測値のズレを修正するとかの単純なものでは無く, 伝送線路のロスを補正するためのものです。

以下, AA-1000の取説, 16ページから引用です。
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リグエキスパートAA-1000は較正しなくても精度の高い測定ができるのだが、「開放-短絡-負荷」法による較正を行えばより精度の高い測定ができるようになります。
較正に使われる3つの基準「開放-短絡-負荷」は高精度でなければなりません。特に100MHz以上ではこの要件が重要になってきます。通常、負荷として高精度の50Ω抵抗が用いられます。3つの基準「開放-短絡-負荷」が接続されるところを基準面と呼んでいます。もし、アナライザーから離れた伝送路端で較正が行われると、アナライザーはアンテナなど被測定物の測定結果から伝送路の影響を差し引いた、より真値に近い負荷パラメータを表示します。
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上記の解説からAA-1000は, 高価な高周波計測機器が普通に備えているような較正機能を搭載したと推測されます。


さて, この較正機能をどのように位置づければ良いのか? やった方が良いのか, やるとすればどう言う場面なのか? など, AA-1000を使い始めると最初に感じる疑問です。なので, この点を見極めておきたい。


実験にあたって,「伝送路の影響を差し引く」と説明がありますので, ならば, 思いっきり影響が出そうな「伝送線路」を用意します。

私が用意したのは計3本, 30mの同軸ケーブルと計7個の変換, 中継コネクターです。

ケーブル(両端コネクター付き)
10D-2V       20m 新品 1本
10D-2V        9m 中古 1本
BNCケーブル   1m 新品 1本
           計30m

変換, 中継コネクター 計7個
MP-BNCJ 1個
MJ-BNCP 1個
MJ-BNCJ 1個
MJ-NP   2個
NJ-BNJ  1個
MJ-MJ   1個

挿入したコネクター
挿入したコネクター

このケーブルとコネクターをつないで長さ30mのケーブルを準備しました。

長さ30mのケーブル
長さ30mのケーブル

このケーブルを私の自家用車に取り付けてある144MHz/430MHzのモービルアンテナ+約4mの3D-2Vケーブルに延長接続します。

下記グラフは, 30m+約4mのケーブルの終端をオープンで(アンテナを外して)AA-1000でTDR(時間領域反射計)計測したものです。TDRはケーブルの長さや損失を計測出来る機能です。

すべてのケーブル, コネクタを接続した場合のTDR計測値
すべてのケーブル, コネクタを接続した場合のTDR計測値

このグラフから下記が分かります。
1)ケーブルの全体の長さは33.5m。
2)グラフ線の途中に縦方向の小さな波が3箇所あり, 変換, 延長
 コネクターのところで不連続となり損失が発生している。
3)ステップ応答のグラフ線が線路の長さに比例し右肩下がりで,
 大きな損失になっている。
 ※グラフ右肩下がりの始点がグラフ左側のBNC変換コネクター
  の箇所であり, おそらくここでミスマッチが起こり定在波が
  発生し悪さをしていると思われる。
 [2月26日追記]
 もしかすると, BNCコネクターが緩んでいたのかも知れません。

もはや同軸ケーブルと言うよりも, インピーダンスマッチングミス発生装置+アッテネーターと言えるかも知れません。

ちなみに下記は20mの新品10D-2Vケーブル単体のTDR計測値です。グラフ線が水平で損失がほとんどありません。

20mの新品10D-2V
20mの新品10D-2V
20m新品10D-2V TDR特性
20m新品10D-2V TDR特性


「較正」は開放(オープン), 短絡(ショート), 負荷(ロード)の順に専用の計測をおこなうとその後, 自動で補正値が適用されるようになります。

開放
アンテナを外してケーブル終端を開放し計測します。

ところで, アンテナ接続端はMコネクターですが, 今回はNコネクターのダミーロードを使用したため, 較正時はさらに変換コネクターが必要になりました。しかもちょうど良い1個のコネクターが無くて, 3個のコネクターを使っています(銀色の長い物体が変換コネクター3個)。そのため, 「本来の較正値ほどの精度は出ていない」と思われます。
変換コネクターを使わないようにするために, 非常に高周波特性の良いMコネのダミーロード/終端抵抗が必要ですが, 残念ながら手持ち4個のMコネダミーロードはどれも高周波特性が悪く使えませんでした。
1GHz以上まで高精度(SWRがほとんど1)でかつ安価なMコネの終端抵抗があれば是非ご紹介頂きたいです。

校正 開放時

短絡
出来るだけ電気的なループが発生しないよう短い導線で短絡します。

校正 短絡時

負荷
出来るだけ高周波特性が良いダミーロード(較正用の負荷, 終端抵抗)を取り付けて負荷の計測を行います。今回は「narda MODEL 370 BNM DC-18GHz PWR 5W(Nコネ)」を使用しました。

校正 負荷
負荷計測時の画面表示
負荷計測時の画面表示


144MHz, 430MHzそれぞれについて下記順でSWRのデータを取得します。
1)モービル運用で通常使用している4mケーブルのみの場合(較正未)
2)4m+30mケーブルで較正前を計測(Before/ビフォー)
[ここで較正を実施] ※144MHz, 430MHzそれぞれで較正しています。
3)4m+30mケーブルで較正後を計測(After/アフター)

モービルアンテナをつないだ状態
モービルアンテナをつないだ状態

下記は144MHz, 430MHzそれぞれのSWRグラフです。
較正前の計測値は衝撃的です。もはや何を計測しているのか分かりません。
それに対して較正後は短い4mケーブルに近い値が出ています。
一目瞭然。通常では考えられないような損失発生装置のロスでさえ, ある程度補正していますので, 通常のケーブルであればほぼ完璧に補正し, アンテナの特性のみを浮き上がらせてくれると思います。すばらしい。

モービルアンテナ 144MHz帯 AA-1000 較正前後のSWR比較
モービルアンテナ 144MHz帯 AA-1000 較正前後のSWR比較

モービルアンテナ 430MHz帯 AA-1000 較正前後のSWR比較
モービルアンテナ 430MHz帯 AA-1000 較正前後のSWR比較


で, この高度な校正機能はアマチュア的に必要なのか?

まず, すでに設置されているアンテナについて, その終端でケーブルからアンテナを外して較正する作業は, たいていの場合は屋外の高所作業で, かつ, 防水用のビニールテープや自己融着テープを外すなど非常に面倒であり, 命の危険すらあります。

また, 送信機から出力された電力が最小限のロスでアンテナから電波として放出されることが, そもそもの目的, 目標ですので, だとすれば伝送線路も含めたアンテナ系全体の効率を計測, 把握することが, アマチュア的なアンテナアナライザーの活用方法だと思います。

アマチュア無線家がAA-1000を普通に使うのであれば「校正機能はさほど重要では無い」。そう考えます。

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[4月3日 追記]
自作派のOM様からご指南頂きました。
アンテナの自作において, AA-1000の校正機能は非常に重要なものとのことです。アマチュア無線家にとっても校正機能は使えるアイテムなんですね。
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但し, 例えば無線関連のメーカーやハムショップなどプロの方からすると, 次々とアンテナを交換してその性能が規格に納まっているかのチェック, 試験を行う場面などでは一定期間あるいは天候の差で都度, 伝送線路のロスを補正する必要があり, AA-1000の較正機能は大変重宝するものでしょう。

立場やどのような場面でアンテナアナライザーを使うかによって較正機能の役割, 重みが変わってくると言うことを理解しました。

AA-1000の守備範囲はマチュア無線家もさることながら, むしろプロ向けを意識したものなのでしょう。使い勝手の良い大きさや操作性でありながら, 1GHzの超高周波, 妥協の無い高性能/高機能, 高解像度液晶, 較正機能, 高額な価格… AAシリーズがプロでも活用され始めたことで, そのニーズをくみ取って出来上がったものが「AA-1000」だったのかも知れません。

ところで, 今回の実験で一番の収穫だったことは, 当たり前なんですが「余計なコネクターや長いケーブルはロスになる」と言うことを身をもって経験したことです。その意味では,「TDR(時間領域反射計)計測」が重要な機能の一つと言えます。あるいはスミスチャートなど持っている機能を最大限に活用することでアンテナ系の全体像が見えてくると思います。今後, その点にも焦点をあて実験を積み上げていきます。

新型アンテナアナライザー《AA-1000》購入
アンテナアナライザー《AA-1000》使用感 その1
RigExpert《AA-1000》使用感 その3 画面表示
アンテナアナライザー《AA-1000》2.6GHz拡張

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2012年2月13日 (月)

アンテナアナライザー《AA-1000》使用感 その1

先日届いた新型アンテナアナライザー, リグエキスパート「AA-1000」について, 手持ちの「AA-230PRO」との計測比較を交えて使用感をレポートします。

AA-1000の大きな特徴と言えば
1)1GHzまで計測
2)カラーTFT 320x240
 従来のモノクロ128x64に比べドット総数で9.3倍の情報量
 しかもカラー

よって主にこの2点に注目し評価, レポートしていきたいと考えています。

なお, 本来であれば使い勝手など初めて手に取った時点からの感想を述べるべきですが, すでにAA-230PROを使用しており, ほとんど使い勝手に差が無いため割愛します。使い勝手についてはAA-230PROの記事を参照願います。

まず外観ですがAA-230PROと並べたところ同じ大きさ, 形状のようです。
重さはAA-1000がAA-230PROより50gほど軽いです。
 AA-230PRO 510g(電池4本分込み)
 AA-1000   466g(電池3本込み)
おそらく, AA-1000の方が1本電池が少ないのでその分が効いていると思います。
AA-1000/230PRO外観比較

画面比較です。サイズはAA-1000の方が横方向が若干小さくなっています。
AA-1000については320x240の圧倒的な情報量を生かして, リグエキスパートジャパン社の日下社長がメニュー表示の漢字化を進めています。下記写真で比較し一目瞭然, 非常に分かりやすく漢字化のメリットは大きいです。但し, メモリー容量が限られているそうで苦労があるとのことです。
AA-1000/230PRO画面比較

ちょっと見づらいですが各アンテナアナライザーの画面です。

AA-1000の画面
AA-1000画面

AA-230PROの画面
AA-230PRO画面

AA-1000の高画質カラー液晶表示について, そのメリットなどを後日さらに評価予定です。

次はダミーロードとディスコーンアンテナの計測結果です。

まず注意点があります。
1)AA-1000はNコネクター, AA-230PROはMコネクターです。
 それぞれで変換コネクターを介在する場合があり, その分精度に
 影響すると思われます(同じ条件での比較は出来ない)。
2)AA-1000は100MHz以上の計測精度を高めるためにキャリブレーション
 (較正, 以下「CAL」と表記)機能を備えていますが, まだ挙動が安定
 せずデバッグ段階にあるようです

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[2月18日 追記]
私の認識不足があり, キャリブレーションの動作に問題はありませんでした。
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よってあくまでも下記計測結果は参考値として見て頂きたいです。

1.ダミーロード計測
 計測に使用したダミーロード
 ●narda   MODEL 370 BNM DC-18GHz PWR 5W Nコネ
 ●コメット D21M DC-600MHz PWR 15W VSWR<1.15 Mコネ
使用したダミーロード

 1)MODEL 370を使ってAA-1000/AA-230PROを比較
  AA-230PROは適当なN型変換コネクターが無くて, 変換コネクターを
  3個介在しているため参考値です。当たり前ですが変換コネクター
  が多いほど精度が落ちます。以前に色々試していて経験済みです。

  変換コネクターの件を差し引くとするとアナライザー間の差は
  ほとんど無いように思えます。また, AA-1000は200MHzまでなら
  非常に安定しているようです。
ダミーロード AA-1000/230PRO比較

 2)AA-1000でMODEL 370, D21Mを1GHzまで計測
  MODEL 370は18GHz対応機種のため非常に良い特性です。
  手に持ったまたとか机に置いた状態など何度か計測し直しまたが
  値の変化が少なく, 周囲環境に対する対策がされている印象です。
  なお, MODEL 370計測のみCALを実施しています。
  [3/9追記]
  記述間違いです。MODEL 370は変換コネクターは介在せず直接
  アナライザーに接続し計測していますので本来CALする必要は
  ありません。計測値そのものは合っていると思いますが。

  D21Mは表記規格「600MHzでSWR1.15未満」を達成しています。
  但し, M型変換コネクターを介在しており, かつCAL未実施のため
  実際の性能より悪い計測結果かも知れません。
ダミーロード AA-1000 1GHz計測

2.ディスコーンアンテナ計測
 計測に使用したアンテナ
 コメット CDS-150 25~1300MHz ディスコーン
コメット CDS-150

 1)CDS-150を使ってAA-1000/AA-230PROを比較
  本来なら数学的な比較とか必要でしょうが, そういう知識もなく
  見た目の判断ですが低SWR領域ではグラフの重なりが多く同等の
  計測結果と思います。
ディスコーン AA-1000/230PRO比較

 2)AA-1000で1GHzまで計測
  M型変換コネクターを介在しており, CAL未実施のため正確な計測値
  なのか不明です。でも, 周波数変化で小刻みにSWRが変わる現象は
  ディスコーンアンテナ特有のものと, このグラフを見て判断
  出来ます。
  [3/9追記]
  アンテナはRG58A/Uケーブル10m, 1本を介して屋外設置です。
ディスコーン AA-1000 1GHz計測

今回の評価で
AA-230PROとAA-1000で計測結果にさほど差が無い印象です。
AA-1000は1GHzまで安定して計測出来るように思われます。

今後の予定
1)カラーTFT 320x240 の使い勝手を検証
2)AA-230PROとAA-1000で各種アンテナの計測比較
3)AA-230PROとAA-1000でTDRモードを比較
4)AA-1000で430MHzの各種アンテナを計測
など

新型アンテナアナライザー《AA-1000》購入
リグエキスパート《AA-1000》使用感 その2 較正
RigExpert《AA-1000》使用感 その3 画面表示
アンテナアナライザー《AA-1000》2.6GHz拡張

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2012年2月11日 (土)

新型アンテナアナライザー《AA-1000》購入

リグエキスパートジャパン社のフラグシップアンテナアナライザー「AA-1000」を購入しました。国内1号機です!
リグエキスパート AA-1000

おそらく世界にまだ数10台しか無い最新型です。価格99,800円+送料!さすがにおいそれ買えない価格ですね。

アンテナアナライザー「AA-230PRO」を購入してから1年半以上になりますが, その優れた性能と操作性に何の不満も無く活用しておりました。

AA-230PRO関連でアップした記事
アンテナアナライザー《AA-230PRO》購入  2010年5月26日
リグエキスパート《AA-230PRO》使用感 その1
リグエキスパート《AA-230PRO》使用感 その2
リグエキスパート《AA-230PRO》使用感 その3
アンテナアナライザー《AA-230 PRO》使用感 その4
RigExpert《AA-230PRO》ソフトの対応
アンテナアナライザー《AA-230PRO》リモート運用
22年目の真実? ミズホ《AN-21》アンテナ特性
盲点だった? 《144/430モービルアンテナ》 SWR特性
ディスコーンアンテナ SWR比較

しかし, AA-230PROは周波数範囲が230MHzまでのため物足りないとの思いもありました。

1)430MHzのアンテナを計測出来ない。
2)地デジに移行しUHF帯(~770MHz)の特性把握がより重要となっている。

UHF帯計測は, 無ければ無いで何とかなりますが, あるにこしたことはない。この要求に答えるものとして同社のアンテナアナライザーでは520MHzまで計測可能な「AA-520」がラインナップされていますが, 地デジを考慮すると周波数範囲がもっと高いものが欲しい, AA-520はAA-230PROより若干性能が低い, 135KHz計測に対応していないとの理由で当初から購入候補となっていませんでした。

そこでUHF帯計測については手持ちの簡易スペアナ「GigaSt Ver.4」を活用することにしました。GigaSt V4は7GHzまで計測出来るので周波数範囲は十分以上です。

手持ちの簡易スペアナ「GigaSt Ver.4」
GigaSt Ver.4

但し, スペアナでSWRを計測するためにはトラッキングジェネレーター(TG)とリターンロスブリッジが必要です。GigaStはTGを内蔵していますので, リターンロスブリッジのみ準備すれば良いことになります。しかし, なかなかリターンロスブリッジを売っていない。ネットでたまに見かけても数万円と高額で手が出ません。なのでネット記事を参考に自作することにし, 昨年12月に一通り部品, 工具を購入していました(特性的にUHFまで計測出来るのか怪しいところはありますが…)。

リターンロスブリッジ自作用に買い集めた部品, 工具類
リターンロスブリッジ用部品, 工具

いつ重い腰を上げてリターンロスブリッジの製作を開始しようかと思っていたところ, たまたま年末にリグエキスパートジャパン社のJA1SCW/日下社長とメールでやり取りする機会があり「AA-1000」をご紹介頂きました。

スペック比較

項  目 AA-54 AA-230PRO AA-520 AA-1000
周波数範囲 0.1-54 MHz 0.3-230 MHz 1-520 MHz 0.1-1000 MHz
最小周波数ステップ 1 kHz
最小スィープ範囲 10 kHz 100 kHz 10 KHz
SWR2AIR モード
リアクタンス符号(C性 or L性)
コネクター形状 M N
出力電力 +13 dBm +10 dBm +5 dBm -10 dBm
出力アンプ CMOSロジックチップ Tr保護回路付き LVDSロジックチップ
出力波形 矩形波 サイン波 サイン波  矩形波
SWR測定用基準インピーダンス 50/ 75 Ω 25/ 50/ 75/100 Ω 50 Ω 25/ 50/ 75/100 Ω
ADC 10 ビット 16 ビット
バッテリー 単三アルカリ電池またはニッケル水素2  単三ニッケル水素4本組 単三アルカリかニッケル水素3本
バッテリー電圧表示
外部電源駆動 USB ACアダプター 9-12V USB
内蔵充電器
LCD モノクロ 132x64 モノクロ 128x64 カラーTFT 320x240
TDRモード 内蔵 内蔵
グラフ保存メモリー数 100 SWR:90 100 SWR:90
TDR:10 TDR:10
日本語表示 可 カタカナ 可 漢字
ハムバンドプリセット
スミスチャート表示 AntScope 本体でも可
較正モード 内蔵
価格 32800 59800 59800 99800

高額ですが, AA-230PROと同等性能, 0.1MHz~1GHz計測, 320x240TFTカラー液晶など, アンテナアナライザーとしてはどの切り口から見ても他に類を見ない最新最強スペックです。

「まさにこれだ!」と思い正月早々, 日下社長にメールし内示発注させて頂きました。

そして, 本日2月11日に待ちに待ったAA-1000が届いた次第です。
リグエキスパート AA-1000
リグエキスパート AA-1000
リグエキスパート AA-1000

AA-230PROとの比較なども交えて次回以降に使用感を報告させて頂きます。

なお, 私が購入した機種は初期ロットで, 正式発売は3月以降のようです。

今回はへそくりが足りず小遣い前借りで購入しました。その費用をヤフオク出品などで工面しなければなりません。さて, どうしたものか…

アンテナアナライザー《AA-1000》使用感 その1
リグエキスパート《AA-1000》使用感 その2 較正
RigExpert《AA-1000》使用感 その3 画面表示
アンテナアナライザー《AA-1000》2.6GHz拡張

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