JH1LHVの雑記帳

和文電信好きなアマチュア無線家の雑記帳

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tinySA で UV-5R のスプリアスを測定してみた

tinySA で UV-5R(中華 V/U 機)のスプリアス測定をやってみました。
(スプリアスとは、送信機から発生する目的以外の信号で、妨害を与えることもあるため、まったくないのが理想です。)

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驚きの @2,000円 程度という激安で買える、中華の V/U 5W 機。
tinySA というこれまた安価なスペアナで、ザックリではありますがスプリアスを確認してみました。

ただし tinySA で測定といっても、

  • tinySA 自身(測定器そのもの)の校正はやってない
  • まともに測定できる周波数は 350MHz まで(350MHz ~ 900MHz はオマケ)
    ゆえに、145MHz の3次高調波すらまともに測定できないということをご承知おきください。

ので、これはあくまでも目安であって、参考程度のデータとなります。

(新スプリアス規定で測定した結果を申請で使うときなんですが、測定器(スペアナ)自体は1年以内に校正されていることが必要と、規則的な要件があるので、現実的なことを考えるとハムのような趣味の世界で個人で申請するって難しいしムリなんじゃないかと思ってます。ただ、JARD 経由の申請なら、校正してない測定器で得たデータであっても保証してもらえるみたいですが。。。)

で、UV-5R なんですが。
調べる前からなんなんですが、このムセンキが新スプリアスを満たしてることは、まずないでしょうね。

(実はスプリアスがダメダメだってことは、随分前に RIGOL のスペアナで確認済みなんですよ。こんな NG ムセンキでも、ハムバンド以外を送信禁止にするだけで J〇RD や T〇S の保障認認定が下りてるとか・・・ホントかどうかは未確認なんですが、ホントなら???なことです。。。)

ホンキで無線設備規則に合格させることを考えたら、フィルタはゼッタイ必要になるし・・・。
で、フィルタなんて買ったらスッゴイ高いし、作るのだってめんどいし。
結局のところ、中華ムセンキの類は、必要以上の手間と金食いムシだったりするんですよ。
ということで、最初に言っておきますが、交信目的でムセンキを選ぶなら、最初から保証認定済みの国内製 V/U 機を買った方が、安くつくしイイということです。

(とはいっても・・・フィルタ作ったりとかね。
手が掛かることを承知で、スプリアスを追い込んで消滅させたりするのも、ハムらしいといえば、ハムらしいんだけど。。。)

 

関係資料 

以下、新スプリアス規定に関する資料のリンクです。

スプリアス測定の関係省令(無線設備規則、別表第3号)

無線設備のスプリアス発射の強度の許容値(総務省、新スプリアス規格)

無線設備の「スプリアス発射の強度の許容値」の見直し(総務省、概要資料)

新スプリアス対応について(JARD)

 

ハムバンドにおける測定条件など

総務省の関係資料からハムに関係するところだけを抜粋して表にまとめてみました。

ただし、誤記や解釈違いがあったりするので、実際に測定する際には必ずご自身の目で総務省公示の関係資料などを今一度ご確認をお願いします。

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                                (Google スプレッドシートで作成)

 UV-5R の 145.00MHz を測定してみる 

まず、UV-5R のスプリアス測定に先立ち、総務省資料などを通読し、資料「2ー1 スプリアス領域と帯域外領域の境界」図に、145.00MHz における諸条件をメモしました。 

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総務省、資料)無線設備の「スプリアス発射の強度の許容値」の見直し

必要帯域幅(BN) = 16KHz
145メガ帯での(Bn)16KHz は、狭帯域の 25kHz 未満(上記表)であるため、
  搬送波 = ±2.5Bn = ± 62.5KHz(Bn を 25KHz で計算)
となり、これが帯域外領域とスプリアス領域を区分する境界となります。

測定周波数は免許状に書いてある周波数(そのバンドの中心周波数)を使います。
電波型式は、帯域外領域の測定では無変調、スプリアス領域では変調あり、となります。

(tinySA の設定値)

  • 周波数範囲: 0.1MHz ~ 350MHz(LOW)
    本来の規則では 145メガなら、9KHz ~ 1.45GHz(10倍の高調波)となります。
  • 分解能帯域幅(RBW): 145メガでは、100KHz
  • ビデオ帯域幅(VBW): tinySA には VBW の設定項目はないため、代わりに "LEVEL / CALC / AVER" 機能を使います。 


【分解能帯域幅(RBW)】
近接周波数の信号を分離し表示するためには、分離できるだけの分解能が必要で、tinySA の IF フィルタより 3dB 帯域幅以上離れている必要があります。この IF フィルタの 3dB 帯域幅を、分解能帯域幅(RBW)と呼びます。

【ビデオ帯域幅(VBW)】
検波器と表示器の間に入っている LPF で、この帯域幅を制限することでノイズに埋もれてしまう信号を検出することができます。tinySA では "LEVEL / CALC / AVER" 機能で代用します。


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UV-5R を 145.00MHz にして、FM で変調をかけて送信すると、tinySA の画面にはこんな感じにスプリアスの状況が表示されます。

ちなみに、この画面の dBc とは、基本波と不要発射の相対値(電力比)のことで、帯域外領域とスプリアス領域で -60dBc 低くなっていることが条件となります。

この写真では、145.00MHz の基本波のレベルに対しして、2倍の高調波 f2 = 290.00MHz のスプリアスのレベル差は 60dB 以上ないとダメだということです。
 

測定準備

スペアナでイチバン大切なこと。
それはスペアナのスペック的な最大入力を超える入力はゼッタイに与えてはならないということ。
一瞬でも超えれば、tinySA は壊れ、ゴミとなってしまいます。

tinySA の最大入力:+10dBm(10mW)

UV-5R の最大出力 5W なので、これを dBm で表すと +37dBm となります。
なので、UV-5R のアンテナ端子と tinySA の SMA コネクタを直接繋いで送信したら、tinySA の最大入力を優に超えてしまい、確実に壊れます。

で、どのくらいの入力ならいいのかといえば、tinySA の安全性も考慮すると、最大でも 0dBm 程度とすることが望ましいと思います。

UV-5R の 5W は +37dm なので、最低でも 40dB を減衰させて tinySA へ入力します。
 

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直接繋いで送信すると、tinySA はイッパツで壊れます。


接続例1 

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UV-5R は 5W なので、耐電力 5W 以上の 40dB アッテネータ(ATT)を挿入して測定します。

接続例2 

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送信機側のパワーが大きいと、それをひとつの ATT で減衰させようとすると、ATT 自体の耐電力も大きくなりジグ自体の価格も上昇するので、一般的には CM 型方向性結合器(通称=方結、カプラ)を使って信号レベルを下げ、電力の一部を取り出します。

方結、ダミーロード、ATT の減衰量を考慮しながら、それらを組み合わせて tinySA への入力を 0dBm 程度とします。

測定に必要なジグとケーブル

こういう測定では、ムセンキのアンテナ接栓や、測定器側の接栓の形に合わせて、結構色んな変換コネクタやケーブルが必要です。

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N、M、BNC、SMA など・・・
これだけあれば大丈夫と思いきや、ちょうどいいヤツがなくて、2,3個のコネクタを組み合わせることも多々あります。。。

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各種測定用として、短めのケーブルもあると便利です。

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スペアナの最大入力をゼッタイに超えないようにするための必需品。
CM 型方向性結合器、ATT、ダミーロードのいろいろ。


以下、過去記事です。参考にしてください。  

 

測定開始

UV-5R と tinySA との接続は、方向性結合器を使う「測定例2」で行いました。

144メガ帯では、9kHz~1.5GHz のすべての範囲で、そのスプリアスは基本波の -60dB 以下に抑えなければならないと規定されています。

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方結 20dB + ATT 20dB = 40dB 
UV-5R の送信出力 5W を 40dB 減衰させて、-3dBm を tinySA の入力としました。

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測定結果の画面です。
START 0Hz ~ STOP 350Hz、RBW 100KHz
第2高調波 -43.8dBc
スプリアス領域での規定である -60dBc を 16.2dB も満たしてません。(これは完全に NG です!)

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帯域外領域を超えたあたりのスプリアス領域(MAKER2)の状況です。
CENTER 145.00MHz、SPAN 10MHz
ここは -60.5dBc で、ギリギリセーフ。

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帯域外領域の測定です。
CENTER 145.00MHz、SPAN 1MHz 
必要周波数帯幅(BN)付近で -60dBc を確保できてません。
赤線のようなスペクトラムにならないと、ダメということです。
(ただし、tinySA の精度上の問題から、この帯域外領域測定は多分に誤差を含んでおり、tinySA 自身のひずみによる場合もあります。)

(2020/11/17 追記)
この「帯域外領域の測定」に、誤りがありました。
RBW を 100KHz にして測定を行いましたがこれは間違いで、これでは FM の搬送波を必ず超えてしまい、この写真のような悪い状態になってしまいます。正しくは、RBW = 3KHz で測定し、100KHz の換算値(10log (100KHz / 3KHz) = 15.2dB)で補正する必要があります。
  -60dBc - 15.2dB = -75.2dBc
また、この「帯域外領域の測定」では、スペアナ自身の雑音性能も大きく影響するので、tinySA で測定するのはムズカシイことなんじゃないかと思っております。
ということで、測定ミスした上記の写真を削除することも考えましたが・・・測定失敗事例としてそのままアップすることにしました。今後もミスが見つかればその都度で加除修正は行っていきますので、どうぞよろしくお願いします。

取り急ぎ、再測定してみました。

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帯域外領域の測定
CENTER 145.00MHz、SPAN 100KHz、RBW 3KHz
tinySA には VBW の設定はないので、CALC → AVG をオンにして測定しました。
帯域外領域の境界付近の 145.012MHz で -45.6.dBc (ノイズが影響して正しくは分からない)でした。
RBW 100KHz の換算値で補正すると -60dBc は -75.2dBc となるので、この計測値が正しいとするならば、新スプリアス規定から約 30dB 外れていることになります。
ただし、この帯域外領域の測定は、tinySA の性能(雑音性能)にモロに影響を受けるため、結果は眉唾物であくまでも参考ととらえる必要があります。

それと、私自身がまだ tinySA のことはよく分かっておらず、また、測定機器の扱いや測定方法に関しても不慣れなところも多く、所々誤りがあるのではないかと危惧しております。
この辺りのことについても、修正があれば速やかに行っていきます。

国内において tinySA が NanoVNA のように
盛り上がるのはこれからだと思います。
そして近い将来、技術的にしっかりした解説記事などが、諸OM諸氏により次々と雑誌やウェブなどへ投稿されると思います。
私自身、それを楽しみにしながら、tinySA を使いこなせるよう精進していこうかと思います。
(以上、2020/11/17 追記)

(参考)RIGOL DSA815

ちなみに、DSA815 の測定結果は以下のとおりです。

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第3高調波(145×3=435.00MHz)から上の次数の高調波は、1.5GHz までゼロだったので、
CENTER 350MHz、SPAN 500MHz で測定しました。

第2高調波(290.0MHz)-43.2dBc
第3高調波(435.0MHz)-32.7dBc

もう、第3高調波が凄いことになってる。
このスプリアス・・・改善するってキビシイよ。

ちなみに、350MHz までですが、tinySA と DSA815 の測定結果はほぼ一緒ですね。

 

(参考)e.i.r.p 法

参考までに、付属の伸縮アンテナを使って測定してみました。

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UV-5R のアンテナ接栓にダミーロードを接続します。
(UV-5R の免許がない状態で電波を発射することになるので、ダミーロードを用いるなり、空間に電波が発射しないように対策する必要がありますので、くれぐれもご注意ください。)

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tinySA はいわば広帯域受信機なので、伸縮アンテナを繋いだだけでなんらかの電波を受信しています。

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UV-5R の基本波と第2高調波は、MAKER1 と MAKER2 の箇所になります。
第2高調波(290MHz)は -20.3dBc と、方結を使って測定したときより悪い結果となりました。

tinySA では e.i.r.p.法より、直接入力の方が正確なスプリアスは測定できると思います。
 

終わりに 

今回は tinySA で 中華の激安 V/U 機 UV-5R の 144MHz 帯におけるスプリアスを測定してみました。

結果として、帯域外領域、スプリアス領域共に 60dBc 以下とはならず、完全な不合格という結果となってしまいました。

これは当初から想定していたことなんですが、これだけの漏れたスプリアスをガンバって減衰させ、そして電監申請まで持っていこうとすると、これはもう相当な事前準備が必要になると思います。

帯域外領域の改善では、送信回路へのフィルタの追加など基板そのものへの改造が必要だったり、スプリス領域の改善では、30dB 以上のローパスフィルタが必要だったりするでしょう。

特に V/U のフィルタは市販品なんてものはなかなか見つからないので、もう自力で耐電力を考えながらコイルを巻くといった、結構手間な作業も必要になります。

それに、周波数が高い V/U バンドで、受信感度や送信出力を低下させずに挿入損失を考えながらフィルタを自作するなんてことは、まずもってとっても難しく、そして大変なことなんです。

ということで、UV-5R ですが・・・
今回の測定で、ダメダメなムセンキということが痛いほど分かりました。
本体価格 @2,000 円ということだけに目がくらみ、安易に入手することは避けるべきでは・・・と。

UV-5R をすでにお持ちという方は、送信用の PTT ボタンを取り外して、受信専用として使うことを考えてみてはいかがでしょうか。

それと最後に、tinySA でムセンキのスプリアス測定が、ちゃんとできることも分かりました。

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