ディップメータの製作　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　戻る

◆はじめに(2012/8/11)
デリカ（三田無線）のＨＡＭ用ディップメータ（＠８０００）が欲しくても買えなかった１９６０年代。そしてＦＥＴというものが世に出回り始めた１９７０年に製作したディップメータは、三菱のＭＫ１０（当時＠２８０？）という市販第１号のＦＥＴを使って作りました。周波数カウンタを持っていなかった当時、一番の課題は目盛り作りでしたが、身の回りにある中波ラジオ、短波ラジオ、ＦＭラジオ、テレビを受信しながら混信妨害を与えて周波数を目盛り、更に高調波を使いながらと、アマチュア精神を発揮して作ったものでした。しかし製作して４０年以上も経つと、落っことしてコイルのボビンが割れたりと各所に劣化が目立つため、１号機はＡＤＱ博物館（？）に収め、２号機を製作しようと思います。

　
（左）１９７０年に製作した１号機 　（右）４２年ぶりに作り直した２号機

◆ところでディップメータとは(2012/08/11)
コイルとコンデンサを組み合わせて自励発振回路を作り、測定しようとする共振回路に近づけてダイヤルを回すと、発振エネルギーが吸い取られて弱まる箇所があります。そのときの出力をメータで見ているとピクッと下がる（ディップする）ため、その周波数をダイヤルで読めば共振回路の周波数が分かります。この原理でアンテナの共振周波数を測定することも出来ます。また単に発振器として受信機の調整に使ったり、吸収型周波数形として発振周波数の測定に使ったりとその応用範囲は広いものです。扱う周波数の範囲は広く、中波〜超短波までを数個のコイルをプラグイン式に交換してカバーします。

◆回路について(2012/08/13)
コルピッツ発振回路を使った基本的な回路です。回路としては簡単なのですが、実装時の注意点としては高周波が通る部分は配線を出来るだけ短くすることがポイントです。なお回路とケースとの間で共振回路が出来てしまうと、高い周波数ではダイヤルまわすだけでディップ点があちこちに現れるという問題があり、これだけは作ってみないとわかリません。

1. コイルは交換しやすいようプラグイン式になっており、２連バリコンとで同調回路を構成します。
2. 発振素子は２ＳＫ４３９のほうが２ＳＫ２４１よりもＶＨＦ帯での発振出力が強いため採用しました。
3. ２ＳＫ４３９のゲートには振幅制限のためショットキーバリヤダイオードＤ１を入れ、周波数が変化しても発振出力を一定にしようと動作します。
4. ＶＲ１で２ＳＫ４３９のドレイン電圧を増減し、適度な発振出力になるよう調整します。
5. ２ＳＫ４３９のソース抵抗は少ないほど発振出力は強くなりますが、ＶＲ１を回すと急にメータが振り切れたりするため、動作をマイルドにしようと３３０Ωに落ち着きました。
6. 高周波チョーク（ＲＦＣ１，２，３）は広い周波数に対応できるよう３個使いました。
7. 検波部分は倍電圧回路を使ってメータを振らせます。
8. ＴＰ１には周波数カウンタを接続し、目盛りを打つときに使います。
9. パイロットランプは消費電流を少なくするため高輝度LEDを使い、電流は１ｍＡほどで済ませています。
10. 電源は００６Pタイプの８．４Ｖニッケル水素充電池を使用し、充電用の端子を付けています。

　回路の実験風景

◆ダイオードによる振幅制限の効果(2012/08/14)
２ＳＫ４３９のゲートには振幅制限のためショットキーバリヤダイオードＤ１を入れており、その効果を確認しました。発振周波数を変化させながらＴＰ２の電圧を記録した結果が下のグラフです。ダイオードを入れることで、ある程度振幅を抑える効果はありますが、かといって出力がフラットになるわけではありませんでした。

◆ＲＦＣ直列３個の効果は(2012/08/15)
１つのコイルで広い周波数をカバーしようとすると、上のグラフのように出力は一定ではありません。まして１つの発振回路で４００ｋＨｚ〜１５０ＭＨｚまで動作させるのは中々大変です。ＲＦＣは高周波に対して抵抗として働き、その値は「２πｆＬ」という式で表現されます。ここでは値の違うＲＦＣを３個直列につなぎ、それぞれにＱダンプ用の１０ＫΩを接続しています。回路実験中にこの３連ＲＦＣ＋抵抗を外し、１ｍＨのＲＦＣ１個に交換してみました。ＨＦ帯は問題なく動作するものの、ＶＨＦ帯になると高調波が増え動作が不安定になりました。

製作編

◆ケースの製作(2012/08/15)
自作のケースを作るときは、ダイヤルなど外部の使い勝手と、内部の部品の納まりと、購入したアルミ板に無駄が出ないような寸法を考えて決めています。今回はエアーバリコンを収めることから幅８２×高さ１５０×奥行６８ｍｍとなり、真空管式のディップメータかと思えるようなサイズになりました。ポリバリを使えばもっと小型化が可能でしょう。

　１mmのアルミ板で作ったケース

◆バリコンについて(2012/08/25)
機械的にがっちりしていることもあり、数十年前に購入したＡＭ２連＋ＦＭ３連のエアーバリコンを使いました。ＡＭ部はおそらく３００ＰＦ程度のものと思います。エアバリは購入が難しいと思いますが、入手できない場合はポリバリや１ＳＶ１４９などのバリキャップを使用することは出来るでしょう。

◆ケースに部品を収める(2012/08/18)
発振部は５Pの平ラグ板に組みました。ケースが大きいので内部の配線はゆったりしています。

　バリコンのネジ穴を利用して５Ｐラグ板に組んだ発振部を取り付けました。

◆コイルをどのように作るか(2012/08/12)
ボビンは東急ハンズで買った外径φ１１×内径φ１０のグラスファイバのパイプを７０ｍｍに切って使用することにしました。高周波的に良好で、肉厚が薄く、強度がありそうと言うのが選択理由です。入手しにくい場合はホームセンターで売っているアクリルパイプや塩ビパイプが使えますが、外径が少し大きくなるので巻き数の調整が必要です。コネクタはＲＣＡプラグを使用し、外径をヤスリで若干削って合わせ、接着剤を塗りボビンを被せます。なお実質的にボビンに巻いたのはＬ３とＬ４であり、あとはマイクロインダクタを直接つないだり、小径のコイルを巻いてその上にパイプを被せています。

◆コイルのインダクタンスを大雑把に探り、巻き数を決める(2012/08/25)
コイルのインダクタンスや巻き数は計算で求められますが、手持ちのマイクロインダクタを動員して大雑把に周波数をつかむ方が実用的でしょう。これで必要なインダクタンスを決めてから空芯コイル式で巻き数を決めます。

単層空心コイルのインダクタンス＝０．０３９４８＊Ｋ＊Ｒ＾２＊Ｎ＾２／Ｌ　（μＨ）

Ｎ＝コイルの巻き数、Ｒ＝コイルの半径（ｃｍ）、Ｌ＝コイルの全長（ｃｍ），Ｋは　２Ｒ／Ｌ　で決まる定数であり、抜粋ですが下表のようになります。

◆周波数を目盛る(2012/09/01)
周波数を目盛るには周波数カウンタを使うのが一番簡単ですが、最近のトランシーバーにはゼネカバ受信機能がついていますので、それを使うのも１つの方法です。目盛りの外周に２度単位の印をつけ、測定した周波数が何度の角度になるかを記録し、ＣＡＤを使って目盛りを作り、インクジェットプリンタでフォトペーパーに印刷するときれいに作れます。周波数目盛りをはさみやカッターを使って切り出し、その上から３ｍｍのアクリル板で押さえ、ネジでケースに取り付けました。

　
（左）周波数目盛りをフォトペーパーに印刷　（右）ゼネカバ受信機で周波数を計測

　目盛りをアクリル板で押さえ、ネジでケースに固定する。

◆指針の製作(2012/09/08)
画像のように２ｍｍのアクリル板をアクリルカッターで切り出し、中央に１本線を罫書き、その溝に赤色の水性エナメル塗料を針の先に付けて流し込み、あふれた塗料は素早くティッシュペーパーでふき取りました。そのアクリル板を接着剤でツマミに取り付け出来上がりです。

◆内部共振について(2012/09/15)
「内部共振」という表現が適切かどうか判りませんが、測定対象のコイルを近づけていないのにダイヤルを回すと勝手にディップしてしまう現象が起きました。おそらくケース内部のどこかで共振回路が形成され、それにディップメータが反応したものと思われます。周波数は１９ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１２０ＭＨｚの３箇所にありました。発振回路周辺に金属片を近づけてディップ点が変わらないか調べてみましたが、何が原因で共振しているのかは判りませんでした。

ディップメータの使い方

ディップメータには様々な使い方があり、ここではその代表的な例を紹介します。

1. コイルの共振周波数を測定する。
2. 発振機の周波数を測定する。
3. テストオシレータとして受信機の調整に使用する。
4. アンテナの共振周波数を測定する。
5. 水晶発振器として使う。
6. ＶＸＯに使うコイルの巻き数を決める
7. Ｌの値を測定する
8. Ｃの値を測定する
9. コイルのＱを測定する
10. 同軸の短縮率を測定する

１．コイルの共振周波数を測定する(2012/09/15)

1. ディップメータ（以下　ＤＭ）のスイッチをＯＮにし、メータの振れが６割くらいになるようボリュームを調整します。
2. ＤＭのコイルを測定対象のコイルに近づけ、ダイヤルを回してメータがピクリと下がる（ディップする）ところを探します。
3. そのときの周波数を読めば、共振周波数がわかります。
4. シールドケースに入ったコイルの場合は２次側にビニール線を接続し、ビニール線をＤＭのコイルに数回巻きつけて、１〜３の要領で測定します。

２．発信機の周波数を測定する(2012/09/15)

1. ＤＭのスイッチはＯＦＦにしておきます。
2. ＤＭのコイルを発振器のコイルに近づけ、メータの張りが大きく振れる位置の周波数を読み取る。
3. コイルがシールドケースに入っている場合は２次側にビニール線を接続し、ビニール線をＤＭのコイルに数回巻きつけて測定します。

３．テストオシレータとして受信機の調整に使用する(2012/09/22)
　　ＤＭの周波数安定度がよくないので、ＡＭやＦＭのように帯域の広い受信機の調整には適しますが、ＳＳＢやＣＷのような帯域の狭いモードには向きません。

1. ＤＭのスイッチをＯＮにする。
2. ＡＭの場合は、ＤＭのダイヤルを回しながらスピーカから「ボコッ」と言う音が聞こえればそのときの周波数を読みます。
3. ＦＭの場合は常にザーというノイズが聞こえていますが、ＤＭのダイヤルを回したとき、そのノイズが止まった周波数を読みます。
4. 信号が強すぎたり弱すぎたりした場合は、ＤＭのボリュームを回すかＤＭと受信機の距離を変え、適当なレベルに調整してください。

４．アンテナの共振周波数を測定する(2012/09/22)

1. ＤＭのコイルにアンテナ線を１，２回巻きつける。
2. ＤＭのスイッチをＯＮにして、メータがディップする周波数を読み取る。

試しに１２ｍのビニール線があったので、巻きつけて測定してみたところ１２．５ＭＨｚでディップしました。　波長＝３００／１２．５＝２４ｍ、その１／２波長が１２ｍです。

５．水晶発振器として使う(2012/09/22)
ＳＳＢやＣＷ受信機の調整にテストオシレータとして使うには周波数安定度が悪いと書きましたが、プラグインコイルの代わりに水晶をつなげば安定した発振周波数を得ることが出来ます。また水晶自体がちゃんと発振するかのチェックにも使えます。

1. ＲＣＡプラグにミノムシクリップを接続したものを作っておく。
2. コイルの代わりに水晶を接続する。
3. ＤＭのダイヤルは右向き(バリコンの羽が抜ける方向）に回しきっておく。
4. ＤＭのスイッチをＯＮにし、レベルを上げメータが振れれば水晶の発振を確認できます。

６．ＶＸＯに使うコイルの巻き数を決める(2012/09/22)
ＶＸＯに使うコイルの巻き数は製作記事を参考にしたり、あるいは経験的に決めることが多いですが、下記の方法でも確認できます。

1. ＶＸＯコイルと水晶を並列接続する。
2. ＶＸＯコイルにＤＭのコイルを近づけ、水晶の発振周波数（画像では１４．３１８ＭＨｚ）でディップするようコアを回して調整します。
3. 発振周波数より上側でディップすれば巻き数が不足し、下側であれば多すぎるので巻きなおしましょう。

７．Ｌの値を測定する(2012/09/29)
値のわかっているコンデンサに測定したいコイルを接続し、ディップメータで共振周波数を測定してから、下の式に当てはめＬ(インダクタンス）を計算します。

L=１／（２πｆ）＾２／C

（計算例）　空芯コイルに４７Ｐのコンデンサを接続し、２９ＭＨzでディップした場合　　1/(2*3.14*29)^2/47=0.64μH　となります。

８．Ｃの値を測定する(2012/09/29)
コンデンサの値も既知のインダクタンスを使えば同じように測定できますが、コンデンサの自作はほとんど無いため余り使わないでしょう。ただバリコンの場合、最大容量がケースに書いてあることはほとんど無いため、その目的で使うことは出来るでしょう。

Ｃ=１／（２πｆ）＾２／Ｌ

（計算例）　１００μＨのコイルに容量のわからないポリバリコンを接続し、１ＭＨzでディップした場合　　1/(2*3.14*1)^2/100=253PF　となります。

９．コイルのＱを測定する(2012/09/29)

1. コイルの良否を判定する指標として「Ｑ」があり、コイルがシャープな選択度を持っていればＱは高くなります。
2. コイルが同調したときの周波数をＦ１とし、コイルの両端に発生した高周波電圧を１とします。
3. そこから同調をずらして−３ｄＢ（０．７０７倍）下がった周波数の高い側をＦ２、低い側をＦ３とします。
4. Ｑ＝Ｆ１／（Ｆ２−Ｆ３）で示されます。

では実際に測定してみましょう。φ１．６のウレタン線を　内径＝２７ｍｍ、巻き数＝６、長さ＝２２ｍｍ　に巻いたコイルに４７ＰＦのコンデンサを接続したものを作り、コイルの両端に高周波電圧計を接続し、ＤＭには周波数カウンタを接続します。上の要領で測定した結果

Ｑ＝２４／（２４．１−２３．９）＝１２０　となります。

１０．同軸の波長短縮率(速度係数）を測定する(2012/10/06)
５０MHｚの１／４λアンテナとして１．５ｍの電線を使うことがあります。L=３００／５０＝６ｍ　それの１／４で１．５ｍとなり、電線の短縮率≒０．９８をかけたあたりで共振してくれます。では同軸ではどうなるでしょう。１．５ｍに切った３Ｄ２Ｖの片側は開放、片側にワンターンコイルを付け、ディップメータで共振周波数を測ってみると３２ＭＨzでディップしました。

その結果同軸の波長短縮率は　３２／５０＝０．６４　となります。しかしメーカーが発表している３Ｄ２Ｖの波長短縮率は約０．６７とあり、測定誤差が出てしまったようです。

同軸を給電線として使う場合は扱う周波数の１／２波長に波長短縮率をかけた長さで切っておくとＳＷＲの調整時に有利です。５０ＭＨzの場合は３m×０．６７＝２．０１mとなるため、２．０１の整数倍に切って使います。

波長短縮率の値は同軸内部の絶縁体の特性により、５ＤＦＢなどＦＢ系の同軸の短縮率は０．８ほどになります。

＜完了＞