モノバンドSSBトランシーバの製作                     もどる

はじめに(2007/02/18)
トランシーバを自作するには部品が手に入らないとどうにもなりませんが、時代と共に製造中止になったり流通在庫がなくなったりと、入手できなくなった部品(バラモジICやトランジスタ、FETなど)が、ここ数年で特に多くなったような気がします。。。 と嘆いていても仕方が無いので、現在手に入る部品てトランシーバを作ってやろうと、過去にこのHPで発表した回路の更新を進めてきました。しかし、どうせやるなら、どの周波数でも同じ回路でトランシーバが出来ないかとの思いが頭をもたげました。ピコシリーズとか熊本方式など、過去には立派な回路が紹介され、それを手本に自作された方も多いと思います。ここで作るのは、シンプルで実用性のあるモノバンドSSBトランシーバとして自分なりに消化したものを紹介して行こうと思います。


基本的な考え(2007/02/18)

  1. 通販やホームセンターを利用し、今手に入る部品で回路を構成する。
  2. 3.5〜50MHzにおいて、同じ回路のモノバンドSSBトランシーバとする。ただし、L、C、XTAL等はバンドにより異なります。
  3. 確実な動作、実用性、簡素な回路 を基本とする。
  4. 送信出力は1〜2W程度.、電源電圧は12Vとする。
  5. 周波数可変はVXOを使い、範囲は100kHz程度とします。
  6. 同調は大型ツマミをバリコンに直結し、微調整はバリキャップを使ったファインチューニングで行ないます。
  7. ケースのサイズは幅187×高52×奥行150mmで自作しましたが、タカチのYM200(200×40×150mm)に収まるサイズとしています。

プリント基板の考え

  1. 小型化は追求せず、ある程度ゆったりした配置とし、1ボードに回路を収納する。
  2. 外付け部品は、バリコン、ボリューム、メータ、コネクタ類で、基板との間は配線が必要になる。
  3. コイルは10S型、抵抗は1/4W型、0.01μのパスコンは足間隔5mmのものとし、チップコンデンサは使わない。
  4. 抵抗は寝かして取り付ける。
  5. アース面を広く取るため、電源系は必要に応じジャンパ線を使用する。
  6. 基板のサイズは180×100mmとした。(サンハヤトの紙フェノール200×100×1.6mmのものを20mmカット)

回路の構成

トランシーバの構成は実績のある標準的なものを採用しており、全体は送信部、受信部、共通部に分かれています。回路図 系統図

周波数構成は(2007/02/24)
トランシーバの周波数構成は市販されている水晶の利用を考え、以下のようにしました。水晶は池田電子にて@100で、サトー電気は少し高いですが、特注するよりはずいぶん安く買うことが出来ます。7,21,50については下の表のようになりますが、それ以外はVXO部については特注することが必要に思います。

項目 7MHz 21MHz 50MHz
モード LSB USB USB
中間周波数(MHz) 11 12 14.318
VXO(MHz) 18.1 16.63×2逓倍 18×2逓倍

送信部(2007/12/2)

  1. 1石のマイクアンプ部はコンデンサマイクが使えるよう、バイアス電圧を掛けています。
  2. 局部発振+バラモジ(平衡変調)+増幅用としてTA7358PというICを使いました。局部発振に使う水晶はクリスタルフィルタと同じ物を使うため、数μHのインダクタンスL4を入れ、VXOとして周波数を変化させています。
  3. T13からの出力はキャリヤが抑圧されたDSB波になり、その後6素子のクリスタルフィルタによって片側の側波のみ通し、SSBの信号を作ります。
  4. SSBの信号とVXOからの信号をTA7358Pで合成して周波数変換し、その後3段でストレート増幅し1〜2Wの送信信号を作ります。
  5. 周波数を合成して作られた送信信号は、高調波等の目的周波数以外の信号も含まれるため、LPF(ローパスフィルタ)を通し不要な信号をカットします。

受信部(2007/12/2)

  1. 受信部は高周波1段、中間周波2段の「高1中2」という構成です。
  2. 2SK241による高周波増幅後、VXOからの信号と合成して周波数変換し、中間周波数を作ります。
  3. クリスタルフィルタで余分な信号をカットし、中間周波で2段増幅し、その後検波して低周波信号を作り、スピーカを鳴らせる程度まで増幅します。
  4. 低周波増幅後、1段のAGC増幅と倍電圧検波してマイナスのAGC電圧を作り、高周波および中間周波増幅部のFETゲートに電圧をかけて、ゲインコントロールを行います。また同時にSメータを振らせるようにしました。
  5. LM386の入力部には、送受信切り替え時のクリックノイズをカットするための回路を入れています。

共通部(2007/12/2)

  1. VXOは2石の構成で、初段で発振し2段目はバッファ、もしくは逓倍器になります。出力部はコイルを2段にし1Pのコンデンサで結合して、BPFの役割を持たせます。電圧は5Vの3端子レギュレータを使って安定化します。20Pのバリコンで主同調、またバリキャップをつけてファインチューニングとしました。VXOにはQRHがありQSO中も少しずれるため、ファインチューニングを使って受信時に同調を取りなおす訳ですが、相手局からは「QRHの無い自作機ですね」と誉められたりします。hi
  2. クリスタルフィルタは市販の安い水晶を6個使い、ラダー型フィルタを構成します。入出力部の送受切り替えは、シリコンダイオードを使った電子スイッチとしました。通電した側に高周波の信号が流れます。
  3. 局部発振は送信部にも使うTA7358Pの一部を使います。局部発振に使う水晶はクリスタルフィルタと同じ物を使うため、数μHのインダクタンスL4を入れ、VXOとして周波数を変化させています。
  4. 送受切り替えはコンプリメンタリトランジスタを使った電子スイッチです。
  5. アンテナの切り替えはリレーを使いました。送信時で13mA受信時はゼロであり、MI301を使った電子スイッチに比べると受信時の電流消費が無く、回路も簡単なので採用しました。

部品の選択

部品が手に入らなくては自作ができません。まずはサトー電気や池田電子の通販を基本にして、半導体や水晶で手に入るものは何かから決めます。

終段の石(2007/11/17)
終段は三洋の2SC2078(@168)を採用しましたが、50MHzでは能率が悪くなるため三菱の2SC1970を使いました。以前は@170で買えましたが最近は@525になっており、価格の上昇が気になります。2SC2078の特性は下のようになっており、電源電圧12Vでは出力2Wあたりまでは直線的ですが、それ以降はカーブしており歪(高調波)が発生しやすくなります。

 2SC2078の出力/入力特性

放熱器(2007/11/18)
LSIクーラー社の17P23−L25という幅23.5×奥行17×高25mmの物(@52)を使いました。特性図はX軸に加熱電力(W)、Y軸に温度上昇値(℃)で示されています。2SC2078はシリコンの絶縁シートを挟んで、ポリカーボネートのビスで放熱器に取り付けます。

 
放熱器の様子。最終的にはダイオードも含めシリコングリスを塗ることにします。

周波数変換(2007/11/17)
バラモジや周波数変換に使うICは東芝のTA7358P(@80)です。ポピュラーだったバラモジICのSN16913が市場から姿を消し、どうしようかと思っていたとき、JF1RNR今井さんがCQ誌でこのICを使った製作記事を紹介され、サトーから取り寄せて使うようになりました。FMフロントエンド用の石なので50MHzでは問題なく使えます。価格が手ごろなのがありがたいですね。

その他半導体(2007/11/17)
その他の半導体は、2SC1815(@32)、2SC2053(@147)、2SC2120(@32)、2SA950(@21)、2SK241(@32)、1N60(@42)、1S1588(@42)、LM386(@84)がサトーで購入できます。バリキャップは1S2683(@20)を秋月で購入しましたが、サトーの1SV101(@63)が使えます。

コイル類(2007/11/17)
コイルはFCZ研究所の10Sタイプを使います。7mm角ではピンの間隔が狭くなるため、ここでは大きくはなりますが、あえて10mm角としました。終段のタンクコイルとLPFに使うトロイダルコイルはアミドンのT37型、RFCはFB225のフェライトビーズを使います。

バリコン(2007/11/17)
VXOに使うバリコンが難点で、サトーでもFM用20Pのもの(@504)と延長シャフト(@126)を買うことは出来ますが、高いものについてしまいます。私は通販ではなく、日本橋のデジットでFM+AM用のものを@350ほどで買い、シャフトが短いものは外径6mm長さ12mmのスペーサとM2.6×15mmの皿ビスを使い、ポリバリにねじ込んで使っています。

メータ(2007/11/17)
RF出力計兼Sメータは無くてもかまわないとも言えますが、私はトランシーバの顔になるものと思っており、必ずつけるようにしています。Sメータが手に入らない場合は、VUメータやバッテリチェッカ用のメータの文字盤に、S目盛りを書いた紙を貼り付けて作ってしまうことも出来ます。

クリスタルフィルタ(2007/03/03)
トランシーバの中で一番高価な部品はクリスタルフィルタで、現在手に入る9MHzのものはサトーで@4620します。またこれに合わせるVXO用の水晶は特注せねばならず、@1700ほどかかりますが、これを自作すれば数百円ですむのは魅力ですね。特性を図るには測定装置や周波数カウンタが必要で、それなりに手間もかかるため、はじめて自作される方は、まずはメーカー製のフィルタを使ったほうが良いと思います。今回50MHzで使う10個400円で買った14.318MHzの水晶を6個組み合わせて作りました。キャリヤポイントは14.311MHz、帯域は2.8kHzほどになるでしょう。また使用するコンデンサの値は両端で68P、中央の5個は150Pを使いましたが、水晶により調整が必要です。ミズホ通信の11.2735MHz(@4000)と比較すると、自作の5素子のほうが特性は甘いですが、混まないバンドで使うには支障はないと思います。なお、使用する水晶は特性の揃ったものがよく、簡単な発振器を作って発振周波数を測定し、SSBであればフィルタ帯域の1/10を目指し、300Hz以内に収まるものを選択して使います。

高調波阻止フィルタ(2007/03/10)
終段増幅の後、高調波を低減させる回路としてはBPF(バンドパスフィルタ)かLPF(ローパスフィルタ)があり、トロイダルコアを使うと不要な結合が少ないので便利です。モノバンドの場合は単一周波数に同調するBPFで良いのですが、巻き数が多いと細い線を使うことになります。7MHzの場合37回巻くことが必要で、0.3〜0.4の線で自立させるには強度不足と思えます。LPFの17回巻きならば0.6の線が使え自立が可能なので、ここではLPFを使うことにしました。

 50MHzにおけるLPF

T37トロイダルコアの巻き数

周波数 コア BPF LPF
7MHz T37-2 37 17
14MHz T37-6 31 14
21MHz T37-6 25 11
28MHz T37-6 22 10
50MHz T37-10 18 8

励振増幅の石(2007/03/25)
終段をドライブする励振増幅の石を何にするかですが、2SC2078の規格で27MHzで入力/出力=0.2W/4Wという値があり、単純計算で、入力/出力=50mW/1W、100mW/2W、励振増幅として50〜100mW程出る石を選ぶことになり、ここではft1000MHzの2SC1906を採用します。またコレクタ負荷のコイルはセンタータップにして動作の安定化を狙いました。

アンテナ切り替え(2007/04/01)
代表的な手法としては @スイッチを使った直接切り替え Aリレーによる方法 BMI301を使ったダイオードスイッチ の3種類があります。ここではオムロンの「GV−1 12VDC」という1回路2接点のリレーを使いました。価格は@230、消費電流は12Vで13mAです。理由は@に比べ遠隔操作が出来ることと、Bに比べ回路が簡単なこと、また受信時には電流を消費しないことがメリットです。


製作編

試作、そしてプリント基板化(2007/12/2)
7,21,50MHzの各周波数ごとにラグ板で試作機を作り、動作確認してからプリント基板化を進めました。

信号の流れを考える(2007/12/2)
1枚のボードにトランシーバの全回路を収納することにしました。下の写真は信号の流れを、送信部が黄緑色、受信部がピンク色、共通部は黄色で示しています。同じ周波数の信号は、増幅の安定化を図るため入力と出力を近づけないことがパターン設計のポイントです。

基板設計(2007/12/2)
基板設計は機械系のCADを使い、各部品の配置と結線を考えました。プリント基板の作成方法については別のページをご覧ください。要所要所にTP(テストポイント)のピンを付け、回路のブロックごとに動作を確認できるようにしておくと便利です。基板部品面図 基板銅箔面図

部品取り付けと各部の動作確認(2007/12/2)
送信部は前段から、受信部は後段から部品を取り付け、ブロック単位で動作を確認しながら進めます。例えば送信部ならばマイクアンプから始め、マイクと電源をつないでちゃんと増幅しているかどうかを確認します。もし動作がおかしければ、パターンミスか部品の取り付けミスか、部品の動作不良かを疑ってください。

 

ケース作り(2007/12/2)
ケースはアルミ板で自作し、サイズは幅187×高52×奥行150mmにしましたが、基板はタカチのYM200(200×40×150mm)に収まるサイズにしていますので、それを利用しても良いでしょう。


調整(2008/1/2)
トランシーバを生かすも殺すも調整次第、魂を入れるための調整について説明します。調整には以下の測定器が必要です。

  1. 終端型電力計(FCZ研のQRPパワー計など)
  2. 低周波発振器(800Hz付近で発振し、出力が調整できる1石程度のもので十分です)
  3. 高周波電圧計(RFプローブなど)
  4. 周波数カウンタ(なければFT817などのゼネカバ受信できるもの)
  5. 受信モニタ(FT817などのトランシーバが使えます)
  6. テスター
  7. クリスタルイヤコン

VXO部(2008/1/2)

  1. TP3に高周波電圧計をつなぎ、発振しているかどうかを確認します。
  2. TP3に周波数カウンタをつなぎ、水晶の基本周波数近辺で発振しているかどうかをチェックし、次にバリコンを回して周波数が可変できるかを確認してください。
  3. T9のコアを回して可変範囲を調整します。例えば50MHz版において50.15〜50.25MHzまでとすれば、基本波の11.944〜11.977MHzになります。これは(50.15−14.318)/3=11.944という計算をしているわけです。
  4. TP4に高周波電圧計をつなぎ、出力が最大になるようT7、T8のコアを回して調整します。また周波数カウンタをつないで、50MHz版であれば35.832〜35.932MHzになることを確認してください。
  5. 周波数カウンタが無い場合は、ゼネカバ受信機のアンテナとして数10cmのビニール線をつなぎ、上記の周波数が受信できるかを確認します。

局部発振器(2008/1/2)

  1. TP6に高周波電圧計をつなぎ、発振しているかどうかを確認します。
  2. TP6に周波数カウンタをつなぎ、回路データのページにあるキャリヤポイントの周波数になるよう、TC3のトリマを調整します。

受信部(2008/1/2)

 受信部は後ろ側から調整を始めます。

  1. スピーカをつないでLM386の2ピンに指で触れ、ブーンというハム音が聞こえれば、まずはOKです。また前段の低周波増幅部の2SC1815のベースに触れ、更に大きなハム音が聞こえるでしょうか。
  2. アンテナをつなぎT12、T11、T10、T2、T1の順で、ノイズが最大になるようコアを回してください。
  3. VXOのバリコンを回して、他局の信号が受信できれば上記のコアを再調整し、受信感度を最大にします。
  4. 交信がされてない場合、手持ちのトランシーバがあればアンテナ端子にダミーロードをつなぎ、CWモードでキャリヤを出すことにより信号を作ることが出来ます。Sメータを見ながら受信感度を最大にしてください。

送信部(2008/1/3)

終段TRのコレクタに接続する電源用の線は外しておいてください

  1. マイク端子に低周波発振器、TP5にクリスタルイヤホンをつなぎ、低周波発信器の出力レベルをあげ、信号が素直に増幅されているかを確認します。
  2. TP5に高周波電圧計をつなぎ、T13のコアを回して出力を最大にします。低周波発振器の代わりにマイクをつないぎ、音声に従ってメータが振れているでしょうか。
  3. 受信モニタで局部発振周波数を受信し、マイクからの音声が聞こえますか? 受信モニタのUSBとLSBを切り替え、どちらでも信号を聞くことが出来れば、DSBの信号が作られていることになります。
  4. TP2にQRPパワー計を接続し、低周波発振器の出力レベルを上げてT3〜T6のコアを回し、メータの振れを最大にします。数10mW出ていればOKです。
  5. TP7にテスターを電流レンジ(300mAほど)にして接続し、無信号時(低周波発振器の出力は最小にする)の電流を測り、30〜50mAほど流れていればOKです。また信号時の最大電流は出力にもよりますが、300〜500mA程流れるはずです。
  6. 受信機でモニタしながら低周波発振機の出力レベルを変化させ、発振音が途切れなく聞こえるでしょうか。またマイクを接続し、きれいな変調音になっているかを確認します。
  7. 既存のアンテナをつなぎ、普段と同程度のSWR値を示せば、スプリアスは少ないと判断してよいでしょう。

運用実績

アンテナをつないで運用します。さて、どこまで届くでしょうか。

21MHz(2W)

日付

時間

コール

RS(His)

RS(My)

使用アンテナ

相手局QTH

距離(km)

備考

20202008/1/2 09:31 JR6IGU 59 59 5mH,1/4λGP 長崎県南島原市 530  
                 
                 

<完了>