JR8DAG-40AM2015 - 回路設計の考え方 -

40m QRP AM トランシーバ(JR8DAG-40AM2015) - 回路設計の考え方 -

JR8DAG/菅野正人(KANNO Masato)

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　◎概要
・再現性と動作の安定性を重視し、40mAMをQRPで運用するための基本性能を確保する。
・回路構成はJR8DAG-2006AM、JR8DAG-2010AMをベースに周波数を変更して7MHzを運用できるようにしたが、7MHzは周波数が少ないことに起因する混雑に対応するための回路修正を行った。

　JR8DAG-40AM2015の回路図

　◎受信部
　受信部は簡単な回路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、中間周波数は既製品の水晶が使えることと、イメージ混信を減らすため12.0MHzと高くし、選択度を確保するためラダー型の水晶フィルターを使用しています。
　入力のアッテネーターは周辺の強信号による妨害に対する対策のために入れています。ボリュームを使用しているので減衰量を可変できます。高周波増幅は部品点数の少ない回路で高感度が得られる2SK241を使用し、ソースに抵抗とコンデンサを入れて動作の安定性を高めました。2SK241は製造中止ですが、今後5年程度は入手可能と判断して使用しました。周辺の強力な放送局による妨害を減らすため、高周波増幅の出力と次の周波数変換の間にはコイルを2つ使用しています。周波数変換も2SK241を使用し、周辺の強力な放送波による混変調妨害に対する特性を少しでも高めるため、シングルバランスドミキサーしました。ソース抵抗を4.7kΩと大きくして動作の安定化を図りました。選択度を決定するフィルターには、ラダー型水晶フィルターを使用しました。周波数は既製品の安価な水晶が販売されている12.0MHzとしました。7MHz AMは周辺の周波数における信号強度が高いことから、これまで製作の6mAM自作機で採用していた4素子に2素子を追加した6素子として、フィルターの特性を向上させました。
　中間周波増幅は高周波増幅と同じ2SK241を使用しました。負荷にRFCとコンデンサを使用した同調増幅器ですが、並列にQダンプの抵抗を接続して帯域を広くすることで、無調整化しています。Qダンプ抵抗は安定して動作する2.2kΩとしました。ソースに抵抗とコンデンサを入れているのは高周波増幅と同様に動作の安定性向上のためです。
　検波回路はショットキーバリアダイオード1SS106を使った一般的な回路です。1SS106は順方向電圧が低く検波効率の良いダイオードであることから採用しました。負荷抵抗は動作の安定性を考慮し1kΩにしました。自動利得調整(AGC)は信号の一部をダイオードで検波して得られたマイナス電圧を高周波増幅、及び中間周波増幅にフィードバックする方式としました。7MHz AMにおいても必要な性能が得られています。低周波増幅は2SC1815とLM386Nによる汎用性の高い回路によりスピーカを鳴らせるようにしました。スピーカも本体に内蔵し、待ち受け受信ができるようにしています。
　QRP運用では信号強度がわかるものが欲しくなりますが、Sメーターではスペースを取りケース加工も面倒であるため、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AGC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が点灯する回路です。回路定数を変更することでSメーターを動作させることも可能です。
　可変水晶発振(VXO)はトランジスタに比べると出力は少ないものの安定度に優れているFETを採用しました。使用した水晶は安価な市販品が販売されている19.2MHzとし、周波数を変化させる素子は安定度に優れるバリコンを使用しました。VXOの発振周波数は19.145～19.195MHz、これを次段の2SC1815で増幅しています。中間周波数が12.0MHzですので、運用周波数は7.145～7.195MHzの50kHz幅となります。2015年現在、7MHz AMは7.195MHzを中心に運用が行われていますが、混信などで他の周波数を使用することや他の周波数での入感状況を把握できることなども考慮に入れて周波数を可変できるようにしました。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。VXOに使うコイルは周波数安定度を向上させるため7kボビンに手巻きしましたが、周波数可変幅を30kHz程度にすれば市販のコイルも使用可能です。

◎送信部
送信部の局部発振は2SK241を使用した再現性に優れた回路です。周波数変換は2SK241を2個使用したシングルバランスドミキサーとして、スプリアスの低減を図りました。出力は複同調回路として、近接スプリアスを抑えるようにしています。この後は2SC1815の2段増幅で信号を大きくし、終段の2SC2086でAM変調をかけて入力1000mW、出力500mWを得ています。2SC2086はコレクタ耐電圧が高く良好な変調を得ることができます。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π型LPF4段をつないで第2次高調波以下のスプリアス対策としました。終段の2SC2086に低周波トランスを介して変調器の出力を接続することで終段コレクタ変調をかけています。また、前段の2SC1815にも軽く変調をかけて、変調のかかりを良くしています。変調器のLM386N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採用しました。変調トランスは送信出力に見合った規格であるST-41A(0.7W)を使用して良好なAM変調が得られるようにした。
送信表示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を光らせています。コンデンサの容量はLEDが点灯する3pFとしました。

◎その他の回路(回路は送信部に含まれます)
　送信部の回路図にCAL-SWがありますが、受信時にこのスイッチを+R側にすると、受信周波数と同じ周波数の微弱電波が発生し、簡易的にSSBやCWを受信することができます。7MHzではSSB/CW局の運用が多いので、このCAL-SWを使うことが多いです。
　送受の切り替えは、動作の安定なリレーを使用しました。秋月電子通商で安価に入手できる2回路2接点のリレーを使用しました。このリレーはオムロンのG5VやG6Aなどとピン配置が同じであり、同等品も容易に入手可能であることから採用しました。2SA1015はリレーを動かすためのスイッチング回路で、PTTスイッチに流れる電流を少なくして動作の安定化を図っています。アンテナ端子につないでいる10kΩは送信時に直流電圧を出す抵抗で、外部リニアアンプを接続したときの送受切換のコントロールのために入れています。
　電圧はDC12Vを標準として11.0～13.8Vで動作します。標準電源に単3型ニッケル水素電池10本を採用し、電池をケースの外側に取り付けることで移動運用時の電池交換や外部電源への切換を容易にしました。送信表示兼受信インジケーターは2色LEDを使用し、送信出力は赤で、受信時は一定の信号強度を超えると緑に表示されるようにしました。
　ケースはJR8DAG-2006AM(タカチAU-3,180mm×70mm×160mm,製造中止品)より一回り小さいLEAD社のPS-3(大きさ 160mm×70mm×130mm)を使用しました。電池を入れるスペースが無くなりましたので、ケースの外に実装して交換を容易にしました。
　ケース加工は、面倒な角穴を無くしています。すべて丸穴なので、ドリルとリーマがあれば加工ができます。パネルの文字は従来はサンハヤトのレタリングを使用してきましたが、レタリングの入手が難しくなってきたこともあり、ネームランドテープの黒テープ白文字を使用して印刷したものをケースに貼り付けました。この方法はインスタントレタリングに比べると使える色やフォントの自由度が高いことがメリットです。塗装は、パネル面は黒、カバーは水色で塗装しました。