144MHzSSBトランシーバーの製作(144H6)

◆はじめに(2021/1/29)
コロナ禍で兵庫県には2度目の緊急事態宣言が発令され、またしても外出自粛の日々となりました。自作派にとって家にいることは苦痛ではありませんが、製作意欲を持続できる課題を見つけるまでが中々大変です。さて今年のQSOパーティーでは
144H5機で移動運用をしましたが、改造したい点が幾つか見つかり、その気持ちが冷めやらぬ間に次の製作にかかれば、数ヶ月は持つのではないかと思います。移動機作りは1年半ぶりで、またしても144MHz機となり「ADQは同じようなものばかり作っているな」と思われるかもしれませんが、興味がありましたらお付き合いください。


計画編

出力2Wを目指す(2021/1/29)
144H5機は出力1Wを目指したものの実績は0.8Wでした。1W超えしてやろうと増幅を1段増やし、下のダイヤグラムのようにストレートな配置にして4段増幅すると見事に発振してしました。増幅度を下げることで安定領域には入りますが、出力は1W出るか出ないかで、これでは意味がありません。

 周波数変換後にストレート配置した4段増幅部 → 発振してしまった

終段だけ別基板にする(2021/1/29)
144MHzSSBトランシーバーとして1Wを超えたものは
144S4(12V 2W),144S5(12V 3W),144S6(12V 3W)があり、いずれも終段は別基板にしてシールドケースに入れています。これが実績であり自作は小さな実績をいくつも積み重ねながら少しずつ階段を上るものと思います。無理して高いところを目指してたまたま成功しても、なぜうまく行ったのかが判らなければノウハウとして残りません。また失敗すればどこをどう直せば良いかで途方に暮れてしまいます。物事は少し冒険しながらも着実に進めることが必要に思います。

 (成功例)背面パネルを凹まして取りつけた144S4機の終段部

◆特徴(2021/1/29)

  1. FT817とほぼ同じサイズのコンパクトな144MHzSSBトランシーバーで、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8V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. ツマミやコネクタ類は全て正面パネルに集約。
  5. スピーカーは薄型のφ50を採用し、リグを立てて使うとき手前側に来るように配置。
  6. ケースはアルミ板で自作。

仕様(2021/1/29)

  1. 周波数 : 144.130〜144.350MHz
  2. 送信出力 : 2W
  3. 終段 : 2SC1971
  4. 受信部 : 高1中2シングルスーパ
  5. 中間周波数 : 11.2735MHz
  6. サイズ : 幅134×高43×奥行140mm(突起部を含まず)
  7. 電源電圧 : 9.6V
  8. 充電池 : 単3エネループ(1900mAH)8本
  9. 消費電流 : 受信(無信号時=30mA)、送信(無信号時=160mA,最大600mA)
  10. 質量 : 700g(マイク、アンテナを含まず)

◆試作機で回路を検討(2021/2/5)
144S5機(12V 3W)を9.6V仕様に回路定数を変更して実験を進め、FFTで観測した範囲では出力2Wにて余分な成分は見受けられず良好な波形と思います。

 
(左)144S5機を9.6V用に改造 (右)2W時の波形


製作編

◆構造の検討(2021/2/5)
基本的には144H5機の構造を引継ぎますが、終段部はケースの底部を凹ましてそこに基板を入れ、フタをすることで一応シールドケースに入れた形とします。電池はニッケル水素の単3×8とし、8本の電池ボックスがケースを作る上での基本寸法になりました。主基板にほとんどの機能を収納しますが、副基板にはスピーカー用アンプ、送受切替、電池電圧降下検出の各回路が入ります。

 
(左)側面部 (右)正面パネル

◆ケース作り(2021/2/12)

  1. サイズは幅134×高さ43×奥行140mmで正面パネルは1.5mm、他は1mm厚のアルミ板を使います。
  2. 特徴は背面の終段基板を収納する箇所であり、ここをうまく曲げないといびつな構造になってしまいます。注意深くケガキ線を入れ、直角に曲げ、穴あけをし、2mmのビスで部材を組み立てて平面に置き、ガタガタしなければOKです。
  3. カバーを取り付ける部分にはM3のカレイナット(モノタロウで購入)を使い側板にφ4.5の穴をあけて圧入します。

  
(左)終段基板を収納するため底部を凹ましたケース (中)M3カレイナット (右)カレイナットを側板に圧入

◆基板設計(2021/2/19)

  1. 秋月で購入した1mm厚ガラスエポキシ基板(10枚1500円)を使い、主基板は120×90mm、副基板は120×25mm、終段基板は6×38mmです。この基板は両面を千枚通し等で罫書いて溝を作ると、そこで折ることが出来ます。
  2. パターンは送信部(青色)、受信部(マゼンタ)、共通部(黄色)、AGC(緑色)、グランド(グレー)のように色分けしています。
  3. グランド部分が広くとれるよう各所にジャンパ線を入れています。
  4. 外部と接続する端子は基板周辺部に配置し、外部配線が基板の中央部に被ってこない様に注意します。
  5. 終段の2SC1971は効率よい放熱をめざしフィン部がケースに直接取り付くよう、プリント基板には切り欠きを入れています。

 
(左)主基板 (右)終段基板と副基板

試験台に載せて動作確認(2021/2/26)
基板への部品付けを終え、試験台に載せて動作確認をします。受信部は試作機と同程度の感度ですが、送信部は思ったほどパワーが出ず少し不安定な感じがします。これからは試作機と各部の動作レベルを比較測定しながら、何が違うかを見つけ出す作業が続きます。高周波において回路図は全く同じでも、部品配置や配線経路が違えば別物として扱う必要があるのは、こんな時にしみじみと味わうものです。

 試験台に載せた144H6機の基板

トラブル対策(2021/3/5)

  1. 自作にトラブルはつきもので、その原因が判れば対策できますが、判らなければ思いついたことを一つづつ試行して行きます。
  2. 同時に2つ以上の対策はしないでください。どちらの効果があったのか判らなくなり、ノウハウとして残りません。
  3. 下の画像はドライブ段2SC2538の出力部です。BPFのL5と隣り合わせて電源回路デカップリング用空芯コイルのRFCがありましたが、配置的にコイル同士が結合したのか出力が電源回路に回り込み、おかしな変調音になっていました。そのため空芯コイルを止めてフェライトビーズのFB101(赤い丸印内)に交換したところ、回り込みが無くなった事例です。
  4. L5とL6の位置が逆であれば、RFCとL6が直角の位置になるため、不要な結合は無かったかもしれません。

 空芯RFCをフェライトビーズ(赤丸内)に交換して不要な結合を防ぐ

◆調整のポイント(2021/3/5)

  1. 144MHzの送信機を調整するときのポイントは、同調周波数を間違えないようにする事です。VXOの周波数が132MHz台のため144MHzに近接しており、何個もある同調回路のうちつでもこれに合わせてしまうと、アンテナ出力に132MHzの成分が出てしまいます。
  2. ここで登場するのがスペアナ(私の場合はFFT←デジタルオシロに付属する機能)で、144MHzの周波数成分が最大になり、132MHzが最小になるよう画面を見ながら各同調回路のトリマを調整しました。
  3. 試験台に載せて実験した時、動作が不安定とか出力が思ったほど出ないとか、様々なトラブルに出会いますが、間違った周波数に同調させることもその一因です。
  4. 50MHzの場合はVXOが38MHz程度なので、さすがに同調周波数を間違うことはないのですが、144とかさらに上の周波数になると注意が必要です。

 
アンテナ端子の波形 (左)同調がズレVXOの132MHzの成分が出ている (右)同調回路を調整し132MHzの成分を抑え込む

◆ケースに基板を取り付け配線と調整をする(2021/3/12)

  1. 試験台での調整を終え、基板をケースに取り付け配線をしました。
  2. 線材は0.3の単線で送信部(青色)、受信部(赤色)、共通部(黄色)、AGC(緑色)、グランド(黒色)のように色分けしています。
  3. 電源回りは0.5の単線を使いました。
  4. 低周波部分は細シールド線、高周波が流れる終段基板からアンテナ端子までは同軸の1.5D2V、その他は0.8QEVを使っています。
  5. 試験台で調整しているため、ケースに取り付けても大きなズレはありませんが、再度調整をして最大能力を引き出します。

  底部の蓋は外しています

 FT817とのサイズ比較

目盛りとレタリング(2021/3/12)
ダイヤルの周波数表示、ボリュームの目盛りや文字についてはCADで書き、厚手の光沢ハガキ用紙にインクジェットプリンタで印字し、両面テープで正面パネルに貼り付けました。本来なら塗装後にレタリングして透明スプレーで保護をするのですが、その作業がなかなか大変なので今回も簡易的な手法を取りました。

放熱方法(2021/3/19)
終段の2SC1971はエミッタがフィンに接続されているため、絶縁シートを間に挟むことなくケースに直接取りつけて放熱することが出来ます。終段基板を切り欠いた部分に2SC1971が半田付けされており、フィンをケースにビスで固定しました。

 2SC1971のフィンをケースにビスで固定

◆VXO部のカバー(2021/3/19)
VXOの発振部に0.6mmアルミ板で作った小さなカバーを被せ、リグ内の温度変化を緩やかに受ける構造としています。カバーはM2×10の高ナット2本で固定し、コアを回すための小さな穴を開けています。

  (左)VXOカバー (右)カバーを外したところ

出力波形の観測(2012/3/19)
アンテナ端子にダミーロードをつなぎ出力をFFTで観測してみると出力2Wにて下の画像のような波形になり、モニタするときれいな音に聞こえます。送信部で周波数変換後にストレートな配置で4段増幅したものは異常動作で失敗しましたが、終段部別基板のシールドケース収納で今回もうまく行き、成功体験になりました。

 出力2W時のFFT画像

◆周波数変動の測定(2012/3/26)
VXOの出力部(132MHz)の周波数変動を測定してみました。電源ON後の1、2分は100Hzほど変動しますが、その後は50Hz/10分ほどです。VXOの可変範囲が220kHzありQRHを心配しましたが、私が基準とする100Hz/10分以内に入っており、10分程度のQSOならばダイヤルを合わせ直す必要はありません。

 

◆電源電圧と出力(2012/3/26)
電源電圧を変化させた時の出力は以下のとおりです。


部品編

◆周波数関係(2021/3/26)
144H5機ではVXOに池田電子で買った10個300円の44MHz水晶と、フィルタは1個40円の12.288MHz HC49USを使いましたが、部品箱の中には以前に買った部品が多数残っており、それを使うことにしました。VXOの水晶は川崎電波へ注文した14.783MHzのHC49U型で1500円ほどしたでしょうか。フィルタはミズホ通信の11.2735MHzで20年ほど前にサトー電気にて4000円で購入したものです。また当HP読者の方から送っていただいたパーツもありがたく使用しています。

 (左)川崎電波へ特注したVXO用水晶 (右)ミズホ通信のクリスタルフィルタ

◆可変抵抗器(2021/3/26)

  1. バリキャップに電圧を供給するVR(可変抵抗器)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、副同調部は角型のモールドタイプを使います。
  2. 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触れるため、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。
  3. 角型の軸はローレット加工がされており、それ用のツマミを使えば良いのですが今回はねじ止め式を使うため、スリ割り部がつぶれないように1mmのアルミ板を間に挟んでいます。

 
(左)使用する可変抵抗器 (右)軸のスリワリ部にアルミ板をはさんだところ

トロイダルコアとトリマコンデンサ(2021/4/2)

  1. 144MHzでも損失が少ないトロイダルコアの材質はカーボニル鉄で、アミドンやマイクロメタルのT37−12、T25−12で、それに組み合わせるコンデンサは半固定のセラミックトリマを使います。
  2. トロイダルコアは大阪・日本橋の千石電商で@100にて買いました。
  3. トリマはサトー電気にてφ5が@50、3本足は@80〜100です。
  4. 現在ではFCZコイルがサトー電気で購入できるようになったため(7T144は@170)それを使う手もあるでしょう。
  5. 複同調部は2個並べたトロイダルコアの中心を貫いてφ0.5のウレタン線を2回巻き、端末部はひねって半田付けします。

  
(左)トロイダルコア T25−12 (右)セラミックトリマ

 
(左)複同調部 (右)コアの中心を貫いてφ0.5のウレタン線を2回巻く

◆バリキャップ(2021/4/2)

  1. トランシーバーの心臓部であるVXOにバリコンではなくバリキャップを使うのは当初抵抗感がありましたが、もう10年以上も使い続け、全く問題も無いため気楽に使っています。
  2. VXOに使うバリコンは20PF程度の容量変化と、それが周波数直線になれば理想的です。ところがバリキャップは電圧と周波数の関係が直線にはほど遠いものや、数Vの電圧変化では大きな容量変化を得られないものなど様々です。
  3. 幾種類か実験したところ富士通のFC54Mは前述の問題が少なくて、比較的使いやすいと思います。イーエレにて@90で購入しました。

 富士通のバリキャップ FC54M

◆バラモジのIC(2021/4/2)
NE612(SA612等)は500MHzまで使える仕様であり、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

リレー(2021/4/9)
アンテナ回路の切り替えはオムロンのリレー「G5V−1 9VDC」を使い、消費電流は9.6Vで18mAでした。この回路はダイオードのMI−101を使うこともありますが、今回はパワーに余裕があり回路の簡略化のためリレーにしました。リレーのコイルと並列にダイオードの10D1を接続しサージ電圧による回路の故障を防いでいます。

 G5V−1

S/RFメータ(2021/4/9)

  1. 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、もう何年も見ていません。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。
  2. 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。
  3. メータと並列にショットキーバリヤダイオード1SS108と220Ωを直列につないだものを接続し、メータの振れ過ぎを抑制しています。

 
(左)固定金具とS/RFメータ (右)メータの振れ過ぎ抑制ダイオード

◆接続ピン(2021/4/9)

  1. 配線用の接続ピンとしてφ0.9の銅線(ダイソーで購入)をL型に曲げたものを作ります。
  2. 銅箔面からφ1の穴に差し込んで半田付けし、これにφ0.3の単線を巻き付けて半田付けしました。
  3. 銅のため熱伝導が良く、長く半田ごてを当てていると銅箔面の半田が溶けるため気を付けましょう。熱伝導率は 銅が398W/mKに対し、真鍮は106W/mKのため、真鍮線で作った方が良かったですね。

 
(左)φ0.9の銅線をL型に曲げる (右)単線を巻き付ける

スピーカー(2021/4/9)

  1. スピーカーは薄型の口径φ45(外径φ50)最大厚み8mmのもので、共立電子産業(シリコンハウス)にて@275で購入しました。
  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、M2丸皿ビスで固定します。
  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

充電池と電池ケース(2021/4/9)

  1. アマゾンで購入したパナソニックの単3エネループで、1.2V 1900mA/H、繰り返し回数は2100回、4本セットで1455円(プライム会員は送料無料)というものです。
  2. 継ぎ足し充電ができるのと低温でも使用できるのがありがたく、以前寒い日に移動運用をしたとき、しばらく運用すると電圧低下して慌てたことがありました。しかし家に帰ってしばらくすると電圧が回復したため、以来低温下でも使えるエネループに替えました。
  3. 電池ケースは単3が横1列で8本並ぶものを使います。四隅にφ2.2の穴をあけて皿モミし、M2皿ビス(赤丸内)で固定しました

 
(左)単3エネループ8本 (右)電池ケース取り付け皿ビス

最後に(2021/4/9)
2度目の緊急事態宣言が発出された頃から試作を始め、2ヶ月余りご覧いただきました144H6機の製作記事は今回をもって終了いたします。当初目標にしていた電気的な性能は達成できたので、残すは運用を重ねて使い勝手等のリグの評価となりました。完成した喜びは当然ありますが、部品のほとんどは40年前に購入できたものにも拘わらず、ICOMのIC221で144のSSBにデビューした当時はAMの自作経験しかなく、SSB機を作りたくてもどこからどう手を付けて良いのか判らない状態で、リグとしてまとめ上げる力が無かったんだなあとしみじみ思います。自作というのは半田付けが出来れば良いと言うのではなく、構想、試作、回路設計、構造設計、部品の調達、ケース加工、基板作り、配線、組立、調整、塗装、トラブル対策等々、1つの企業のように様々な工程を経ねばならず、それぞれの経験に裏打ちされた自信の積み重ねがないとゴールには到達できないし、これはどんな趣味でも1人で取り組む場合は同じことと思います。さて関ハムとかで実機を見ていただくことができれば良いのですが、コロナ禍はそれも許してくれず、移動地からの電波が聞こえておりましたら、お相手をよろしくお願いいたします。

 宝塚市山手台南公園での試運転


運用実績

日付 相手局 HIS MY 当局運用地 相手局運用地 距離(km)
2021/5/4 JH2FTE/3 59 59 兵庫県宝塚市(移動) 滋賀県米原市 100
2021/5/4 JF3FGL/3 59 59 兵庫県宝塚市(移動) 交野市旗振山 31.5
             
             
             
             
             
             
             
             

<完了>