５０ＭＨｚＳＳＢ/QRP移動用トランシーバ　

はじめに
５０ＭＨｚは私の開局周波数として想い出深いものがあります。ＡＭが主流だった６０年代が過ぎ、７０年代に入るとＨＦでユーザーの増えてきたＳＳＢは５０ＭＨｚにも波及してきました。７５年頃からＰＳＮ方式ＳＳＢ、ＤＳＢ＋ダイレクトコンバージョン、７．８ＭＨｚのフィルタによるＳＳＢトランシーバと色々実験を行ってきました。ここではＱＲＰのＳＳＢトランシーバを試作しながら製作を進めてみたいと思います。

仕様

1. 周波数：５０．１４５〜５０．２５５ＭＨｚ
2. 送信出力：３００ｍＷ
3. 中間周波数：１２ＭＨｚ
4. 受信部：高周波１段＋中間周波２段
5. 電源電圧：標準７．２Ｖ（動作電圧　６〜８Ｖ）
6. 消費電流：受信無信号時＝３５ｍＡ、送信無信号時＝９０ｍＡ（最大２００ｍＡ）
7. 寸法：幅８２*高４２*奥行１５４ｍｍ
8. 質量：４４０ｇ

送信部

ＲＦＣについて考える(02/05/12)
送信部に使うＲＦＣとしては、電源部に入れるデカップリング回路とファイナルに入れるものがあり、ＲＦ（高周波）Ｃ（チョーク）として高周波が電源系などに流れ込まないよう阻止するものです。自作する場合は色々な製作記事やメーカーの回路を参考にしますが、大きなものから小さなものまで様々で、一体何を基準に選んでいるのでしょう。

　実験回路

デカップリング回路(02/05/12)
ＲＦＣ１は当初１００μＨでしたが少し動作不安定（発振気味）になるため１０μＨに変更してみました。
リアクタンスは１００μＨの場合　ωＬ＝２πｆＬ＝６．２８＊５０＊１００＝３１．４ｋΩ
１０μＨでは　ωＬ＝６．２８＊５０＊１０＝３．１４ｋΩ　となります。

デカップリング回路に関する解説としてはＪＡ３ＸＧＳ局の設計ＴＩＰＳがあり、５０ＭＨｚにおいて１０μＨと０．０１μＦを使ったものでは
誘導性リアクタンス　ωＬ＝２πｆＬ＝６．２８＊５０＊１０＝３．１４ｋΩ
容量性リアクタンス　ωＣ＝１／２πｆＣ＝１／（６．２８＊５０＊０．０１）＝０．３Ω

デカップリング回路に流れ込む高周波信号を　ωＬ：ωＣ＝３１４０：０．３＝１０４６６：１　の比で分圧し他の回路への影響を阻止しようと言うわけで、すなわち８０ｄＢの差でデカップリング効果を狙うということになります。ここにおいてＲＦＣの持つ容量分や、パスコン０．０１のインダクタンス分は無視していますが、１０μＨでも大きすぎのような感じがしますね。

ファイナルのＲＦＣ(02/05/18)
ＲＦＣ２についてはアミドンのフェライトビーズの解説部分を読むと、３０〜６０ＭＨｚではＦＢ２２５の６穴全てを使う事が書いてあります。特性図からは５０ＭＨｚにおいてリアクタンスは５００Ωになっています。またＲＦＣの選択基準についてＪＡ９ＴＴＴ／１加藤さん、ＪＲ３ＫＢＵ芦刈さんからアドバイスをいただきました。結果、終段回路のＲＦＣのリアクタンスはコレクタ出力インピーダンスの５〜１０倍とし、パスコンのリアクタンスは１／１０以下とするのが良いようです。製作記事のＲＦＣをいくつか調べてみると、ほぼその中にはいっていますが、中には更に低いリアクタンスのものもありました。

さて、上記回路にてＲＦＣ２を何種類か交換しながらデータをとってみましょう。なおリアクタンスは計算値であり実測値ではありません。また抵抗の上にＵＥＷを巻いたものは、空心コイルのリアクタンス＋抵抗の並列接続による合成値で計算し、浮遊容量は考慮していません。

以上の結果となり、ＦＢ２２５が一番良いようです。ただ終段の２ＳＣ２０５３よりも大きいので、どうも不釣合いな感じはします。ｈｉ

　中央の黒いのが　ＦＢ２２５（左）、終段２ＳＣ２０５３（右）

ＲＦＣ再び(02/10/27)
RFCとしてのＦＢ２２５は終段の２ＳＣ２０５３よりサイズが大きくてどうも不釣合いです。ここでＲＦＣとして３．３ｕＨのマイクロインダクタに１ｋΩの抵抗をパラにつないだ物を使い、出力および安定性でＦＢ２２５と同じような結果を得ました。５０ＭＨｚにおいて３．３ｕＨのリアクタンスは約１ｋΩ、それに１ｋの抵抗をパラにつなぐことで合成抵抗は５００ΩとなりＦＢ２２５と同じになります。まあ、限られた電流の範囲でしょうが。。。

ファイナルのコイルと出力(02/05/19)
ファイナルの出力同調回路については出力を３００ｍＷとし、終段回路設計の式からＬ１は１．４３μＨとなり、トロイダルコイルはＴ２５−１０（黒）に０．２６ＵＥＷを２７回巻いたものを使いました。ためしにＬ１の巻き数を減らしてみると出力が増えていきました。

計算では出力５００ｍＷでＬ１は２１ｔになりますが、もう少し減らした方が良い結果がでていますね。しかし調子に乗ると動作が不安定になる危険性があり、このままでアンテナをつないでみると２ｃｈに軽いＴＶＩが出始めています。

フィルタの動作(02/05/19)
高調波を低減するためにはＢＰＦかＬＰＦを使う手段が一般的で、計算式はＢＰＦとＬＰＦのページにあります。５０ＭＨｚのＢＰＦはＬ＝０．８μＨ、Ｃ＝２５ＰＦになり、ＬはトロイダルコアＴ２５−１０に０．３２のＵＥＷを２１回巻きました。ところがこのＢＰＦを入れると出力は０．４８Ｗから０．２５Ｗほどに落ちてしまいました。あまりにも損失が多すぎますね。５０％ほどの５０ＭＨｚの出力がＢＰＦによって損失したと考えるか、あるいは不要電波がカットされたと考えるか、ちょっと悩んでしまいます。試しに２段のＬＰＦに替えてみると出力は０．３Ｗとなりました。これでも４０％ほどロスしています。仮にＫ４３９のＢＭ部で不要成分が発生し、その後の同調回路では取りきれないまま終段に入力として加え、その後のフィルタで不要成分をカットしているとなると、終段君に無駄働きさせてるようで可哀そうです。

　　ＢＰＦ　

こんな場合の私の評価方式は、フィルタを入れない状態でアンテナにつなぎＳＷＲが低いままであれば、それほど不要電波は出ていないだろうと判断しています。我が家の屋根裏５０ＭＨｚダイポールはＳＷＲ１．２程度ですから、上記実験回路のフィルタなしで測定してもほぼ同じレベルとなり、それほど不要成分は含んでいないだろうと判断しています。てぇことはフィルタのロスが多いのかなあと納得できない状態で、もうちょっと悩みましょう。

ファイナルでの歪み(02/05/20)
ＢＰＦがない状態で、Ｌ１の巻き数により出力は２５０ｍＷ〜４８０ｍＷまで変わります。しかしＢＰＦを通すと２５０ｍＷ時（ＢＰＦなし）が２００ｍＷに、４８０ｍＷ時（ＢＰＦなし）では２３０ｍＷほどに落ちます。終段での出力が大きい時も小さい時も、ＢＰＦを通した後の出力に殆ど差はありません。出力が大きい時損失が多いということは、終段において歪みが発生し、それをＢＰＦで取り除いているだけではないかと考えました。２ＳＣ２０５３は出力２５０ｍＷくらいが動作の上限と考えるのが良いのでしょう。試しにもう少し容量の大きい２ＳＣ２８５１（コレクタ損失１Ｗ、fT＝２ＧＨz）に交換すると、ＢＰＦなしで３００ｍＷ、ＢＰＦありで２４０ｍＷ、挿入損失は１ｄＢということになりました。ちなみに５０ｍＷ出力時においても同じ結果（−１ｄＢ）です。またＢＰＦはトロイダルコアＴ２５−１０よりも空心コイル（φ０．８ＵＥＷ、直径１０ｍｍ、１１回巻）の方が挿入損失は少ないとの結果がでました。

フィルタの効果(02/05/27)
５０MHｚの送信機では２倍波がＴＶの２ch（映像９７．１５ＭＨz、音声１０１．７５ＭＨｚ）に近くなり（関西ではＮＨＫ）十分に気をつける必要があります。フィルタとして一般的なものにはＢＰＦとＬＰＦがあり、ＢＰＦは特定の周波数だけを通すフィルタですからモノバンドの送信機向きで、ＬＰＦはある周波数以下を通すフィルタのため、マルチバンドのＨＦ送信機に向いていると思います。また高調波だけでなく局発の１２ＭＨz、ＶＸＯの３８ＭＨｚ、混合して作られた２６ＭＨｚなど様々な周波数成分が存在します。送信部ＢＭ以降の同調回路で不要分をカットはするものの十分かどうかはわかりません。ＬＰＦの場合は通過しますが、ＢＰＦであれば低い周波数成分もカットされるため具合が良いわけです。

　ドロ縄で作った吸収型周波数計。厚手のボール紙にバリコン、メータを取り付け、割り箸で補強。

さてＢＰＦはどの程度の効果があるのでしょう。送信機→ステップアッテネータ→吸収型周波数計　の順でつなぎ１００ＭＨz台の成分がどの程度減衰するか測ってみようと試行しました。吸収型周波数計の感度が５０と１００ＭＨｚで同じと仮定すると、フィルタなしの状態で１００ＭＨｚの信号は１７ｄＢ低い値です。これにＢＰＦを入れると１００ＭＨｚの信号は検出できないほど下がり、試しに２段ＬＰＦ、３段ＬＰＦ、１００ＭＨzの減衰極つき３段ＬＰＦでも実験しましたが、どれが良いというのはメータの値では評価できませんでした。次にテレビへの影響ですが、我が家の５０MHｚダイポールはＴＶアンテナの直下約２．５ｍの位置にあります。そこから電波を発射するとフィルタなしの場合２ｃｈには縞模様が入り色が薄くなりますが、フィルタを入れると色が若干薄くなる程度で縞模様は入りませんでした。

共通部

アンテナ切替＆スタンバイ回路(04/07/21)
三菱のＭＩ３０１を使ったダイオードスイッチで、消費電流は送信時６ｍＡ受信時２ｍＡになりました。スタンバイ回路はＴＲスイッチで送信時の消費電流は約１５ｍＡ。受信時の電圧降下は０．４Ｖほどになります。２ＳＣ２１２０と２ＳＡ９５０はコンプリ用のペアトランジスタで最大電流は８００ｍＡとなっています。

電池電圧低下表示回路(04/07/21)
移動運用の局と交信していると、変調のピークで音の揺れに気づく事があります。大抵は電池電圧が降下してきた場合です。このトランシーバでは電源にニッケル水素を６本使いますが、個体のバラツキがどうしてもあり、かなり使い切ってしまうと０Ｖに近くなった電池に対し、まだ容量の残っている電池からの電流が流れて逆充電がおこり、電池の寿命を縮めてしまいます。それを防ぐため電池を完全に放電しないうちに次の充電をしてやる必要があり、説明書には１セルの電圧が０．９〜１Ｖになった時がそのタイミングのようで、６本の場合安全を見込んで６Ｖになった時何らかの表示をする事にしました。回路図にはＴＲ２石の電圧降下検出回路を示しています。半固定ＶＲは６Ｖ以下になった時ＬＥＤが点灯するようセットします。ただ冬場に移動運用すると、気温の低さから電圧が早く降下してしまうことがありますが、体温で暖めてやるか室内に戻ると回復するため、その時その時で本当に充電が必要かは状況を判断する必要があります。

ＶＸＯのQRHを測定する(03/2/23)
可変周波数範囲を５０．１８０〜５０．２８０MHｚの１００ｋHzに設定し、周波数を３点変えて計測しました。1回の測定から次の測定までは半日〜１日おいています。連続送信状態にし３０分間でリグ内温度は約３度上昇します。面白いのは周波数の上側と下側で変動の向きが違うことです。また５０．２３０MHｚで非常に良い安定度になっています（５０．２５０付近なら殆どゼロでしょうか？）。ＶＸＯコイルのインダクタンスは一定ですが、ポリバリの容量（回転位置）が変わるため、温度係数の影響があると思われます。

製作

ケース(03/5/5)
５０ＭＨｚの小型リグに１／４λ（１．５ｍ）のホイップを取り付けるにはアンテナが大きすぎてバランスが悪いため、外付けのダイポールか八木を使うことを想定します。移動の場合にリグをテーブルか膝の上に置くことを考えると、平たく置いて使う事が便利でしょう。ケースは少し複雑な構造になりますが下の図の構造を考えました。しかしこの構造ではチューニングに減速機が使えません。ピコのようにバリコンに直結してツマミをつけ、１００ｋＨｚほどをカバーしようと思うと少し苦しくなるため、ファインチューニングが必要に思えます。

ケース作り(03/5/5)
１ｍｍのアルミ板からケースを作ります。机の上あるいは膝の上に置いて使うことを想定しているため、市販のリグには無い変わった形になっています。ケースのサイズは８２＊４２＊１５４ｍｍで、操作部は１８ｍｍほど段をつけ、出っ張りのない形としています。

目盛り(04/07/10)
同調周波数を表示するための目盛りは、１ｍｍ厚の塩ビ板で作りました。直径３２ｍｍの円板を切り出し、表面は細かいサンドペーパーで磨き、レタリングをしたあと透明のスプレーで仕上げました。

電池ユニット(03/04/30)
単４を６本使った電池ユニットのサイズは２２＊３７＊５５ｍｍ、容量は７．２Ｖ、８００ｍＡです。

基板の製作(03/06/22)

基板カット　→　穴あけ位置写し　→　穴あけ　→　銅箔磨き　→　ランド塗り　→　エッチング　→　インキ落とし　→　フラックス塗り　という工程をかけ、やっと基板の完成です。　途中、何度も何度も基板の設計ミスはないか、ランドの写し間違いはないかをチェックしました。これで一発動作をしてくれればありがたいのですが、まだまだ山や谷はあるでしょうね。

部品の取り付け(03/06/28)

ＳＳＢジェネレータ部の部品取り付けをしました。注意深くチェックしたつもりの基板でしたが、３箇所のミスがありました。グランドにつながってなかったパターンが１箇所と、送受切り替えの半導体スイッチでは送信と受信の接続が反対になっており、ランドを切って修正しました。パターン図と回路図を見比べながら赤鉛筆で塗りつぶしてチェックしていたのですが、思い込みやアース部分のチェックがおろそかになっていました。

高輝度ＬＥＤ(04/07/03)
リグの状態を示すものとしてＬＥＤは重宝です。＠３０程で購入できるためパイロットランプとして多用してきました。屋内で使う分には５ｍＡほど流せば程々の輝度で充分なのですが、屋外で使うと太陽光の下では点いているのやら点いていないのやら。そんなこともあり移動用のトランシーバには高輝度のＬＥＤを使うようになりました。価格は高いもので＠２５０ほどしますが、０．５〜１ｍＡ程の電流でチカリと輝き充分な輝度が得られます。私の場合、送信は青、受信は緑、充電池の電圧降下表示は赤、そして充電中を示すものとして自己点滅する黄色のＬＥＤを使っています。

スピーカーのビビリ(04/08/15)
直径３６mmの薄型スピーカ（＠１００）の４隅を１mmのアルミ板で作ったスピーカー押さえ金具で固定しています。ただボリュームを上げるとケースと共振し、音がビビルるという問題点が見つかりました。何か防振材を入れるか、ケースを補強するか、簡単そうで厄介な課題です。このＳＰは小型で安く出回っているため便利に使っていますが、能率が悪いので、サイズが許せばもう少し大きな径のスピーカにしたいところです。

調整と修正

高周波の回り込み(04/07/10)
試作ではうまくいっていたトランシーバですが、プリント基板化するとトラブルが発生しました。送信状態にしてモニタすると割れた音がします。

1. ファイナルの電源を外し、ドライブの２ＳＣ１９０６までで動作させると素直な変調になる。
2. ファイナルをつなぐと再び割れた音になる。

これは高周波の回り込みと判断しました。回路図と基板を調べてみると、試作ではマイクアンプ部の電源回路にデカップリング回路を入れていたのですが、プリント基板化した時パターンの描きやすさから省略していたのです。パターンを切って電源部に４７０Ωと０．０１ｕＦ＊２＋１０ｕＦのデカップリング回路を追加すると高周波の回り込みを阻止することができました。

反省(04/07/10)
試作ではちゃんと入れていたのに、本番になってデカップリング回路を省略したことがトラブルの原因でした。このデカップリングは無くても済む場合があったため、「まあいいか」と思ってしまったのです。高周波を扱う場合の基本がおろそかになっていました。

電源電圧と送信出力の関係(04/07/21)
マイク端子にはオーディオジェネレータから７００Ｈｚの低周波信号を加え、アンテナ端子にはＱＲＰパワー計をつなぎます。電源電圧を５〜９Ｖまで変化させた時の送信出力を下のグラフに示します。なんともリニアなグラフになりました。

ＴＶＩの発生(04/07/28)
５０ＳＳＢ移動機と、ベランダに取り付けた移動用ダイポールで運用してみると、２ＣＨにＴＶＩが発生しました。今まで使っていた固定のダイポールではわずかに縞模様が入る程度でしたが、移動用ダイポールの固定位置がＴＶアンテナのビーム前面にあるためか、画面が白黒になるほどのひどさでした。

　
　　　　　　　　　　１段ＬＰＦ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３段ＬＰＦ

カットオフ周波数５５MHｚの１段と３段のＬＰＦを作り、リグとアンテナの間で入れ替えてみると、1段でも効果がありました。現在はリグの中の基板とＢＮＣコネクタとの間に１段のＬＰＦを追加しています。もともとＢＰＦ（ツインＴフィルタ）が入っているのですが、これだけでは不十分だったのかと思います。

運用

(04/07/11)　３００ｍＷ出力と８ｍＨのダイポールで六甲山移動局と５９でＱＳＯ。見通しで８ｋｍ程の距離ですから、これは当たり前の結果です　hi。

(04/07/18)　箕面市六個山移動のＪＡ３ＰＡＶ仁木さんとＱＳＯ。両局同じ３００ｍＷ機＋ダイポール、ＲＳも双方５５、距離８ｋｍ。

(04/07/25)　徳島県名西郡神山町移動局と５９でＱＳＯ。距離７０ｋｍ。

(04/07/25)　JA3PAV仁木さんとJE3KOF川島さんに変調音をモニタしていただいた結果、「やわらかい音」との評価をいただきました。

(04/08/07)　ＡＤＱは宝塚市・山手台移動（標高約１００ｍ）、Ｖ型ダイポール使用。枚方市移動（フィールドデー準備中）ＪＡ３ＣＷＬ局と５９。
　　　　　　　　距離２５ｋｍ。出力３００ｍＷということで驚いてみえました。