移動用TRXの製作  【2021.4.29】



 昨年の夏から秋にかけて、しばらく弄っていなかった半導体回路の練習をかねて、ポータブルな移動用TRXのパーツをいろいろ実験していました。しかしながら、どーもあちこちで躓いて、すかっと「お気に入り」な形にならなかったので、一回、再考のために活動を休止していました。 そうなると、たいていは二度と復活することはないのですが、世情を勘案すると、無体なステイホームばかり続けると、精神的にも肉体的にも劣化の一途だとの思いから、できる限り外にでて、運用するための機体を作りたいと思っていました。ま、移動先といえば、当然、密な場所になど行くわけはありませんから、昨今の異常な世相に竿を挿す、反社会的行為ではないことは明らかです。ミドリの糞BBAは、なんとかの一つ覚えのように家に閉じこもれとほざいていますが、移動運用に関しては、むっしーでいいでしょう。おっと話がずれた、この辺りの続きはTsubuyakiで(笑)。

 移動用のTRXといえば、超大昔にここに載っている50MHzのSSBトランシーバがあります。子供がまだ小さいころ(確か長男が小6)、北海道をオートキャンプしながら横断したときに持って行った覚えがありますが、それ以降はお蔵入りで、殆ど使用実績がありません。今も、机上の目立つ場所に鎮座ましましていますが、全く火が入らず寂しそうです。

 今回は目線を変えて、実際に持ち出して楽しい形にしてみようと思っています。ツイッターで情報交換させていただいている、JH8SSTさんや7L4WVUさんの自作CBも楽しそうだし、相手には困らない7MHzもいいかもしれません。やっぱり相手がいないと、私みたいな、あまり交信しない派は、移動しようという気にならないというのが本音です。

 ところで、去年の春頃になってしまうのですが、機器製作に先だって、CBの技適を実施しているTELECに相談していました。というのも、自作機の技適が可能なのは、多くの皆様がご披露しているので、なんの問題もないという認識ですが、同一筐体にHAM用TRXを作りこむことは可能なのかが解りませんでした。そこで、いろいろTELECに問い合わせて分かったことは、

●CBの技適をCB/HAM共用機で受けることは可能である。
●CBの技術基準を満足することが必要である。


というもので、極めて常識的な話でした。当然、HAM用機器の部分に関しては保証認定を通すことになりますが、これに関しては全く心配はありません。掛る時間(とお金)だけですね(笑)。おっと、お金と言えば、CBの技適に掛る金額には目を見張りますが(笑)。

 前提の話はこれくらいにして、実体に入っていきましょう。まずは、一回進行をあきらめた前回以降、真空管イジリの傍らでジミーにつついていたブツを晒しておきます。





2バンドSSB/AMエキサイタ&受信機の様子


 一応、この形で、TRX基本機能を実現しています。これに足らないのが、TXのドライバ、パワーアンプ、LPF、アンテナ整合回路です。アンテナ整合回路を除いた部分を以下に示します。





電力増幅部の様子


 この2つのユニットを収容するケースですが、けっこう悩みました。市販のケースの中には格好のいいものもあるにはあるのですが、いかんせん、価格が高く、「いいな」と思うケースは諭吉君が飛びそうになったりします。一瞬、それもいいかなとも考えましたが、最近は、ジャンク機器のケース利用かあるいは自作ケースで通して来たので、今回もなんとかその方向で考えます。

 で、考えたのが、アルミシャーシそのものの利用です。これだと、アンテナの固定にも好都合で、何より余裕をもって回路基板を収容できそうだったので、アルミシャーシに底板を加えてケース化することにします。前面レイアウトもなんども書き換えてみましたが、結局、30cm×20cm×6cmのアルミシャーシを選びました。ただ、シャーシそのものだとあまりにもそっけないので、飾りのフレームをつけてアクセントにしたいと思っています

 そのシャーシにはロッドアンテナを設置して、「容易に交換できないようにする」機構が必要になります。ここでは、以前から「回転型ロッドアンテナ固定機構ならこれ!」と思っていた、タケ様の提案された構造を採用することにしました。西無線研究所もCB機器に採用するほどですから、実績も十分で信頼が置けます。これを以下に示します。





回転式ロッドアンテナの様子




ノブによる固定の様子


 これで、機器の構成要素が殆ど揃いました。以降は、結合試験を実施して、完成に持っていくのですが、その経過と個々の回路の動きに関して記述していきたいと思います。


<とりあえず実装して特性を見てみよう> 【2021.5.23】

 まずはケースを仮配線ができるように加工する必要があります。前回書いたように、シャーシに化粧フレームをつけてどんな感じに仕上がるか、想定される部品を並べて見ました。




平型のシャーシ利用ケースと前面パーツの様子


 一番右がCB用の8CHのセレクターで、周波数チューニングダイアル、VOL、CB/7MHzセレクタ AM/SSBセレクタが続きます。表示はいまのところ0.96インチのOLEDが置いてありますが、最終的には1.54か1.3インチのOLEDに変えるつもりです。メータは、CBは、丸メータがデファクトスタンダードなので、支那の安物メータを選択せざるを得ませんでした。その横が電源とスタンバイSW、マイク、ヘッドフォンコネクタです。STBY用SWはマイクに付属のものでもOKですが、試験用にTXON固定ができるように設けています。また、マイク、ヘッドフォーン端子は、ディジタルモード運用を想定して他に所有する自作のトランシーバと共通にするために設けています。


 では、ここで、トランシーバの全体構成を掲げておきます。以下は現状のブロックダイヤグラムです。





2バンドトランシーバの全体構成



 ミクサーとクリスタルフィルタを送受共用(信号経路が逆)としたのですが、それらの切り替えとバンド切り替えのために思いのほか切り替え回路が増えてしまいました。信号レベルの低いところでは、CMOSのSPDTスイッチを多用し、ある程度信号レベルの高いところはミニチュアリレーで切り替えます。

 CMOSのSPDTスイッチはAFからVHFまで使えてIMD特性も良好ですから、遠慮なくつかうことが出来ます。一方、リレーはモノによっては電流がバカみたいに流れるものがありますが、今回使ったのは、松下のジャンクで、12mAしか流れません。それで2回路入っています。確か大昔に購入したのですが50個で2000円くらいでしたから、超お買い得でした。




半導体SPDTスイッチとミニチュアリレー


 回路そのものは今迄に個別に遊んできたものをつなぎ合わせたので、まったく最適化は出来ていません。いつものスタイルです。

 さて、今回は私の自作品では初のSi5351使用ですが、やっとなんとか使う上での妥協点に達した感じです。これについてはまたあとで書くことにします。

 実は本機はAM機でもあるところですが、AM王道の終段揺さぶり変調(真空管ならP-Sg同時変調とか)を採用していません。SSBとの共用するので、昔の真空管メーカーリグと同じようにバラモジにDCを印加した「低電力変調」です。この方式はAMマニアからは「軽んじられて」いるようですが、オシロで見ると、きれいな変調がかかっているので、「パンチのない音」と巷間言われているところですが、ここは気にせず低電力変調で押し切ることにします(笑)。

 その他、結構ノウハウ的には積み上がりましたが、これ以降、折に触れて深堀りしたいと思います。ということで、ざっくり穴あけをして、想定されるパーツを仮止めして、配線してみたのが下図です。





仮実装の様子


 実はこの時点では、OLEDを0.95インチから1.54インチに拡幅すべくレイアウトしたつもりだったのですが、なんと、手違いでギリ実装不可になってしまいました。一瞬途方にくれましたが、いろいろ調べると、1.3インチのOLEDがあることを確認したので、これを調達しています。これが来たら、一回、パーツと基板間を配線したまま、ケースから取り外し、塗装、SP、OLEDを実装できるようにして、再組み立てする予定です。そうそう、アンテナ整合回路も、27MHzはラフに測定しましたが、一応、最終見通しを得ておかないといけません。(ま、でも、これは最後でもいいかも)

 では、ということで個別の回路の話とか特性に移っていきます。まずは、TX系統から。

 実は、パワーアンプは当初RD06HHF1のシングルで十分だろうとタカをくくっていましたが、SSBのIMDやAMの変調歪やらを見ていると、ちょっとお気に召さなくなってきたので、移動用機には「掟破りの(笑)」RD16HHF1に換装しています。話が逸れますが今回の変更申請ではPPだと10Wの変更申請に対して「この石のプッシュプルだと出力は20W以上で申請しないと通りません」と言われちまったのです。ドレイン損失が54Wもある頼もしい石なので、QRPな回路では禁忌の類ですね。でも、そんなのカンケーネー(古!)です。

 ただ、電源電圧が12Vなので、ここの回路出力側を1:4の伝送線路トランスに変えて、少しでもパワー、リニアリティの向上を図ってみました。




 2−tone時IMD(SSB)

2Wpep時なので-30dBまで許容するなら4Wpepは確実




キャリアサプレッション(SSB)

調整すると-65dBくらいはいくが、-60dBなら安定的に実現できる




2−tone時間波形(SSB)

29.1Vp-p@50Ωなので2.1Wpep




キャリア0.6W時90%のAM変調波形 27MHz




同時間波形(変調度は93%)

キャリアは16Vp-pなので0.64Wrms




同時間波形(変調度は83%)

 これらは、マイク端子から2-トーン(SSB時)あるいはシングルトーン(AM時)を入力した時の様子です。SSBもAMも、TA2011によって振幅制限が掛けられており、AMでは100%以上の過変調になることはありません。SSBも同様で、これ以上のレベルを入力すると、振幅制限がかかって、IMD劣化は起こしません。非常にいい具合にリニアリティコントロールが出来ます。

 特にSSBではいい感じで、2Wpep時にIMD3が−45dBですから、文句はありません。AMも変調波形はきれいで、CB規定のキャリアが0.5Wとして、変調波のうち第二側帯波(高調波ですね)が90%変調時−30dBとれますから、問題はないでしょう。

 次にスプリアス特性です。広域と近傍を見ています。





7MHz 広域




7MHz 近傍




27MHz  広域




27MHz  近傍

 実は、スプリアスは全てがSi5351由来ではありますが、Si5351の出力には、帯域制限を掛けていません(BFOは別です。これは後述します)。全てのスプリアスを3段のDWMさんフィルタ(直列共振型のキレキレフィルタ)で一気に落としています。じつは、これは、今回の構成ではかなりリスキーで、MIXの後にμPC1677Cなるアンプが入っていますが、その入力には、Si5351由来のスプリアス、ローカルリーク、イメージ成分が「一緒くた」になって入力されます。なので、これらのレベルが「強大だと」μPC1677が相互変調を起こし、如何にキレのいいフィルタでも出力スペクトラムは「手を付けられない」状態になってしまいます。

 なので、今回はこの段のレベルを極めて低く保っています。ミクサー出力は−25dBm以下くらいに保っています。それでも3段のアンプの合計利得は60dB近くに達するので、軽く2Wpepは出力できることになります。

 ただ、結果として、近傍のスプリアスは−57dB程度残ってしまっています。法令上はまったく問題ないレベルですが、ちょっと嫌味に聞こえるかもしれませんが、私の製作品は、基本は−60dB以下を目標にしているので、そこには至っていません。本機は移動用機なので、例えば、スプリアス発生器のSi5351にフィルタを入れていない等、スプリアス撲滅に割けるリソースが少ないため、ま、こんなところで、妥協するかという感じですかね。


<とりあえず仕上げ> 【2021.12.22】

 前回からだいぶ時間が空いてしまいました。このアイテムを仕上げておかないと、年が越せません(笑)。ということで、一週間ばかり仕上げにむけて動いてみました。残りは、アンテナの整合と電池・電源関係、あとディジタルモードの追加くらいでしょうか?それらを一気に実装していくことにします。まずはアンテナから。

 アンテナに関しては、構造について、いままで述べてきましたが、整合回路を考えて実装しないといけません。最初は7MHzのアンテナもベースローディングして、27MHzのアンテナにぶっ刺して使ってみようかなんて考えたことがありました。素人的ですが、以下のように、7MHzの時は27MHzのアンテナを縮めた状態で伸長コイルを巻いた別エレメントをぶっ刺して、縮めた27MHzのロッドアンテナの一部に給電してはどうかと考えたのです。





7MHzのアンテナの構造を考えた

 これだと、縮めた状態でも、けっこう不細工になるし、なによりも、下記に示すように7MHzの共振があまり綺麗に出ないので、なんだかやる気が失せてほおり出してしまいました。





7MHzだときついなぁ

 ということで、あっさりと7MHz用は外部引き出し端子を設けて、27MHzとは違うアンテナを接続することにしました。SMAコネクターで引き出すことにします。

 次に27MHzのロッドアンテナのチューニングですが、どうもこの中華旗竿ロッドアンテナは単体で用いると共振周波数が27MHzより若干高く、27MHzでVSWRを下げるようにLマッチで調整したことがありました。この場合、周囲環境の影響をけっこう受けやすく、VSWRの変化が大きいために、アンテナの共振周波数そのものを27MHzに合わせるように、ベースローディングコイルを弄ってみます。





アンテナとベースローディングコイル




VSWRの様子


 このベースローディングコイルはロッドアンテナ支持の塩ビパイプに巻くことを想定しています。VSWRを見ながらタップをとると1.8φのエナメル被覆銅線で3t弱で上のように27MHzに共振しているようです。副共振も何か所かあるのですが、それは考えなくてもいいと思います。これに気を良くして、下図のように実際のアンテナを回転機構に搭載してチューニングしてみました。ロッドアンテナ下端は黄色の配線あたりで固定できるようにネジ止めします。 





アンテナとベースローディングコイルの様子


この状態で整合を見たのが以下の図です。





VSWRの様子


これを見ると、VSWRは1.3まで落ちています。この共振点をもう少し下げると1.25くらいにはなるようですが、コイルのタップ位置の関係で、この状態を採用することとします。更に整合回路を設けて完全整合させることも考えましたが、この辺りで矛を収めてもいいかなと思って、チューニングは終了とします。なにせ、やることがほかにも多いので(笑)。ということで、Lマッチは実装せずにこれでPAへフィードすることになりました。

 次は電源回路です。外部電源は10〜15Vで小容量鉛バッテリやDC電源とし、内臓は2000mAHの円筒型ニッケル水素電池を8本または10本とします。内臓電池は普段は8本で運用しますが、10本への切り替えSW も設けています。内臓電池は外部からトリクル充電?で1/15Cの定電流で充電することができるので、シャックに置いておく場合は、普段はトリクル充電していることを想定します。もし、急速充電が必要ならば、「本機から取り出して急速充電器(4本)にかける」運用になります。





電源回路の様子



 この電池と定電流チャージャーは底板に設置していますが、スペース的には余裕たっぷりです。

 さて、最後の小ネタですが、ディジタル通信インターフェースです。





PWZ局の標準インターフェース


 PWZ局の設備は、CATとヴァーチャル・オーディオ・インターフェースでつなぐ機器が、RedpitayaとQDXですが、その他の機器はSDR-3とかTRX-305みたいなディジタル機であっても(アナログ機は当然)、SP/MICとDTR信号でインターフェースしています。この標準インターフェースは大型(6φ)のヘッドフォーンジャックとTXコントロール付きの4ピンマイクジャックというわけです。なので、このインターフェースを本機は搭載することにしました。その結果、ただでさえ狭苦しい前面パネルに無理して大型のフォーンジャックなんか搭載したわけです。移動用機器にはちょっとそぐわないのですが、ま、仕方がありません。





休日の7041kHzの様子


 実際に受信してみると、上図の通り「とりあえず」は受かっているようですが、低域がノイズっぽいのとクリスタルフィルタの帯域があまり広く無いので、2300〜2400Hzくらいで切れているのがよくわかります。帯域の真ん中の局は、SDR-3と同じようなC/Nで受かっているので、問題無いと思います。

 あ、そうそう、USBへの切り替えはパネル面右側のCB用チャネルセレクタの9番目のポジションに割り込ませてあります。当初はこんなこと考えていなかったので、ちょっと変則的にはなりますが。

 さて、以上でほぼ完成させることができました。最終的形状は下図の通りです。今後は必要に応じて追加・修正していこうと思っています。

 なんとか、今年のアップに間に合いました。これの完成で今年を締めることができて良かったと思います。ツイッターでは、いろいろつまみ食いしていますが、そちらである程度小ネタが積みあがったら纏めてこちらにアップするというスタイル(これがたいへん楽なんです)を来年も続けていこうと思います。皆様におかれましては、呆れずにお付き合い頂ければ幸いです。





完成した外形

塗装は三菱A69シルバーメタリックにクリアラッカーを追加
返す返すも悔しいのは、1.54インチの黄色OLEDがギリで搭載できなかったこと