144MHzSSBハンディトランシーバー(144H4)                                戻る

◆はじめに(2017/5/26)
144MHzの電池内蔵SSBトランシーバーを作ってみようと思ったのは、秋葉原で550mAHの単4ニッケル水素を見つけたのがきっかけでした(1990年代後半では単4は220mAHのニッカドが一般的でした)。1997年に1号機を作り、その後数年おきに2号機(144H2)、3号機(144H3)と作ってきました。見た目は同じようなものでもその時点での自分なりの考え方や入手部品の関係で回路を変更してきています。今年は144S5機の改造でトロイダルコアを採用したり、バラモジにNE612を使ったりと144MHz機の性能改善を進めており、これを7.2V仕様のハンディ機にも反映して2017年バージョンを作ろうと思います。

 
(左)1号機、2号機 (右)ラグ板による144H4試作機

特徴(2017/6/2)

  1. 充電池内蔵のコンパクトな144MHzSSBトランシーバーでロッドアンテナとマイクを接続すれば即運用できる。
  2. ボリューム(回転角300度)による主同調でバンドをスピーディーにワッチ。副同調で微調整ができる。
  3. 充電池の電圧が6V以下になるとLEDが点灯し充電のタイミングを知らせてくれる。
  4. 144MHz部はアミドン(マイクロメタル社)のトロイダルコアを採用し損失の少ない増幅を実現。
  5. VXOとクリスタルフィルタの水晶は市販の安いものを使用。
  6. ケースはアルミ板で自作。

仕様(2017/6/2)

  1. 周波数 : 144.140〜144.260MHz
  2. 送信出力 : 300mW
  3. 終段 : 2SC2055
  4. 受信部 : 高1中2シングルスーパ
  5. 中間周波数 : 12.288MHz
  6. サイズ : 幅11×高42×奥行100mm (突起部を含まず)
  7. 電源電圧 : 7.2V(動作電圧 6〜8V)
  8. 充電池 : 単4エネループ(750mAH)6本
  9. 消費電流 : 最大160mA(300mW出力時)、最小30mA(受信無信号時)
  10. 質量 : 430g(マイク、ロッドアンテナを含まず)

製作上配慮した点(2017/6/23)

◆共通部

  1. VXO発振部では入手が難しくなってきたバリコンの代わりにバリキャップ(FC54M)を使い、ボリュームを2個使用して主同調と副同調に分け、主同調による迅速なワッチと副同調での微調整ができるようにしています。副同調の可変範囲は 144.150Mで±170Hz 、 144.200Mで±1.5kHz 、 144.250Mで±2kHz となりました。
  2. VXOでは44MHz部と132MHz部は複同調にしてスプリアスの少ない信号を作ります。
  3. 三端子レギュレータはドロップ電圧の少ない(0.5Vほど)AN8005(5V用)を使いました。
  4. 電池電圧降下検出回路では6V以下になったときにLEDを点灯させ充電を促すようにしました。
  5. 電源電圧が7.2Vと低いため送受切替の回路は電圧降下の少ないものを採用。
  6. 送受の動作を表示するLEDは高輝度の青/赤2色タイプを使用し、消費電流は1mA以下。

◆送信部

  1. 送信部はストレート3段増幅のため動作が不安定になることがあります。今回は2SK439のゲートに6.8kΩ、ドレインに75Ωを入れて発振止め対策としました。
  2. マイクアンプの入力部には6.8kΩと0.022μFによる簡単なローパスフィルタを入れ、不要な高域をカットすると共に高周波回り込みの防止対策としています。

受信部

  1. アンテナ端子に50Ωダミーロードや調整されたアンテナをつないだときは安定動作するものの、50cmのロッドアンテナをつなぐと動作が不安定になることがありました。そのため高周波増幅の入力部に極性を逆に接続したシリコンダイオード2個を基板の裏に追加しました。このダイオードの本来の用途は過大入力をクリップして高周波増幅部を保護するためのものですが、今回は入力インピーダンスを安定化させるために使いました。

 基板裏に追加した2個のシリコンダイオード


使用する部品

◆ボリューム(2017/6/23)
バリキャップに電圧を供給するボリュームは安定した周波数を発振するためのリグの心臓部とも言える部品であり、主同調は通信機用(共立で@388)副同調部は角型のモールドタイプ(@100ほど)を使うことにしました。φ16の一般用でも当初は問題無いと思いますが、摺動面はカバーされているものの外気に接触しているため、いずれはガリオームになると周波数飛びの原因になります。その点密封型は長期的な安定性が期待できるため採用することにしました。


(左)主同調/φ24通信機用 (中)副同調/角型 (右)φ16一般用

◆トロイダルコア(2017/6/23)
サトー電気で販売している7Kコイルについて性能評価のため国産と中国製を空芯コイルと比較してみたことがあります。その結果50MHzまでは遜色無く使えますが、144MHzになると伝達効率が70%ほどに低下することが判りました。しかしFCZコイルの144MHz用は空芯コイルと同等の性能であり、おそらくコアがフェライトではなくカーボニル鉄を使っているからではないかと推察しました。私が作る144MHzのトランシーバーはサトー電気の7Kボビンを多用しており、損失分は増幅度でカバーするしかないかと割り切っていたものの、頭の隅には引っかかっている問題でした。アミドンやマイクロメタルのトロイダルコアはカーボニル鉄を使い損失が少ないとPRしており、ここで採用してみます。

 

トリマコンデンサ(2017/6/30)
φ5の小型トリマコンデンサは日本橋の共立で購入できましたが昨今は入手困難になったので、サトー電気の通販にて@50ほどで購入しました。周囲を樹脂でカバーしたものの方が入手はしやすいのですが、画像のタイプはローターの位置がわかりやすい(容量が推測できる)ため採用しています。

NE612(2017/6/23)
NE612(SA612等)は値段も様々で20年ほど前は共立電子で500円しており、気楽に使えるものではありませんでした。現在でも1Kほどの値段をつけている店もありますが、私はイーエレにて320円で購入しました。外付け部品が少ないのでバラモジ部は簡素化でき、また使わない2、7ピンはパスコンでグランドに落としてバランスが崩れないようにします。

 NE612AN

水晶(2017/5/26)
サトー電気でフィルタに使う12.288MHzのHC49US水晶(@40)を30個購入し、発振周波数の分布を調べました。フィルタに使う水晶のバラツキは帯域の10%といわれており、2.4kHzの場合は240Hzになります。そのため6個を高い周波数順に選び、また局発の水晶は一番低い周波数のものとします。

水晶の端子間容量を3個測定すると、その平均は2.5PFでした。そのためラダー型の2.4kHzフィルタを作ろうとすると両端は41PF、中央は82PFになり、インピーダンスは316Ωと計算できました。

 

S/RFメータ(2017/7/7)
S目盛りのあるラジケータは以前はデジットにて見かけたのですが、ここ何年も見かけることはなくなりました。小型のラジケータを見つけた場合はぜひ買い込んでおいてください。正面パネルへの固定は0.6mm厚のアルミ板で画像のようなものを作り、2mmのビスで固定しています。

放熱器(2017/6/30)
0.2mmの銅板を幅10mmに切り出し、終段の2SC2055に巻きつけ、合わせ面を半田付けし、隙間には放熱用のシリコングリスを充填しておきます。終段電流は最大80mAなので放熱器なしでも大丈夫とは思いますが、安全のためつけておきました。放熱器には「2055」と書いて終段の石に何を使っているか判るようにしておきます。

スピーカー(2017/6/23)

  1. スピーカーは口径φ45(外径φ50)厚み8mmのものを使いました。樹脂製のコーン紙で補強用の凹凸がありますが、どこで購入したかは記憶なし。
  2. カバーへの固定はアルミ板をL型に曲げたものを4個作りビスで固定します。
  3. 取り付け位置についてはカバーを被せたときにプリント基板上の部品と干渉しないよう事前に確認しておくことが必要です。
  4. スピーカーの穴はCAD図を両面テープでカバーに貼り付け、穴の位置にドリルで穴明けしました。
  5. スピーカーケーブルは脱着が容易にできるようピンコネクタを使って画像のようなものを作りました。

   

  
(左)ピンコネクタ (中)ピンコネクタを2個ずつ使ってオス/メスの端子を作る (右)端子を接続したところ

充電池(2017/6/30)
パナソニックのエネループというニッケル水素充電池の単4型6本を使いました。元はSANYOの商品で下のような特徴があります。

  1. 自然放電が少なく10年後でも残容量70%
  2. スタンダードモデルの繰り返し使用回数は約2100回
  3. 継ぎ足し充電ができる
  4. 低温に強い

 単4エネループ スタンダードモデル

電池ケース(2017/6/23)
電源として単4サイズの充電池を6本使いますが、6本用の電池ホルダが入手できないため3本用のホルダを2個つなぐことにします。全長52mmのホルダを4mmカットし裏側にある黒色の線をつなぎ、絶縁のため1mm厚のゴムシートを挟んで後部パネルに2.6mmの皿ビスで固定しました。後部パネルの厚みが1mmでは電池ホルダのバネの力で反り電池が外れやすくなるため1.5mm厚にしました。また電池を後部パネルに取り付けることで重心が下るため、リグを置いたときの安定感が増します。

 
(左)単4×3電池ケース (右)端を4mm切って裏側の線をつなぐ

 間に絶縁用の1mm厚ゴムシートを挟んで後部パネルに固定


ケースの製作

パネルデザインと操作性(2017/6/2)
このトランシーバーは正面パネルを上にし、左手でマイクを持ち、右手でチューニングをするという運用スタイルになるため下のようなデザインを考え、Sメータや表示LEDは手前に、ツマミ類は奥側に置き、また操作し易いかどうかを確認するため正面パネルを先に作って検証を行いました。

 

 

カレイナット(2017/7/7)
カバーをケースに固定するため側板にM3のカレイナットを圧入しました。以前はM3のナットを2液性接着剤で固定していましたが、カレイナットの場合はφ4.5の穴をあけ裏側から引っ張り締めすれば固定されます。作業は楽になりましたが単価の高いのが難点です。(秋葉原・ネジの西川にて30個600円)

  
(左)カレイナット (中)側板に圧入 (右)反対側


基板の製作

プリント基板の設計と作成(2017/6/9)

  1. 回路はトランスバータ部とジェネレータ部に分け、100×60mmの基板2枚に収めることにします。
  2. トランスバータ部のパスコンは102または103を使って効率よくバイパスを行うと共に、パターン自体も簡単になりました。
  3. チップコンのサイズが1.6×0.8mmと小さいため半田付けには注意が必要です。
  4. 電極部にクラックが入るとパスコンとして機能しなくなるため、保険として予備にもう1個つけておくという手もあります。


(左)トランスバータ部 (右)ジェネレータ部


(左)トランスバータ部 (右)ジェネレータ部

部品の取り付け(2017/6/16)
部品の取り付け(半田付け)は回路図と表裏のパターン図を見ながら粛々と進めます。もし回路図どおりでないパターンミスがあればカッターでパターンを切って修正しますが、穴の空いていない箇所があったりと手作りの場合は1つや2つのトラブルは日常茶飯事です。hi なおトランスバータ部は扱う周波数が高いためガラエポ基板を使用し、ジェネレータ部は安いベークを使いました。

 
(左)トランスバータ部 (右)ジェネレータ部


試験台での動作確認と調整(2017/6/16)

  1. 完成した基板をいきなりケースに取り付けてしまうと銅箔面が隠れ、動作不良の場合に修正ができないため、L型アングルを使った試験台に乗せて仮配線を行い試運転します。
  2. 送信部/受信部とも安定して動作するか、受信感度は他機と同程度か、送信出力は予定通りかなどのチェックを行います。
  3. 基板を押して反らせたとき、受信感度が落ちたり送信出力が減る場合はチップコンデンサの電極にクラックの発生している可能性があります。
  4. 間違った周波数に同調してしまうと様々なトラブルに出会うため、アンテナ端子に取り付けたパワー計の振れを最大にするだけでなく、144MHzの受信機でモニタしながら音が大きくなる位置に同調を取ります。
  5. スペアナかFFTがあればスペクトルを見ながら目的外周波数が発生していないかも確認します。

 試験台での試運転

◆ケースに入れて動作を確認(2017/6/30)

  1. 試験台に乗せて各部の調整や動作確認ができたら基板を外し、銅箔面に付着した半田くずやフラックスの汚れをシンナーをふくませた綿棒で掃除し、動作不良の要因を減らしておく。
  2. 2枚の基板をケースに取り付けて内部配線を行い、再調整と動作確認を行う。
  3. ロッドアンテナを取り付けて実運用に近い状態で動作させ、不具合があれば再度試験台にもどして調整する。(実際に数度繰り返しています)

 シンナーをしみ込ませた綿棒で銅箔面を掃除する

 
(左)トランスバータ部 (右)ジェネレータ部

◆正面パネルのレタリング(2017/7/7)
正式には塗装後にレタリングをしますが、とりあえずはインクジェット用の粘着シートに正面パネルのデザインをプリントして貼り付けました。


調整手順(2017/7/14) 

◆準備する測定器

  1. テスター
  2. RF電圧計
  3. 周波数カウンタ
  4. AF発振器(オーディオジェネレータ)
  5. RF発振器(テストオシレータ または シグナルジェネレータ)
  6. クリスタルイヤホン
  7. 144MHzのトランシーバー(FT817等)
  8. 50Ωダミーロード
  9. パワー計(QRPパワーメータ等)
  10. 可能であればスペクトラムアナライザー、もしくはFFT機能のあるデジタルオシロ(*印部)

◆共通部

電圧降下検出部

  1. 外部電源をつなぎ電圧が6VになったときLEDが点灯するようVR3を調整

スタンバイ部

  1. 7.2Vを供給し、スタンバイスイッチをON/OFFして受信部及び送信部に7.2V近い電圧が出ているかをテスターで確認

局発部

  1. TP6に周波数カウンタをつなぎ12.285MHzになるようTC11を調整する

VXO部

  1. VXOに5Vが供給されているかをテスターで確認
  2. TP1にRF電圧計をつなぎ発振していることを確認
  3. TP1に周波数カウンタをつなぎVR1を左に回しきったときの周波数が14.650MHzになるようT8のコアを調整する。またVR1を右に回しきったときに周波数が14.664MHz付近になるかを確認
  4. TP2にRF電圧計をつなぎ出力が最大になるようT9、T10のコアを調整する
  5. TP3にRF電圧計をつなぎ出力が最大になるようT11、T12のコアを調整する
  6. (*)TP3にスペアナをつなぎ132MHz以外の成分が出ていないかを確認

受信部

  1. TP4にAF発振器をつなぎ、1000Hz前後のサイン波を出してスピーカーからきれいな音が出てくるかを確認
  2. TP5にRF発振器をつなぎ12.288MHzを発振させてSメータの振れが最大になるようT13、T14のコアを回す
  3. 144のトランシーバーで144MHzを送信し、Sメータの振れが最大になるようTC1、TC2、T7、T13、T14を調整する

◆送信部

  1. マイクをつなぎ、TP7につないだクリスタルイヤホンから素直な音声が出るかを確認
  2. TP5にRF電圧計をつなぎ、音声に従ってメータの針が振れるかを確認
  3. マイク端子にAF発振器、アンテナ端子にパワー計をつなぎ、出力が最大になるようTC3〜TC10を調整する。同時に144の受信機で発振音を聞きながら最大になることを確認しておくと間違った周波数に同調することが無くなる
  4. TC3〜TC10を回したとき出力がスムースに変化し、異常発振していないことを確認
  5. マイクをつなぎ144のトランシーバーで受信しながら音声が素直な音かを確認する
  6. (*)アンテナ端子ダミーロードを接続し、そこにスペアナをつないで144MHz以外の成分が出ていないかを確認

各部の測定

◆FFTでの観測(2017/6/23)
試験台に乗せて各部の高周波電圧チェックや波形の観測を行いました。

  1. VXOの出力をFFTで見ると44MHz及び132MHz部に使用した複同調の効果でスプリアスが抑えられ、目的とする132MHzの成分のみが現れています。
  2. アンテナ端子の成分も144MHzのみで2倍波等の不要な成分は観測できません。

 
(左)VXOの出力132MHz (右)アンテナ端子144MHz

VXOの周波数変動(2017/7/7)
VXOの132MHzにおける周波数変動を調べてみました。電源投入後の1分は大きく変動しますが、その後は10Hz/分以下であり、私が基準とする100Hz/10分以内に入っており電源ONしてから1,2分たてばオンエアできるレベルです。ただし運用中はリグに直射日光を当てないと言った急激な温度上昇への配慮は必要です。

入力周波数対送信出力(2017/7/7)
マイク端子にオーディオジェネレータをつなぎ、入力周波数を変化させたときの送信出力を測定しました。男性の声は500Hz前後なのでこの程度の帯域であればOKと思います。


使用感と改善点

Sメータの振れが悪い(2017/8/11)

  1. 144H4機を使ってみるとSメータが硬い(振れが悪い)という印象があり、使用しているメータのフルスケール電流値を測定してみると450μAでした。
  2. 他のリグで使っているSメータの電流値は250〜300μAなので、振れが悪いと感ずるのはメータの電流値が原因のようです。
  3. 画像のメータはS目盛りと5Wまでの出力が印刷されたもので、以前は日本橋のデジットにて@250で入手できました。小型で144H4機には丁度良いサイズなので針の振れをもう少し良くしようと思い、AGC増幅は現状の1段のままで結合コンデンサとか抵抗の値を変えてみたものの、耳Sに近い値まで振らすことはできませんでした。
  4. 次にAGC増幅を2段にしたところSメータの振れ良くなって耳Sに近くなりました。ただし余り増幅度を上げてしまうとノイズだけでSが3とか5まで振れてしまうため、ほどほどの増幅度にしています。
  5. 現状の基板にあと1段AGC増幅を追加できるスペースはないため、基板を作り直すかどうかは未定です。

 
(左)Sメータ (右)AGC2段増幅の実験


◆ロッドアンテナにすると受信時に発振気味になる(2017/8/11)
「製作上配慮した点」でも書きましたが、ダミーロードやグランドプレーンをつないだときは安定動作するものの、50cmのロッドアンテナをつなぐと動作が不安定になることがありました。そのため高周波増幅の入力部に極性を逆に接続したシリコンダイオード2個を基板の裏に追加して対策としました。


運用実績

日付

相手局

MY

HIS

当局アンテナ

当局運用地

  相手局運用地

距離(km)

2017/7/1

JH3BTW/3

59

59

8mH 1/4λGP

伊丹市(自宅)

兵庫県西宮市

9

2017/7/8

JO3ALU/3

59

59

スリーブアンテナ

宝塚市(移動)

京都府宇治田原町

50

2017/7/23

JH2FTE/3

59

59

8mH 1/4λGP

伊丹市(自宅)

奈良県吉野郡天川村

80

2017/7/23

JA3WCZ

53

57

スリーブアンテナ

宝塚市(移動)

大阪府泉佐野市

47

2017/8/26

JM3ROY/3

59

59

スリーブアンテナ

宝塚市(移動)

 和歌山県海草郡紀美野町 

80

               

<完了>