144MHzSSBハンディトランシーバー(144H5) 

はじめに(2019/9/6)
144MHzSSB0.3Wハンディトランシーバ
144H4機を作り移動運用を楽しんできました。小型軽量(430g)なことは移動運用にとってありがたい要素ですが非力さを感じることもあり、もう少しパワーのあるものが欲しいと思っていました。数十年前にトリオのTR1000や井上のFDAM2を見てきた世代としては「ハンディトランシーバーの出力は1W」という刷り込みが残っています。これまでの経験では周波数変換後の3段増幅で50MHzまでは出力1Wが可能なものの、144MHzではUHFの石でも使わない限り1Wは難しいため、もう1段追加することにしています。ところが先日50MHzのリニアアンプ実験をしていたとき、部品変更したところ50%ほど出力が増えた事があり、144ではどうなるだろうと試行することにしました。

◆バイアス回路の部品変更(2019/9/6)
回路1はこれまで7〜144MHzで継続的に使って来た一般的なバイアス方式で、どちらかというとQRPな回路に見かけます。回路2は抵抗(47Ω)をRFC(1.2μH)に変更したもので、ハイパワーな回路で見かけます。大した差は無いだろうと思っていたのですが、144MHzで確認してみると電源電圧9.6Vにおいて、出力は回路1で0.6W、回路2で0.9Wという結果が出ました。1.2μHの144MHzにおけるリアクタンスは ωL=2πfL=2×3.14×144×1.2=1085Ωであり、回路1の47Ωが減衰器になっているのかと思えてしまいます。ちなみに1S2076Aの順方向電流における抵抗値は50Ωほどです。

試作機の製作(2019/9/13)
144のSSBトランシーバーは数多く作ってきており、もう作ることは無いだろうと思っていたものの、ひょんなことがきっかけで製作意欲が湧くものです。

  1. 構成としては144H4機と同じですが @電圧を7.2V→9.6V A終段を2SC2055→2SC1970(出力1W目標) Bノコギリ波発振器を内蔵してオートスキャンを追加 が変更点です。
  2. 電源に単3を8本使うため、ケースのデザインとしては7H4機を踏襲することとし、質量は700g程度になるでしょう。
  3. 20Pの平ラグ板4枚に回路を組み試作を進めます。ケースの後部パネルには単3×8の電池ボックスを取り付け、エネループを8本装着しているため、形は大きいですがこれだけでも移動運用は可能です。

 

基板の設計(2019/9/20)

  1. 基板は2枚に分けました。主基板にほとんどの機能を集約し、副基板には送信部のドライブ段以降と電池電圧降下検出部を配置します。
  2. 試作機の回路を120×100mm、120×35mmの基板2枚に分け、AR−CADという無料のアプリで設計しました。
  3. 部品の1つ1つを図形として描き、グループ化して1つの塊として扱えるようにしておきます。
  4. 配線部分は幅1mmの直線を使い、青(送信部)、マゼンタ(受信部)、橙色(共通部)、緑(AGC部)、灰色(グランド部)のように色分けしました。
  5. ジャンパ線は幅0.5mmの自由曲線で表現します。
  6. 部品が密集しないよう全体のバランスを取りながら何度も描き直しました。
  7. 電源部分はジャンパ線を多用し、グランド同士がつながるようにして面積が増えるようにします。
  8. 設計が終わったら回路図と基板図をプリントし、赤鉛筆で塗りつぶしながら間違いが無いかをチェックします。

基板設計を何度かやり直しているため、ここでの画像表示は省略します。

◆基板製作(2019/9/27)

  1. ガラエポ基板は150×100×1.6mmで400〜500円しますが、秋月では150×100×1mmのものが10枚1500円なので、これを使うことにしました。
  2. ただ150mmの部分が1mm足らずの149mmだったので、フルサイズで使うときは事前に長さを確認しておくことが必要です。
  3. 終段に使う2SC1970はフィンがコレクタにつながっており、絶縁シートを介して放熱器を取り付けますが、放熱器が取りつく基板の裏側はグランドのパターンを描かず浮遊容量を減らしています。
  4. これはコレクタ−グランド間の浮遊容量が大きくなると出力が出にくくなるという過去の経験に基づく物です。

 この基板は作り直しているため参考にはしないでください。

試験台での調整(2019/9/27)

  1. 基板をケースに取り付けると銅箔面が隠れてしまうため部品の交換ができません。そのため画像のような試験台を作って銅箔面が見えるようにすることで、部品交換が容易になります。
  2. 動作が不安定な箇所とか、増幅度が不足している箇所などは抵抗値やコンデンサの値を変更して調整します。
  3. 調整が完了したら銅箔面に付いた半田のヤニをシンナーを含ませた綿棒でふき取っておきます。

 試験台に乗せて調整中

◆アンテナ切り替え回路の変更(2019/10/11)
受動素子の部品を1つ通せば信号が減衰するため、送信出力のロスを減らすべくアンテナ切り替え回路の変更をしてみました。送信部のMI301をやめてBPFに直接つなぎ、送信時は受信用のMI301には逆バイアスをかけておきます。TX+側についている1S2076Aは受信時の電圧が送信側へ流れないようにするためのもので、受信時にスピーカーから音が出ないため調べてみると、LM386の2ピンに電圧がかかって動作が止まっていました。

ケース作り(2019/10/18)

  1. ケースはアルミ板を加工して作り、正面と背面パネルは1.5mm厚、他は1mm厚を使います。
  2. 必要なサイズに切り出して曲げ、部品が取りつく箇所は穴あけをします。
  3. 組み立てたときの向きが分かるよう矢印を付けたり、上・下・A・B・C・Dなどの文字を書き込んでおくと間違いなく組むことができます。
  4. カバーを取り付けるナットはM3のカレイナットを使いました。
  5. 四角い箱を正しく作るというのは難しい作業であり、組立ててから机の上に置いてみるとガタガタするのが普通です。
  6. 加工した穴を細い丸ヤスリで長穴にしたりと微調整しますが、無理な場合は作り直す勇気も必要です。
  7. 仮に3mmの穴を正しい位置にあけようとするなら、ケガキ線を十字に入れてから交差点にポンチを打って2mmの穴を先にあけ、位置がずれていれば細い丸ヤスリで修正し、その穴に3mmのドリルを通して穴あけします。
  8. 間違えて明けた穴などは金属用パテ(セメダイン エポキシパテ金属用等)を使えば埋めることができます。

 穴加工を終えたケース部材

◆基板の再製作(2019/10/25)
試験台に載せて調整していますが、時々原因不明で周波数が不安定になる現象が発生しており、部品の問題かチップ部品等の半田付け不良なのか良く分かりません。部品交換したり基板をカットしてつなぎ直してみたりと試行錯誤を重ねているうちに基板が汚くなりました。いっそ1から作りなおす方が手っ取り早いので、グランド面を広くとるようにパターン書きをして再製作しました。


上側の送信部基板(幅の狭い方)は再度作り直しており、最終形ではありません。(上のCAD図が最終形です)

◆基板への部品取り付けとケースへの収納(2019/11/1)
再製作した基板に部品を取り付け、ケースへ収納しました。今度は不安定動作も無く順調に動いていますが、パワーが最大で0.9Wと目標の1Wにはわずかに達成しませんでした。

 


サイズ:幅132×高さ130×奥行42mm(突起部を含まず)、質量:673g(電池を含む)

特性測定(2019/11/8)
FFTを使ってスプリアスを調べてみました。下の画像のように144MHzの信号が観測できますが、過剰入力になると周りに他の成分が現れ始めるため、実運用の時はマイクにかじりつかないよう注意することが必要です。hi

 FFTの画像(X軸は1目盛り50MHz)

◆さて運用を(201/11/15)
秋の晴れた日に144H5機と1/2λ電圧給電ホイップで移動運用してみました。宝塚市には安産祈願で有名な中山寺があり、その上にある広場は海抜100mほどで、ときどき移動運用に利用しています。ロケーションは東から南にかけては開けていますが、北は中山(450m)、西は六甲山(932m)があり電波は減衰してしまいます。京都コンテストが始まっており順調にQSOできましたが、木陰のベンチに座って運用していると少し風があり1時間ほどで体が冷えてきたため6局で終了しました。

 宝塚市の高台(海抜100m)で運用

日付 相手局 HIS MY 当局運用地 相手局運用地 距離(km)
2019/11/2 JH3PPY 59 59 宝塚市(移動) 堺市南区 42
2019/11/2 JG3VHY 59 55 宝塚市(移動) 京都市山科区 45
2019/11/2 8J3AC 58 51 宝塚市(移動) 明石市(明石城内) 39
2019/11/2 JO4FWF/3 59 59 宝塚市(移動) 京都府綴喜郡宇治田原町 48
2019/11/2 JA3MVP 59 55 宝塚市(移動) 奈良県橿原市 54
2019/11/2 JP3SIB/3 59 59 宝塚市(移動) 京都府相楽郡笠置町 54

<完了>