21MHzSSBトランシーバ

◆はじめに(2016/1/15)
同調用のバリコンや減速機が手に入りにくくなりつつあることを感じ、その代わりとしてバリキャップと10回転ヘリポットでVXOやVFOを作り始めてから10年ほどがたちました。周波数表示方法としてこれまでに @電圧計 A糸掛け方式の横行ダイヤル を使ってきましたが、今回秋月の周波数カウンタキットを周波数表示に使ってみようと思います。


主な仕様(2016/1/22)

  1. 周 波 数  : 21.000〜21.450MHz
  2. 出  力   : 3W程度
  3. 終  段   : 2SC1971
  4. VFO周波数 : 9.000〜9.450MHz
  5. 中間周波数 : 12MHz
  6. 受信部    : 高1中2 シングルスーパー

秋月の周波数カウンタキット(2016/1/15)
昨年末に秋月の「水晶発振子周波数測定キット」を購入しました。LED5桁表示でオフセット機能があるためトランシーバーの周波数表示に丁度いいなと思いました。外部入力端子はPICに直接つながっており、VFOの出力を外部入力端子につないでも信号が弱すぎて周波数を表示することは出来ません。そのため3石のプリアンプを前段に追加しました。

リグのデザインを決める(2016/1/15)
必要な機能のツマミやスイッチ、コネクタなどを集めて配置してみると幅200×高70mmのサイズが必要になリました。中央に周波数表示部、右に同調ツマミとその上にS/RFメータ、またスピーカーも前面に出しています。

VF0ユニットと温度補償(2016/2/26)
VFOについてはすでにラグ板配線の試作機で回路定数が決まっているため、同じ回路をプリント基板化し発振部にカバーを被せました。サイズは縦65×横50×高さ17mmです。C2の温度補償コンデンサは当初 90PF −250ppm/℃でしたが、このユニットを暖めたり冷やしたりしながら最適の温度係数を求めたところ −310ppm/℃ となりました。手持ちの関係で −319ppm/℃ ですがユニットの温度を10℃変化させたときの周波数変動は

  1.     0ppm/℃ にて −1042Hz/℃
  2. −250ppm/℃ にて −198Hz/℃
  3. −319ppm/℃ にて   8Hz/℃

となり、かなり満足できる結果へ追い込むことが出来ました。

 

ヘリポットの回転数と周波数の関係(2016/2/19)
バリキャップに加える電圧と周波数の関係が直線であれば問題ないのですが、FC54Mを使った場合は下のグラフのように直線ではありません。そのためヘリポットと並列に補正用抵抗を入れ、できるだけ直線に近づくようにしています。

◆オートスキャン回路(2016/2/1)
21MHzはコンディションによって賑やかな時もあれば全く静かな時もあるため、バリキャップ同調のこのリグにもオートスキャン回路を搭載します。7H3機では200kHzを5秒でスキャンし電圧計で周波数表示していましたが、今回は周波数カウンタの表示が追随できないため1サイクルを約17秒に設定しました。

 

◆正面パネルをベニヤ板で作ってみる(2016/2/12)
CADを使っての設計はしていますがデジタル表示方式のトランシーバーは初めてなので、部品配置や部品同士の干渉など実物で検討しないとわからない点があります。そのため2.5mm厚のシナベニヤで正面パネルを作り、実際に部品を取り付けてみました。周波数カウンタの前に取り付けたボリュームがカウンタの部品と干渉したり、机に置いたトランシーバーを斜め上から見るため、LED表示が見えやすくするため窓の上側を2mmほど広くしたりなどの修正を進めています。

 
(左)シナベニヤで作った仮の正面パネル (右)裏側

基板の作成(2016/2/19)
回路全体は20Pの平ラグ板4枚に組みますが、周波数カウンタ用プリアンプやノコギリ波発生部はラグ板に収納できないため別にプリント基板(80×55mm)を作り、カウンタ基板の裏に背中合わせで取り付けることにしました。

ケース作り(2016/3/11)

  1. アルミ板のサイズは扱いの手ごろなタカチのNP13という200×300×1mmとし、正面パネルのみ1.5mm厚を使用しました。
  2. 出来るだけ無駄な切れ端を出さず、なおかつケースの内部に平ラグ板等の部品が適切に収納できるような大きさを考え、幅200×高さ70×奥行150mmとしました。
  3. 上下のカバーはこれまで「コ」の字型のものを作ってきましたが、歩留まりを良くするため今回は200×300mmを半分に切って上下とも200×150mmの平板とし、角部にL型アングルを使用して箱を形成しました。
  4. ドリル穴の位置はポンチを使って正確に開けたつもりでも少しは狂うものです。組み立てたケースを机の上に置いてガタつくようであれば、細い丸ヤスリで穴を修正してガタつかないようにします。
  5. 全ての部材の切り出しと穴加工を終えてから組むのではなく、ある程度部材ができたら部分的にでも組んで寸法やガタツキを確認し、早めに修正しておく方が後々の被害は少なくて済みます。

 アルミ板で作った21S1機のケース

 
部品を取り付けてみました

水晶フィルタの特性(2016/3/18)
このリグに使用するフィルタは8素子としました。20Pのラグ板を4枚使った回路構成ではスペースの関係で6素子までがやっとなのですが、VFOをプリント基板化したためスペースが少し空いたのでその部分を使うことにします。

  1. 12MHzのHC49/USの端子間容量は実測すると2.3PFでした。
  2. 帯域を2.4kHzに設定してフィルタの計算をすると、入出力部に36PF、中間部に72PFという結果が出ました。
  3. しかし手持ちの関係で入出力部は39PF、中間部を82PFとし、特性を測ってみると帯域は下のグラフのように2.3kHzになりました。
  4. 入出力インピーダンスは350Ωほどです。

 

受信部の配線(2016/3/25)
まずは受信部の配線から進めます。前にも紹介しましたが受信部はスピーカーアンプ側から回路図を逆にたどって配線を進め、時々動作確認をしておくとミスを早めに修正することが出来ます。

  1. TA7358Pの局発部に通電して発振周波数が11.9965MHzになるよう半固定トリマをまわして調整します。
  2. 中間周波数である12MHzの水晶を準備し、水晶発振器で発振させた信号を受信しSメータの振れが最大になるよう中間周波トランスのコアを回して調整します。
  3. ディップメータなどで21MHzの信号を発信させSメータの触れが最大になるよう高周波増幅部、混合部のコアをまわして感度が最大になるよう調整します。

 21S1機を下側から見る

送信部の配線と調整失敗談(2016/4/1)
出力は3Wを狙っていたものの当初は2Wほどでありこんなもんか思っていましたが、21H1機を横に置いてモニタしながら入力の低周波信号を増やしていくと変調音の濁る箇所があり、回り込みではないかと各所にパスコンやフェライトビーズを追加したりと試行錯誤していました。しかし周波数変換部のコアを回すと出力は減るのにモニタしている音が大きくなる現象に気づき、コアを再調整すると別の位置に正規の同調点があって出力は3.5Wに増え、変調音の濁りもなくなりました。送信部調整時の陥りやすいミスとして1つノウハウが増えました。

 
(左)21S1機を上側から見る (右)送信部

◆送受切り替えによるVFOの負荷変動(2016/4/8)
調整を進める中で送受切り替えをするとデジタル表示周波数の1kHz台が変化する現象がありました。VFOの出力周波数をカウンタで調べてみると、送信→受信に切り替えると周波数が100Hzほど上昇しました。VFOの出力は混合部2SK241のソースへ0.01μFを通して供給していますが、470Ωを直列につなぐことで周波数変化は20Hzに納まりました。本当は0Hzにしたいのですが、ここに大きな抵抗を入れると受信感度が低下するため、この値で妥協しています。100kHz可変のVXOではここまで変動することは無かったのですが、450kHz可変のVFOとなると負荷の変動も馬鹿にはなりません。VFO発振部から9PFを通してバッファを入れ、出力部にも5PFでつないだ2段のBPFを通していますが負荷の変動は発振段に影響をしているようです。

入力周波数と送信出力(2016/5/13)
マイク端子に200Hzから3000Hzまでの低周波信号を加え、そのときの送信出力との関係を下のグラフに示します。

ツートーンテスト(2016/5/13)
製作したツートーンジェネレータを使って2信号特性を調べてみました。本などに載っているアナログオシロの波形に比べるとデジタルオシロは輪郭がはっきりせず見にくい感じがします。送信出力はピークで3.5Wほど出ますが、ツートーンの波形を見ると頂上部分が丸くなってきており、飽和の始まっていることが目視できました。

 

運用実績(2016/6/26)

日付

相手局

MY

HIS

当局運用地

相手局運用地

距離(km)

2016/6/26

JR6JFR

59

59

兵庫県伊丹市

熊本県荒尾市

499

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
             
             
             
             
             
             

<完了>