自作で楽しむ40m QRP AM トランシーバー(JR8DAG-40AM2015)

2015.04.04 新規作成 / 2015.07.22公開 / 2016.06.06 更新
ハムフェア2015自作品コンテスト規定部門優秀賞第3席

 ◎はじめに
 本作品は、2009年の7MHz帯の周波数拡張をきっかけとして運用が行われ始めた7MHz AM(40mAM)をQRPで楽しむために製作しました。7MHz AMにおいてはトランジスタを使用した自作トランシーバーの参考例は少なかったことから、自作機で7MHz AMを運用したいと考えている人たちに参考となることも目標としました。名称は2015年にJR8DAGが製作した40mAM自作機ということで「JR8DAG-40AM2015」という名称にしました。
 本作品は、ハムフェア2015自作品コンテストの規定部門のテーマが「7MHz AM送信機(トランシーバーを含む)」と発表されたことから、前年に製作したJR8DAG-2014AMを元にいくつかの改良を行い、同コンテストの規定部門に出品し、優秀賞第3席に入賞することができました。自作品コンテスト表彰式における審査委員長のコメントでは、本作品は受信機を内蔵してトランシーバーにし、単3ニッケル水素電池10本を内蔵しながらも、コンパクトにまとめたこと、また自作機として再現性を向上させるための工夫があった点が評価されたようです(自作品コンテスト表彰式における審査委員長のコメントYoutubeにアップロードしています)。

 ◎本機の主な特徴(ブロックダイアグラム)
 本作品は40m QRP AM運用を自在に楽しむことができる、他の人が作ってみようと思わせる自作機の参考例をめざしたトランシーバーであり、主な特徴は以下のとおりです。
(1) 快適な7MHz AM運用が可能な性能を確保しつつ、他の人が追試できる安定性や再現性を重視した回路設計、メンテナンスが行いやすい構造を採用。
(2) 周波数可変にVXO(可変水晶発振)を使用したトランシーブトランシーバーで7.145〜7.195MHzを運用可能。
(3) 受信部は6素子のラダー型水晶フィルターを使ったシングル・スーパー・ヘテロダイン方式IF(12.0MHz)で、AM交信に必要な感度、選択度を確保。
(4) 送信部は終段に2SC2086を使い出力500(mW)。変調方式は終段コレクタ変調で、AM変調に適したトランジスタや送信出力に見合った変調トランスを使用することで良好な変調を得ている。また、電波が出ていることを確認できる送信インジケーターを装備。
(5) 大きさ160×70×150(単位:mm)のコンパクトサイズ。単3電池ニッケル水素電池10本をケースの外に取り付け、移動運用での使い勝手の向上を図った。
(6) これまでに1,7,8,0エリアの5局とQSOし実用性を確認。

 ◎製作の考え方(回路設計の考え方)
 自作機で7MHz AMを運用したいと考えている人たちに参考になり、かつ、7MHz QRP AM運用を楽しむことができるトランシーバーを目標として、製作にあたっての考え方を以下のとおり定めました。
(1) 7MHz 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)を確保するが、7MHzは周波数が少ないことに起因する混雑に対応することを最優先とする。
(2) 市販のトランシーバキット(キャリブレーションで販売しているポケロクなど)を製作できた人が、次のステップとして製作できるような再現性を確保する。再現性については今後5年以上、本作品と同一性能のものが製作可能であることを目標とする。以上から、回路は安定性や部品の入手がしやすいことを重視する。
(3) 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とする。
(4) 大きさは作り安さを優先しつつ、車での移動運用できることも考慮する。
(5) 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、外観のデザインに気を配る。

 ◎製作における工夫など
 (1) 回路について
 回路設計は、7MHz QRP AMを自作で楽しめる性能を確保することを優先事項として、目新しさよりも安定性を重視しました。JR8DAG-2006AMJR8DAG-2010AMの製作において得られた技術を本作品に適用して動作の安定性や再現性を高めています。また、本作品は回路の流れがわかりやすいシンプルなものをめざしましたが、必要に応じてさまざまな改良、周波数変更、機能追加を行えることも考慮しました。
 (2) 部品の選定
 使用部品の種類を減らすため、トランジスタやFETはできるかぎり同一のものを使用することとしました。特に多用したのは入手が容易な2SC1815、2SA1015の汎用トランジスタ、2SK241などの高周波増幅用のFETです。2SK241は製造中止となっていますが、今後5年程度は十分に入手可能と判断しました。抵抗やコンデンサも入手がしやすい値を使用し、中間周波数の水晶フィルターやVXOの水晶は安価な既製品が入手できることを考慮して周波数を12.0MHz、19.2MHzに設定しました。製造中止になると入手が困難になるICについては既に20年以上の使用実績があり今後もしばらく入手が可能と考えられる低周波増幅用のLM386Nのみを使用しました。コイルは多用されてきたFCZコイルは製造中止となりましたが、サトー電気から同等品のコイルが販売されており、入手はしばらく可能であると判断しています。上記を含めて本作品に使用されている部品は代替品も含めて今後5年以上は十分に入手が可能と考えています。
 (3)プリント基板の大きさについて
 基板は市販されている15cm×10cmの大きさのものを使用して切断作業を不要にしました。なお、基板のパターンは真ん中で受信部と送信部に分けることもできるようにしています。このようにすることで受信機だけを製作するといったことも可能なようにしました。
 (4)メンテナンスのしやすさの確保のために
 部品を実装する基板については、メンテナンスが行いやすいように、基板の部品面に白のマーカでパターンを描きました。このようにすることで、基板をひっくり返さなくとも回路の様子を容易に確認できます。
 (5)ケース加工について
 ケースの穴あけにおいては、すべて丸穴とし、ドリルとリーマがあればケース加工が行えるようにしました。また、パネルの文字はネームランドテープを利用しました。インスタントレタリングに比べて多少見栄えは悪くなりますが、日本語表記が可能、使える色やフォント、絵柄などの自由度が高いことの利点が勝ることから、この方法を採用しました。
 (6) 使い勝手の良い大きさ、電源を装備
 本作品では、自動車等の移動運用で使用することを考慮しつつ、価格と大きさ的な使い勝手からLEAD社のPS-3(幅160mm×高さ70mm×奥行130mm)を使用しました。PS-3を使用すると10cm×15cmの基板を丁度良い具合に収めることができます。電池ケースは内部に入れることができないので外付けとしましたが、電池交換や外部電源への切換が容易になるという大きな効果が得られています。本作品では単3ニッケル水素電池10本を使用しました。1泊2日の移動運用なら電池交換は不要です。
 (7) 電源以外のつまみやスイッチなどの操作関係は前面に
 電源端子を除く、ダイヤル、アンテナ、スイッチなどの端子はパネル前面に取り付け、裏には電源端子以外はない状態としました。この措置により前面のパネル面だけですべての操作を行うことができ、特に移動運用での使い勝手が向上します。操作性の向上を狙って、ツマミはできる限り大きなものを採用して機能ごとに色を変えるとともに、スイッチも形状を変えるようにしました。使っていないスイッチは、回路を追加したときのために用意しています。
 (8) ドライバを使わずにケースを開けられる(手回しネジ採用)
 蓋を止めるネジには手回しが可能なものを使用しました。これにより、ドライバなしで蓋を開けられるためメンテナンスが容易になります。また、ネジは外観にあわせて水色に塗装しました。

 ◎使用感(20164.05.22現在)
・2015年4月から運用を開始し、常置場所において使用しています。
・2016年5月21日時点で1,6〜,0エリアの13局と交信できました。
・感度、安定度はこれまでの自作機とほぼ同等で問題ありません。
・選択度や混変調特性についてメーカー製のリグ(TS-570S)に比べて劣り、夜間には周辺の大電力放送局の影響を受けますが、アッテネーターで回避できる状況であり運用には問題ありません。
・送信部の変調音は良好です。
・消費電流は受信無信号時 55(mA)、送信無変調時 200(mA)、送信時最大290(mA)でした。
・電池の使用時間は、通常の運用では単3ニッケル水素電池10本(2000mAh)で1日は十分に使用可能です。

◎本作品の概要動画を作成しました。
 本作品の概要を動画で作成し、ニコニコ動画にアップしました。リンクは以下のとおりです。
自作で楽しむ40m QRP AM トランシーバー(JR8DAG-40AM2015) - ニコニコ動画

Youtube(M.Kannoチャンネル)に本作品を使用した交信の様子をアップロードしました。リンク先は以下のとおりです。
40m(7MHz) QRP AMでの交信の様子(下記4本の動画の再生リストです)
2016.01.02 7L1ETS局との交信(7MHz,QRP,AM)
2016.01.01 JN1CAK局との交信(7MHz,QRP,AM)
2015.11.22 JA8KJG局との交信(7MHz,QRP,AM)
2015.05.09 7L1ETS局の信号(7MHz QRP AM)

 ◎おわりに
 受信は強い信号による混信を受けることがありますが、交信に必要な感度、周波数安定度、選択度などの性能は確保しています。送信音質は良好であり、周波数も使用頻度の高い範囲がカバーされており40mAMをQRPで自在に楽しめるトランシーバーが製作できたと思っています。外観もコンパクトであり、電池の交換がしやすいことが運用での大きなメリットになっています。今後も本作品で40m QRP AMを楽しみたいと思います。

JR8DAG/菅野 正人

回路図はこちらです(2016.05.08現在 , circuit , 約80kB)

回路設計の考え方(2015.05.19現在)

出品にあたって考えたこと(2015.09.09)

ハムフェア自作品コンテスト提出書類(2015.07.22,pdf形式)

自作品コンテスト展示用説明文(2014.07.21,約189kB,pdf形式)

スペクトラムアナライザの計測結果(2015.05.19 , 約76kB)

JARL自作品コンテストにおける動作試験データ(2015.09.19 , 約78kB)

自作品コンテスト賞状(2015.08.31,約77kB)

入賞カップと並べた写真(2015.08.31,約263kB)

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【更新情報】
2016.06.05 ニコニコ動画に本作品の概要動画をアップロード
2016.05.22 Youtubeに交信の様子をアップロード
使用感の記述を更新
2016.05.08 受信音量を大きくするため低周波増幅回路2SC1815のエミッタ抵抗100Ω → 10Ωに変更
Youtubeに交信の様子をアップロード
2015.11.25 Youtubeに交信の様子をアップロード
使用感の記述を更新
2015.09.19 JARL自作品コンテストにおける動作試験データをアップロード
2015.09.09 出品にあたって考えたことをアップロード
2015.08.31 トップページの記述を一部変更
自作品コンテスト賞状 アップロード
入賞カップと並べた写真 アップロード
2015.08.21 トップページの記述を一部変更
2015.08.11 トップページの記述を一部変更
2015.08.01 部品を半田付けした基板の写真をアップロード
2015.07.22 ホームページ公開
自作品コンテスト提出書類をアップロード
展示用説明文をアップロード
2015.05.19 概観の写真、内部写真を掲載
スペクトラムアナライザの計測結果をアップロード
回路設計の考え方をアップロード
回路図を更新
2015.04.04 ホームページ作成
回路図アップロード


クリックすると拡大画像を表示します(約120kB) 外観の写真(exterior)
LEADのPS-3を使用
電池を外部に出して交換を容易にした
(大きさ size 160mm×150mm×70mm)
撮影:CANON EOS Kiss X7 画像編集:PaintShopPro6J

後ろから見たところ 後ろから見たところ
単3ニッケル水素電池(ENELOOP)10本を外付けとし電池交換を容易にしています
撮影:CANON EOS Kiss X7 画像編集:PaintShopPro6J

クリックすると拡大画像を表示します(約220kB) 内部写真(左:送信部,右:受信部)
Left:TX Right:RX
撮影:CANON EOS Kiss X7 画像編集:PaintShopPro6J

クリックすると拡大画像を表示します(約177kB) 部品を半田付けした基板の様子
(左:送信部,右:受信部)

Left:TX Right:RX
撮影:CANON Power Shot S100 画像編集:PaintShopPro6J

クリックすると拡大画像を表示します
 本作品の系統図

【本作品の定格】
[共 通]
周波数 7MHz(7.145〜7.195MHz)
電波型式 AM(A3E)
使用半導体 2IC 8TR 10FET 18Di
電源電圧 DC 12.0〜13.8(V)(標準)
消費電流
受信無信号時 55(mA)
送信無変調時 200(mA)
送信最大時 290(mA)
空中線インピ-イダンス 50(Ω)
外形寸法 160(W)×150(D)×70(H)
(単位 mm , 突起物を含まず)
重量 1,020(g)(単3ニッケル水素電池10本込み)
局発発振方式 可変水晶発振(VXO)
発振周波数 19.145〜19.195MHz
[送信部]
終段入力 12.0(V)× 80(mA) ≒ 960(mW)
出力 500(mW)
終段石 2SC2086
不要輻射 -50(dB)以下
変調方式 終段コレクタ変調
[受信部]
受信方式 シングルスーパーヘテロダイン方式
中間周波数 12.000MHz
受信感度 0dB(uV)程度 (S/N 10dB)
選択度 ±3kHz(-6dB),±6kHz(-60dB)