電界強度計の自作

４３０M用でアンテナ調整用
２０２２年（令和４年）３月２７日

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指向性アンテナの調整用にと思い自作しました。　
アンテナへはNano　VNAから微弱電波を送り込み、5ｍ程離れた位置で計測します。
電界強度計には内部のメーターと外部メーターに接続するコネクタを付けて切り替えることとしました。　
電源は００６Ｐ　９ＶをＡＶＲ（７８０５）で５Ｖに落として利用します。
　
回路構成は広帯域増幅器とGe整流器、そしてオペアンプ、電流計です。
広帯域増幅器は東芝のTA4002Fで上限は１．３GB、ゲインは２３dBです。
大きさは米粒ほどで、４本足となっています。

オペアンプは単電源で使用できるLM358を使用し、オフセット電流をキャンセルする回路構成にしました。普通の大きさの８−DIPが入手出来ず、小さなS-SOPを使用しました。
サイズは５ｘ６ｍｍ程です。

いずれのＩＣも小さいので配線は大変でした。
感度は充分過ぎるほどで屋外に持って行くと様々な電波を検出します。
メーター感度を落として、Ｈｉ−ＬＯWのＳＷを付けています。

注意としてはシャック内のような強電界の環境では入力ＩＣを破損する恐れがあります。
保護用にと思い、入力に双方向のSiダイオードを付けてみましたが感度が落ち過ぎたので外しています。

使用できる周波数はアンテナが４３０Mに合わせてるだけで、アンテナを変えればＨF帯から１GHz程度まで測定できるのではないかと思います。　アンテナはネジ止めです。


完成した一式です。　
手持ちのテスター（５０μA計）と繋ぐ為、４．５ｍのシールド線を使いました。
(後で更に４ｍを追加したので8.5ｍとなりました。)




　検波用ダイオードの選別
　　　手持ちの検波用ゲルマニュウムダイオードの中から使えそうなダイオードを選別する為
　　　下記のような簡易電界強度計を作り、傍らにダミーロードを繋いだ４３０Ｍ送信機から
　　　電波を出してメーターが振れるダイオードを選別しました。
　　　（１Ｎ６０のようなダイオードが良さそうです）

　　　



　実際の回路図
　　　広帯域高周波アンプ(TA4002F)で増幅後（23dB）、Geダイオードで検波し、オペアンプで直流増幅（約1000倍）します。
　　　オペアンプは単電源で使えるものです。　全体としての増幅率は１〜２万倍ではないかと思います。
　　　オペアンプは２個入ってますが１個は使用しないので端子処理をしています。
　　　６番端子の１０KΩは等しい抵抗値となるよう、手持ちの２０本ほどから２本選別しました。
　　　抵抗値が異なる場合は無用の電流を消費するかも知れません。
　　　アンテナ入力の２００Ωはアンテナとの整合の意味で付けていますが外すと感度がアップします。
　　　ただ、ＴＡ４００２Ｆを守る意味でも付けておいた方が無難です。
　　　回路が組み上がって通電後、電流計のゼロ点を300Ωの半固定ボリュームで調整しておきました。
　　　ゼロ点はかなり安定していました。

　　　TA4002FのVCCに繋ぐ50Ωをチョークコイル（数μH）に替えたら感度が2割ほど増えました。（3/30　）
　　　



完成した電界強度計です。

入手したメーターは逆方向で
右側がゼロ点です。
組み立て中です。
ケースはアルミ板を加工しました。

基盤の裏側は０．３ｍｍ銅板です。
高周波周りの配線は０．３ｍｍ銅板を切り抜いています。
一番右にあるのは、その紙型です。
表側です。
スイッチは３個。
上から、メータの内部外部切替ＳＷ
メーター感度のＨＩ/ＬＯＷ切替ＳＷ
ＰＯＷＥＲのＳＷ
電源ＬＥＤランプを付けています。
配線後の写真です。
アンテナは針金ハンガーです。
長さは69ｃｍ。

電池は外付けです。
手持ちのマンガン電池を付けています。
消費電流は２０ｍAくらいですので十数時間は使えるものと思います。
（300ｍAhなら１５時間です。アルカリ電池なら500ｍAｈとして２５時間くらいでしょうか）
基盤のアップ写真です。

銅板のアース部分の半田付けは
強めの80Ｗの半田コテを使用しました。



　あとがき
　出来上がってみたら、かなりの高感度で驚きました。
　ノートパソコンの近くに持って行くとメーターが半分以上振れます。
　テストのつもりで、隣の部屋に電界強度計を置き、シャックから電波を
　一瞬、送信するとメーターは振り切っていました。
　また、家のワイヤレス電話機の受話器を外すと、これもメーターは振り切れました。　
　屋外へ持って歩くと、メーターが振り切れる場所もあり驚きました。
　場所により電波の溜まり場のような濃淡さえ感じて驚いています。

　送信機の近くでの使用は要注意です。　　たぶん、アンテナを外しても鋭く検知するでしょう。
　一度、保管中にリグの強電界で初段ICが壊れましたので保護回路を追加しました。
　Ge-Diの２本はダメ元保護です。Siだとｷｬﾊﾟｼﾀﾝｽで感度激減で使えません。
　入力ショートＳＷはシャック内の強電界でも保護するためです。

　430Mに特化しようと入力回路に同調回路と思いましたが難しくて断念しました。
どのような周波数を検知しているのかディップメーターの発信器で確認してみましたら、いろんな周波数でピークがあるようでした。　40〜60MHz付近、115Mhz、130Mhz、190〜220Mhz、それ以上はディップメータが追いつけず不明でした。
いずれにせよ、バンド幅は非常に広範囲で１Gあたりまで伸びてるのでしょか？　
検波ダイオードに依存しそうです。HF帯（７M）でも感度はありました。
当然、Wi-Fi電波の2.4Gや５Gは検知できません。高周波アンプが1.3Gまでだからです。

ループアンテナのFB比が分かるかと早速、屋外で使用してみました。　まだ３エレのテスト中です。
発信電波はＮａｎｏＶＮＡでＳＴＡＲＴ周波数（435.000000Ｍ）、ＳＴＯＰ周波数(435.000001M)に設定です。
４ｍケーブルの先に５０μＡテスターを繋ぐと、電波の強弱が手元で見れて便利です。

一応、アンテナのFBでの差や反射器の効果を確認できました。
建築物から反射してる様子がありましたので、出来れば建築物のない広い場所で測定した方が良さそうです。　
430Ｍの測定ではアンテナから波長（69ｃｍ）に応じた距離で強弱が見られました。
配置する位置が数センチ違いや縦横でも強弱があります。
見えない電波が見えるような感覚に驚いています。

この装置は高感度過ぎでした。　住宅街で浮遊電界まで検知してしまいます。

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