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LCD_FM_TX(BHC-M-D01)の周波数拡張 [電子工作一般]

先に書いたものとは違うのですが、小型のFMトランスミッタ基板を入手してみました。

BHC-M-D01
http://amzn.to/2jk2hUH

中華っぽいくせに、ちょっとお高いです。プライム対応で2580円。

機能としては、周波数範囲:88~108MHz、出力:100mWとなっていて、USB電源もしくは3~5V電源で動作し、PCにUSB接続するとオーディオI/Fとして認識してそのままPCの音を送信できます。
また、PC以外のUSB電源や電池で動作させると基板に乗っているマイクが有効になってモノラルのワイヤレスマイクに、3.5㎜ジャックにプラグをさすとマイクが切れてLINE入力(ステレオ)になります。

思いのほか音と安定性は良いです。
低音はちょっと寂しいですが。

出力が大ぎるのでこのままアンテナ線でもつけようものならバッチリ違法の海賊放送となってしまいますので、51Ωの抵抗をつけて電力をほぼ全部食わせて漏れ電波で使うようにします。10㎝くらいのリード線でもつけてやれば家の中は十分届きます。整合したアンテナ無しだと壊れるとも書いてありました。保護のためにもダミーロード(51Ω)をつけましょう。

さて、このままだと海外バンドでしか使用できませんが、日本の76~108MHzに拡張する方法がわかりました。
VOL+(一番左)とVOL-(左から2つ目)を同時に押しながら電源(USB)を入れます。LCDバックライトが点いてHIの文字が出た後、C1という文字が出れば拡張成功です。ここまで手を放しません。
C1表示を確認したら手を放して一度電源を抜きます。これで、次回電源を入れた時から周波数の設定範囲が76~108MHzになっています。
もう一度同じことをやって、表示がC0になれば87~108MHzの範囲に戻ります。

右のFREQ-とFREQ+を同時に押しながら電源を入れるとb0という表示が出て、同様に電源を入れなおすとバックライトが20秒で自動消灯するようになります。b1が常時点灯です。

基板裏にはTXD/RXD/GNDという端子があり、どうやらUARTが出ているようです。
これで何ができるかはわかりませんが。


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PAKU

購入したのでANT端子に3cm程度のリード線を繋ぎ(反対の端オープン)通電して動作確認しました。(給電のみの単独モード)
ひとまず一晩放置しても壊れることはありませんでした。
翌朝、名刺サイズラジオを持って近所を散歩したら、ちょっとまずいぐらい遠くまで電波が届いていることを確認したので即電源断。
抵抗器で電力を消費させても、自分が求める以上に電波が届いてしまうんじゃないかな。
by PAKU (2017-09-16 02:07) 

sawada

アンテナ端子にダミーロードを付けないで短い電線を付けた場合、短い電線部分からは電波はほとんど放射されずに、他のケーブル(電源ケーブルやオーディオケーブル)から放射されます。その3cmの電線無しでも同じだけ飛びすぎる状況になるでしょう。

ダミーロードを付ければ、電力はダミーロードで消費されて反射が起きず、他のケーブルに漏れ出すことも起きません。整合のとれたアンテナやダミーロード(疑似アンテナ)を繋がない場合は100%反射が起きますので、基板からいろいろな経路を伝って電波は漏れまくります。

ゆえに、ダミーロード(抵抗)と短い電線を併用した場合の方が放射される電波は著しく低下します。

by sawada (2017-09-18 22:37) 

PAKU

ありがとうございます。
周辺の回路や線材から出ていったのですね。
がっちりダミーロードで減衰させてからテストしてみます。
by PAKU (2017-09-19 12:50) 

oumi

勉強になります。アマゾンのレビューを見て、購入するかどうか迷い、こちらに来ました。
質問が二点あります。
1.BHC-M-D01は、抵抗で電界強度を法律範囲に抑えれば、「ミニFM」として使い物になるようなものでしょうか?
一応、商品説明には「プチFM(ミニFM?)放送局も可能です」とありますので……

2.また、ミニFMとして使える場合、抵抗は大体何Ω以上でしたら、法律範囲に収まるでしょうか?ダミーロードについては51Ω屋内に十分届くと拝見しましたので、自作するとしたら39Ωか47Ωになると思います。
by oumi (2017-09-21 22:38) 

sawada

実際の数字を使って計算しました。
※細かくは周波数で電界強度は変わります。

3m離れて電界強度が500μV/mとなる条件

・周波数80MHz
・1/4λの標準送信アンテナ(長さ90cm)を使用
・送信出力-42dBm

これが合法の範囲。

このFMトランスミッタの出力は公称100mWですからdBm表示になおすと+20dBm。
その差は62dBですので、62dB以上のアッテネータ(減衰器)が必要です。計算しやすくするために切りの良い63dBとします。

63dBは倍率に直すと1/2000000(200万分の1)ですので、出力される電力をほぼ全て消費させないとなりません。
※逆に言うと、何もせず標準アンテナに繋ぐと法令の200万倍のパワーになってしまいます。

このことからダミーロードを使うという話に繋がります。

ではどうすれば良いか。

ぴったりギリギリに持って行くのは困難ですので、100%ダミーロードに食わせてしまい、そこから漏れ出る電波を使用することになります。(このトランスミッタは出力が大きすぎて、合法に扱うには実はやりにくいです)

ダミーロードは50Ωの抵抗を使います。
これは100Ωの抵抗を2本並列にするのが簡単です。
※直列と並列の違いはわかりますよね

100Ωの抵抗を並列接続して50Ωを作り、片側をアンテナ端子に、反対側を直近のGNDに繋ぎます。
この状態でアンテナリード無しで使用するのが安全です。

一般的なポケットラジオ等で、綺麗にステレオで聞こえるのは10m程度になるでしょう。屋外の見通しの良い場所で30m程度だったと思います。100mは飛びません。合法ミニFMはその程度です。

どのようなケースに入れるかによって漏れ具合は変わってきます。
もし、しっかりした金属ケースにおさめる場合、漏れがかなり少なくなってしまうので、この状態でアンテナ端子にリード線をつけて漏れ電波を引き出してやります。10cm程度あたりになるかと。厳密には細かい計算をするか実測しないとなりません。

ようするに、出力がとても大きいので、出力される電力は抵抗で全て熱にしてしまい、基板から漏れ出す電波を活用する感じです。
気持ち電波を強くしたいときは、標準アンテナよりも十分短いリード線をちょろっと追加する程度に抑えましょう。欲を出すと簡単に違法パワーになってしまいます。


補足説明
ダミーロードとはアンテナの代わりに使う物です。
ここでFMトランスミッタのアンテナというと1本のリード線の片側を本体に繋ぐイメージですが、ダミーロードは片側を繋ぐだけとか、本体とリード線との間に直列に入れて動作する物では無いです。乾電池に豆電球を繋ぐのと同じく、アンテナ端子とGND(マイナス端子)に抵抗の両足を繋ぐ形です。アンテナ端子が乾電池の+極、GNDが乾電池の-極というイメージです。
アッテネータ(減衰器)を作ってきっちり管理する方法は別になります。ただし、60dBの減衰をもれなく管理するには高い技術(板金工作も絡む)が必要です。

by sawada (2017-09-21 23:45) 

oumi

丁寧なご説明ありがとうございます。拝見させて頂きました。
ダミーロードの抵抗は50Ω以上程度にしないと本当にアウトなんですね。また、50Ωでも、やり方によっては電界強度が3m地点で500μV/m以上なんてこともあるということですね。
また、ダミーロードの詳しいつなぎ方の説明についても、ありがとうございます。

電波については30mくらいですか。十分ですね。
実の所をいうと、近所が高齢世帯が多く住む地域で、多くの高齢者の方々がインターネットを持ってない環境です。
そして、昨今の異常気象や地震、情勢を踏まえた際に、緊急時の情報を届ける手段として、ネットを使える住民がミニFMでコミュニティレベルに対応した最新情報を届けるのはどうかという話があがりまして、そこで、送信装置として、本機を検討していた訳です。
もちろん、ボランティアですので、そんなにお金はかけたくありませんし、この機器について質問させて頂いた次第です。
やるなら法令順守は第一ですので、電波に強い人を呼びながらやってみようかと思います。

改めて、ご回答ありがとうございました。
by oumi (2017-09-22 21:13) 

sawada

oumiさん
電子回路というか無線工学はご存じないようです。
「50Ωより大きい事が必要」という話は出てこない世界です。50Ωで無いとダメなのです。
送信機に接続されるアンテナのインピーダンスという物が50Ωで整合するため、そのアンテナの代わりに50Ωの抵抗を使って電波を空間に放出せず熱に変える事をするわけです。
これが50Ωでないと、違った分だけ管理できない状態で漏れ出てしまいます。大きくても小さくてもよからぬ事が起きます。理論上、アンテナ系が50Ωの時に送信機から出力された電力が綺麗に消費されます。

この製品は出力が大きいため、合法範囲に下げるのがとてもめんどくさく難しいです。なので、知識がないのであれば元から合法の製品を使った方が良いです。そんなに高くありませんし。遠くまで飛ばないのは合法であれば同じです。

近隣のコミュニティに使用しようと考えている旨、理解しました。これも現実的には無理があります。この製品を使う以前に。

免許不要なミニFMの電波強度の場合、たとえば自宅の2Fベランダに送信アンテナを設置して、周りの家(木造一戸建てとする)の中のポータブルラジオで聴取できる範囲は、実際は周囲2~3軒が良いところになるでしょう。鉄筋では隣の家でも全く聞こえません。自分の家の中で綺麗に聞こえるのがせいぜいというのがミニFMの実力です。隣接する家でやっと聞こえる程度なので、近隣住民へのサービスには役に立ちません。聴く側がみな2Fのベランダにラジオを持って出れば、30m離れたところにも届くであろうという感じになります。

このような小さなエリア(町内・自治会程度)をカバーするためにあるのが「コミュニティFM」です。1~2kmのカバー範囲を持っていますが、免許と有資格者の設置が必要な物です。

ようするに、電波を素人に扱わせられる範囲というのは、その人の周囲、手が届く範囲くらいにしか許してくれないわけです。

by sawada (2017-09-22 22:16) 

oumi

早速のお返事、ありがとうございます。
はい、当方、子供時代にFMトランスミッターが流行り、それを使ったキリで、無線知識について全くの素人ですので……

周辺については、木造家屋が多く、やや密集しているので、屋根裏部屋の天井窓から飛ばせばいいかと思いましたが、サワダさんの返信を拝見させて頂きますと、そうにもいきそうにありませんね。
それならば、有線で地域内を繋いだ方がいいですね。現実的では全くありませんが……。

やはり、多種多様な電波が飛んでいる以上、電波というのは素人には触れられないように規制が厳しくなっておりますね。
昔、旧FM西東京なんてものが一時期地域内で許されていた(法治者は許しませんでしたが)のが懐かしく感じます。このような無免許の人々のモラルハザード的行為が重なり、電波法も電界強度が3m地点で500μV/m以下となってしまったのは悲しいことです……。

とりあえず、この事を町内の会合で報告して、もう少し現実的な手法を考えようかと思います。

再三になりますが、ありがとうございました。
by oumi (2017-09-22 23:28) 

sawada

話はそれますが、同じような事を考えて、田舎の地で非合法ミニFMを作り、町内に放送していた人が居ました。その地域は山に囲まれているためラジオの入りが悪く、小高い位置に家があるその人の家で受信したラジオ放送をそのままミニFMで再放送していたそうです。

これが見つかって検挙される騒ぎに。
電波は控えめだったのですが強すぎたこと、そして無断で再放送したことが法に触れたようです。

しかしこれには後日談があります。
合法のコミュニティFM局を立ち上げる話になっているそうです。やはり、ラジオが聴けない地域というのが災害時に問題だという話なのでしょう。


さて、こちらの記事を見ていただけないでしょうか。
ttp://bwt.blog.so-net.ne.jp/2014-04-29
※URLのあたまにhを追加してください。
これは、自宅に特定小電力無線の中継器を設置した話題です。
特小無線も市街地では数100m程度しか飛びませんが、中継局を使えばかなり遠くまで届くようになります。
こういった物を(コストはかかりますが)使うのも手段として紹介しておきます。
これなら双方向で通話できますから、携帯電話基地局がダウンしても繋がります。

by sawada (2017-09-22 23:41) 

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