50/144MHz 2バンドSSBトランシーバの製作                     もどる


こんなリグを作ってみたい(2008/09/15)

  1. 1台で50MHzと144MHzをカバーするトランシーバーを作りたい。
  2. シャックに置いて落ち着きのある通信機らしいデザインにしたい。
  3. 操作性が良く、安定した性能で、耳障り、手触りの良い、長く使えるリグにしたい。

◆具体的にどうするか(2008/09/15)

  1. 28MHz1mW程度のSSBトランシーバを作り、50MHzと144MHzへはトランスバータでアップする。
  2. チューニングには減速機と大型のツマミを使い、また他のツマミやスイッチの間隔も適切にとる。
  3. ノイズブランカで耳障りなパルス性ノイズをカット出来るようにする。
  4. VXO部は温度補償を行なうとともに、ケースに収めて周囲温度の変化を緩やかに受ける構造にする。
  5. RITにより受信時に周波数をシフトできるようにする。
  6. AFゲインだけでなく、マイクゲイン、RFゲインも調整できるようにする。
  7. ダイヤルとメータにLEDの照明を付ける。
  8. スピーカーは大きな口径のものを使い音質を良くする。
  9. シルバーとツヤ消し黒による塗装で落ち着いた雰囲気を出す。

◆トランシーバの仕様(2008/09/15)

  1. 周波数    : 50MHz帯 50.130〜50.310MHz、144MHz帯 144.130〜144.310MHz
  2. 送信出力   : 2W
  3. 終 段     : 2SC1971(50と144それぞれに使用)
  4. 電源電圧   : 12V
  5. 受信部    : 高1中2ダブルスーパー 
  6. 中間周波数 : 第1中間周波数= 28MHz、、第2中間周波数=12.96MHz、

周波数構成(2008/09/15)
サトー電気や池田電子の水晶一覧を見ながら、こんな周波数構成を考えてみました。

  1. 41.333MHzのVXOと12.96MHz、の中間周波数でアップコンバージョンし、28.130〜28.310MHzをカバーする。
  2. 50MHz帯は局発を22MHzとし、50−22= 28MHzの入出力を作る。
  3. 144MHz帯は局発を38.666MHzとし、3逓倍して116MHzを作り、28MHzの入出力を作る。

当初、第1中間周波数は30MHzとしていましたが、144.250付近で8chテレビの音声が入るため、周波数関係を調べると114MHz(局発周波数)×2−30.25MHz(第一中間周波数)=197.75MHz(8ch音声信号)であることが判りました。局発の出力段は複同調にしているものの、テレビの信号が強いせいか取りきることが出来ないため、中間周波数を28MHzに変更しました。

リグのデザイン(2008/09/15)
1970年頃にトリオでTR5200という50MHzのリグがあり、当時はシルバー系のリグが多かった中で、ブラックフェイスの精悍な感じで記憶に残るでした。そのデザインを参考にしますが、実際に作るには機構面やダイヤル照明など課題は多いです。サイズとしては幅200×高さ100×奥行200mmを考えています。

 

ユニットに分ける(2010/06/26)
回路全体を @VXO部 ARIT&VXO逓倍部 Bスタンバイ部 CSSBジェネレータ部 D28MHzトランスバータ部 E50MHzトランスバータ部 F144MHzトランスバータ部 G144MHzリニヤアンプ部 の8つのユニットに分けました。


ダイヤル部の周辺
ダイヤル部はリグのデザインをする上で一番重要な箇所でしょう。このリグではダイヤル板をケースの中に入れるため、その部分の構造と内部照明、また外部に出るダイヤルエスカッションはリグのデザインを引き締める大事な部品であり、頭を悩ます反面、楽しみともいえるでしょう。

 2mmのアルミ板で作った正面パネルと、3mmのベーク板で作ったダイヤルエスカッション

減速機構(2010/06/26)
6:1のボールドライブ減速機は国内では入手困難になりましたが、ジャンク屋で新古品を見つけたとか、海外(イギリス?)から入手している人もいると聞きます。あるいは市販のバーニヤダイヤルを加工するという手もあるでしょう。バリコンとの接続はタイトカップリングを使い、芯ずれを吸収することがスムースな同調のポイントです。またダイヤルのツマミは握り部の直径が40mmの型番LEXCM-5Sを使いました。

  

 ツマミ、目盛り板、減速機、タイトカップリング、バリコンは一直線に連結する。

周波数目盛りと指針(2010/09/11)
1mmの白色塩ビ板を直径65mmに切り、2mmのビスで減速機に取り付けます。また位置を示す指針は、12×6mmの銅版(0.8mm厚)の中央に1mmの錫メッキ線を半田付けし赤色に着色します。

周波数目盛りの作成方法

  1. トランシーバーを送信状態にしてカウンタで周波数を実測し、10kHz単位で目盛り板に印をつける。
  2. その角度を読みCADで目盛りを作る。
  3. フォトペーパーに印刷し、切り取って両面テープで塩ビ板に貼り付ける。
  4. 作成した目盛りがずれていれば、角度を修正して、再度印刷し貼り付ける。

  

白色LEDチップによる照明(2010/07/03)
白色LEDチップ(3.5×2.7mm)4個を100×8mmの基板上に並列につなぎ、ダイヤル部とSメータ部に各2個使って照明としました。消費電流は合計で10mAです。LEDチップは砲弾型のLEDに比べ指向性が少ないため、広範囲を照らすには向いていると思います。

  1. Sメータは透明プラスチックケースの上側にギザギザの光を拡散する部分があるため、2個のLEDでもメータ面を比較的均一に照らすことができます。
  2. ダイヤル部は光が下に抜けてしまうため、0.6mmのアルミ板で作った反射板を置き、ダイヤル板を反射光で照らすようにしました。なお、反射面はコンパウンドで磨くか、アルミテープを貼ると光を反射しやすくなります。またダイヤルの窓には2mm厚のアクリル板をはめていますが、これも光を内側に反射しダイヤル面を照らしてくれます。

  

 
 反射板(赤枠内)          LED照明を暗い部屋で見てみる

Sメータ(2010/07/04)
デジットで買ったVUメータ(450円)にCADで目盛りを作り、両面テープで貼り付けました。用紙はフォトペーパーを使うときれいにプリントできます。メータの透明ケースには内部にギザギザがついているため、上部からの照明に対し光が拡散し、メータ面を照らしてくれます。

 
      VUメータ          目盛りを作って貼り付け


基板の配置(2010/09/11)

◆回路全体を8枚の基板に分け、シャーシの上下(表裏)に取り付けます。基板はM3ナット2個でシャーシから4.8mm浮かして取り付けます。

@VXO部基板
  
基板サイズ:60×40mm (紙フェノール基板)

◆基板の構成(2010/2008/28)
トランシーバの心臓部とも言える部分で、いかにQRHを少なくするかがポイントになります。

  1. VXOとはいえ周囲温度の変化でQRHするため、発振部をアルミ板で作ったケースに入れ、リグ内の温度変化を緩やかに受ける構造としましいた。
  2. 内部発熱の影響も最小にするため基板は2枚に分け、@2SC1906の発振部と2SK241のバッファ部、AVXO逓倍部とRIT制御部としています。電圧安定化用の三端子レギュレータを3個使っているため、特にこの部分での発熱が多いと思います。
  3. RITはバリキャップFC54Mを使い、±2.5kHz調整できるようにしました。

 

◆バリコン、コイル、水晶、トランジスタ(2010/06/26)

  1. 日本橋のデジットで購入したFM用の3連エアーバリコン(@500)のうち1ユニット(約20P)を使うことにします。このバリコンはステーター側が軸を中心にして左右対称ではないため、容量大側の変化幅が少なく、容量小側での変化幅が多いため、容量直線型のバリコン比べると周波数直線性は良くなります。
  2. コイルは10Kボビンに0.1mmのウレタン線65回を4つの溝に分割巻きにしました。またケースと壷コアは使わず、周波数微調整のため中心コアのみ半分に切って使うことにしました。
  3. 水晶は池田電子で購入した10個300円の3倍オーバートーン41.333MHzのHC25Uタイプで、基本波(13.7MHz)で発振させ、次段で3逓倍します。
  4. 発振段にFETを使うかトランジスタを使うかで迷う点もありますが、発振素子の発熱を減らすことでQRHを少なくすることができ、その点トランジスタの方がコレクタ電流をコントロールしやすいので、実績のある2SC1906を使うことにしました。

   
     エアーバリコン       10Kコイル     水晶      2SC1906

◆温度補償コンデンサ(2010/06/26)
コイルやコンデンサには温度係数があり、発振回路に使うコイルとエアーバリコンは”正の温度係数”、すなわち温度が上がればインダクタンス、あるいはキャパシタンスが増える。ということは周波数は下がることになります。それを打ち消すためには”負の温度係数”のコンデンサと組み合わせ、理想としては”ゼロ”にしたいのです。ところがバリコンを回すことで最大容量もあれば最小容量もあり、すべての角度において発振回路の温度特性をゼロにすることは出来ないため、便宜的にはバリコンの中央位置あたりでゼロに近くなればよいでしょう。

◆ユニットとしてまとめる(2010/07/10)
VXO回路の発振部とバッファ部のみ基板に組み、ケースに入れました。増幅部、RIT部、AVR(電圧安定化)部など発熱するものは別基板にします。基板を0.8mmのアルミ板で作ったケースにいれ、ボール減速機にタイトカップリングで締結し、大型ツマミでチューニングする構造とします。発振段の2SC1906は発熱を少なくするためコレクタ電流は0.45mAとしています。ダイヤルの下端に近い周波数でQRHを測定すると、電源投入後1〜2分は急激に上昇しますがその後は安定してきます。

 

基板単独での動作確認(2010/09/25)

  1. VXO部の電源部に5Vを供給し、出力端子に接続した高周波電圧計の針が振れることを確認する。
  2. 出力端子に周波数カウンタを接続し、13.690〜13.757MHzになるようVXOコイルのコアを調整する。

ARIT制御部&VXO逓倍部
  基板サイズ:60×40mm (紙フェノール基板)

◆RIT(2010/10/02)
基板サイズはVXO部と同じで、シャーシの上下に取り付けます。

 

半固定抵抗の調整方法(2010/10/02)

  1. 受信状態にし、RITツマミをセンターの位置に合わせ、RITスイッチをONにして、バリキャップにかかる電圧@をデジタルテスタで読む。
  2. RITスイッチをOFFにしてAの電圧が@と同じになるよう「OFF−SET」半固定抵抗で合わせる。
  3. 送信状態にしてBの電圧が@と同じになるよう、「TX−SET」の半固定抵抗で合わせる。

Bスタンバイ部基板(2011/02/11)
  基板サイズ:65×45mm (紙フェノール基板)

2SA1358(120V/1A)を2個使った無接点スイッチ回路で、スタンバイスイッチによりON/OFFし送受電圧を切り替えます。この回路は無負荷時における消費電流が、送信時5mA/受信時2mAと少ないのが特徴です。基板サイズにゆとりがあるので放熱器として25×36×1mmのアルミ板をコの字型に曲げて使っていますが、300mAを連続で通電してもトランジスタの表面温度の上昇は5度程度、200mAでは2度程度です。

 

基板単独での動作確認(2010/09/25)

  1. 上の画像で黄色(共通)の端子に12Vを加え、ピンク色(受信部)の端子に12Vが出ることを確認します。
  2. スタンバイ端子をアースして、青色(送信部)の端子に12Vが出るかを確認する。

CSSBジェネレータ部基板(2010/2008/28)
  基板サイズ:100×65mm 共通部(黄色)、送信部(青)、受信部(ピンク)、AGC(緑)、アース(灰色)、TP(オレンジ)

 

◆クリスタルフィルタ(2010/2008/27)
サトー電気の通販で購入した12.96MHzHC49US型水晶(6個)によるラダー型クリスタルフィルタです。送受共用としているため、ダイオードスイッチにより送信回路からの信号と、受信回路へ行く信号を切り替えます。

 

◆受信部(2010/06/26)
デュアルゲートFETの3SK51を2個使った中間周波増幅部、検波部はショットキーバリヤダイオード1SS108を4本使ったプロダクト検波で、その後2SC1815による低周波増幅部と、AGC増幅部を置いています。

◆AF増幅の結合コンデンサの値について(2011/02/05)
検波後のAF増幅において、結合コンデンサ1μを3個経由してAGC平滑用の220μを充電しSメータを振らせます。手持ちが切れたため1μを10μにしたところ、送信→受信切替時Sメータが振れ始めるのに5秒かかってしまいました。これでは遅すぎると1μを購入して交換すると、立ち上がり時間は0.5秒に短縮されました。トランシーバーは送/受を頻繁に繰り返すため、結合コンデンサは音質を維持できる範囲で出来るだけ小さい値のものを使うことが良いと思います。また1μFの価格はケミコンで20円、積層セラでは60円ほどしますが、テクノパーツ宝塚店の店頭では積層セラを5円で売っており、これは安いと思わずまとめ買いしてしまいました。hi

◆送信部(2010/06/26)
マイクアンプ後、TA7358Pによる平衡変調によってDSB波を作り、クリスタルフィルタを通してSSB波にします。

基板単独での動作確認(2010/09/25)

  1. マイクを接続し、TA7358Pの4ピンにクリスタルイヤホンをつなぎ、送信部に12Vを供給しマイクの音が増幅されているか、歪みの無いきれいな音かを確認する。
  2. 共通部に12Vを供給し、TA7359Pの8ピンに高周波電圧計を接続し、発振していることを確認する。また周波数カウンタを接続して周波数が12.9607MHzになるよう50Pのトリマを回して調整する。
  3. マイク端子に低周波発振器からの音を加え、クリスタルフィルタのI/O端子に高周波電圧計を接続し、共通部と送信部に12Vを供給し、高周波電圧計の針が最大になるようT12を調整する。
  4. 受信部の低周波増幅2SC1815のコレクタ出力部にクリスタルイヤホンを接続し、共通部と受信部に12Vを供給する。イヤホンから聞こえる「ザー」というノイズが最大になるよう、T10,T11を調整する。

D28MHzトランスバータ部基板(2010/2008/28)
  基板サイズ:100×65mm (紙フェノール基板)

 

◆部品
@コア部分を赤く塗った7K型のコイルは、KANHAMでジャンク購入したものを巻き直したものです。
Aコア部分を青く塗ったものも、誰かから譲り受け巻き直しました。

◆28MHz混合部(受信部)
28MHzの受信信号とVXOからの41MHzを2SK241に加え、12.96MHzの信号を作ります。

◆28MHz混合部(送信部)
12.96MHzのSSB信号とVXOからのキャリヤをTA7358Pで混合して28MHzの信号を作り、2SK241で軽く増幅します。出力の1dBアッテネータは動作を安定させるために入れました。

◆ノイズブランカ部(11/01/29)
ミズホ通信のピコに使われている回路で、混合部のドレイン出力を小容量コンデンサで結合し、3SK51で増幅後、倍電圧検波した電圧を2SC1815で増幅し、パルスノイズが入った時だけスイッチングダイオードに逆電圧がかかるため、その瞬間だけ受信信号を後段に伝えないようにします。ノイズブランカの動作テストは、アンテナ端子に模型用モータを接続してノイズを加え、ノイズブランカのスイッチをONにしてノイズが低減できるかを確認します。

 アンテナ端子に模型用モーターの端子を接続しノイズを加える。

◆低周波増幅部
おなじみのLM386によりスピーカを鳴らす回路です。

基板単独での動作確認(2010/09/25)
LM386の出力端子に8Ωのスピーカを接続する。12Vの電源を供給し、入力端子に低周波発振器の信号(サイン波)を加えたとき、きれいな音が聞こえれば動作はOKです。この基板単独で動作確認できるのは前述の範囲であり、あとはSSBジェネレータ基板およびVXO基板と結線し、28MHzのトランシーバとして動作確認します。

E50MHzトランスバータ部基板(2010/09/11)
  基板サイズ:100×80mm (紙フェノール基板)

局発部
22MHzを発振させ、送信部と受信部に加えます。周波数の微調整は水晶と直列接続した50Pのトリマで行います。

送信部
28MHzの入力信号と22MHzの局発信号をTA7358Pで混合し50MHzを作ります。その後2段のBPFを通し、2SK241−2SC2053−2SC1971と増幅し、ツインTフィルタを通してアンテナに送ります。終段の石は基板上に立てて取り付け、アルミ板を経由してシャーシに放熱します。

受信部
3SK51で高周波増幅し、2SK241で22MHzの局発と混合した28MHzの信号を28Mトランスバータ部へ送ります。

 

終段の放熱(2010/09/23)
終段の2SC1971はエミッタがフィンに接続しているため、絶縁シートを使わずフィンを直接放熱器に取り付けることができます。L型に曲げたアルミ板をシャシ−に取り付け、2SC1971との間に2mm厚のアルミ板2枚をはさんで、全体を通しのネジで固定し、TRの熱をシャーシへも放熱できるようにしました。

出力が少ない → ダミーアンテナで調べる → 56MHzに同調していた (2010/09/11)
基板に部品を取り付け通電して調整を進めましたが、送信出力は2Wを予定しているのに0.1Wしか出ません。部品の取り付けミスは無いので、以前作った50MHz用ダミーアンテナでSWRを測定すると2ほどになりました。これは同調回路が正規の周波数に同調していないなと当たりをつけ、2SC2053のベース部分の周波数をカウンタで調べてみると、入力信号28MHz×2の56MHzに同調していることがわかりました。7Kボビンンのコアを少し入れ、50MHzにあわせることで出力は一気に上がり2Wになりました。

F144MHzトランスバータ部基板(2010/09/11)
  基板サイズ:100×80mm
 (ガラスエポキシ基板) 紙フェノール(ベーク)基板は100MHzまでというデータがあり(高周波回路設計ノウハウ P98 CQ出版)、144MHzは高周波特性を考慮してガラスエポキシ基板を使い、銅箔面にもフラックスを塗らないようにします。

局発部
38.666MHzを3倍オーバートーン発振し、次段で3逓倍して116MHzを作ります。

送信部
28MHzの入力信号と116MHzの局発信号をTA7358Pで混合し144MHzを作ります。その後3段および2段のBPFを通し、2SK439−2SC1906−2SC2053と増幅して300mWの出力を作り、リニヤアンプ部へ送ります。BPFの段数が50MHzに比べて多いのは、144の方が近接スプリアス発生の可能性が高いため、より選択度を高めるためです。

受信部
3SK51で高周波増幅し、2SK439で116MHzの局発と混合した28MHzの信号を28Mトランスバータ部へ送ります。

調整のポイント

  1. 144MHzの場合はコイルを間違えた周波数に同調させてしまうことがあります。出力が思うように出ないとか、アンテナをつないでみたらSWRがやけに悪いなどということがあれば、144MHzでない周波数に同調していることがあるので注意してください。
  2. バラモジTA7358P以降の7Kコイルのコアの位置はコアを内部に押し込んだところで同調させるようにします。コアを抜いた位置で同調させると出力が思うように出ません。これはコイルの1次と2次の結合度の差によるものです。
  3. 2SC2053のベース部分に接続しているシリコンダイオードの特性によって、バイアス電流が流れすぎたり流れなかったりすることがあります。バイアス抵抗の2.2Kやダイオードと直列接続している10Ωを変更してみてください。

 

G144MHzリニヤアンプ部基板(2011/02/11)
  基板サイズ:65×45mm (ガラスエポキシ基板)

144MHzは様々な結合があり動作が不安定になりやすいので、リニヤアンプ部は別基板とし、トランスバータ部はシャーシの下(裏)、リニヤアンプ部はシャーシの上(表)に取り付けるようにしました。放熱は50M部と同じ方式で行います。

 


全体をまとめる(2010/09/23)

基板製作を進めながらシャーシに取り付けて配線し動作確認を進めます。ある程度動作確認ができたら、次の基板、次の基板と組み付けを進めます。複数の基板をつなぐと全体でゲインがありすぎたり、なさ過ぎたりする場合もあり、そこで全体のバランスをとることが必要になります。

 

基板のシャーシへの取り付け(2010/09/23)
M3×30mmのビスの頭の部分を切り取って切り口をヤスリでならして寸切りネジを作り、基板はナット2個分(4.8mm)浮かしてシャーシの表裏に取り付けます。表裏に取り付ける基板は同じサイズにしています。

 M3ナット2個で基板を浮かす

配線材料(2010/09/23)
配線に使った線は0.08SQの単線で、送信部(青)、受信部(赤)、共通部(黄色)、AGC(緑)、アース(黒)のように色分けしました。なお電流が多く流れる部分は0.3SQの寄り線、高周波の流れる部分は0.8QEV同軸、低周波部は外径1.5mmのシールド線です。リグ全体の消費電流は最大時で0.6Aほどであり、0.3SQ電線の許容電流は4.6A、0.08SQは1.2Aですから数値的に問題はないと思います。

スピーカー(2010/09/25)
直径75mmのスピーカーをケースの上蓋に1mmのアルミ板で作った金具で固定しました。また蓋には2mmのキリ穴を100個程あけて音の通り穴としています。

 

ハンドマイク(2011/02/11)
テイシンのTW−51というケースにコンデンサマイクとシーソースイッチを取り付け、4Pのマイク用メタルコネクタとをカールコードでつなげています。ケースの中央に3mmの穴を開けて音を通す穴とし、コンデンサマイクはボンドでケースに貼り付けました。スタンバイスイッチはミヤマのMS−284A−Dというシーソースイッチを使い、軽やかに送受の切り替えをしています。

  


運用実績

使用アンテナ

  1. 50MHz  : 8mH 1/2λダイポール
  2. 144MHz : 8mH 1/4λグランドプレーン

周波数(MHz)

日付

相手局

MY

HIS

当局運用地(自宅)

相手局運用地

距離(km)

144

2010/9/25

JF5KJJ/5

59

59

兵庫県伊丹市

香川県小豆郡

107

144

2012/6/3

JI2CLN/2

59

59

兵庫県伊丹市

三重県菰野町

97

               
               
               
               
               

<完了>