Ｑメーター構成品の試作

ゲルマラジオの高性能化を検討すると、コイルのＱは検討事項の一つになります。Ｑの専用測定器はＱメーターと呼ばれており、おおまかな仕組みは、高周波信号を計測用の共振回路に加えて電圧測定を行っています（直列共振法）。自作したコイルを自作のＱメーターで測定するのも、面白そうです。

今回の試作品は、Ｑメーターの構成に必要な高周波の信号源と計測用の共振回路を、１つのケースに収めたものです。製作のハードルを下げるため、電圧測定は外付けで、メーカー製の測定器に任せるほか、キットも活用したいと思います。

MAX038

高周波の信号源（発振回路）には（株）秋月電子通商の「ＭＡＸ０３８使用広帯域精密波形オシレータキット」（通販コード K-00187）を利用します。MAX038は0.1Hz〜20MHzの出力が可能ですが、このキットではコンデンサC1を切り換えることで９レンジに分けて選択するように設計されています。また、出力波形の切換え（正弦波、方形波、三角波）、デューティサイクルの可変（15〜85％）も可能です。Ｑ測定用の高周波オシレータとして利用するに当たり、キットに同梱されていたデータシートを参照し、おおよそ100kHz〜10MHzをレンジ切替なしで連続カバーできるように部品定数などを変更（C1、R2、R3、R12）、波形は正弦波、デューティサイクル50％固定に設定します。

回路図（クリックすると大きくなります）。

キットは±５Ｖ各100mAの正負電源が必要なので、三端子レギュレーターで供給します。発振防止用の0.1μＦは念のため、三端子レギュレーターと短く接続したいので、基板の裏側で結線しました。

計測用の共振回路にはエアバリコンを使い、バーニアダイヤルで調整しやすくします。エアバリコンの極板が錆びていたり、埃などで汚れていなければ、測定されるＱはコイルのＱと見なして良いだろうと期待されます。

Ｑメーター構成品の外観

Ｑメーター構成品の内部状況

背面に電源スイッチ、ヒューズターミナルを配置。ＡＣコードは抜け止めに結び、
被覆が傷まないよう、ゴムブッシュを利用します。

電源基板の様子。発振防止用の0.1μＦは４個とも、基板裏で
三端子レギュレーターの足元に短く結線しています。

AKI-038基板はキットの説明書に従い、PLL化しない場合の加工を施し、
必要な部品だけをはんだ付けしています。

AKI-038基板からジョンソンターミナルまでは、
同軸ケーブル（1.5D2V）を使っています。

動作を確認したところ、MAX038のIIN（周波数調整）によって180kHz〜7.5MHzまで可変しました。FADJ（周波数微調整）を併用すると、IINの下限で45kHz〜330kHz、IINの上限で3.2MHz〜11.9MHzまで可変します。都合、45kHz〜11.9MHzにおけるＱ値の測定が出来そうです。

＜100kHz波形＞

＜1MHz波形＞

＜10MHz波形＞

Ｑの算出方法

Ｑメーターであればメーターの指示値が即、Ｑ値を表しますが、ここでは測定の原理に従って計算によって求めます。試作品の電圧測定と周波数の確認には、ユニバーサルカウンタやオシロスコープなどを利用します。以下の測定手順でＱを算定します。
1　高周波オシレータの出力を測定したい周波数F（例えば1000kHz）にセットする。
2　バリコンを操作して周波数F に共振させる。つまり、バリコンの両端電圧(V2)が最大となるように調整する。
3　共振した状態のまま、高周波信号源の電圧(V1)を測定する。
4　抵抗器で分圧しているので、共振回路の両端電圧はV3＝V1／50
5　以上の計測から、Ｑ＝V2/V3＝(V2/V1)×50

フリーウェアソフトでＱを算出

直列共振法によるＱの計算画面（GRDS Version1.4）

拙作のフリーウェアソフト「ＧＲＤＳ」では、Ver1.2以降で上記の計算に対応しています。説明やダウンロードについては、ＧＲＤＳインフォメーション（外部サイト）をご覧下さい。

市販バーアンテナの測定例

構築したＱ測定システムでバーアンテナのＱを測定しました。製品に同梱されていた説明書のとおり、100以上のＱを測定することができました。

測定中のコイルとそのリード線は、できるだけ周囲から離し、位置も変更しないようにします。

測定中のコイルは、周囲の影響を受けないように気をつけます。
プラスチックで机から少し持ち上げるだけでも効果があります。

市販バーアンテナのＱ測定結果

回路定数の改訂

本試作品は、広い周波数範囲でＱを測定できる点では良いのですが、ゲルマラジオと言えばやはり中波がメインであり、オーバースペックとも言えます。改めて中波専用のＱメーターを検討していたところ、回路定数の配慮が不足していることに気付きました。被測定コイルとエアバリコンで構成した直列共振回路は、共振時の実効抵抗値がとても小さい値になります。200μＨと360μＨの実効抵抗値を計算してみました。（表内の単位はオーム）

Ｑが高いほど、インダクタンスが小さいほど、コイルの実効抵抗値は小さくなります。この実効抵抗値と１Ωの抵抗器を並列にするとどうでしょう？ 合成抵抗値は１Ωから大きく変化することで、49Ωとの組合せで定義する分圧比に影響を与え、直列共振回路に印加される電圧が低下します。本来なら49：１で一定である分圧比の理論値に対し、どれだけの誤差が生じるか、Ｑが300の場合における計算結果をグラフ化しました。

200μH(0.05：50)と360μH(0.1：50)は、誤差がほぼ同じためグラフが重なっています。

分圧比の誤差はＱ値の誤差になります。１Ωと49Ωで分圧してＱが300の200μＨを測定しようとした場合、700kHzで本来より約25％低下したＱ値の計算結果を得てしまうことになります。ここで直列共振回路と並列にする抵抗値を0.05Ωまで小さくして、50Ωと組み合わせて分圧すると、誤差は３％以内に収まります。

本試作品で使用したキットの出力インピーダンスは50Ωであることから、分圧を行う抵抗器について、10Ω（1％）と39Ω（1％）の直列を100Ω（0.1％）２本の並列に変更し、1Ω（1％）を0.05Ω（1％、無誘導）に変更することにしました。

（2012/11/11 本章追記）

（改訂前）10Ωと39Ωの直列で49Ωを得て、１Ωと分圧している。

（改訂後）100Ω2本の並列で50Ωを得て、0.05Ωと分圧している。