50MHzSSBハンディトランシーバーの製作(50H2)

◆はじめに(2018/12/7)
以前作った144H4機がコンパクトで移動使いに便利だったこともあり、同じサイズとデザインで50MHz機を作ってみようと思います。また今回の製作に先駆けて50MHzベースローディング短縮ホイップも作っており、2つを組み合わせてどの程度飛ぶかも確認してみましょう。

 参考:144H4機

◆特徴(2018/12/7)

  1. 充電池内蔵のコンパクトな50MHzSSB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. 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。
  5. ツマミやコネクタ類は全て正面パネルに集約。
  6. スピーカーは入手できる範囲で薄型の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。
  7. ケースはアルミ板で自作。

仕様(2018/12/7)

  1. 周波数 : 50.140〜50.300MHz
  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 : 14.318MHz
  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200mA(300mW出力時)、最小30mA(受信無信号時)
  10. 質量 : 430g

試作編

回路実験(2018/12/7)
以前作った縦型トランシーバーのケースが残っていたのでこれを使うことにし、20Pの平ラグ板4枚に回路を組んで回路実験を進めます。これまでに何度も組んだ回路なので手慣れてきてはいますが、50MHzのバラモジにNE612ANを使うことは初めてなので、この部分は楽しみです。また私が所持するテクトロのTBS1052Bは帯域幅が50MHzのため、波形観測ができるのも楽しみです。

 試作機のトランスバータ部(製作途中)

 試作機のSSBジェネレータ部(製作途中)

◆試作機の特性測定(2018/12/14)
試作機の配線と調整を終え出力波形をFFTで確認しましたが、目立つような高調波は観測されませんでした。50MHzのトランシーバーでモニタしてみても素直な変調に聞こえます。

 FFTにて特性を測定中

 FFT画面の様子

◆ツートーンジェネレータによる計測(2018/12/14)

  1. マイク端子にツートーンジェネレータをつなぎ波形を見てみました。
  2. 波形が交差する部分はX字になっておりクロスオーバー歪(増幅素子の低出力域における非直線性歪)は無いようです。
  3. マイク端子の入力を増やすと波形の頂点が丸みを帯び始め、さらに増やすと平坦になってくるため飽和してきていることが分かります。
  4. 飽和すると変調波には無い不要成分が発生し、出力周波数の前後数10kHzに渡ってシャリシャリという音(スプラッタ)が出て他局の通信に迷惑を掛けるので注意しましょう。

 
(左)正常な波形 (右)頂点が平坦になってきた飽和波形

◆各部の電圧測定と記録(2018/12/14)
電源電圧を7.2Vに設定して送受切り替えたときの電圧や、送信部においては出力300mW時における各部の高周波電圧を測定し回路図に記録しておくと、実機を組んで調整するときの参考になります。


部品編

単4充電池(2019/1/11)
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本を使います。元はSANYOの商品で以下の特徴があります。

  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

以前、真冬の時期に屋外で運用したところ急激に電圧が下がって運用ができなくなったことがありました。ところが帰宅して室内に置くと電圧が回復したという経験があり、以来「低音に強い」という条件が必須になりました。

 単4エネループ スタンダードモデル

三端子レギュレータ(2019/1/11)
VXOの電圧安定化のために5Vの三端子レギュレータを使いますが、ここでは電圧降下の少ないAN8005を使います。一般的な78L0*は電圧降下が1.5Vですが、AN800*は0.5Vであり、電源電圧の低いリグにはこのタイプが有効です。また秋月ではユニソニック(UTC)というメーカーの低損失タイプを扱っており、同様に使えます。

 (左)AN8005 (右)UTC LP2950L−5.0

◆7Kコイル(2019/1/11)

  1. サトー電気で購入した10個700円の中国製で、ボビン、ケース、コア(芯、キャップ)がセットになった手巻き用のものです。
  2. コアの特性を調べたところ50MHzまではFCZコイルと比較して遜色なく使えることが分かりました。
  3. これに0.1のウレタン線を巻いてコイルを作ります。VXOコイルは0.05のウレタン線を巻きました。
  4. 一番下の溝に2次コイルを巻き、その上に1次コイルを重ねて巻きます。
  5. T7のみ2次コイルを巻いた隣の溝に1次コイルを巻きました。これは結合度を下げて負荷が重い時に同調点が分かりにくくなることを防ぐためです。また1次コイルはセンタタップを取り動作の安定化を狙います。
  6. コアはフェライトの黒色ですが、他のものと区別するため白色のマーカーで着色しています。
  7. ケースの側面に巻き数を書いておくと後々便利です。

バリキャップ(2019/1/11)

  1. VXOに使うバリコンは一般的に30PFほどのものを使いますが、これをバリキャップに置き換えると 0Vで20PF前後、電圧をかけて数PF程度のものが都合よく、ここでは富士通のFC54Mを使いました。
  2. FC54Mはイーエレにて@90で買うことができますが、在庫がなくなったり再入荷したりと変動していますので、HPを時々チェックするか在庫が無い場合は店長さん頼んでおくと良いでしょう。
  3. FM用のポリバリが入手しづらくなってから代替品を探しこの型番に行き着きました。これまでにもVXOだけでなくVFOにも使った実績があり、電源を三端子レギュレータで安定化させれば問題なく使えます。

 富士通のバリキャップ FC54M

<部品編:続く>


設計編

◆基板の設計(2018/12/21)

  1. 試作機の回路を100×60mmサイズの基板2枚に分け、AR−CADという無料のアプリで設計しました。
  2. 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。
  3. 配線部分は幅1mmの直線を使い、青(送信部)、マゼンタ(受信部)、黄色(共通部)、緑(AGC部)、銀色(グランド部)のように色分けしました。
  4. ジャンパ線は幅0.5mmの点線で表現します。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。

ケースのデザイン(2018/12/21)

  1. サイズは幅112×高さ100×奥行42mmで、144H4機のデザインを踏襲します。
  2. リグを立てて使うことを前提とし、Sメータやスピーカーは手前に配置し、ツマミやコネクタ類は正面パネルに集約しています。
  3. 電池はケースの下部に置きます。
  4. ケースの中央をアルミ板で仕切り、その表裏に2枚の基板を取り付けます。

  
(左)設計図 (右)参考:144H4機の内部


製作編

基板の穴あけ(2018/12/28)

  1. CADで作った基板のパターンをミラーリングして裏返し、プリントします。
  2. プリントした紙の表裏に透明テープ(幅50mm)を貼り、基板のサイズに切り出し、両面テープで基板の銅箔面に貼ります。
  3. 部品が取りつく位置に、貼り付けた紙の上からφ1のドリルで穴あけをします。
  4. M2のビスが取りつく位置はφ2.2、7Kコイルのケースが取りつく箇所はφ1.2に、別のドリルを使って穴径を拡大します。
  5. 穴あけモレが無いかを確認してから、基板のパターン図をはがします。
  6. 銅箔面をスチールタワシなどを使って表面のバリを取り除き、指でさわってひっかかりが無いかを確認します。
  7. 銅箔面を水洗して汚れを落とし、シンナーで油分を取り除きます。

 基板の穴あけ

◆パターン書き(2018/12/28)

  1. 穴あけしてから外したパターン図を見ながら、細いマジックインキを使って銅箔面にパターンを書いて行きます。
  2. グランド面ができるだけ広くなるようにし、またグランド同士がつながるようにパターンを書き進めます。
  3. 乾いたら数度塗り重ね、マジックインキを塗った箇所は銅箔の色が見えない程度まで黒くなるようにします。


パターンミスの箇所は画像を修正しています

基板のエッチングと修正(2019/1/4)

  1. 基板のエッチング方法は別ページをご覧ください。
  2. 注意してパターンを書いたつもりでも間違いはあります。そんな時は銅箔のランド面をカッターで切ったり、リード線の切れ端でランドをつないだりして修正を行います。

 エッチングした基板

 赤丸部分が修正箇所

◆部品取り付けと動作確認(2019/1/11)
50h2機は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。

  1. 基板のエッチングが終わり、部品取り付けを進め、試験台に乗せ、まずは受信部の動作確認と調整を進めます。丁度ニューイヤーパーティーをやっていたので、多数の交信を受信でき、ありがたかったです。
  2. 受信部を終えたら送信部の部品取り付けを進めます。周波数変換部、増幅部、励振増幅部、終段増幅部と段階的に部品取り付けを進め、その都度動作確認を行います。
  3. 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。

 部品取り付けを終え試験台に乗せた基板

<製作編:続く>


参考文献

  1. SSBハンドブック CQ出版社
  2. 現代アマチュア無線用語集 CQ出版社