個別実験のページその２です（その１はこちら）。


＜キャリアサプレッション補正回路-1＞　【2021.11.28】

　昨今は話題と言えばSDR一色なので、なんとも時代がかった内容ですが、まえまえから一回はトライしておきたいと思っていたネタです。DSP処理の普及によって旧来型のアナログDBMの出番は最近は激減しているのですが、この後の検討（そのうちアップします）の前段階として傾向をみるために実験してみました。

　アナログ型のDBMの弱点の一つがキャリアサプレッション劣化ですが、この特性は素子のDCバランスに頼っているところがあり、このバランス回路の経時変動によって大きくその特性が棄損することがあります。最近は皆さん高価なメーカー製無線機を有しており、そのスペクトラムモニタもかなりマトモになってきたので、キャリアの漏れた（-４０ｄBを切る？）波なんぞ出そうものなら、「教育的指導」を食らっちまう可能性があります（大笑）。そんな場合「自作ですからお許しを！」なんて、メーカー製品しか弄ったことのない御仁には死んでも言いたくありません（相変わらず強情だのう）。なので、必然的に、アナログ回路であっても、良好な特性を維持したいと思うのは、自作家の矜持というものでしょう。ちょっと大上段に構えてしまいましたが、単にスペアナで見える余計な成分を抑圧したいという、根源的要求に従ったというだけです（御託を並べんと、最初からそういわんかい！：笑）。

　また、例によって横滑りしそうなので、もとに戻します。

　まずは、どんな構成で行うかですが、まー、常識的に考えて、DBMの漏洩キャリアを測定して、DBMのバランス回路にフィードバックを掛けるということになります。この場合、PLLのように常時周波数が変化しないようにロックさせるような動作は必要なくて、一日の通信中くらいは特性が維持できていればよかろうと割り切ります。そうなると、必要なのは、DBMの漏れキャリアを検出するLog　AMP、この検出レベルからDBMのバランス回路を調整するA/D　D/A回路を持ったμPということになりますね。

必要な構成要素をマウント

　上図は貧相ですが、こんな感じに構成してみることにしましょう。DBMはバカチョンのNJM２５９４、Log　AMPはAD8309、制御μPは５VのArduino　NANOに外付けD/Aという構成を選んで並べてみました。

Log AMP　AD8309

　まずはログアンプのクローズアップです。アナデバのAD8309を使っていました。ここはAD8307が超ポピュラーです。昔、アナデバでのサンプル請求がいくらでもできたころに、何回かに分けてAD8309を仕入れてありました。一回で２個送ってもらえたはずですから、５回以上時間を開けて請求したのでしょう。部品箱に１０個以上発見できました。AD8309はAD8307に比べて、ダイナミックレンジが１０ｄB弱、また感度も数ｄB良好になっている改良型のようです。本目的ではAD8307を使っても大きな差は出ないと思われますね。まずは、お決まりのLog特性を見てみましょう。

入力対出力特性（AD8309）

　ラフにしか見てませんが、確かにダイナミックレンジは広いですね。大昔に自作スペアナで足掻いていたころは７０ｄBのダイナミックレンジで大喜びしていたのを思い出します。今じゃDSPでもっと広大になっていますが。－６０ｄBくらいのキャリアサプレッションを検出するには十分な特性でしょう。

　次は、本稿のメインであるアナログDBMです。ここではＪＲＣのＮＪＭ２５９４を使っています。この石はＣＢ／７Ｍポータブル機に続いての採用ですが、使いやすいＩＣですね。キャリアサプレッション調整が容易で、乗算出力は２系統用意されていて、一方は５０Ωにダイレクトインが可能です。これはスペアナに直結できるので特性測定のためには非常に便利な配慮です。もっとも、この端子は５０Ω系のフィルタを想定しての事でしょうけど。

　写真では仰々しくも４個のＶＲが写っていますが、これは、Ｃａｒｒｉｅｒ／Ａｕｄｉｏ端子のキャリアサプレッション調節用で、それぞれＦｉｎｅとCoarseとしてあります。微妙にキャリサプを追い込もうとすると、一個のＶＲでは追い込み切れないのでこのようにしています。後で回路図を出しますが、Ｆｉｎｅ側のＶＲはＡｒｄｕｉｎｏからの制御する端子となります。

DBM　（NJM2594）

　さて、このDBMのキャリアサプレッション特性を見ていきます。４個のVRをまずはCoarseの２つで大まかに合わせておいて、その後Fineで追い込むわけですが、キャリア入力側のVRは感度が鈍く、Coarseの方を合わせれば、殆どFineは利きません。なので、実際にキャリアサプレッションをコントロールするときには、Audio入力側のFineチューンをすれば足りると思います。そんな感じでピン５の電圧を微調整した場合のキャリアサプレッションを以下に示します。

ＮＪＭ２５９４のキャリアサプレッション

　これを見ると、キャリアサプレッションはが大きくなるのつれその制御電圧変化が「敏感」になるので、制御は厳しいかなぁとは思いますが、まぁここは懸念を秘めながらも先に進むことにします。

　さて、コンポーネンツの特性が解ったので、各パーツを結線して、制御動作に移りましょう。おっと、制御を行う前に、DBMとログアンプを結線して「手動で」キャリアサプレッションとログアンプ出力（RSSI）の関係を見てみます。キャリアバランスを崩してキャリアサプレッションを変化させた場合のログアンプ出力です。

キャリアサプレッション対ログアンプ出力特性

　この図からも、キャリアサプレッションが大きくなると、制御の難易度は増してくることが解りますね。さて、次は本チャンのコントロールです。

各部結線図




回路図

９MHｚのクリスタルフィルタは記入していない

　各部を回路図のように結線して纏めてみたのが上図です。Arduino　NanoとDBMとのインターフェースは８ビットのR-２RラダーのD/Aになります。これはポートを８ビット分も占有するのでArduinoを無線機のコントローラと併用する場合は好ましくないのですが、手軽に機能を確認したいためこんな形でトライをしてみました。いまならI2CのD/Aは１０ビットのものが廉価で手に入るので、こちらを使えば、ポートを節約できます。さて、念のためにD/Aができているか見たのが下図です。

R-２R D/Aコンバータの動作

　ポートにのこぎり波を出力させて様子を見ました。それなりに直線性も取れているようです。特にラダーの抵抗は選別せずに５％品を使っています。

　あと、回路図で気を付けたのは、オーディオ回路のミュートスイッチです。これは、音声が無音でも、ノイズが乗ってキャリアサプレッションを誤計測するのを避けるためのもので、キャリアサプレッション低減制御を行っている場合は、ＤＢＭのオーディオ入力をカットすることになります。

　また、大した話ではないのですが、キャリア入力側にはバッファを付けています。これは、つなぐＯＳＣによってキャリアバランスが変化するのを防ぐためのものです。

　回路図には書いてありませんが、２ＳＫ２４１のバッファからはシリーズ抵抗を介して９ＭＨｚのクリスタルフィルタへ分岐されており、この出力ではＳＳＢが得られることになります。

　さて、ここまで来たので、実際に動作の様子を纏めておきます。２つの動画はそれぞれ、ＤＳＢの２トーンとＳＳＢの２-トーン信号を入力しておき、いったんＡｕｄｉｏパスを切ってキャリアサプレッションを低減し、その最低値で固定して、Ａｕｄｉｏパスを開く動作を行っています。

　上図のアルゴリズムは「まずは」単純なものを採用しています。ある一定範囲をスイープして、そのＲＳＳＩレベルが最小の値にＤ／Ａを固定するというものです。このアルゴリズムは凝ればいくらでも凝ることができて、例えば、どこからでも収束に向けて制御電圧「範囲」を可変にしながら収束時間を早めることもできます。これは、時間のあるときのお遊びに取っておくことにしましょう（笑）。

　また、キャリア入力にＳＳＢにはあまり好適でないキャリア＝近傍Ｃ／Ｎの良好ではないＳＳＧ（ＨＰ８６５７）を使ったので、ノイズフロアが高いですが、これは、ＸＯやＤＤＳをキャリアに用いれば大幅に改善します。また、ＳＳＢの動画では、２-トーンの周波数間隔を３００Ｈｚと大幅に狭く取っていますが、これは、コントロールされた漏れキャリア（カーソル位置）とサイドバンドの見分けがつかなくなるのを防ぐためです。近傍Ｃ／Ｎの良好なスペアナではこんな芸当もできるという一例ですね（笑）。

　ＤＢＭでキャリアサプレッションを-６０ｄＢにコントロールできるば、ＳＳＢフィルタを通ると－７５ｄＢ以上にコントロールすることができて、これなら、スペクトラムモニターを「凝視」しているハムバンド警察のジーサンにも引っかかることは無いと思いますので、安心です（大笑）。

＜7360DBMのキャリサプ制御＞　【2021.12.11】

　NJM2594DBMのキャリアサプレッション制御がうまくいったので、この資産を利用して真空管にも拡張してみたいと思います。今更真空管なんてナゼ使うのか？といぶかしむ方も多いと思いますが、PWZとしては、近い将来において、「真空管無線機の最終系」にとりかりたく思っているので、その「変調器」としての適応性を見るミッションがあるのです。そういう前提で御覧になっていただければと思います。

　実は目指す最終系真空管機といってもゼロスクラッチで作るということは考えていません。以前に、アップコンバージョン方式の真空管無線機を試作していて、かなりの回路部分は満足できる形になっているので、そこから流用するつもりでいるのです。この機器は余りにも窮屈に作ったので、改修が殆ど不可能だったために、こいつを分解して、新たなアプローチ（最終系真空管無線機）に部品供給してもらおうと思っているのです。

　さて、このアップコンバージョン真空管機の中で、一番問題となったのがSSB変調器です。ここにはリニアリティと歪特性に優れた７３６０を使っていたのですが、こいつは、キャリアサプレッションの短期安定度と磁気外乱による妨害の発生が課題でした。後者は、配置やシールドで回避できますが、前者に関しては何か抜本的な手を打たないと最終系真空管機として採用するわけには行きません。これが、今回、検討を始めたMotive　Forceです。

アップコンバージョン真空管無線機から取り出した7360によるDSB変調器とバッファ

ということで、こいつを実験用の基台に固定してみた。

実験基台に固定したDSB変調器

上の写真の回路図を示しておきます。昔に作ったアップコンバージョン真空管機と殆ど同じ回路ですが、キャリアサプレッションのコントロールを行うために、偏向電極電圧を可変とするべく引き出し端子を設けています。

変調/バッファ回路図

　実は、この回路を見ると、キャリアバランスを取るためには、なんと３か所も気を付ける必要があります。ビーム偏向電極のバランス、プレート回路の抵抗分と容量分のバランスです。私の実験では、これらのうち、偏向電極のDCバランスが一番影響度が大きいように見えたので、ここの電圧をArduinoから制御することにしました。厳密にはプレート回路のR/Cのバランスも制御すれば、キャリアサプレッションをより安定化させることができます。これについては、ステージを変えてやってみることにします。

ビーム偏向電極の電圧とキャリアサプレッションの関係

　この図は可変させたビーム偏向電極の電圧とキャリアサプレッションの関係です。これを見るとキャリアサプレッションをヌル点に保つにには微妙な範囲に偏向電極電圧を保つ必要があります。大きなキャリアサプレッション量を得るためには、かなり細かくコントロールする必要がありそうです。ま、それはNJM2594でもかなり微妙だったので、ま、なんとかなるでしょう（笑）。

　ただ、この図が正しいとすると、７３６０単体ではキャリアサプレッションを－４０ｄB程度に保つのがせいぜいだろうと思います。それでも、SSB用クリスタルフィルタのキャリア減衰量は１５ｄBは得られますから、トータルでは－５５ｄBとなって、当時の電波法の－４０ｄBは余裕だったのでしょう。

　実際に手動でキャリアサプレッションを調整している様子を以下のように示します。

キャリア周辺になんだか「もやもや」が・・・・・

　ところで、ちょっと気が付いたのですが、抑圧されたキャリアの周辺にサイドバンドが出ているように見えてしまいます。レベル的には十分低く、また、聞いてわかるような周波数ではないので、ほおっておいていいのかもしれませんが、高精度スペアナ使いの悪い癖で、「見えてしまう不要なモノ」は削りたくなってしかたがありません（笑）。このサイドバンドもどきは一体なんでしょう？

抑圧キャリアとその周辺に残留する不要成分
スパン：500Hz

　上図は不要なモノの詳細です。スパンを５００Hzにして覗いてみることにしました。そうです、これは５０Hzの電源ハムですね。それも矩形波に近いようです。偶数次のスペクトラムが見えないことからそのように推定できます。電源ハムといっても、ヒータは直流点火ですからここからのハム混入ではありません。これは、ビーム偏向管７３６０の弱点の一つで、トランスからの漏れ磁界で、ビームが揺さぶられてハム変調？が掛かるのでしょう。ではということで、実験用トランスを少し（１ｍくらい）７３６０から離してみます。

トランスを離した場合の誘導ハム成分
低減キャリアと1KHｚの変調波の周りに・・・ハムとその高調波成分が・・

　磁界発生源を遠ざけると、ハム変調サイドバンド？を抑圧することができます。マーカーのある位置がキャリアポイントですが、キャリア周りに誘導される５０Hzとその高調波成分は、トランスを離さない場合に比べて低減できていることが解ります。実は、トランスは離さないで、７３６０を銅板でシールドしてみましたが、こちらはあまり効果がありませんでした。昔の八重洲の真空管機はトランスを筐体内に持っていましたが、シャーシと管シールドが鉄製だったので、このハム変調？の低減には効果があったのかもしれません。

　ちょっとキャリアサプレッションから横道にそれてしまったので、元に戻りましょう。実は、回路図をみると、偏向電極に変調信号を加える形になっています。よく考えれば解ることですが、この端子に「ダイレクトに」変調信号を加えると、与えるAudio信号のレベルによってキャリアサプレッションが変化してしまうという不具合が発生します。

変調信号用バッファの増設

　信号入力インピーダンスが高く、ドライブ側のそれもも変動するためなのでしょう。その改善のために、オペアンプによる増幅器というか出力インピーダンスの低いバッファを介して７３６０に接続することにしました。これで、７３６０のAudioインターフェースが変化しなくなって、Audio信号の入力レベルによらず、キャリアサプレッションが変化することは無くなりました。おっと、回路はLM358単電源オペアンプのヴォルテージフォロワーです。実際のTRXではこれはカソードフォロワーで結合するのでしょうね。

　実験系の全体を以下に示します。

Arduinoの制御部と７３６０DBMをドッキング

　以前に使った制御部をそのまま流用しています。Arduino　Nano、　AD8309　Log　AMP、　Audio　SW、D/Aを使いまわしています。これで、いままでのデータを元にキャリアサプレッションコントロールをさせてみましょう。前回と同じようにキャリアリークの最小点探索は、単純にえっちらおっちら偏向電極電圧を微小量変えて追い込みます。この図を見ると、最小点探索はもっとまともなアルゴリズムが浮かんできますが、それは、実際に次期真空管トランシーバーをでかす時にやろうと思います。ということで、以下に動画を示しておきます。

　Audioパスを閉じて、残留キャリアの最小点探索を行って、それが求まったあとにシングルトーンを加えて完成です。実際にはキャリアサプレッション：－６０ｄBに届くかどうかというレベルにはなりました。IFのSSBフィルタを通過させれば、－７５ｄBは行くので一応の目的は達したと思っています。