負荷がコイルの場合は？

このシミュレーションの負荷は、伝送線路的トランスによる 4:1 (または9:1) のインピーダンス変換器になっている。出力側が50Ωになっているので、増幅器の負荷は200Ω (450Ω) になる。つまり増幅率があがる。

このシミュレーションの場合 450Ω 負荷だと頭うちになっていてあまり意味がないように見える。

なぜエミッタ接地なのか？

電圧増幅+エミッタフォロワみたいな形にしないのは、電圧増幅を伴なう場合エミッタフォロワの意味が薄いから？

を十分流す必要がある以上、負荷抵抗を大きくできない。逆にいうと出力インピーダンスは低くならざるを得ない。出力インピーダンスを直接50Ωとかにマッチングさせるなら、エミッタフォロワを使う意味はない。

ベース接地・エミッタフォロワ

いずれも電流増幅率が1だったり、電圧増幅率が1だったりするので電力増幅に向いてない。

カスコード接続

エミッタ接地の負荷にベース接地をつける形のもの。ミラー効果がなくなるので高い周波数まで増幅できるようになる。ただしトランジスタを2つ縦に繋げるので電源電圧をその分上げる必要がある。

依存の整理

もはや jQuery なしでも簡単に書けそうなスクリプト部分から jQuery 依存を抜きました。また、JSDeferred を Promise で置き換えました。

script 要素の async / defer

script 要素については必要に応じて async や defer をつけるようにし、基本的に外部スクリプトでブロックする可能性を排除しました。

async は script 要素同士で独立している場合無条件につけられます (非シーケンシャル)。defer はページのDOMが構築されたあとに実行されるように遅延されます (シーケンシャル)

defer は DOMContentLoaded 直前にまとめて呼ばれるようです。

外部ライブラリを自分でホスト

外部ライブラリをCDN経由でロードしている部分がありましたが、TLS セッションの無駄遣いな気がするので、自分でホストするように変えました。自分のホストであれば HTTP2 のセッションが生きているので無駄な処理が減りそうです。

動的圧縮から静的圧縮に

h2o で compress: ON とすると accept-encoding に応じて gzip か br で動的に圧縮してクライアントに返却してくれます。

しかし殆ど変更されないライブラリみたいなものは動的にやるのがもったいないので、静的に圧縮するようにしました。特に brotli は圧縮処理が遅い感じなので意味がありそうです。

h2o 的には file.send-compressed: ON にしって、filename.js.gz と filename.js.brを置くようにします。

#!/bin/sh

for f in "$@"
do
        echo "$f"
        gzip --best < "$f"  > "$f".gz
        bro --quality 10 --input "$f" --output "$f".br
done

ブログシステムでのキャッシュ

今まで表示のたびに DB からひいてきてテンプレート処理を行っていましたが、キャッシュするようにしました。もともとそこまで遅いわけではないのですが 、一応これも効果がありました。

ただ、キャッシュを入れるとキャッシュ無効化の処理のために考えることが大変増えます。今のところあまり筋の良い実装ではないのですが、一応動いています。

MathJax のサーバサイド化

[tech] サーバーサイド MathJax で数式表示を高速化する | Fri, Apr 8. 2016 - 氾濫原 別エントリにしました。

いろいろやった結果

キャッシュなしの状態でロードして、DOMContentLoaded まで 300ms を切るぐらいにできました。ただし onload までは2秒〜3秒かかっています。onload まで遅いのは画像のサイズが大きいというのと、あとは主にアドセンスのせいです。

同じ環境で www.google.co.jp のDOMContentLoaded を測ると 170ms ぐらいでしたので、要素数などを比較するといい線まできている気がします。

さらにできることは？

いわゆる minify をやっていないので、これをやる余地がまだあります。しかし結構面倒です。そしてたとえ削れても数kBなので、意味があるのか疑問を持っています。

HTML の断片をうけとって MathJax にかける HTTP サーバ

• https://github.com/mathjax/MathJax-node

幸い MathJax-node という node.js 上で動かせる MathJax があったので、これをそのまま使い、http.Server でラップして、ブログシステムとは別に API サーバを立ち上げました。

#!/usr/bin/env node

var mjAPI = require("mathjax-node/lib/mj-page.js");


mjAPI.start();
mjAPI.config({
	tex2jax: {
		inlineMath: [["\\(","\\)"]],
		displayMath: [ ["$$", "$$"] ]
	},
	extensions: ["tex2jax.js"]
});

var http = require('http');
http.createServer(function (req, res) {
	var html = [];
	req.on('readable', function () {
		var chunk = req.read();
		console.log('readable');
		if (chunk) html.push(chunk.toString('utf8'));
	});
	req.on('end', function() {
		console.log('end');
		console.log('html', html);

		mjAPI.typeset({
			html: html.join(""),
			renderer: "SVG",
			inputs: ["TeX"],
			ex: 6,
			width: 40
		}, function (result) {
			console.log('typeset done');
			console.log(result);

			res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain; charset=utf-8'});
			res.end(result.html);
		});
	});
}).listen(13370, '127.0.0.1');
console.log('Server running at http://127.0.0.1:13370/');

ブログシステムからは保存時にこのAPIを呼んでHTMLをフィルタしてDBに保存するようにしました。

ハマりどころ

動的な MathJax だと、ページのコンテナサイズから適切な幅を計算してくれるのですが、サーバサイドだとそれができませんので、適切な横幅を自分で指定する必要がありました。

スマートフォンでの閲覧を考えると、width: 40 ぐらいにして、念のため CSS で svg { max-width: 100% } とかを入れておくとよさそうです。width が大きいと、数式ごとのフォントサイズが変わりまくって大変うっとおしいです。

MathJax-node の速度

MathJax-node はなぜかものすごく遅いです。ライブラリロード済みでも10秒ぐらいかかります。そもそも起動も遅いです。オンデマンドでやるのは無理そうなレベルです。

MathJax の JS のロードを抑制

これに伴なって、MathJax を使わなくても良さそうな場合、JSのロードすらやめるようにしました。

所感

MathJax の JS は2段階ぐらいでロードされるので RTT が長いほど不利になります。サーバサイドでやってしまえばJSを転送する必要も実行する必要もなくなるのでエコです。おかげでロードが結構早くなりました。

しかもページロード直後から数式が完全な形で表示されるので、ページに数式がある場合、体感的な速度は数倍に感じます。

h2o の設定

sudo mkdir /var/log/h2o
sudo chown www-data:adm /var/log/h2o/

YAML の参照を使うとログフォーマットを使いまわせてよいです。まず global に

access-log: &ACCESSLOG
  path: /dev/null
  format: "..."

と書いて、あとは各ホストで path を上書きする形で設定します。

access-log:
  <<: *ACCESSLOG
  path: /var/log/h2o/host.access.log

なおこのYAML参照は h2o 2.0.0 からのサポートのようです。

logrotate の設定

# /etc/logrotate.d/h2o

/var/log/h2o/*.log {
    daily
    missingok
    rotate 90
    compress
    delaycompress
    notifempty
    create 0640 www-data adm 
    sharedscripts
    postrotate
        svc -h /service/h2o
    endscript
}

h2o は daemontools で管理しているので、postrotate では svc を呼んで SIGHUP を送っています。

一旦状態を確認します

sudo logrotate -dv /etc/logrotate.d/h2o

全ログファイルが log does not need rotating になってるはずです。実際に一度実行します

 sudo logrotate -v /etc/logrotate.d/h2o 

/var/lib/logrotate/status を見ると該当するログファイルが記録されているはずです。日付を一日戻して再度実行するとローテートされることが確認できます。

証明書以外にやったこと

一応 mixed content を回避したり、push してみたりしたくていろいろやりました

• はてなスターのスキーム変更
• スター画像のホスト元 (フォトライフ) のドメイン変更 (cdn-akナントカに)
• tumblr のスキーム変更
• facebook ボタン廃止
• twitter ボタンのスキーム変更
• Amazon 画像のドメイン変更 (過去に遡ってエントリ内の画像URLを変更)
• バックエンドアプリケーション (ブログシステム) へ Link: rel=preload を簡単に吐ける機能を追加

h2o での server push の確認方法

h2o は server push したコンテンツのヘッダに x-http2-push: pushed を含めてくれるので、ちゃんと push されてるか確認する一番簡単な方法はこれを見ることっぽいです。

mruby.handler

    paths:
      "/":
        proxy.reverse.url: http://localhost:5001
        proxy.preserve-host: ON
        mruby.handler: |
          require "/srv/www/rewrite_rules.rb"
          lambda do |env|
            RewriteRules.rewrite(env) do
              rewrite '/favicon.ico', '/images/favicon.ico', :break
              rewrite '/apple-touch-icon.png', '/images/apple-touch-icon.png', :break

              rewrite %r{^/2005/colors-canvas\.xhtml$}, '/2005/colors-canvas.html', :permanent
              rewrite %r{^/2005/colors-canvas$}, '/2005/colors-canvas.html', :permanent

              rewrite %r{^/logs/latest$}, '/', :permanent
              rewrite %r{^/logs/latest.rdf$}, '/feed', :permanent
              rewrite %r{^/logs/latest.atom$}, '/feed', :permanent
              rewrite %r{^/latest\.rdf$}, '/feed', :permanent
              rewrite %r{^/blog/index\.(rdf|atom)$}, '/feed', :permanent
              rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(rdf|atom))$}, '/feed', :permanent

              rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :permanent
              rewrite %r{^/blog(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :permanent
              rewrite %r{^/photo$}, '/photo/', :permanent

              rewrite %r{^/(\d\d\d\d/\d\d(/\d\d)?)$}, '/\1/', :permanent
              rewrite %r{^/\d\d\d\d/$}, '/', :redirect

              rewrite %r{^/view-img(/.+?)$}, '\1', :permanent
            end
          end

h2o の path はディレクトリの指定しかできないみたいなので (自動的に末尾スラッシュがついたりする)、rewrite で同時にパス決め打ちのディスパッチも行っています。

rewrite_rules.rb

class RewriteRules
	class RewriteRulesException < Exception
		attr_reader :response
		def initialize(response)
			@response = response
		end
	end

	attr_reader :env
	attr_reader :path

	def self.rewrite(env, &block)
		self.new(env).run(&block)
	end

	def initialize(env, &block)
		@env = env
		@path_orig = "#{env['SCRIPT_NAME']}#{env['PATH_INFO']}"
		@path = @path_orig.dup
	end

	def run(&block)
		begin
			instance_eval(&block)
			if @path != @path_orig
				return [ 307, { 'x-reproxy-url' => path }, [ ] ]
			else
				return [ 399, {}, [ ] ]
			end
		rescue RewriteRulesException => e
			return e.response
		end
	end

	def rewrite(regexp, replace, flag=:continue)
		if @path.gsub!(regexp, replace)
			case flag
			when :redirect
				raise RewriteRulesException.new([ 302, { 'Location' => @path }, [ ] ])
			when :permanent
				raise RewriteRulesException.new([ 301, { 'Location' => @path }, [ ] ])
			when :break
				raise RewriteRulesException.new([ 307, { 'x-reproxy-url' => @path }, [ ] ])
			when :continue
				# nothing
			else
				raise "unsupported flag: #{flag}"
			end
		end
	end
end

require 'rspec'

describe RewriteRules do
	it "should treat :permanent as 302 redirect" do
		env = {
			'PATH_INFO' => '/logs/latest'
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			rewrite %r{^/logs/latest$}, '/', :permanent
			rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :permanent
			rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
		}).to eq( [301, {"Location"=>"/"}, []])
	end

	it "should treat :redirect as 301 redirect" do
		env = {
			'PATH_INFO' => '/logs/piyo.html'
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			rewrite %r{^/logs/latest$}, '/', :permanent
			rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :redirect
			rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
		}).to eq([302, {"Location"=>"/piyo"}, []])
	end

	it "should treat as internal proxy by default" do
		env = {
			'PATH_INFO' => '/foobar/baz'
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			rewrite %r{^/logs/latest$}, '/', :permanent
			rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :permanent
			rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
		}).to eq([307, {"x-reproxy-url"=>"/bazbaz/baz"}, []])
	end

	it "can write logic in dsl" do
		env = {
			'PATH_INFO' => '/foobar/baz',
			'XXX' => true,
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			if env['XXX']
				rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
			end
		}).to eq([307, {"x-reproxy-url"=>"/bazbaz/baz"}, []])

		env = {
			'PATH_INFO' => '/foobar/baz',
			'XXX' => false
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			if env['XXX']
				rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
			end
		}).to eq([399, {}, []])
	end
end

ところで

rewrite ルールが ruby で書けるということは、すなわち自由にテスト可能であることを意味します。Apache の RewriteRule や nginx の rewrite をテストするのはかなり面倒なので、かなり強力で嬉しい感じがします。

位相反転回路

GND のとりかたが入力側と出力側で逆なので位相が反転します。

この回路、L1 と L2 が結合しているため、これらで1つのコモンモードチョークとして働いてアイソレーションされるために位相反転ができているのですが、なんとかく不思議な感じがします。

自分の中では「コモンモードチョーク」はノーマルモードに影響を与えないイメージなのですが、「コモンモードチョーク」があるおかげでノーマルモードの位相反転ができているのです。ぱっと見だと結線されていない GND 経由 の電流 (すなわちコモンモード) が阻止されることを強くイメージする必要があります。

ところで、結合係数を減らすとどうなるか見てみます。

これはつまりコモンモードチョークとしての機能が失われている場合です。高い結合が得られていない限り機能しなくなくなることがわかりました。

インピーダンス変換器

1:4 のインピーダンス変換器もシミュレーションしてみました。

通常のトランスとの違い

通常のトランスは、一旦電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して再度電気エネルギーに変換するという動作をします。なので、高い結合係数と低いコア損失を同時に実現できなければいけません。

伝送線路トランスはコモンモードのアイソレーションによって実現されており、磁気エネルギーはメインのエネルギー伝達に使われていないので、結合係数が高ければコア損失が多少あっても問題になりません。

回路と実装

4pF が手元にないので3.9pF で代用しました。また、AWG #22 のワイヤーがなかったため、φ0.4mm で代用しています(なのでコイルのQは多少下っているはずです)

特性

書籍内でのこのグラフだと(2)に相当します。

実際にスペアナで同じ範囲を表示すると以下のようになりました。(多少トリマで調整した状態で、完全に追いこめてはいません)

挿入損失が 2dB になってますが、おおむね近い特性が再現できました。

ついでに 50MHz までのグラフです。綺麗に下降せずに盛りあがっています。

ここからさらに広げていっても、ほとんど減衰量は増えていませんでした (スクリーンショットを撮り忘れましたが)

定数変更

実装の関係で、書籍内の定数とすこしずれています。

評価

書籍内のグラフと範囲をあわせたものです。やってて気付いたのですが、書籍のグラフは中心周波数が10MHzではないんですね。狭帯域だからかアマチュアバンドの中心？にあわせてあるのかな。手元の調整は10MHzを中心としてやっています (かなり繊細な調整が必要でした)。

帯域内は約-9dBの挿入損失になっています。

300MHz までの範囲です。100MHz ぐらいまでは -70dB ぐらいまでの減衰があります。

Bluetooth モジュール用基板

Bluetooth モジュールは別途基板を自分で掘って載せるようにしました。場所がないので2階建です。

切削はそこそこ上手くいったのですが、ほとんど肉眼で確認できないのにGNDと導通があったり、実際実装してみると見えない部分で半田がショートしたりと、なかなか厳しい状態になりました。3回ぐらいモジュールの半田づけをやりなおしたのでパターンが剥れたり、ついでに勘違いからRX/TXが逆配線になっていると思ってリワークまでしたけど元々の配線であってたり、、、みたいないろんな思い出があります。

ケースの加工

CNC でやりましたが、プラスチック(ABS) の加工はものすごく苦手意識があります。アルミと違ってプラスチックは溶けるので早く動かしすぎてもダメだし遅く動かしすぎてもダメだしで「安全方向にふる」という運用が通用しないのです。

今回は以下ぐらいでやるとすくなくともエンドミルに溶けたプラスチックが固着して折れるということはなくなりました…… (2本折りました)

• φ1mm 2枚刃 エンドミル
• F500 (割と早い) Z送り50 (かなり遅い)
• 回転数 50% 約5000rpm
  • S500 指定だが、最大1000を最大の電圧として500だけ電圧をかけるという意味で、500は回転数ではない (最大の50%の回転)

タコメータをつけてないので回転数が正確にわかってません。

インターフェイス

見ての通りですがインターフェイス的には

• 電源スイッチ
• LED (Bluetooth の接続状況: 接続待ちは点滅・接続済みは点灯)
• BNC コネクタ

しかありません。これは最初からこうするつもりで作っていて、Bluetooth 経由で接続したスマートフォンから全ての操作を行うという設計です。

というのも、アナライザを作るなら、まず絶対に Bluetooth などで無線化したいという思いがありました。なぜかといえば、実際にフィールドでアンテナの調整を行う場合、給電点と調整点というのは必ずしも一致しておらず、既存のアンテナアナライザーだと給電点と調整点をいったりきたりする必要があって面倒だからです。例えば7MHz帯の半波長逆Vダイポールをフィールドで一時的に立てようと思うと、給電点と調整点では10mぐらいの距離があってしんどいのです。

今後

これでとりあえず使えるぐらいにはなりました。しかし、かなり問題があります。

1. Android 側のアプリケーションの完成度がいまいちなのをなんとかする
   • ソフトウェアだけなのでおいおい
2. インピーダンスのグラフが波うつ
   • どっかで反射の影響が起きていると思うけどどこかわかってない
3. RFアンプの設計からやりなおす
   • というか面倒なのでMMIC使うとか
4. 低消費電力化
   • RFアンプに常時電源供給してしまっているのをやめる
   • RFアンプの再設計
   • AD9851 と Bluetooth デバイスの消費電力がデカいのでできることは限られる
5. ケースに組みこんだら計測にノイズが乗るようになった
   • NiMH 2本を電源にしたいと拘ったため、DC/DC で 5V まで昇圧しているが間違いなくノイズ源になっている
   • Bluetooth モジュールとADC部が近い
6. もっと小さく作りたい
   • MCU が無駄にでかい

単三電池2本の電源内蔵するのも今回なぜかこだわっていたのですが、どうせDC/DCで昇圧するならモバイルバッテリ使えるようにして、電池は内蔵しないほうがコンパクトかつ総合的には荷物が減って良さそうです。