XRQ技研業務日誌

ものづくりを楽しんでいます。日々の暮らしの中に面白そうなものを探しながら

K3NGキーヤーを使ってみて

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K3NG keyer by XRQTechLab


 このところ、ハイバンドが開けることが多くなり、いろいろなバンドで楽しんでいる。私の設備は大変シンプルなので、電離層などの自然の条件に依存するところが大きい。コンディションがよければ数ワットの出力とワイヤーアンテナからでも国内全域から近隣の国々まで伝搬してくれる。時には地球の裏側まで届く。自然相手の楽しみである。

 K3NGキーヤーを使っているのだが、その個性がだんだんと見えてきた。このK3NGキーヤーはとても多くの機能を持っているのだが、私の作ったものはそのごく一部の機能だけで動作させている。そのため、一番容量の小さなATmega386Pを使ったAruduinoUNOと同様な構成である。K1EL Winkey1,2エミュレーション機能やctestwinとかでusbif4cwような使い方が出来る機能もあるようだが、私はメモリー機能だけしか使っていない。
 LCDを使うと多くの表示ができるようになり便利だと思ったのだが、実際に使ってみるとあまり有用だとは思えなかった。LCDに表示されるのはコマンドモードに入ったとき、どのコマンドかが表示され、設定変更した場合はその設定が表示される。また、デコーダー機能があるため、パドルから入力した符号が表示される。メモリーからの送信の場合にもその出力符号が表示される。しかし、通常の使用に於いてこれらの表示がなくても不便はない。コマンドなどの状況はサイドトーンで知ることができるからである。
 LCDをつけることにより消費電流が増えるデメリットがある。DL4YHF  WolfgangさんのPICキーヤーでは消費電流が大変に少なく、自動的にスリープモードにはいることもあり、ボタン電池でも数ヶ月以上使うことができる。そのため電源SWを省略している。しかし、K3NGキーヤーはArduinoで動作させているので結構消費電流は大きい。LCDを使えばさらに大きくなる。そのため単三乾電池を使っても電源SWが必要である。
 VRを動かすことによって可変できるスピード範囲を設定できるのは便利である。DL4YHFキーヤーではVRの前後に抵抗を付加することで可変スピードの領域を設定するのだが、K3NGキーヤーではスケッチを変更するだけで設定できる。
 TX出力を選択できる機能は便利である。私はその一つにリレー出力を組み込みこんでいる。複数のTXで使う場合にも、切り替えが容易である。
 K3NGキーヤーの最大の利点は機能のほとんどをプログラムで行っており、ほんのわずかな部品で構成することができることだろう。もの作りが楽しめる。
 これまで何台か製作し使ってきたが、動作が思い通りでないことがあった。そのようなとき、ハンダ付け不良や接続誤りが一番疑わしいのだが、このキーヤーには様々な機能が組み込まれているので、設定が正しいかを見直し、スケッチを書き換えてみるのも解決への道であった。


 このような高機能のキーヤーを使わせてもらえることに感謝し、これからも電信ライフを楽しんでいきたい。

K3NG KeyerにLCDを付ける

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LCDを付加したK3NGキーヤー

 多くの方がK3NGキーヤーに液晶表示を付加した事例を公開されている。簡単にできるだろうと始めたのだが、嵌ってしまった。

 K3NGキーヤーに搭載するLCDはたくさんの線で信号を送る方式ではなく、I2Cという2本線で信号を送る方式だ。そのため、Arduino IDEにもLiquidoCrystal_I2Cというライブラリが必要なのでダウンロードさせてもらい、導入した。そして、スケッチの設定をしてコンパイルをしようとすると、
  LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE); という行でエラー
  error: 'POSITIVE' was not declared in this scope と表示さた。

 コンパイルされなければ、スケッチの書き込みもできない。そこからが試行錯誤の始まりである。
 LCDには内蔵されているコントローラーによっていくつかの種類があるようだ。そこで、ライブラリと適合したLCDなのか確かめた。
 まず、LCDを接続したArduino unoにI2C ADDRESS SCANNERというスケッチを書き込み走らせる。シリアルモニターで見るとLCDのアドレスが表示された。
 次に、Hello Worldのスケッチに、LCDのアドレスに変更して書き込み、走らせた。正常に”Hello World”が表示されている。このライブラリとLCDで動作することは確かめられた。
 K3NGの設定でも同じライブラリが使われている。いろいろ調べていくうちに、LiqudCrystal_I2Cというライブラリにはいくつかの種類があることがわかった。GitHubのライブラリは1.1.1と1.1.2のバージョンがある。私の導入しているのは1.1.2だった。その他I2CLiquidCrystalというものやNewLiqidClrystalというものも見つかった。それらをIDEのライブラリに導入してみたがコンパイルを通すことができなかった。
 既にLCDを導入されている方のサイトを詳しく見ると、NewLiquidCrystalを使っているとの記載があった。なぜ私のIDEではうまくコンパイルできないのか悩んだ。ある時、それぞれのライブラリの中をのぞいていると、どのライブラリにも ”LiquidCrystal_I2C.h”  というファイルが入っていることに気づいた。同じファイル名のものがあるとプログラムの流れでは支障があるはずである。そこで、複数入っていたI2C関連のライブラリをすべて削除し、一つだけにしてみた。NewLiquidCrystalというライブラリである。この状態でコンパイルを試してみるとすんなり通った。
 コンパイルできたK3NG keyerのスケッチを書き込むとLCDに「K3NG Keyer hi」という表示が出た。長いトンネルから出ることができた
 わかってしまえば何ということもないことだが、壁にぶつかっているときには様々な試行錯誤で悩んだ。課題を解決する面白さ、これだからものづくりは止められない。
 LCDを付加したキーヤーはコマンドの状態や送出したモールス符号などいろいろ表示してくれる。このキーヤーの機能がもう一つ使えるようになった。

K3NG キーヤー

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Arduino K3NG Keyer

 K3NGキーヤーはArduinoによって動作するオープンソースのものである。スケッチや必要なライブラリも公開されているだけでなく、k3ng_cw_keyer wiki! というサイトでは必要な情報が豊富に入手できる。
 以前はPICによるキーヤーを製作していたが、このArduinoベースのものは、特別な開発環境や書き込み装置がなくても製作することができる。Arduino IDEは無償でダウンロードさせてもらえ、C言語のようなわかりやすい記述でスケッチと呼ばれるプログラムも理解しやすい。このIDEには書き込みの機能も含まれていて、パソコンとUSBで接続することでプログラムを書き込むことができる。
 ArduinoにはUNOやNANOなど様々な種類があるが、基本的な機能に絞ってしまえばその基板を使わなくてもAVRのATmega328Pというチップに多少部品を付加するだけで動作させることができる。ただし、市販されている生のATmega328Pをそのまま使うことはできず、ブートローダート言うプログラムを事前に書き込む必要がある。
 K3NGキーヤーはLCDをつけたり、外部の機器と接続して動作させることができたり、大変に多機能である。それらは通常の使用ではあまり使うこともないので、メモリー機能のみを使う普段使いのキーヤーとしてまとめてみた。

 5つの押しボタンを持っている。1つはコマンドボタンで、これを押すことでコマンドモードに入りメモリーやスピードコントロール、長短点比の変更、サイドトーンのon/off、オートスペース、IambicA IambicBの切り替え、パドルの左右交換など多くの機能を設定することができる。
 メモリーは残りの4つのボタンに割り付け、それぞれを押すことで事前に入力したメッセージを送出する。キーイング回路を付加すればこのボタンの操作によって複数の送信機に切り替えて運用することもできる。
 電源は5Vが標準だが、多少の幅はあるようだ。私は単4乾電池3本で動作させている。

 多くの方がこのキーヤーを製作されており、ショップからもこのキーヤーが頒布されている。ネットではたくさんの情報を手に入れることができ、工作箇所が大変少なく、容易に作ることができるキーヤーとしてお勧めである。

 実はPICのキーヤーを直そうとして作業を始めたのだが、書き込み装置が行方不明になっており、手元にあった部品を使ってこれを作ったのだ。家に閉じこめられていることが多くなったこの時期、スケッチを読み解いてプログラミングの技術を学ぶのもよいかもしれない。

通信手段

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手作り電鍵


 新型コロナウィルスが猛威を振るっている。このような状況の中で娘が入院することになった。感染したからではない。慢性の症状があり、症状の推移を見ながら手術の日が決まっていたのだ。しかし、このような状況で病院は「見舞い」の制限を掛けている。手術に立ち会うのは親族一人のみという。外部からの感染をとても警戒しているのだ。
 私は手術の時、娘の近くにいたいので病院に行くつもりだったが、娘からきつく拒否された。「病院こそ感染の危険が高いところなのだから、感染したらどうするのだ」と言うのだ。「絶対来ないでほしい」と言う。仕方なく病院へ行くことはあきらめる。
 手術当日、娘からメールが来た。「これから看護師さんか迎えに来て、手術室に入る。麻酔から覚めて体が動かせるようになったら連絡する」というものである。手術そのものは数時間で終わるようだ。何かあれば病院から連絡をくれるよう手配してある。しかし、心配である。メールを待つしかない。
 朝、手術室に入ったのだが、昼を過ぎても連絡がない。病院からの連絡がないので無事に手術は終わったと思われるが落ち着かない。「昼前に手術は終わりました」やっとメールが来た。一安心。麻酔から覚めて携帯の操作ができるようになるまで時間がかかったようだ。
 新型コロナウィルスへの対応ということで、隔絶した状況での娘の手術だったが、メールという連絡手段があったことで少しは状況がつかめ、安心することができた。
 病室という特殊な状況では電話ではなくメールが有効だった。電話の方が情報量が大きいのだが、メールという文字情報だけでも大変ありがたかった。その後、酸素マスクをした自撮りの写真が送られてきて、表情から無事を確認することができさらに安心することができた。

 

 通信はより多くの情報が送れる方がよいのだが、状況によっては限られた情報だけでも役立つものである。今では様々な通信インフラが整備され大容量の情報が行き交うのが当たり前になっている。しかし、それらのインフラが途絶した場合にも、最小限の通信手段を残しておくことが必要である。
 かつて、電話が一般に普及していなかった時代、電報がその役割を担っていた。そしてその電報を伝えていたのが電信であった。電信は短点と長点の組み合わせという単純な仕組みで文字を送ることができる。通信手段として大変シンプルなものである。通信インフラが途絶しても、個別の無線機があれば通信回線を構築可能である。近距離であれば光の断続でもモールス符号を送ることができる。その仕組みが単純だからこそ最後の手段として役立つと考えられる。
 通信は緊急時、重大な局面にこそ重要である。娘の手術という場面でメールが使えたことで心を落ち着かせることができた。
 災害対応への備えとして様々な対策が考えられる中でモールス通信という一番シンプルな方法も残していきたいものである。


 とは言っても、日々の電信での交信は自己研鑽の楽しさと小電力やコンパクトな設備でも繋がることへの面白さにのめりこんでやっているのが実情なのだが。

Go Bag

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Go Bag 持ち出し用にひとまとめ

 Go Bag、時には Go Boxと呼ばれることがある。非常用持ち出し袋(箱)とでもいう意味であろうか。必要な機材を一つにまとめ、すぐに持ち出せるようにしたものである。
 アマチュア無線はさまざまな機材を使って、電波を出し通信を行う。そのシステムを構成するもののうち一つでも欠けると運用をすることができない。移動運用で、コード一つ、コネクタ一つを忘れたことで、運用をあきらめるということはよくあることだ。運用に必要な最小限のものを一つにまとめておけば、とりあえず電波を出し、交信をすることができる。そのような目的でGo Bagを構成してみることにした。
 通常、部屋の中から運用する場合には無線機をはじめ、アンテナシステムなど全体の機器が接続されていて、リグのスイッチを入れれば受信機から信号が聞こえてきて、打鍵すれば交信を始められる。野外で運用する場合には、それらすべてを持ち出さなければならない。無線機・電源・アンテナ・電鍵・イヤーフォーンなどだが、アンテナを現地の状況に応じて整合を取るチューナーも必要である。アンテナを伸展するためにはポールがあるといい。また、運用記録を取るためのログブック、無線局免許状も必要である。
 これらをいかにコンパクトにまとめるかが課題となる。Go Boxのような車での搬送を行う場合には大きな電力の機器が使えるが、徒歩で移動する場合を想定する。そうなるとQRP(小電力)での運用である。QRPであれば大きな電源も不要で、手軽な電池で賄うことができる。アンテナは嵩張るものだが、ワイヤーアンテナとする。効率は落ちるものの複数のバンドで使用可能なランダム長アンテナを使う。電鍵はリグ内蔵のエレキーを使うこととし、自作のパドルを用意する。アンテナポールは強度の得るためグラスファイバーの釣竿の先端部の細い部分を取り除いたものを用意した。
 これらを収めるケースとして、16cm×12cm×7cmほどのものを用意した。掌に載るコンパクトなものだが、どうにかこの中に収めることができ、このケースとアンテナポールを持ち出せば運用できる状態になった。

 この2つを持ち出して、庭先で運用してみた。アンテナエレメントの先端を庭木の枝に結び、ポールを経由してチューナーに接続した。チューナーとリグは同軸ケーブルを使わず直結である。アンテナの整合を取ると信号が聞こえてくる。呼びかけをして交信した。山口県熊毛郡と北海道帯広市の局と繋がった。最小限の装備でとりあえず運用できることを確認した。

 ネットを彷徨っているとこうした非常持ち出し袋に類する記事がたくさん見出せる。常に災害が身近にあるという不安感なのだろうか。モノがたくさん溢れる現状の中で、何が本当に必要なのかを見定めるこうした取り組みも意味のあることなのだろうと思う。

 さて、花粉が少し収まってきたら、このGo Bagを持って、近くの公園にでも散歩に行ってみることにしよう。

ランダム長ワイヤーアンテナとEFHWアンテナ

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ランダム長アンテナとun un Tuner

 ともにワイヤーの端から給電するタイプのアンテナですが、その違いがよくわからなかった。ランダム長ワイヤーは適当な長さ、EFHWはその名の通り半波長。その他にもロングワイヤーアンテナというものもある。ただエレメントの長さが違うだけなのだろうか。 これらのアンテナを使う場合、リグとのインピーダンス整合を取るためのチューナーが必須である。トランスフォーマーを使う場合もある。ワイヤーの端から給電する場合、給電点のインピーダンスがリグのものより大変に高い場合が多いので、整合を取るためにチューナーなどが必要なのだ。
 では、ランダムレングス(長)アンテナとEFHWとの違いは何か。波長との同調性であることにやっと気が付いた。チューナーはインピーダンスの整合を行うもので、エレメントを同調させるような働きをしているのではないのだ。EFHWではハーフウェーブの長さを持っているので同調している。電波がその長さに合っているので、理屈的には両端の電流は最小で、電圧は最大になっている。そのためその端から給電する場合、インピーダンスはとても大きなものになる。ランダム長ワイヤーの場合には波長に合った長さにはなっていないので、その端から給電するときにはインピーダンスをリグのもインピーダンスと整合させるため9:1などのトランスフォーマーが使われる。この場合、波長との同調はとれていず、インピーダンスの整合により給電が行われているだけである。
 リグの方から見た場合、両方のアンテナとも整合はとれていて、給電は効率的に行えているのだが、アンテナの効率という視点からはエレメントの同調が取れている方が効率が良いのは明らかである。しかし、ランダム長ワイヤーアンテナには利点もある。特異的な長さのエレメントを使うことで複数のバンドでも電波を乗せることができるのだ。波長の整数倍等の長さではインピーダンスが同じようになることから、実験的に複数のバンドでインピーダンスが近似する長さが導き出されている。その長さのエレメントを使うとマルチバンドアンテナとして使うことができる。
 特定のバンドでの運用が主である場合にはEFHWが得策で、マルチバンドでの運用を求めるならランダム長ワイヤーを選択することになると思われる。効率という面からは基本的なダイポールアンテナには及ばないかも知れないが、手軽に扱えるアンテナとしてこの2つのアンテナは魅力的である。
 今回、ランダム長ワイヤーアンテナ用のチューナーとして9:1のトランスフォーマーとZマッチチューナを組み合わせたものを作った。35.5フィートのエレメントで7MHzから28MHzバンドでほぼSWR1に整合することを確認できた。これでリグ側から見たアンテナシステムを整合させることができるのだが、どの程度の効率で動作してくれるかが問題である。Zマッチは減衰が大きいとも聞く。ともあれ、伝播のコンディションが味方してくれて、多くの局と繋がることを期待したい。

多様性 みんな違ってみんないい

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変わった形の花を見つけた

 いただいたシクラメンの花がたくさん咲いている。淡いピンクの花なのだが、よく見ると、その中に2輪ほど形の違った花があった。シクラメンは花びらが反り返った形の花なのだが、この2つは下側にも花弁がのびている。八重咲きになりかけているようにも見える。何らかの原因で変異を起こしたようだ。しかし、形は同じように見える花でも色の違いは様々であることに気づく。濃いピンク色からほとんど白に近いものもある。目立った形の2輪も色が全く違っている。
 この変異が生育条件に起因するものなら、この一大限りであろうが、遺伝子などに起因するものだとこの種子から生まれる次の花にもこの変異が引き継がれることになるのだろう。こうした変異を利用して品種改良が行われている。そこには変異の状態を希少性や形のおもしろさ、色の綺麗さなどの価値観が加わり、また、自然界の生存への選択が加わり、淘汰が行われる。様々な変異が起こり、多様性が生まれている。
 この多様性、私たちの趣味の世界にもある。電波を使って通信をするというアマチュア無線だが、人それぞれのやり方がある。DXを追いかける人、ラグチューを楽しむ人、アワードを集める人、移動運用を楽しむ人、工作をしたり、改造したり、回路を考え、プログラムを作る人もある。それぞれの興味関心と知識技能、設備などの環境、仲間とのつながりによってもそのスタイルは多様である。
 多様であるからこそ、互いに刺激を受けることもあり、新たなアイディアも浮かんでくる。人は同質で集まりやすく、異質なものを排斥しがちである。同質なものには親しみを感じ安らぎやすく、異質なものには違和感を感じ、居心地が悪いからなのだろう。しかし、同質か異質かという認識自体が主観的なものであり、自分の範疇でしか知り得ないところである。互いを尊重するという立場で多様性を認め合うことが大事なのだと思う。
 アマチュア無線という趣味は奥が深い。電波という得体の知れないものを使って、時々刻々と変化する電離層、気温や湿度など大気の変化による屈折率の変化など地球や宇宙の営みを伝播によって肌で感じられる趣味である。それに加えて技術的な興味は日進月歩で広がっていく。多様な楽しみ方ができる世界である。
 シクラメンは花が終わると花柄を抜いてしまうのだが、この2輪についてはそのまま残しておこうと思う。種が付いてくれるかわからないが、この変異の行方を見守ってみたいと思う。