ボクにもわかる地上デジタル - 地デジ設計編 - アンテナ部品

              (作成:2003年11月)      地デジTopへ戻る
              (更新:2005年03月)
            (写真追加:2008年10月)



ページ内リンク

  ・
自作部品のメリット
  ・自作部品の注意点
  ・自作アッテネータ、減衰器
  ・自作可変アッテネータ、可変減衰器
  ・自作ダミー抵抗器、終端抵抗器
  ・自作BPF(バンドパスフィルタ)
  ・自作BPF(HPFとLPFの組み合わせによる)
  ・自作BEF(バンドエリミネーションフィルタ)
  ・自作分配器/混合器 ……………………………詳しくは「対策編-分配器
  ・自作75Ω←→300Ωインピーダンス変換器      「対策編-分岐器
  ・自作50Ω←→ 75Ωインピーダンス変換器      「対策編-混合器
  ・自作ラインブースター …………………詳しくは「設計編-自作ブースタ
  ・自作パワーインジェクター、電源挿入器
  ・自作雷サージプロテクター
  ・自作パワーディテクター、電力検波器
  ・自作コイル
  ・部品を買う


自作部品のメリット

  アンテナ部品って、いつでも手に入りますか? 比較的、大きな電気店や、
  日本橋や秋葉原の電気街でも、全てのアンテナ部品をそろえているような店
  は、少ないでしょう。
  また、受信対策のために使用するアンテナ部品は確実な効果が見込めるわけ
  ではありません。アンテナ部品の特性の調整が必要だったり、必要かと思っ
  たアンテナ部品が必要でなくなる場合も多いでしょう。
  さらに、市販のアンテナ部品は、使われている電子部品の値段に対して高価
  です。専門メーカがほぼ独占的に販売していることと、設計に多くのノウハ
  ウが必要なためだと思います。異業種のメーカからは安価なアンテナ部品が
  売られていますが、中には粗悪な回路も散見され、課題を対策のための部品
  の場合は、何をやっているのか分らない状況に陥ります。

  このように、いつでも簡単に試したり修正できる点が、自作のメリットだと
  思います。


自作部品の注意点

  まず、自作部品は受信に課題があった場合の対策のための実験や研究に使用
  してください。恒久的に使用するものは市販品を使用するのが良いでしょう。
  アンテナ部品を製作するための部品についての注意点は何をそろえておくか
  です。抵抗、コンデンサ、配線材等は安価ですし、他の製作にも流用できる
  ので、多めに保有しておいても無駄にならないでしょう。
  しかし、半導体、コイル、コア、UHF特有の部品は流用しにくい部品で、
  複数の種類のものを比較しなければならないことも多いです。したがって、
  必要な時に少量かつ多種類の購入を行うのが良いでしょう。
  様々なアンテナ部品で使い回しが効く同軸ケーブル、F型接栓などは、まと
  め買いでも良いかと思います。私は、3C同軸ケーブルの片端にF型接栓を
  つけて、反対側を基板に半田付けしています。接栓は10個などの袋入りだと
  1000円程度です。アンテナ部品同士は100円ショップで手に入る中継器で接
  続します。「
同軸ケーブル」も参照してください。

  製作上で注意しなければならない点は、周波数の高いUHF波を取り扱って
  いるということです。一般的な電子工作は、多少の配線の長さを変えても、
  あまり影響がありませんが、UHF波は数ミリの配線長の違いによって特性
  が変化してしまう場合があります。
  しかも、見落としがちなのは、GNDの配線です。GNDであっても、配線
  の長さを気にしなければならないのです。
  また、基板についても、通常の紙フェノール基板だと湿気などによる吸湿に
  よって特性が変化してしまう場合があります。ガラスエポキシ基板、または
  ガラスコンポジット基板を使用した方が良いでしょう。
  本ページでは2.54mmピッチのユニバーサル基板を使って基板の製作例を示し
  ていますので、配線長が同じようになるように留意してください。


アッテネータ(減衰器)

              ┏━━┓
   ━━━━┳━ ┌─●─┨R2┠─●─┐ ━┳━━━━━
    同軸線┠──┘┏┷┓┗━━┛┏┷┓└──┨同軸線
   ━━━━┻━┐ ┃R┃    ┃R┃ ┌━┻━━━━━
         │ ┃1┃    ┃3┃ │
         │ ┗┯┛    ┗┯┛ │GND
       ┯┯┿┯┯┿┯┯┯┯┯┯┿┯┯┿┯┯

                  ※BSコンバータ電源は使用できません

     ATT |   R1   |   R2    |   R3
    ───┼───────┼────────┼────────
     1dB | shunt R1=1500| Series R2 = 8.2| shunt R3=1500
     2dB | shunt R1= 680| Series R2 = 18| shunt R3= 680
     3dB | shunt R1= 430| Series R2 = 27| shunt R3= 430
     5dB | shunt R1= 270| Series R2 = 47| shunt R3= 270
    10dB | shunt R1= 150| Series R2 = 100| shunt R3= 150
    20dB | shunt R1= 91| Series R2 = 390| shunt R3= 91
アッテネータ計算表
ATT R1 R2 R3
dB Ohm Ohm Ohm
VSWR=1: ATT= dB
条件:Zo=Ohm
                            無断コピー禁止

  ブースター用電源やBSコンバーター電源を使用する場合は、アッテネータ
  に直流電流を通過するためのインダクタとコンデンサを追加する必要があり
  ます。
               ┏━━━┓             
              ┌┨ L1 ┠┐            
              |┗━━━┛|            
   ━━━┳━      |┏━━━┓|      ━┳━━━ 
   入力→┠────●──●┨ R2 ┠●─―●――──┨→出力 
   ━━━┻━┐  |   ┗━━━┛   |  ┌━┻━━━ 
        |  |┏━━━┓ ┏━━━┓|  |      
        |  └┨ R1 ┠●┨ R3 ┠┘  |      
        |   ┗━━━┛|┗━━━┛   |      
        |      ┏━┷━┓      |      
        |      ┃ C1 ┃      |      
        |      ┗━┯━┛      |GND
      ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯    

                 L1=1μH、C1=100pF

  コンデンサーC1は、電流通過型に対応するための直流カットに用いていま
  す。アッテネータとして動作する範囲は、90M〜900MHzくらいで、
  コンデンサーC1の値を1000pFに増やせば、40〜600MHzくら
  いになります。100pFと1000pFの両方を並列に接続して使用する
  と、コンデンサーやリード線に含まれる小さなインダクタンス成分によって
  共振回路が出来てしまい、正しく、動作しなくなります。


電流通過型アッテネーターの製作例


電流通過型アッテネーターの基板図


電流通過型アッテネーターの特性例

  また、別資料「アッテネータの製作手順」に詳細な製作方法を記載していま
  すので、製作される方はダウンロードしていただき、活用してください。


可変アッテネータ(可変減衰器)

  放送受信の実験では、アッテネーターの減衰量を可変することも多いので、
  可変アッテネータを製作してみました。アッテネーターの回路は変わらない
  ので、詳細は省略しますが、必要な方は、下図の完成図を見て製作してみて
  ください。

可変アッテネーターの製作例
可変アッテネータの製作例(表面)

可変アッテネーターの基板背面図
可変アッテネータの製作例(基板の裏面)

  なお、スイッチは6P2回路のトグルスイッチを使用し、スイッチを上側に
  倒すと、下側の各アッテネーターを直列に縦続接続するようになっています。
  減衰量は、左から順に、1dB、1dB、2dB、5dB、10dB、20
  dBとしており、1dB〜39dBまでを設定することが出来ます。


ダミー抵抗器、終端抵抗器
(ダミーロード、擬似負荷、ターミネーター、終端器)

  分配器の空き端子などに取り付けるダミー抵抗器です。
  別資料「
ダミー抵抗器の製作手順」をダウンロードいただくと、より製作方
  法が分かりやすいと思います。

   ━━━━┳━ ┏━━┓     ※ブースタ等用電源使用時はCが必要
    同軸線┠──┨ C ┠──┐
   ━━━━┻━┐┗━━┛ ┏┷┓     R=75Ω
         │     ┃R┃     (C=100pF)
         │     ┃ ┃
         │     ┗┯┛GND
       ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┿┯┯┯
                            無断コピー禁止

BPF(バンドパスフィルタ)

  必要な周波数帯の電波を通過させて、その他の周波数の電波を弱める働きを
  するのがBPFです。以下に最も簡単なBPFの回路図、製作例、特性例を
  示します。
  
                
     ━━━━┳━ ┌─●──●─┐ ━┳━━━━━
      同軸線┠──┘┏┷┓┏┷┓└──┨同軸線
     ━━━━┻━┐ ┃L┃┃C┃ ┌━┻━━━━━
           │ ┃ ┃┃ ┃ │
           │ ┗┯┛┗┯┛ │GND ※ブースタ等用電源使用厳禁
         ┯┯┿┯┯┿┯┯┿┯┯┿┯┯

            最も簡単なBPF

         fo = (2*π*sqrt(L1*C1) )^(-1)

       周波数fo | 帯 域 |  L1  |  C2
     ───────┼─────┼─────┼─────
      約 498 MHz |約 400 MHz| 6.8nH  | 15 pF
      約 513 MHz |約 800 MHz| 12 nH  |  8 pF

                            無断コピー禁止


簡単なBPFの製作例(基板厚=1.0mm)


製作のための主要部品(アンテナケーブル除く)


GNDとコンデンサのハンダ付け


簡単なBPFの特性例

  使用する基板は前述のとおり、ガラスエポキシかガラスコンポジットです。
  製作例では、1.0mm厚の基板を使用しています。


BPF(HPFとLPFの組み合わせによる)

  次に、HPFとLPFを組み合わせたBPFを示します。左側のC1とL1
  がHPFの役割を、右側の2つのC2とL2がLPFの役割を果たします。

   ━━━━┳━ ┏━━┓      ┏━━┓    ━┳━━━━
    同軸線┠──┨C1┠─●──●─┨L2┠─●───┨同軸線
   ━━━━┻━┐┗━━┛┏┷┓┏┷┓┗━━┛┏┷┓┌━┻━━━━
         │    ┃L┃┃C┃    ┃C┃│ ※ブースタ等用
         │    ┃1┃┃2┃    ┃2┃│  電源使用厳禁
         │    ┗┯┛┗┯┛    ┗┯┛│GND
       ┯┯┿┯┯┯┯┯┿┯┯┿┯┯┯┯┯┯┿┯┿┯┯

           HPFとLPFを組み合わせたBPF

      役 割  | 部品 | 定 数 |備考
    ───────┼────┼─────┼──────────
    HPF(380MHz)| C1 | 4pF |チップコンデンサ
           | L1 | 22nH |Φ2.8×3巻き L=1.5mm
    ───────┼────┼─────┼──────────
    LPF(700MHz)| C2 | 3pF |チップコンデンサ
           | L2 | 34nH |Φ2.8×5巻き L=4.5mm
    ───────┼────┼─────┼──────────
    LPF(1GHz)| C2 | 2pF |チップコンデンサ
           | L2 | 24nH |Φ2.8×4巻き L=4.0mm

  LPFは、カットオフ周波数を約700MHzにするか、約1GHzにするかを決め
  てから、適切な定数を使用してください。携帯電話の基地局からの影響を防
  ぐには、700MHzを選ぶと低減することが可能です。しかし、アンテナ方向に
  基地局が見えるような場合は、携帯電話の周波数を抑圧するためのBEFを
  別途、追加した方が良いでしょう。


BEF(バンドエリミネーションフィルタ,ノッチフィルタ)

  不要な周波数帯の電波を弱める働きをするのがBEFです。周波数幅が狭い
  タイプのBEFをノッチフィルタと呼ぶこともあります。
  
              ┏━━┓
   ━━━━┳━    ┌┨L1┠┐    ━┳━━━━━
    同軸線┠─────●┗━━┛●─────┨同軸線
   ━━━━┻━┐   │┏━━┓│   ┌━┻━━━━━
         │   └┨C2┠┘   │
         │    ┗━━┛    │GND
       ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯

          最も簡単なBEF(BRF)

         fo = (2*π*sqrt(L1*C1) )^(-1)

    周波数fo | 帯 域 | L1 |  C2 |備考
   ──────┼─────┼────┼─────┼───────
    約 419 MHz|約 90 MHz| 12 nH |  12 pF |
    約 459 MHz|約 105 MHz| 12 nH |  10 pF |
    約 484 MHz|約 120 MHz| 12 nH |   9 pF |
    約 513 MHz|約 130 MHz| 12 nH |   8 pF |
    約 549 MHz|約 150 MHz| 12 nH |   7 pF |
    約 593 MHz|約 180 MHz| 12 nH |   6 pF |
   ──────┼─────┼────┼─────┼───────
    約 409 MHz|約 40 MHz| 5.6 nH |  27 pF |
    約 453 MHz|約 50 MHz| 5.6 nH |  22 pF |
    約 502 MHz|約 60 MHz| 5.6 nH |  18 pF |
    約 549 MHz|約 70 MHz| 5.6 nH |  15 pF |
    約 612 MHz|約 90 MHz| 5.6 nH |  12 pF |
    約 672 MHz|約 105 MHz| 5.6 nH |  10 pF |
   ──────┼─────┼────┼─────┼───────
    約 914 MHz|約 350 MHz| 10 nH |   3 pF |携帯電話抑圧用
    約 863 MHz|約 210 MHz| 6.8 nH |   5 pF |同上(基地局)
   ──────┼─────┼────┼─────┼───────
   390〜800 MHz|80〜380MHz| 8.2 nH | CVSSC2001|可変 4.2〜20pF

                            無断コピー禁止

  コンデンサC2にトリマコンデンサを使用すると、抑圧したい周波数を可変
  できるようになります。以下にスワロー誘電のトリマコンデンサを使用した
  製作例と特性例を示します。


簡単なBEFの製作例(基板厚=1.0mm)


簡単なBEFの基板図



簡単なBEFの特性例


           ┏━━┓  ┏━━┓
   ━━━━┳━ ┌┨L1┠┐┌┨L1┠┐ ━┳━━━━━
    同軸線┠──┤┗━━┛├┤┗━━┛├──┨同軸線
   ━━━━┻━┐│┏━━┓││┏━━┓│┌━┻━━━━━
         │└┨C2┠┘└┨C2┠┘│
         │ ┗━━┛  ┗━━┛ │GND
       ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯

        段数を増やすことで減衰量を増やせる
                            無断コピー禁止
  
            ┏━━┓
   ━━━━┳━  ┌┨L1┠┐      ━┳━━━━━
    同軸線┠───┤┗━━┛├──┬────┨同軸線
   ━━━━┻━┐ │┏━━┓│ ┏┷┓ ┌━┻━━━━━
         │ └┨C2┠┘ ┃L1┃ │
         │  ┗━━┛  ┗┯┛ │
         │        ┏┷┓ │
         │        ┃C2┃ │
         │        ┗┯┛ │GND
       ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯┿┯┯

           直列共振を追加した例
                            無断コピー禁止

               入力
        ┌───┐  |  ┌───┐
        │   │  │  │   ●──┐
        │ ┏━○━━○━━○━┓┏┷┓┏┷┓
        │ ┃  ̄ ̄ ̄ ̄    ┃┃C┃┃L┃
        │ ┃ ____    ┃┃2┃┃1┃
        │ ┗━○━━○━━○━┛┗┯┛┗┯┛
        │   │  │  │   ●──┘
        └───┘  |  └───┘
         OFF   出力   ON

        スイッチ付で段数を増やせば使いやすい
                            無断コピー禁止

                ┏━━┓
   ━━━━┳━      ┌┨C2┠┐      ━┳━━━━━
    同軸線┠────┬──┤┗━━┛├──┬────┨同軸線
   ━━━━┻━┐ ┏┷┓ │┏━━┓│ ┏┷┓ ┌━┻━━━━━
         │ ┃L1┃ └┨L2┠┘ ┃L3┃ │
         │ ┗┯┛  ┗━━┛  ┗┯┛ │
         │ ┏┷┓        ┏┷┓ │
         │ ┃C1┃        ┃C3┃ │
         │ ┗┯┛        ┗┯┛ │GND
       ┯┯┿┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯┿┯┯

           帯域幅を広げたBEFの例
           (詳細=「基礎編-フィルタ」)
                            無断コピー禁止


分配器/分岐器/混合器

  ここでは、分配器の一例を示します。これ以外の方式は、下記を参照ください。

       分配器:「対策編-
分配器
       分岐器:「対策編-分岐器
       混合器:「対策編-混合器

  下図は、比較的、容易に製作ができる自作分配器の製作例と回路図です。

自作分配器

自作分配器

自作分配器の回路図
                  ※ブースタ等用の電源は使用できません。

         自作分配器 L3= 22nH, C1=C2= 4pF, R=150Ω

  下図は測定結果です。損失は約4dB、出力間のアイソレーションは約14dBと、
  地上デジタル放送の分配器として、利用可能な特性が得られました。しかし、
  HPF型のため、VHF周波数に対しては大きな減衰があって使用できませ
  ん。VHFを含むアナログ放送とデジタル放送とを分けたい場合は、回路図
  のL3とC1〜2を入れ替え、LPF型で製作を行います。

自作分配器の挿入損失
自作分配器の挿入損失(約4dB)

自作分配器のアイソレーション
自作分配器のアイソレーション(14dB@500MHz)

  最もアイソレーションの高い周波数が500MHzになっていません。この原因は、
  C1→L3→C2が約400MHzに対して半波長(λ/2)の特性を示しているの
  だと思います。したがって、L3を小さくすることで、アイソレーションの
  ピークを500MHzに移動させることも可能ですが、HPFの特性も高い周波数
  側に移動するので、肝心な地上デジタル放送の損失が、若干、増加してしま
  う恐れがあります。


不平衡75Ω←→平衡300Ω変換器
(インピーダンストランス、マッチングトランス)

  2個のトランスによる同軸線(75Ω)とフィーダー線(300Ω)の間に挿入して
  インピーダンスを変換するインピーダンス変換器です。より簡単な変換器の
  場合は右側のトランスを省略できますが、フィーダー線の電気長のバランス
  が崩れるので、UHF以上の周波数の場合は、省略しない方が良いでしょう。

            (同軸線)
             75Ω
           ○ ←→ ○
          GND|   |
           ▼   ┷100p
               ┯
           1:1   |75  1:1
        ┌─┐ ┌──●──┐ ┌───┐
        ▼ ∫||∫ 150 150 ∫||∫   |
       GND  ∫||∫     ∫||∫   |
         150∫||∫150    0∫||∫0   |0Ω
          | |     | |   |
          | |GND    | └───●
          | ▼     |     |GND
          |       |     ▼
        300/2|       |300/2
          ○ ←― 300―→ ○
               Ω
           (フィーダー線)
                  ※ブースタ等用電源は使用できません
                            無断コピー禁止
             平衡・不平衡変換器


50Ω←→75Ωインピーダンス変換器
(インピーダンストランス、マッチングトランス)

  計測機器の入力インピーダンスは50Ωのものが多く、また、アンテナ部品
  以外の高周波部品も50Ωのものが多いので、50Ωと75Ωのインピーダ
  ンス変換器が必要になることがあります。

  @LC回路によるインピーダンス変換器(損失少、狭帯域)

  下図はLC回路によるインピーダンス変換器の回路図です。

     50Ω                    75Ω ア
   測 ━━━━┳━    ┏━━┓      ━┳━━━━ ン
   定  同軸線┠─────┨C1┠─●─────┨同軸線  テ
   器 ━━━━┻━┐   ┗━━┛┏┷┓  ┌━┻━━━━ ナ
           │    9pF  ┃L┃  │       部
           │      33┃2┃  │       品
           │      nH┗┯┛  │GND
         ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯┯┿┯┯ ※電源重畳厳禁

       LC回路によるインピーダンス変換器 (無断コピー禁止)

  下図にインピーダンス変換器の測定結果の例を示します。地上デジタル放送
  の周波数である500MHz付近は、ほとんど減衰しません。しかし、HPF型に
  なっているので、300MHz以下の周波数では大きく減衰していますので、主に
  アナログテレビ放送で使用しているVHF帯では使用できません。


インピーダンス変換器の通過損失測定例

  下図はインピーダンス変換器の反射損失の測定結果です。測定系の都合上、
  600MHz以上は測定できませんが、500MHz付近で−20dB以下の良好な特性
  得られていることが分かります。


インピーダンス変換器の反射損失(※)測定例

  ※反射損失は整合の度合いを示しています。負の数字が大きいほど、電波の
   損失である通過損失は少なく、−20dB以下(VSWR=1.2以下)での通過損失は
   計算上、0.04dBとなります。実際には、抵抗分で損失したり、電波となっ
   て輻射したりするので、計算どおりにはなりません。

  Aλ/4位相器によるインピーダンス変換器(損失少、狭帯域、左右対称)

  次に、λ/4位相器によるインピーダンス変換器です。位相器を用いた場合、
  75Ω→50Ωも、50Ω→75Ωも同じ回路になる特長があり、例えば、
  
分配器にも応用できます。
  しかし、LPF型の回路で構成されているので、600MHz以上の周波数で大き
  く減衰してしまう欠点もあります。

   50/75Ω     ┏━━┓      75/50Ω
   ━━━━┳━ ┌─●─┨L2┠─●─┐ ━┳━━━━━
    同軸線┠──┘┏┷┓┗━━┛┏┷┓└──┨同軸線
   ━━━━┻━┐ ┃C┃    ┃C┃ ┌━┻━━━━━
         │ ┃1┃    ┃3┃ │
         │ ┗┯┛    ┗┯┛ │GND
       ┯┯┿┯┯┿┯┯┯┯┯┯┿┯┯┿┯┯

     50Ω←→ 75Ω変換 C1=5pF L2=18nH C3=5pF (fo=500 MHz)
     75Ω←→150Ω変換 C1=3pF L2=33nH C3=3pF (fo=500 MHz)

       位相器によるインピーダンス変換器 (無断コピー禁止)

  HPF型だと、下図のようになります。

   50/75Ω  ┏━━┓   ┏━━┓   75/50Ω
   ━━━━┳━ ┌┨C1┠─●─┨C3┠┐ ━┳━━━━━
    同軸線┠──┘┗━━┛┏┷┓┗━━┛└──┨同軸線
   ━━━━┻━┐     ┃L┃     ┌━┻━━━━━
         │     ┃2┃     │
         │     ┗┯┛     │GND
       ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┿┯┯┯┯┯┯┿┯┯

     50Ω←→ 75Ω変換 C1=6pF L2=20nH C2=6pF (fo=500 MHz)

       HPF型のインピーダンス変換器 (無断コピー禁止)

  B抵抗器によるインピーダンス変換器(損失あり、広帯域)

  計測目的や、FMやVHF、BS、CS等の広範囲の変換が必要な場合は、
  下図のような抵抗による変換器を使用します。
  但し、6dBの損失が生じる欠点があります。

   50Ω(測定器)             75Ω(アンテナ部品)
   ━━━━┳━       ┏━━┓   ━┳━━━━━
    同軸線┠──────●─┨R2┠────┨同軸線
   ━━━━┻━┐   ┏┷┓┗━━┛  ┌━┻━━━━━
      Z1 │   ┃R┃      │ Z2
         │   ┃1┃      │   ※ブースタ等用電源は
         │   ┗┯┛      │GND   使用できません。
       ┯┯┿┯┯┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯

    通常測定用 R1=82Ω R2=47Ω ATT=6.0dB (Z1=49Ω、Z2=78Ω)
    精密測定用 R1=91Ω R2=43Ω ATT=5.7dB (Z1=51Ω、Z2=75Ω)
    超高精度  R1=87Ω R2=43Ω ATT=5.7dB (Z1=50Ω、Z2=75Ω)

       抵抗によるインピーダンス変換器 (無断コピー禁止)


ラインブースター

  下図のようなラインブースターの製作方法は「設計編-
自作ブースター」を
  参照下さい。


自作ラインブースター


パワーインジェクター(電源挿入器)

  パワーインジェクターとは、電源分離型のブースターやラインブースター、
  BSコンバーターなどにアンテナ同軸ケーブルを使って電源を供給するための
  電源挿入器のことです。

                    ヒューズ━┳━━━━━
               ┌───●─〜〜──┨電源入力←
               |  ┏┷┓  ┌━┻━━━━━
               |  ┃C┃ GND│ (DC15V電源から)
              ┏┷┓ ┃ ┃ ┯┿┯
              ┃L┃ ┗┯┛100pF
             100┃ ┃ ┯┿┯ 
    入力(DC OUT)   nH┗┯┛        出力
   ━━━━━┳━     │ ┏━━┓   ━┳━━━━━
     同軸線┠──────●─┨ C ┠────┨同軸線
   ━━━━━┻━┐      ┗━━┛  ┌━┻━━━━━
   (ブースターへ)│       100pF  GND│(チューナーへ)
        ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯

    C=100pF、L=100nH〜、(直径10mm、2回巻き程度〜)

          自作パワーインジェクター回路図

  電源線はDC15Vの電源回路に接続しますが、電源回路にはヒューズ等の
  保護回路や47uF以上などの安定化コンデンサ(通常は電源回路に入っている)
  が必要です。万が一、事故が生じても、当方は責任を負いません。


パワーインジェクターの製作例

  また、下図のような回路に変更することで、BSコンバーター用電源からの
  電圧を同軸ケーブルから取り出して外部の機器を動作させることも可能です。
  ただし、インダクタやBSチューナ(またはテレビ)の出力許容電流を確認
  しておく必要があります。(他の回路が許容電流を上回らないこと)

                        ━┳━━━━━
               ┌───●─────┨電源出力→
               |  ┏┷┓  ┌━┻━━━━━
               |  ┃C┃ GND│  (他の回路へ)
              ┏┷┓ ┃ ┃ ┯┿┯
              ┃L┃ ┗┯┛100pF
             100┃ ┃ ┯┿┯ 
    入力(DC OUT)   nH┗┯┛        出力
   ━━━━━┳━     │        ━┳━━━━━
     同軸線┠──────●─────────┨同軸線
   ━━━━━┻━┐            ┌━┻━━━━━
  (BSチューナへ)│           GND│(BSアンテナへ)
        ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯

          BS電源取り出し器 回路図

  アンテナプラグを改造した製作例を下図に示します。


BS電源取り出し器 製作例


50Ωパワーインジェクター(インピーダンス変換器つき)

  ここでは、50Ωのインピーダンス変換器つきのパワーインジェクターの製
  作例を示します。市販の地デジ用ブースターを50Ωの測定器などに接続する
  ことが出来ます。ただし、50Ωに変換されるのは500MHz付近のみなので、
  広帯域に50Ω整合をとりたい場合は、抵抗によるインピーダンス変換器と
  通常の75Ωパワーインジェクターを組み合わせて使った方が良いでしょう。

CQ出版 パワーインジェクター
50Ωパワーインジェクター

             ┏━━━┓100pF 1000uF 10uF  +
     ┌──●──●─┨ 220nH┠─●──●──●──○
   100┏┷┓ | ┏┷┓┗━━━┛┏┷┓┏┷┓┏┷┓ DC
   pF┃C┃ | ┃C┃     ┃C┃┃C┃┃C┃ 15
    ┃ ┃┏┷┓┃ ┃     ┃ ┃┃ ┃┃ ┃ V
    ┗┯┛┃33┃┗┯┛100pF   ┗┯┛┗┯┛┗┯┛┌○
    ┯┿┯┃nH┃┯┿┯     ┯┿┯┯┿┯┯┿┯┿
75Ω入力  ┗┯┛
(DC OUT)    |        50Ω出力
━━━━┳━  │  ┏━━┓   ━┳━━━━
 同軸線┠───●──┨ C ┠────┨同軸線
━━━━┻━┐    ┗━━┛  ┌━┻━━━━
      │      9pF  GND│
    ┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┿┯┯
50Ωパワーインジェクターの回路図


雷サージプロテクター

  下図に簡単な雷サージプロテクターを紹介します。インダクターのLは自作
  の空心コイルが良いでしょう。少し、太めのスズめっき線を使用します。
  このプロテクターは簡易的なものです。直接、アンテナに落雷があった場合
  は耐えられませんのでご注意ください。

                 ┌───┐
                ┏┷┓  |
               100┃L┃  |
               nH┃ ┃  |
      入力    100pF  ┗┯┛  |      出力
   ━━━━━┳━  ┏━━┓ │   ┷┳━━━━━━━━━
     同軸線┠───┨ C ┠─●────┨同軸線(チューナへ)
   ━━━━━┻━┐ ┗━━┛    ┌━┻━━━━━━━━━
  (UHFアンテナへ) │ ┏━━┓100pF  │     
          └─┨ C ┠┯┯┯┯┿┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯
            ┗━━┛    GND(アースへ)

          雷サージプロテクター(簡易型)


パワーディテクター(電力検波器)

パワーディテクターの製作例

  パワーディテクターとは、電波を検出して電圧に変換する部品です。ブース
  ター等で増幅された電波を検出することが可能です。
  下図は2個のショットキーバリアダイオードを使用したパワーディテクター
  の回路図で、約50dBuV以上(7波入力時)の電波の有無や強度の増減を測定す
  ることが出来ます。

━━┳━ ┏━━┓   ┏━━┓   ┏━━┓      出力
同軸┠──┨C1┠─●─┨C4┠─●─┨>| ┠─●──●──●─○
━━┻━┐┗━━┛┏┷┓┗━━┛┏┷┓┗━━┛┏┷┓┏┷┓┏┷┓↑
    │ 2pF  ┃L┃ 100pF ┃─┃ 1SS86 ┃C┃┃R┃┃C┃電
    │   24┃ ┃    ┃△┃    ┃2┃┃ ┃┃3┃圧
    │   nH┗┯┛  1SS86┗┯┛  100pF┗┯┛┗┯┛┗┯┛↓
  ┯┯┿┯┯┯┯┯┿┯┯┯┯┯┯┿┯┯┯┯┯┯┿┯┯┿┯┯┿─○
                           1MΩ 0.01uF
パワーディテクターの回路図

  右側の端子にはデジタルテスターを接続します。この配線にノイズが混入し
  やすいので、なるべく30cm以内の銅線を使用します。また、プラス側とマイ
  ナス側の銅線が離れないように相互にねじっておきます。(ツイストペア)
  C3に0.01uF程度のセラミックコンデンサを追加することで配線のノイズを
  緩和できる場合があります。

  実際のアンテナで受信した電波の強度を測定するには、感度の不足を補った
  り、ノイズの影響を少なくするために、フィルタやブースターを使用します。

     ┏━━━━┓ ┏━━━━┓ ┏━━━━┓ ┏━━━━━┓
     ┃アンテナ┠→┃(BPF)┠→┃ブースタ┠→┃ディテクタ┃
     ┗━━━━┛ ┗━━━━┛ ┗━━━━┛ ┗━━━━━┛

  インダクタLは調整が必要です。実際の電波を受信して出力電圧が最も高く
  なるように調整します。インダクターはリード線などで製作しますが、長さ
  によって特性が大きく変化します。十分な電波を入力しても電圧が発生しな
  い場合は、いろいろなインダクタを作成して、長さを調整してください。
  コイルは直径3.0mmで3回巻きで、リード込みで24nHくらいにします。
  製作後にインダクタンスを調整するには、ループ間隔を調整します。間隔を
  狭めるとインダクタンスは上昇し、間隔を広げたり、ループの一部を外側に
  折り曲げたりするとインダクタンスは小さくなります。
  なお、インダクタ(自作コイル)の製作方法は
次節でも説明しています。
  さらに、書籍「地デジTV用プリアンプの実験」にも掲載していて、そちらに
  は、詳しい製作や調整の方法と、ディテクター製作用の専用基板まで付属し
  ています。

自作パワーディテクターの感度例
受信レベル 自作ディテクタ
出力電圧
市販チェッカー
7波入力 1波入力 VOL ランプ
66dBuV 74dBuV 20.1mV min. ☆☆☆☆☆
64dBuV 72dBuV 13.1mV min. ☆☆☆−−
61dBuV 69dBuV 5.9mV min. ☆−−−−
58dBuV 66dBuV 3.3mV 不定   不定
55dBuV 63dBuV 1.5mV 不定   不定
53dBuV 61dBuV 0.9mV max. ☆☆☆☆☆
51dBuV 59dBuV 0.6mV max. ☆☆☆☆−
49dBuV 57dBuV 0.4mV max. ☆☆☆−−
47dBuV 55dBuV 0.3mV max. ☆☆−−−
45dBuV 53dBuV 0.2mV max. ☆−−−−

  最後に、お手持ちのデジタルテスターの性能の都合で、どうしても正い測定
  結果が得られない方のために、自作パワーディテクターにオペアンプを追加
  した例を紹介しておきます。
  今回は、パワーディテクターに影響を与えないように、入力インピーダンス
  の高いJRC製NJM2082を使用しましたが、より安価なものでも大丈夫だと
  思います。


自作ディテクターにオペアンプを接続した例


自作コイル
(インダクター,巻き線コイル,空芯コイル)

  「コイルを自作するなんて」と思われるかもしれませんが、一度は、試して
  みましょう。
  コイルの値はインダクタンス[nH]で表されます。また、自作コイルの設計の
  ために、最も覚えやすい公式を、紹介しておきます。
  1回巻き、直径φ1mm、全長1mmのインダクタが、約1nH×長岡係数になること
  から、下記の式が導かれます。

     L[nH] = 長岡係数K × (巻数n × 直径D[mm] )^2 / 長さl[mm]

                      真空の透磁率をμo=4πE-7
                      L = K*μo*n^2*S/l

  長岡係数は、コイルの直径と長さの比で決まり、およそ、以下のようになり
  ます。より詳しくは、「インダクター計算表」で計算してください。

       │コイル型│ 筒型 │サイコロ│ボタン型│コイン型
  ─────┼────┼────┼────┼────┼────
       |    |    |    |    |
  イメージ図|||||||||| ||||| | |||  |  ‖  |  |
       |    |    |    |    |
  ─────┼────┼────┼────┼────┼────
     K=|  1  | 0.8 | 0.7 | 0.5 | 0.3
  ─────┼────┼────┼────┼────┼────
    D/l=|  0  | 1/2 | 1/1 | 2/1 | 5/1
  ─────┴────┴────┴────┴────┴────
                            無断コピー禁止

  次に、実際にコイルを作ってみます。下記の表は、製作したコイルの設計
  情報および、計算表です。

自作コイル 設計情報
φ直径D[mm] 巻き数n 長さl[mm] インダクタL[nH]
2.8 mm (2.3mm) 2 回 1.5 mm 自称 10 nH
2.8 mm (2.3mm) 2 回 0.8 mm 自称 12 nH
3.3 mm (2.8mm) 2 回 1.0 mm 自称 15 nH
4.0 mm (3.5mm) 2 回 1.5 mm 自称 18 nH
2.8 mm (2.3mm) 3 回 1.5 mm 自称 22 nH
2.8 mm (2.3mm) 4 回 2.3 mm 自称 27 nH
2.8 mm (2.3mm) 5 回 4.5 mm 自称 33 nH
5.5 mm (5.0mm) 3 回 4 mm 自称 33 nH

インダクター計算表
直径D mm
巻き数n
長さl mm
(比透磁率)
長岡係数(近似)
nH
  コイルの線は、直径0.3mm〜0.5mm程度のリード線の余りや、ポリウレタン
  エナメル銅線(UEW)で製作します。
  コイル製作の始めには、およそのコイルの形を形成する為に、円柱状の棒に
  巻きつけます。例えば、精密ドライバーなどにリード線を巻きつけると簡単
  です。この時、リード線の直径を考慮する必要があります。下表の括弧内に
  リード線分(0.5mm)を減算した精密ドライバーの直径を表しました。
  コイルの全長は、例えば2回巻きの場合は、巻き間隔として製作したほうが
  より近い値に仕上がります。
  また、マイナスドライバーだと、形成したコイルが取り外せない場合があり
  ますのでプラスドライバーの方が良いでしょう。

自作コイルの写真
製作した自作コイル

自作コイルを使ったフィルター
自作コイルを使ったBEF(バンドエリミネーションフィルタ)

  自作コイルの値が正しいかどうかは作ってみないと分かりませんので、製作
  後に調整が必要です。
  インダクタンス[nH]の値に大きく影響するのはコイルの全長です。ハンダ付
  け部分を暖めながらコイルの全長を短い方に調整したり、全長を変えた複数
  のコイルを作っておいて付け替えたりして調整します。
  また、製作後の微調整は「ループ間隔」を変更します。ループ間隔を狭くす
  るとインダクタンスL[nH]は大きくなり、広くすると小さくなります。これ
  は、前記の式で巻き間隔がコイルの長さl[mm] に相当することからも理解で
  きると思います。
  また、コイルの一部のループを外側に折り倒して、インダクタンスを小さく
  調整する方法もあります。
  以上のように、多くの場合はインダクタンスを小さくする方向に調整するこ
  とになるので、設計時点で高めのインダクタンスに設定しておくと調整しや
  すいでしょう。

  もし、スペアナや信号発生器をお持ちでしたら、上図BEFのようにチップ
  コンデンサを並列に接続し、共振周波数を測定することで、インダクタンス
  を求めることが出来ます。

         fo = (2*π*sqrt(L1*C1) )^(-1)

  BPFでも測れそうに思われるかもしれませんが、帯域が広くなってしまい、
  共振周波数が測りにくいので、BEF(ノッチ)で測った方が良いでしょう。


部品を買う

  電子部品はパーツ店で販売されています。しかし、パーツ店で部品を集める
  のも大変な作業です。現在は、インターネットの通信販売での購入が簡単で
  す。しかし、インターネット通販では、よく売れるような部品しか扱われな
  くなっていたり、個人での購入をさせてもらえない通販サイトも多いです。
  特に、10nH程度の小さなコイル(チップインダクタ)は入手しづらく、パーツ
  店で注文する場合も、100個などのまとまった単位になります。
  一方、抵抗やコンデンサは多く売られています。高周波回路ではリード線が
  部品の特性に影響を及ぼすので、チップ抵抗、チップコンデンサと呼ばれる
  リードの無い小さな部品が使用されます。

チップ抵抗、チップコンデンサのサイズ
サイズ名 寸法 入手性 取り扱い 価格
サイズ1608 長さ1.6mm×幅0.8mm 良い:★★★ 難易:★ 10円前後
サイズ2012 長さ2.0mm×幅1.2mm 悪い:★ 普通:★★ 10円前後
サイズ3216 長さ3.2mm×幅1.6mm 悪い:★ 安易:★★★ 10円前後

  最近は、サイズ1608(1.6mm×0.8mm)のチップ部品が増加してきていますが、
  下図のように非常に小さいので、ハンダ付けの練習が必要です。ピンセット
  でチップの幅方向を支えながら金属の端子部分にハンダ付けを行います。

1608チップコンデンサ
サイズ1608のチップコンデンサ

  チップ抵抗
  チップ抵抗はセット(例=72種50個)で販売されていて5500円(単価1.5円)前後
  です。種類や数量の少ないセットであれば1000円前後でも売られています。
  サイズは2012と1608が一般的です。
  チップコンデンサ
  コンデンサは容量ごとに販売されていて10個100円程度です。数量によって、
  100個400円(単価4円)、1000個2000円(単価2円)のように単価が大きく変化し
  ます。パーツ(コンポーネンツ)の値段とは、多くの種類の部品を販売店が
  保有する管理コストにあるのです。サイズは1608が主流になりつつあります。
  インダクタ/コイル
  コイル/インダクタには、リード型、チップ型、空芯コイルの3種類があり、
  それぞれ、特長に違いがあります。
  リード型インダクタには、抵抗器と同じような筒型形のアキシャルリード型
  と、セラミックコンデンサーと同じような平板形のラジアルリード型があり
  ます。小さなインダクタンスが実現できるのはアキシャル形です。しかし、
  アキシャル型であっても、0.22μH(220nH)が最も小さく、UHF帯
  で使用する100nH以下の部品は売られていません。
  チップ型インダクタ/コイル
  チップ型のインダクターは、100nH以下のものも製造されていますが、
  残念ながら、今のところ入手が困難です。サンプルボックスが2万5千円程度
  で売られていて、各50個74種類で単価6円は格安ですが、不要な部品が多す
  ぎて、今のところは、かなり割高です。しかし、サイズが小さい特長から、
  携帯機器などの小型のチューナー回路に多様されていますので、今後は入手
  が容易になってゆく可能性があります。
  空芯コイルは、UHF帯のアンテナ部品などで多用されていますが、こちら
  も部品として購入するのは難しいです。プラスチックの筒に巻きつけられた
  タイプが売られている場合があり、多くは33nH以上ですが、より小さい値も
  手に入ることがあります。
  以上のように、100nH以下のコイルの価格は、とても流通が少ない為、例え、
  買えたとしても、1個50円〜、100個2000円(単価20円)程度と高価です。
  なお、コイルのインダクタンスは[μH]で表示されている場合と、[nH]で表示
  されている場合があります。[nH]の場合は「N」を付加して「33N」等と表示
  されます。[μH]は数字のみの表示で「0.033」等のように表示されます。


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  ・
自作部品のメリット
  ・自作部品の注意点
  ・自作アッテネータ、減衰器
  ・自作可変アッテネータ、可変減衰器
  ・自作ダミー抵抗器、終端抵抗器
  ・自作BPF(バンドパスフィルタ)
  ・自作BPF(HPFとLPFの組み合わせによる)
  ・自作BEF(バンドエリミネーションフィルタ)
  ・自作分配器/混合器………………………詳しくは「対策編-分配器
  ・自作75Ω←→300Ωインピーダンス変換器     「対策編-混合器
  ・自作50Ω←→75Ωインピーダンス変換器
  ・自作ラインブースター……………………詳しくは「設計編-自作ブースタ
  ・自作パワーインジェクター、電源挿入器
  ・自作パワーディテクター、電力検波器
  ・自作コイル
  ・部品を買う


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