高周波の測定器（２）
１． デジタル・ディップメータの作成：
ディップメーター用の発振回路は 通常の発振回路と異なり、インダクタンス（L）の結合によって吸収されるエネルギーの流出によって、大幅に電圧が降下する回路でなければならない。そのため、発振トランジスター（２SK２４１Y）の ドレインに１ｍHのインダクタを入れ（４７０μHではディップ量が少ない）、ソース電圧をVRによって少し持ち上げた（１０ｋΩのうちかなり低いほう）。
コルピッツＬＣ発振回路用の小型の２連エアバリコンは現在 入手が困難であり、ポリバリコンも耐久性や外形に問題がある。（ハートレー発振回路用の、４ｐプラグインボビンなども現在は存在しない。） そこで、可変容量ダイオード（バリキャップ）を、高周波用に １SV２２９、低周波用に １SV１４９を、SWで切り替えるようにして並列にして用いた。 ＶＲは、工業計測用の物を使えば、耐久性はクリアできる。これで、RCAプラグに付けたタップ無しコイルの付け替えで、広い範囲でLC回路を構築することができる。
バリコンと異なり、静電容量が０にならないので、特に高周波側では細かくコイルのインダクタンスを振り分ける必要がある。各コイルを差し込むＲＣＡジャックは、両端を絶縁するためアクリル板に取り付けた。
発振出力が微弱なため、周波数カウンタ回路への信号はかなり大きく増幅する必要がある。 約２００MHｚまで直読するので、初めから１/６４分周のプリスケーラー（ＭＢ５０１、ｍａｘ１．１ＧＨｚ）で分周し、これを駆動するため（やや過剰品質気味ではあるが、）Sバンド（２．４ＧＨｚ）まで増幅可能な高周波モジュール（GN１０２１、ガリヒ素,、９０ｍＡ）を用いた。そのため消費電流がトータルで１００ｍAにもなり、電池では無理で、電源は９Vのアダプターを付けることになった。 ”ひも無し”にするために、シリコン系のもっと低消費電流のモジュール（μＰＣ２７０９Ｔ（１ＧＨｚ、１１．５ｄＢ、２０ｍＡ）など）に変えたほうが良いかもしれない。
また、測定桁数はせいぜい３〜４桁までなので、ＰＩＣマイコン（PIC１８F１４K50）の発振水晶には普及品（１２．００００MHｚ）を用いた。校正は８桁ユニバーサル周波数カウンターと同時測定して、タイマー１の端数を増減して行なった。（４桁は確保）
ディップ量を表示するアナログ信号は、オペアンプ経由でPICのアナログ入力（AN８）へ送った。 この入力は、（ケースのフロント面に場所が無いので）LCDでバーグラフに表示する。（＊ 微妙な変化を見るためには、アナログメータのほうが見やすい。また、周波数カウンタ値と同時に表示するため 表示のちらつきの問題が残った。 ・・ 市販のアマチュア向けディップメータはアナログメータを付けている。）
LCDによるバーグラフ表示には、LCDへの外字登録機能を用いて行なった。 ８文字なので、縦バーの数は２４本で、アナログ入力１〜３Vで０−２４に振れるようにした。
LCD（ACM0802C-NLW-BBH、８文字×２行、１文字は ５（横）×８（縦）ドット、＊ １６文字×２行のSC1602Bとは VDDとVSSのピンが逆なので注意）の CGRAM（キャラクターグラフィックRAM）には、ユーザーフォントを最大８文字（0x00 〜 0x07）まで、５×８ドットの任意の作成文字の登録が可能。（漢字、絵文字なども表示できる） RAMなので、毎回起動時に（ｍａｉｎのLCD初期化の後に）登録するようプログラムを作る。
・ 登録法は、RS、R/W、 DB7、・・・、DB0 の順に、SetCGRAMAddress： ０、０、 ０ｂ０１（アドレスセット） ００１（文字０ｘ０１として登録） ０００（１ライン目）、 WriteData： １、０、 ０ｂ００（データセット）０ １００００（横５ドットの模様データ） などとして縦の８行分繰り返す。 アドレス指定には 関数lcd_c4( )、データ書込みには 関数lcd_putchr( ) を使用。
・ 表示は、lcd_putchr(0x01); などとして行なう。 （ プログラム参照 ↓）
・ 低周波側のコイルは、先端に巻き線を集めて（リッツ線、さらに低周波ならばフェライトコアに巻いて、）磁束を集中し、ディップ量を増やす。
・ 可変容量ダイオードに １ＳＶ２３９を用い、発振回路全体をカートリッジ式にすれば、ＵＨＦ帯のディップメータを作ることができる。
● バーグラフ＆周波数カウンタの ソース(PIC18F14K50)： ● ｌｉｂ_ａｄｃ．ｈ：
＊ 可変容量ダイオードと直列に入れる５１０ｐＦマイカコンデンサーを、０．０１μＦセラコンにしても良い。（温度変動はそれほど影響が無い）
＊ １ＳＶ３２３ （１Ｖ：２８ｐ、４Ｖ６．５ｐ、ｍａｘ１０Ｖ）は １ＳＶ２２９よりも可変範囲が大きいが、周波数特性が１００ＭＨｚ台までで設計されている（Ｒｓ が下がる。 ｃｆ． １ＳＶ２２９は４７０ＭＨｚ）ので、１５０ＭＨｚ以上では損失が大きくなって使えない。
２． ２．４ＧＨｚ ＶＣＯ：
２．４ＧＨｚ近辺を狙った ＶＣＯは、可変容量ダイオードの １ＳＶ２３９一個では 基板回路の浮遊インダクタンス（＊）のため なかなか発振周波数が上がらない。（２ＧＨｚ以下ならば容易に作ることができる）
そこで、１ＳＶ２３９ を２個直列にして容量を下げ、また ハイＬ、ローＣでも発振するよう 高周波トランジスター ＢＦＰ４２０（Ｘバンド用、ｆＴ = ２５ＧＨｚ、増幅１３ＧＨｚ、発振１０ＧＨｚまで）のベースバイアス、Ｉｃ を調節して、ストリップライン発振器を作成した。（それでも１１Ｖ以上になると、振動モードが変わって周波数が下がってくる）
今回、コンデンサー・ラインへのパターンは、小さいチップ部品を使って密度を上げても場所がないので、やむを得ず ストリップラインの角の所から１ｐＦで取ったが、これがハイＬ、ローＣ時の副発振の原因と考えられ、 ストリップラインの、極力 先端の中心近くから取るようにしなければならないと思われる。 （ ・・・・ 実際、３．の１２ＧＨｚプリスケーラーで測ってみると、周波数は順調に２．６８ＧＨｚまで上昇していたので、ガリヒ素アンプのほうがカウントしきれていなかったようである。）
１ＳＶ２３９にかけられる最大電圧は１５Ｖ。（１Ｖ： ４．２ｐＦ、 ５Ｖ： ２．７ｐＦ、 ９Ｖ： １．８ｐＦ、 ０．４４Ωａｔ．４７０ＭＨｚ・１Ｖ）
次段のアンプも、Ｘバンド用の ＮＥ３２１０ Ｓ−１を用いた。（＊ ２ＳＣ３３５６（ｆＴ = ７ＧＨｚ）でも２．４ＧＨｚ（Ｓバンド）までは増幅可能）
（＊ １ＳＶ２３９、１．６ｍｍ１ｐＦチップコン の購入先： レオコム、 他のチップコン、チップ抵抗類、ＢＦＰ４２０、ＮＥ３２１０ Ｓ１、２ＳＣ３３５６等： サトー電気、 ＭＢ５０６等： イーエレ）
＊ ラインのインダクタンス（長さ ｌ（ｍｍ）、幅 ｗ（ｍｍ）、厚み ｔ（ｍｍ））： Ｌ０ ＝ ０．０００２・ｌ[ ｌｎ（２ｌ/（ｗ＋ｔ） ＋ ０．２２３５（（ｗ＋ｔ）/ｌ） ＋ ０．５］、 例えば、８×５ｍｍで Ｌ０＝１８ｎＨ、３ｍｍ角で Ｌ０＝８．５ｎＨ にもなる。
全体の消費電流は８０ｍＡ、出力は推定 約１−２ｍＷ程度。 周波数の安定性は、前回の ２石ストリップライン発振器（１．４ＧＨｚ）と同様に 短時間で ４桁程度だった。 測定は、３Ｄ２Ｖ同軸ケーブルが長いとだめで、短くつなげると完全に測定できる。
前回作成した測定用のプリスケーラーは、１/１２８に分周に変更（ＭＢ５０６の６ｐｉｎをアース）して 周波数カウンターへは ｍａｘ２０ＭＨｚになるようにした。（ただし、１ｍＷの弱い入力に対しては、２．４５ＧＨｚが限界である）
ＶＲ調整はクリチカルなので、ポテンショメーター等の多回転ＶＲを用いれば 精密な可変発振源になると思われる。（＊ 長期的には 基板（ガラスエポキシ両面、１．２ｍｍｔ、エッチング後に銀めっき）の εｒ（比誘電率、＝４．８）の温度変化等によって変動する。）
また、アナログ電界強度計（ＡＤ８３０７・ログアンプ式）は、感度良く発振を検出した。
・ 近辺の周波数帯は、 ２．４ＧＨｚ： アマチュア無線、 ２．４５ＧＨｚ： 電子レンジ（水の吸収周波数、ただしマグネトロンなので周波数は不安定）、無線ＬＡＮ（Ｘ−Ｂｅｅなど）の通信バンド、ＲＦＩＤ（個体識別・認証カード、埋め込みチップなど）に用いられている。 ・・・ もう少しパワーＵＰすると、マイクロチップを無効化する装置ができる？
３． １２ＧＨｚプリスケーラーの実験：
１２ＧＨｚプリスケーラーＩＣの ＨＭＣ３６３ Ｓ８Ｇ が手に入るので（秋月電子）、これを使って １２ＧＨｚ程度まで測定できるプリスケーラーの実験を行なった。
入力段に ＮＥ３２１０ Ｓ−１（高周波ＦＥＴ）でプリアンプを設けたが、ここの発振がひどいので、ゲート抵抗を１ＭΩから１０ｋΩ、ソース（Ｓ、Ｓ’）を直接接地に変更して、（入力オープン時には９ＧＨｚ程度で発振するが、）測定時にはおさまるようになった。
ガリヒ素プリスケーラー（発振無し）によって周波数の分かっている ２．４ＧＨｚ ＶＣＯ（上記、 ｆ ｖｓ．Ｖｃ） と、 ドップラーレーダー（NJE4178J、公称 １０．５２５ＧＨｚ、１０ｍＷ）を用いて、４桁程度まで正確に測定していることを確認した。
ＨＭＣ３６３ Ｓ８Ｇ で １/８ 分周（固定）、ＭＢ５０６で １/６４ 分周としたので、出力は １/５１２ 分周となる。（１０ＧＨｚ入力で １９．５ＭＨｚのＴＴＬ出力。 周波数カウンターは 精度８桁（ａｔ．２０ＭＨｚ） ∴ 有効数字は６−７桁、ａｔ．１０ＧＨｚ台。）
４． １．５ＧＨｚドップラーセンサの実験：
前節で作成した １．４ＧＨｚストリップライン・テスト発振器（出力約１ｍＷ）を追加加工して、１ｍ〜数ｍの物体移動を検出する ドップラーセンサ（近接センサ的なもの（？））を実験した。（ストリップラインの寸法： Ｌ＝１３ｍｍ、Ｗ＝９ｍｍ）
出力側にループアンテナ（ループのＬ ＝ λ ＝ ３×１０8 / １．５２×１０9 ＝ １９．７ｃｍ（これに 波長短縮率を掛ける）、φ０．８ホルマル線）を立てて 電波を出すと同時に 反射波を受信し、ショットキー・ダイオード １ＳＳ１５４（〜Ｓバンド）でＭＩＸ・検波し、３４．で作成した低周波オペアンプで増幅する。（＊ 必ずしもフィルターは必要ないが、低周波の電圧増幅率が小さいと検出できないのでしっかりと作る必要がある。（×１００００ ＋ コンパレータ） 検波用のダイオードは １ＳＳ１０８などでも可能）
また、ストリップラインの端点にアンテナを立てる方法もあるが、発振が止まるので Ｔｒの変更が必要。この場合は 出力をコンデンサーでアースする。
