6m QRP AM トランシーバー(CanTra6AM2017) - 回路設計の考え方 -

2017.08.15 新規作成 / 2018.03.01更新

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CanTra6AM2017の回路図

　◎基本的な考え方
(1)50MHz AMをQRPで楽しめる基本性能(感度、選択度、安定度、変調の質など)を確保すると共に、外観も楽しめるトランシーバーとする。出力はEs伝搬で他エリアと交信が可能な目安である100mW以上とする。
(2) 長期間にわたり使用することを考え、回路は安定性を重視し、回路変更や不具合修正に対処するために、メンテナンスが行いやすい構造を採用する。
(3) 10年以上使用することや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。

　◎空き缶の選定
　本作品の空き缶の選定にあたっては以下の点を考慮しました。
・片手で楽に持てる大きさであること
・片手で普通にもって缶がつぶれない程度の強度があること（基本的にスチール缶でアルミ缶は不可）
　食料品店、雑貨店、ホームセンター、無印良品、100円ショップ等、いろいろと巡って調査した結果、ハインツ日本(株)が販売しているホワイトソースのスチール缶(290g)を採用しました。
　缶の厚さそのものは、さほど厚くない(0.5mm程度？)ではあるのですが、スチール製と言うこともあり、過剰な力を加えない限り変形するということはありませんでした。
　ハインツ社のスチール缶(290g)は完全な寸胴であり、スペースを最大限に活用できることも採用のポイントとなりました。同じような大きさのカゴメのナポリタンソースの缶などは上部の直径が小さくなっていることもあって採用しませんでした。

　◎回路の概要
・空き缶のスペースが限られていることもあり、回路はできる限り部品点数が少なくなるように設計しました。受信部は高周波増幅1段、低周波電力増幅1段、それ以外はICの機能を有効活用したシングル・スーパー・ヘテロダイン方式(中間周波数455kHz)、送信部は終段に2SC1973を使用し、送信出力はEs伝搬での遠距離交信が可能な100mWです。周波数可変には送受それぞれに可変水晶発振(VXO)を使用して約70kHzを可変し、これを送信VXO周波数と受信VXO周波数の差を455kHzに同期することでトランシーブ操作を実現しています。
・回路構成はPocket6AMをベースにして、受信部はスピーカをならす回路、送信部は出力を100mWにするための電力増幅回路を追加してします。

（受信部）
　受信部は少ない部品数で高感度が得られるシングル・スーパー・ヘテロダイン方式とし、中枢を担うLA1600の周波数特性やフィルターの入手性などを考慮し、中間周波数は455kHzとしました。中間周波数を455kHzとするとイメージ周波数が49MHz帯となり混信を避けるのが難しくなりますが、49MHz帯には混信をもたらす電波がほとんど確認されないことから、実際の運用で問題となることは少ないと判断しました。
　高周波増幅は少ない部品点数で高感度が得られる2SK241を使用し、消費電流を多少でも減らすためにYランクのものを使用しました。L1の入力に接続している470ΩはアンテナをつながないときにLEDインジケータが点灯するような発振があったため、その防止のために入れています。470Ωはアンテナのインピーダンス(50Ω)の約10倍ですので受信感度が下がることはないと考えました。
　周波数変換、中間周波増幅、検波はLA1600を使用しました。LA1600は定格では20MHz程度までの使用が推奨されていますが、FCZ研究所の寺子屋シリーズのキットにおいて50MHzでの利用事例が示されており、その回路を採用しました。中間周波数増幅の前に必要な選択度を確保するためのセラミックフィルターを入れました。使用したCFX-455Gは中心周波数455kHz、-6dB帯域幅が8KHzとAM受信機としてはやや広いですが、帯域外の減衰量が-50dB以上とCFU-455G(帯域外減衰量約-30dB)などに比べて大きいのが特徴です。送受信周波数に2〜3kHzのずれがあることや、100mWの送信部に対しては十分な選択度であると判断し、このフィルターを採用しました。検波後は、TA7368Pを使用した低周波電力増幅回路でスピーカーを鳴らせるようにしました。
　受信のVXO発振には、高周波増幅と同じ2SK241のYランクを使用しました。水晶で16MHz台の周波数を発振すると同時に3てい倍を行っています。出力される周波数は送信周波数から455kHzを引いた値の50.095〜50.165MHzであり、周波数可変は2連バリコンの片方を使用しています。
　LA1600の動作電圧は3〜6Vが適当であることと、VXO回路の動作電圧の安定化をかねて、ツェナーダイオードを使用した約5Vの定電圧回路を追加しました。
　QRP運用では信号強度がわかるものが欲しくなりますが、ケース加工も丸穴だけですみ、かつ、スペースの取らないLEDインジケーターを装備しました。LEDインジケーターはLA1600の6番ピンの電圧を検知することで、ある一定の信号強度を越えるとLEDが緑色に点灯するようになっています。LEDは赤と緑の2色LEDを使用し、受信は緑色に割り当てています。

（送信部）
　送信部はVXO発振、高周波増幅、励振増幅、電力増幅の4ステージで出力100mWです。送信のVXO回路は受信部とほぼ同じで、16MHz台を発振し同時に3てい倍を行っています。出力される周波数は50.550〜50.620MHzであり、周波数可変は2連バリコンの片方を使用しています。水晶は送受信共に同じ会社に同時に特注したことと、周波数の違いもほとんどないことから、送信と受信の発振周波数の差はほぼ455kHzに保たれており、これによってトランシーブ操作を実現できています。
　VXOの出力は2SK241で増幅していますが、トランジスタと比べて入力インピーダンスが高いことから、受信と比べてコイルの使い方を変えて、後段の2SK241への入力インピーダンスが高くなるようにしています。
　励振増幅は2SC2458を使用しました。基板のパターン作成ミスで2SC1815が取り付けられなくなったため、2SC1815と同様の特性がありながら大きさの小さい2SC2458に変更しました。
　終段は2SC1973を使用しました。2SC1973は50MHzにおいてある程度利得があって、かつAM変調をかけるのに適したコレクタ耐電圧があることから採用しました。入力にある22Ωは発振防止のために入れています。出力はフェライトトロイダルコアを使用した広帯域トランスにより安定動作を図りました。出力にT型同調フィルターをつないで第2次高調波以下のスプリアス対策としています。
　変調器は、入手性、回路の汎用性の高さ、コンデンサマイクを使用することで十分な変調をかけられることからLM386Nを採用しました。終段の2SC1973に低周波トランスを介して変調器の出力を接続する終段コレクタ変調によりAM変調をかけています。また、前段の2SC2458にも軽く変調をかけて、変調のかかり具合を良くしています。変調トランスは送信出力に見合った規格であるST-83(0.2W)を使用して良好なAM変調が得られるようにしました。
　送信インジケーターは送信電波の一部をコンデンサで取り出して、ダイオードで整流した出力をトランジスタに加えてLEDを光らせました。LEDは2色LEDのうち赤色を割り当てています。コンデンサの容量はLEDが点灯する2pFとしました。

（その他）
　送受切換は、小型化と消費電力低減のため、2回路2接点のプッシュスイッチで電源とアンテナを直接切り換える方式を採用しました。手に持ったときの送受切換をしやすくするため、高ナットや基板を活用し、ケースへの取り付け方法を工夫しました。
　電圧は直流9Vを標準とし、移動運用での使用を想定し、標準電源に006P型のニッケル水素電池を採用しました。また、パネルを止めているネジ1本とPTTスイッチのボタンを外すことで内部を引き出せる構造を採用し、電池交換を容易にしました。
　空き缶は赤色に、パネル面は黒に塗装しました。パネルは0.5mm厚の透明プラスチック板を黒で塗装し、インクジェットプリンタ用紙に印刷した文字板を貼り付けたものを、アルミ板の上に重ねる形で取り付けています。