3石 6m QRP DSBトランシーバー(3TRX-6DSB2020) - 回路設計の考え方 -
2021.04.15 新規作成 / 2022.06.08更新
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◎製作するにあたっての考え方
トランジスタ3個だけを使用し、かつ、実用的な交信が楽しめるトランシーバーを製作するにあたり、本作品の考え方を以下のとおり定めました。
(1) 周波数はEs伝搬を利用した日本全国との交信が可能な50MHz帯とし、電波型式は運用局が多いSSB局と交信が可能なDSB(抑圧搬送波両側波帯)とする。
(2) 50MHz帯での交信を行うことができる基本性能(感度、選択度、安定度、変調の質など)を確保する。出力はEs伝搬で他エリアと交信が可能な目安である数10mW以上とする。
(3) 回路は使用する素子の性能を可能な限り引き出しつつ、動作の安定性を確保する。また、回路変更や不具合修正に対処するため、メンテナンスが行いやすい構造を採用する。
(4) 10年以上使用することと、作品に興味をもってもらうために、外観のデザインをできる限り丁寧に仕上げる。
【回路の概要】
トランジスタ3個でトランシーバーを構成するため、送受信ともに同じ回路を動作させ、リレーを利用して信号の流れる方向を切り換えることで、トランシーバーとしての動作を可能としています。受信は高周波増幅1段、低周波増幅1段のダイレクトコンバージョン方式、送信は平衡変調、終段は2SK439で送信出力は50mWです。周波数可変には可変水晶発振（VXO）を使用して約80kHzを可変し、これを送受共用にしてトランシーブ操作を実現しています。使用するトランジスタを3個に制限したことから、それぞれのトランジスタがもつ性能を最大限に引き出すなどの工夫を行いました。
◎局部発振回路(送受信共通動作)
局部発振回路は1つのトランジスタで後段のSBM(シングルバランスミキサー)を駆動できる出力を得るため高い周波数での利得が大きい2SC1906を使用しました。周波数を変化させる素子は周波数安定度に優れるバリコンを使用しました。市販の3倍オーバートーンの50.250MHzの水晶を基本波で発振させたのち3てい倍を行っています。このVXOを送受共用にすることでトランシーブ操作を実現しています。
出力周波数は50.150〜50.230MHzの80kHz幅です。水晶はソケットで交換できるようにし、他の周波数でも運用できるようにしました。また、2022年3月、水晶の交換をせずに運用できる周波数を増やすために、トグルスイッチを使用して使用する水晶を切り換えることで2チャンネル化しました。切換回路はミズホのピコシリーズを参考にしました。使わない水晶をショートするようにして、相互の水晶が緩衝しないようにしています。これまでは50.235MHzを境にして水晶を交換する必要がありましたが、この2ch化により、50.150〜50.235MHz、50.235〜50.330MHzの範囲をスイッチの切換のみで運用できるようになり、交信の機会が増えました。
◎SBM(シングルバランスミキサー)(受信時：平衡検波、送信時：平衡変調)
受信時は平衡検波、送信時は平衡変調として動作するSBM(シングルバランスミキサー)は局部発振回路で得られる出力で動作する1SS106を採用しました。受信時は受信信号と局発を混合することで検波し、低周波信号を得ています。送信時はマイクの信号と局発の信号を混合し変調をかけることでDSB信号を得ています。回路は双方向で動作するため、受信時と送信時では信号の流れる方向が逆となります。
◎低周波増幅（受信時：低周波増幅、送信時：低周波増幅）
受信時は検波した低周波信号を増幅し、送信時はマイクの信号を増幅する回路として動作します。使用したトランジスタは低周波増幅用として汎用的に使用される2SC1815を選択しました。通常の低周波増幅回路は、コレクタの負荷に1〜4.7kΩを使用した回路が一般的ですが、その場合、コレクタに流れる電流が1〜数mA程度に制限されるため、増幅率が低下します。そのため、本作品ではコレクタの付加に低周波トランス(ST-32)を使用し、これにコンデンサを並列に接続して約1kHzの同調回路となるようにして利得を高めるとともに、音声帯域のみを増幅するフィルターとして機能することも狙いました。この回路変更により受信時は音量の増加、送信時は変調度の向上につながっています。受信は感度の良いセラミックイヤフォンを使用しました。送信のマイクはFETが内蔵されているコンデンサマイクではなく、感度は低いですが電源が不要なダイナミックマイクを使用しました。
◎高周波増幅(受信時：高周波増幅、送信時：電力増幅)
受信時はアンテナに入力された信号を増幅し、送信時は変調出力を増幅して50mWの送信出力を得る回路として動作します。使用するFETはある程度の高い耐電圧があり50MHz帯において十分な利得がある2SK439を選択しました。入力コイルの巻数を変更して結合インピーダンスを最適化することで利得の向上を図りました。多くの自作トランシーバーで使用されてきたFCZ7S50は1次：2次の巻数がそれぞれ2回：6回と巻き数比1:3ですが、これを手巻きのコイルに変更し、1次：2次の巻数をそれぞれ2回：8回の巻き数比1:4としました。これにより2SK439に入力される信号のインピーダンスが最適化されるため利得が向上し、受信時は感度の向上、送信時は出力の向上につながっています。
◎その他
本作品は受信時と送信時で同じ回路を動作させているため、電源の切換は不要です。受信と送信の切換は、送受に合わせて信号の流れを変えることで行います。送受切換は、PTT付きの外部マイクを使用したことからリレーを使用しました。低周波増幅と高周波増幅は片方向の動作となるので、2回路2接点のリレーを2個、4回路分のリレーにより送信時と受信時に信号の流れる方向を変えています。リレーは消費電力が150mW程度と一般的なリレーの約半分の電力で動作するものを採用して、全体の消費電流を少しでも減らすようにしました。
アンテナとリレーの間にはT型同調フィルターを入れて、送信電波のスプリアスを低減させています。出力につないでいる470Ωはアンテナをつながないときの発振防止のために入れています。
ケースの大きさは移動運用のしやすさなどを考慮し、リード社のPS-2(大きさ130mm(幅)×60mm(高さ)×110mm(奥行))を使用しました。操作パネルを含む内側は黒で塗装し、ネームランドテープを利用して文字を入れています。外側はケースの色(濃い青)をそのまま使用しました。ケースを止めるネジは手回しができるものを採用して内部にアクセスしやすいようにしています。ネジはケースの色と調和のとれる青に塗装しました。外観は直接的な性能には影響しませんが、数年以上使うことを考えていることからデザインには気を配りました。
電圧は直流12Vを標準として12〜13.8Vで動作します。外部電源を使用できるほか、自己放電の少ないエネループタイプの単4型ニッケル水素電池10本をマジックテープでケースに取り付けられるようにしています。