トランシーバーのお話 その2



<構想30年・・・>    


作りたかったのは、次のような特長を持つ、トランシーバーでした。
これが、30年前の私の、夢のリグでした。

 ・ 50MHzで、オールモード
 ・ 50MHzから、54MHzまでを、全てカバーする。
 ・ デジタルのVFOを搭載して、QRHを排除。 小型化のため、
   DDSを用い、マイコン(まだ使い方も判らなかった)で制御する。
 ・ 大きなLEDディスプレーで、周波数を読み取りやすくする。
 ・ IFは、10.7MHz、VFOは、PLLで、60.7MHzを発振する。
 ・ 外部VFOも、切替えて使えるようにする。(現有の5重PLLVFOのため)
 ・ イメージ妨害をキャンセルする、片側ヘテロダインミキサーを用いる。
 ・ AMとCWのために、それぞれ専用のクリスタルフィルターを製作して、搭載する。
 ・ よく切れるノイズブランカーを搭載。
 ・ IFシフトを搭載。(当時の6mは賑やかで、混信を起すこともあった)
 ・ スピーチプロセッサーを搭載。
 ・ アップバーターへの接続端子と切替スイッチを有する。
 ・ 出力は5W、または、10W。(リニアアンプがドライブできればよい。)
 ・ バッテリー運用も出来る事。

一番のチャレンジであった、デジタル+PLLで60.7MHzのVFOは、10年程で実現(「トランシーバーのお話」に出ています)した(はずでした?)。その先は、当時の技術と情報で、何とかなると思われました。
ケースは、とっくに購入していました。

<タニシの江戸行き>
まず製作は、いつも何故か、主として送信の部分から。
下の写真は、送受信兼用の部分と、IFアンプまでの部分です。



「さあ、それから」と思ううちに、本業は極端に多忙となり、出張も多く、鉄砲玉のような生活に。逆に製作は、思ったように行かない事は多く、何ケ月も間が空くうちに、段々、士気が低下し牛歩の進捗となりました。
年単位で、手が入れられなかった時もあります。

こんな時に、外地赴任(KOパンチでした)まで入って、このプロジェクトは、瀕死の状態となりました。
大阪から江戸へ行くほど長い道のりに、タニシのような遅い歩みが、川へ沈没の状態になりました。hi.

<再始動>
10年余りが経ったでしょうか・・・。
自分の時間も持てるようになり、赴任中にハマったPICマイコンを使った、エレバグキーの開発にも一段落した頃、当プロジェクトに戻って来ました。
再始動です。  (ターミネーターか?!)

しかし、設計の中身もかなり忘れています。 大丈夫かいな?

<トライアル、またトライアル>
自分で適当に考えて構築するシステムには、不満が付きまといました。
「妥協したくない」と考えては、今のユニットを諦め、作り直すという事も、繰り返しました。
作り直しが2回以上に及んだユニットも、多数あります。おバカな失敗もありました。
「何くそ!」という気持ちが徐々に士気を回復させ、エンジンが当初の馬力に戻った(ホンマか?)頃には、若いサラリーマンも既に会社を卒業し、頭髪は黒より白が多くなりました。 まさに、少年老い易く学成り難し!

読者の参考のため、初歩的失敗やトライアルに難儀した点について、恥を顧みず、いくつか挙げます。

 ・ 送信ミキサー入りIFが弱いと、局発漏れが増え、局発が弱いと、IFの高調波が増える。(皮肉!)
   ミキサー出に、4段同調回路(バリキャップでチューニング)を入れると、スプリアスに効果。
 ・ 送信部、受信部のテストや調整の時、キャリア・VFOユニットが大きいので使わず、
   仮設用の小さなキャリア発振器や60.7MHzVXOを使っていた。(これが間違いだった!)
   最後にケースに入れた時、キャリア、VFOともに注入レベルが仮設と違い過ぎ、
   増幅ユニットの改造、作り替え、増設、ミキサーの動作不調とその対策など、多くの修正が必要になった。
 ・ 送信ミキサーのポストアンプは、広帯域のトランス式NFBアンプ+複同調ユニットの複数段構成では、
   どこかで位相が1回転するのか、発振が止まらなかった。
   簡単なC-B間の抵抗帰還の方が、安定だった。 (ファイナルユニットは、後述)
 ・ AM用のクリスタフィルターは、4エレハーフラティス型では減衰特性が甘すぎ、実用はムリでした。
   ラダー型で、AM用8エレ、CW用6エレで、納得行くものが出来ました。特性の実測は、不可欠。
 ・ クリップコードを受信のアンテナにして各ユニットをトライアル、調整した後、本物のアンテナ(5エレ)
   を繋ぐと、ゲイン過剰となり、ノイズが多くて使う気にならず。また広範囲なトライアルに。(アホか!)
   IF+検波部と、AGCから始め、その後は実アンテナを用いてトライアルした方が、良さそう。
 ・ AGCとSメーター用のアンプを共用すると、Sメーターが振り切れになりやすかった。
   AGCは、オペアンプを用いてから、スムーズにかけられるようになった。
 ・ ノイズブランカーは、入りIF、ノイズアンプ出力と、パルスアンプ出力を、オシロスコープで確認し始めてから、
   実用的な性能を得るに至った。 この件は、別項で紹介する事にします。
 ・ 低ドロップ型定電圧電源IC(on-off付きなど)を多用したが、見つけにくい電源ノイズに悩まされた。
   当IC出口のケミコンの容量も、余り小さくしてはいけない。 DC-DCコンバーターを使うと、
   その入りの電源ラインに、激しい高周波ノイズが混入した。チョークコイル+ケミコンが必要だった。
   送信系統の電源ノイズ対策で、月単位の時間を要した。
 ・ AFアンプの電源を、他の回路と同じ電源から取ったら、RF、IF信号がAFに変調され、音質が悪化。

   

            受信部                         送信部

   

          60.7MHz VFO                 電源・制御部

<ファイナルアンプ>
当初の設計は、 下の図のような物でした(最初、Trは2SC1306)。
参考書では、50Ω負荷で電源が12Vの場合、出力5W用の回路との事でした。確かにこれは、実用上5Wが限界で、物足りなくなってしまいました。



1306の限界かと、パワーMOS、RD16HHF01(16W型)に替えました。
先に仮組み試作し、シングルで5W(入力は0.4W)出力を確かめました。これをプッシュプルで何とか10Wを・・・。

ところが、上図のプッシュプル回路にしても、出力は5W止まりでした(入力は1.8W)。大いに落胆しました。 つまり、上記出力不足は、素子の限界ではなく、1:1トランスしかない回路の限界だったわけです。

なおこのFETは、NFBをかけなければ不安定であり、ドレインからゲートへ、470Ωで帰還しました。
(直流は、コンデンサでカット)

1:4のトランスが必要と考えましたが、大きなものを入れるスペースがありません。そこで、下の左のものを順次試しました。
①は良くあるU字の筒の中に2t巻きスタイル。②~
④は、メガネバランで、下右図の回路で用いました。

   

余り目にしない回路でした。 しかし、純伝送線路トランスを使うので、効率が良さそうです。
これらのどのトランスでも、5Wの壁を超える事が出来ました。コアの発熱は、①から④の順に少なくなりました。①は効率が、②と③はコアが限界と思われ、④は効率と、コアが具合良いように思いました。
結局、上の回路と、発熱が僅かで出力が最大の④のコアを選びました。 狭いスペースにも入りました。
出力は、電源電圧13.5Vで、18W(4段π型LPF×2段の出口)でした。
RD16HHF01は、バイポーラに比べパワーゲインが高く、SWRが高い場合も、壊れにくいと感じました。

以上で、交信に使えるトランシーバーが、ひとたび(?)出来上りました。 ところが・・・・。

  トランシーバーの内部

<伏兵の出現>
さあ、やれやれと思ったのも束の間、思わぬ伏兵が・・・
VFOコントロールのマイコンシステムから、ノイズが出ていました。
ディスプレーも、スタティック点灯にしたのですが・・・。
VFOを触らない時に、システムを休止(スリープ)する方式、それを実現できるマイコンが必要です。
泣く泣くマイコンを取外し、歯が抜けたより、心臓が抜けた気分。

30年前のZ80から、今のPICへのマイコンシステムの変更は、完全に1からの構築となり、数年はかかりそうです。アチャー

当分の間、内蔵の60.7MHzのPLLに、以前作った5重PLLの外付けVFOを繋いで、オンエアする事に。
まだまだ、先は長いなぁ~

<蛇足>
夢の(?)トランシーバーの完成には至っていませんが、他の予定のスペックを盛り込むことは、まがりなりにも出来ました。が、30年の間にオンエアしている局数が大幅に減りました。
基板を2回も作り替えて時間をかけたIFシフトは、殆ど出番がありません。正月のQSOパーティ位です。hi.
トランシーバー自体の出番も、減りそう?

<再び、VFOを搭載>
2年半程外付けVFOを使ってオンエアしていましたが、ノイズの主原因がディスプレーがマイコンとバス直結になっていたことからの、バスノイズであるらしいことに思い当りました。マイコンとディスプレーだけを仮組で動作させてみると、確かにノイズが出ます。
マイコンユニットにパラレルIOが2バイト分あったので、これを使ってディスプレーを点灯させるよう、改造しました。
30年前のマイコン(Z80)システムです。古いパソコンを引っ張り出し、何とかROMの載せ替えをやりました。hi.

これを再びトランシーバーに搭載しテストしてみると、ノイズは相当に軽減し、使う気が起るようになりました。
2年半ぶりに内蔵VFOが復活! 久しぶりやったなぁ。

<まだまだ長い道のり>
VFOは復活したものの2年半の間に、送信部にはいくつかの不満が出現し、間もなく棚から降ろして分解、再改造の長期戦に入りました。もしかしたら、送信部全部が作り替えになるかも・・・。

また、VFOのノイズを完全に抑えるためには、スリープの出来るPICマイコンへのシステム変更が必要です。

まだまだ長い道のりです。
私が生きている間に終わらないかも知れません。hi.



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