送信機の製作∼ワイヤレス・モニタ・システムの実験

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第 4 部 無線機を作ってみよう
第
2
章
微弱電波によるワイヤレス・データ通信の実験製作
（1）
送信機の製作∼ワイヤレス・モニタ・システムの実験
本稿では 2 章に分けて，手製作でも確実に動作する微
弱電波の送信機と受信機の製作をテーマに解説します．
本章と次章で紹介するワイヤレス・モニタ・システ
ムを 写真1 に示します．
いて，離れていても動作の状態がわかる便利さと，眼
や耳が不自由な人の生活を支援する器具として役立つ
ことをねらいます．システムの構成を 図1 に示します．
図1
応用事例として，LED ランプなどのインジケータ
のリモート・センシングを行います． 写真2 のよう
にランプなどの点灯の状態をセンサで検出し，点灯か
ら消灯あるいはその逆の変化があったときに電波を出
します．センサは吸盤で家電製品や防犯機器などに付
けられるようになっています．
受信機は信号を受けると音や光を出すようになって
写真1
微弱無線送受信機の応用事例
微弱電波
光
315MHz
送信機
光
受信機
音
センサ
振動
⋮
写真2
製作する送受信ユニットとセンサ部の外観
センサを洗濯機のLED 表示部に取り付けたようす
センサ部
2- 1
ハードルは多いが越えられる，
一つずつ工夫していこう
高周波回路の製作は敷居が高い？
携帯電話，無線 LAN，ロボット，ラジコン模型…
など，近距離の無線通信の応用は年々広がっています．
しかし，この領域は自分で製作や実験を行ってみよう
となると，ハードルがいくつもあって気軽に踏み込め
ないのが実情です．
● ハードル 1…法規制の問題
コードレス・テレホンの通信距離は見通し 100 m ほ
どですが，この程度の電波出力（特定小電力）でも認可
なしでは利用できません．
92
自由に出せるのが「微弱電波」と規定されている範
囲の電波で，うまく作れば見通し 30 m ほどの通信が
できます．
送信機自体は 3 V の電池とトランジスタ 1 本でも構
成できるほどですが，問題はその出力が微弱電波の範
囲に入っているかどうかを検証するのが大変なことで
す．電波暗室，スペクトル・アナライザ（スペアナ）に
標準アンテナと，個人はおろか無線関連の製品を作っ
ているメーカでさえもそろえるのが大変なほど大がか
りな設備が必要です．
第 2 章 送信機の製作∼ワイヤレス・モニタ・システムの実験
プリント基板のガーバ・データを公開しますので，利
微弱電波がもっとも効率的に使えるのは，後述のよ
用してください．このプリント基板が動作し，受信機
うに 322 MHz よりちょっと下がった周波数領域です．
も動作すれば，以後の製作への貴重なテスト・ツール
この領域になると，1 pF 未満の容量や数 nH のインダ
ともなります．
基礎編
● ハードル 2…手製作が困難
クタンスが動作を大きく左右します．ワイヤを使った
● 微弱電波とは
送信機について述べるまえに，電波法で規定されて
いる微弱電波について説明します．微弱電波であるか
用となっています．実験用に基板を起こすことは最近
どうかは受信側の電界強度で決まります．どのような
はかなり手軽になってきましたが，アートワーク専業
でない人がパターン設計を行うのは能率が良いとはい
えません．ましてや，プリント基板ができあがっても
動くとは限らない…となれば二の足を踏んでしまいま
す．
送信機でも送信電波の強さはアンテナ次第で変わりま
すから，「微弱電波用の送信機」というものは本来あ
りません．
電界強度はピーク値が記録できる電界強度計，ある
いはスペアナで測定されます．測定環境についてはほ
ぼ規格化されており，
「3 m 法」と呼ばれる方法では
● ハードル 3…動作確認が難しい
送信機と受信機を作ったけれど動かない，どちらが
次のようになっています
（昭和 63 年 2 月 25 日に告示さ
れた郵政省告示第 127 号の要約， 図2 参照）．
悪いのかもわからない，ということは起こりえます．
s測定する場所は平たんで周囲に建築物その他の電波
を反射する物体がなく，かつ，直径 6 m，短径 5.2 m
の楕円の範囲内に測定の障害となる金属物体がないこ
と．
短波放送とか FM ラジオの中間周波数程度までなら，
中級品のオシロスコープがあれば信号を見ることで原
因をたどることができます．しかし，300 MHz を越
える世界ではプローブ自体が測定の妨げになり，信号
をとらえるにはまったく別の手段がいります．それも
お金と手間がかかる話で，ためらっているうちに迷宮
入りしかねません．
＊
本稿では，プリント基板を起こす代わりに銅板をグ
ラウンド・プレーンに用いる手法で，手製作でも動作
する高周波回路の製作法を解説します．
送信機についてはアンテナを基板上に設けました．
これに沿って製作した送信機が電波法に触れないこと
は，電波暗室で測定して確認ずみです．これでハード
ル 1 と 2 は越えられます．
ハードル 3 に対しては，送信機の高周波部分だけを
モジュール化したプリント基板を作成しました．この
1∼4m
可変
ダイポール・アンテナ
（水平）
ダイポール・アンテナ
（垂直）
1.5m
回転
測定器
5.2
常に厳しく規制されます．一方，通信距離を伸ばすに
は ア ン テ ナ が 短 く て す む 高 い 周 波 数 が よ い の で，
315 MHz がよく使われます．
図3
3 m 法での電界強度の測定環境
絶縁物で作った台．
被測定物をここに置く
sアンテナは半波長ダイポールを用い，地上高を 1 m
から 4 m まで変化させ，水平偏波および垂直編波の双
方における電界強度の最大値をもって送信機の出力と
する（スペアナの帯域幅に関する項は省略）．
電波暗室でなくても畑や運動場に行けばこれらの条
件がクリアできますが，気象条件や外来電波に測定結
果が左右されます．
図3 のように，電界強度は 322 MHz を越えると非
m
3m
6m
導電性の網や金属板を
敷くと再現性がよい
微弱電波とみなされる電界強度の範囲
1000
電界強度［μV/m］
図2
s送信機は，木その他の絶縁材料により作られた高さ
1.5 m の回転台の上に，通常の使用状態に近い状態で
設置すること．
500
100
35
10
1
100k 1M
10M 100M 1G
322M
周波数［Hz］
10G 100G
2-1 高周波回路の製作は敷居が高い？
1T
150G
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実践編
手配線では，動作したとしても再現性のある回路は組
めません．
また，この用途の IC や受動部品はすべて表面実装