430MHz QRP FM トランシーバー(JR8DAG-70FM2018) − 製作経過および製作にあたって感じたことなど −

2019.03.23新規作成 / 2019.09.06更新

 このページでは、製作の経過や製作にあたって感じたことやなどについて書きます。

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【製作にあたって感じたこと】
(概要)
・製作方法に144MHzとは違う独特なものあるが、これは慣れれば何とかなる
・測定器はスペクトラムアナライザは必要(ただし、精度は必要ではない)
・430MHzに限らないが、トランシーバーに製作にあたっては局部発振回路が正常に動作することが必須。

◎使用する基板と実装方法
 ケースに実装する際の真ん中の仕切りには、サンハヤトの1.6mm厚ガラスエポキシ基板を使用した。各パートの回路はサンハヤトの1.0mm厚ガラスコンポジット基板に同基板の切れ端を貼り付ける表面実装方法で製作。これで特に大きな問題はなかった。

◎調整
 送信部の信号レベルの確認にスペクトラムアナライザ(RIGOL DSA-815TG)を使用した。調整するトリマの位置でスプリアス特性が大きく変わるので、1.5GHz程度まで測定可能なスペクトラムアナライザは必須と感じた。ただし、周波数ごとの相対的な信号強度の差がわかれば良いとも思うので、精度は低くても何とかなると思う。

◎FCZ研究所のパワーメーター
 スペクトラムアナライザ(RIGOL DSA-815TG)の計測結果と比較する限り、FCZ研究所寺小屋シリーズのパワーメーター(3世代目)は430MHzでもそれなりに使えるようである。

◎部品の実装
・300MHzを超える高周波が通る部分は部品の足をとにかく短くするなど気をつける(0.001μFパスコンなど)
・電源ラインの配線は144MHzまでと同様で問題ない模様
・コイルは144MHzまでの物とは異なるが、1ターン45〜50mm+6pFトリマで380〜430MHzに同調させることは十分に可能。ただし、トリマコンデンサをコイルに直結すると周波数の可変範囲が広すぎるため(6pFのトリマだと300〜900MHzあたり?)、最適箇所への調整が取れなくなるので、トリマにコンデンサを直列に接続して周波数の変化範囲を狭めた方が調整がとりやすくなる。
(参考リンク)スペクトラムアナライザによる430MHz2極バンドバスフィルターの計測結果
・430MHzを切り換えるリレーは高周波用(G5Yなど)を使えば十分の模様。



【製作の経過】
◎構想
・2009年ころ
430MHzのトランシーバーを製作する構想を開始。アイテック電子研究所のZERO1000-51のキットを入手していたので、これに430MHzに変換するトランスバーターを組み合わせて、トランシーバーにすることを考える。トランスバーターの回路はラジオの製作1983年8月号および1984年2月号の記事を参考にすることとした。
◎製作の開始
・2017.11.12 局発 126.666MHzまで作成
・2017.12.03

局発 126.666MHzまで調整完了。発振、周波数ともにok

◎局発、受信部、送信部の製作(関連ツイート)
・2017.12.23 局発 380.000MHzまで製作。周波数は要確認。 同調回路の定数検討が必要
・2017.12.24 アイテックZERO1000-51の組み立て実施
51MHz ok
53MHzの周波数変更はVCOの調整が必要だった
52MHz台は52.500MHzくらいからならロックするが、下の周波数は難しそう。52.5〜53.99MHzあたりが妥当な模様
・2017.12.30 トランスバーター受信部作成。感度が出ない。局発の再調整が必要
・2017.12.31 トランスバーター送信部作成。受信より順調。2SC2407で出力1mW程度。近接スプリアスが多い。
局発の回路を変更。局発のスプリアスは改善、出力も上がる(0.5〜1mW)
・2018.01.01 トランスバーター送信部調整。2SC2407で出力1〜2mW程度。近接スプリアスは-45〜50dB。
受信は感度が良くなった模様
・2018.01.02 QSO パーティにて受信部動作確認。感度が若干低いいもするが、まともに受信はできるようになった模様
・2018.01.03 トランスバーター送信部終段実装。出力1〜3mW。DBMのピン配置を間違えていた → 修正
近接スプリアスは-45〜50dB。受信は感度が明らかに低いが許容範囲か?
ここで10ヶ月ほど中断する。
◎作り直し
・2018.10.14
(関連ツイート)
ベースの基板をAitendoの0.4mm厚から、サンハヤトの1.0mmガラスコンポジット基板に組み直し。
バラック状態での送信出力は10〜20mW。
局発は基板を変えたことと、発振回路と同調回路の結合コンデンサを変えたことで、3mW位出るようになる。
局発の出力が上がったことで、送信出力も10mW以上となった模様
・2018.10.21
(関連ツイート)
ケースへの実装と配線を行い、動作ができる状態となった。
送信出力は現在のところ約20mW。
受信感度はKENWOOD TM455と比べて明らかに感度が低い。
第11回秋コレでのデモンストレーション運用が行える状態にはなったかなと思う。
・2018.10.28
(関連ツイート)
基板等のケースへの実装を終了
トランスバータ送信部の各種定数を変更。終段の2SC3019の入力増やすと出力が上がる。
出力は最大で200mW出たが、調整がシビア(電源を入れ直すと出力が減る)、スプリアスも-50dB程度。
出力70mWあたりは割と安定、かつスプリアスが少ない。現時点では出力70mWで妥協。
受信感度はC501に比べると劣るが、全く聞こえないと言うほどではない
小樽市天狗山移動局と交信
第11回秋コレで使えるめどが立った。2019年1月2日のQSOパーティで使用する予定
塗装を行う。パネルは黒、外側は橙色の予定。ケースは鈴蘭堂MEC-S(140×170×65mm)、大きさ140×185×65mm
・2018.10.31
(関連ツイート)
重量・大きさを計測。重量は1,153g(実測)。大きさは140×185×65mm(電池ケース込)。
・2018.11.03
(関連ツイート)
出力を測定。70〜80mWで安定(単3ニッケル水素電池8本時)。
FCZ研究所のパワー計は430MHzでも使える模様(スペアナとの比較より)。
433.00MHzで受信開始。札幌市でも静かだが、時折入感あり。感度は明らかに低いが問題なさそう。
・2018.11.08
(関連ツイート)
ケースの塗装を開始
パネル作成および塗装完了
・2018.11.24
(関連ツイート)
ケースの塗装完了。パネルは黒、ケース外枠は橙色。


◎QSOパーティでの運用(関連ツイート(その1その2))
・2019.01.03
QSOパーティで運用。8エリア27局と交信。
送信出力が50mW程度であったが、交信は十分に可能だった。
・2019.01.03
消費電流を計測(動作電圧10V時)。受信無信号時:約140mA。送信無変調時:約320mA
アイテックゼロ1000-51にトランスバーターが加わっているため、それなりの消費電流になる模様
→ 後日、LEDの電流制限抵抗の取り付け間違いにより消費電流が増えていたことが判明する
・2019.01.06
(関連ツイート)
送信出力を100mW前後で安定して出せるようにするための回路変更を行う。
トリマの交換(6pF→5pF)、局発の出力のコンデンサ変更(10pF → 0.001μF)、送信部DBMの出力につなぐコンデンサ等の変更を行う。
出力は約100mW出るようになったが、近接スプリアスが最大で約-42dB確認できるので、さらなる回路変更を検討

◎東京都品川区アワーズイン阪急29階からの運用(関連ツイート(その1その2))
・2019.01.12
 2019.01.13
東京都品川区アワーズ阪急29階から運用を行う。
秋月電子で販売している1/2波長ホイップで1エリア12局と交信。
東京都、神奈川県、埼玉県と交信。最遠距離交信は約50km。
・2019.01.24
(関連ツイート)
消費電流を再計測
回路図の修正作業を行う際に内部を確認したところ、LEDの電流制限の抵抗2.2kΩが3本とも220Ωになっており、LEDで約40mA消費していたことが判明。抵抗を2.2kΩに交換した後の消費電流は以下のとおりになった。
受信無信号時:約90mA(修正前 約140mA)
送信無変調時:約250mA(修正前 約320mA)
・2019/02/21 局部発振の出力が小さくなるなど発振が不安定であったため、局部発振の2SC1906のベース抵抗を220kΩから100KΩに変更

◎第11回秋コレ会場における運用(秋葉原UDX)(関連記事リンク、関連ツイート(その1その2))
・2019.02.24  秋葉原UDXで行われた第11回秋コレにて、JS1YCP(秋葉原無線部)、7K1BIB、JF1IIPの3局と交信。受信がまともにできない状態で受信はC701を使用しての交信となったが、後日確認したところ受信時にPLLのロックが外れていたことが判明し、最調整を行って受信ができる状態にした。
 今回の430MHzFM自作機を製作するにあたり、ZERO1000-51の送受信周波数を51.00〜51.99MHzから53.00〜53.99MHz(+52.50〜52.99MHz)に変更している。周波数変更にあたりPLLロックのためのコイル調整を行っていたが、いろいろ調整している中でロックが外れてしまった模様。
・2019.03.07  修正直後は送信出力100mW以上出ているが、時間が経過して再測定すると送信出力が50mW程度になるなど出力が不安定な状態であるため、回路の修正を検討中。
◎回路変更
・2019.05.16
(関連ツイート)
その1
その2
その3
送信部の同調回路の定数変更。トリマの調整範囲を狭める(直列に5pFコンデンサ)
不足分は並列に1〜3pF追加。励振段の出力は並列のコンデンサは不要だった。
出力約50mWで安定した。

・2019.06.23 局発の380MHzのBPFの定数変更
2pF+(5pF-5pFTC)に変更。出力の調整がしやすくなった。しかし、最適調整個所から位置が少しずれるとスプリアス発生する状態であった。
送信のミキサのあとのBPFの初段を3pF+(3pF-5pFトリマ)に変更。トリマの位置で出力が大きく変わることからトリマが壊れているものと想定し交換 → 出力のピークが出るようになる
出力は約80mW(10V時)。ニッケル水素電池8本なら100mWを超えるものと思われる。
・2019.07.06〜07.07 第49回 6m AND DOWNコンテストで運用を行った。8エリア7局と交信。
・2019.07.07 6m AND DOWNコンテストで交信を行った際、時間の経過とともに出力がやや低くなることから、電源ONから1時間以上経過後にスペアナで計測。櫛のようなスプリアスが出ていることを確認。
局発の380MHzのBPFの定数を変更。トランスバーターの送信部と同様にトリマの周波数可変範囲を狭めるため、BPFのコンデンサを3pF+(3pF-5pFトリマ)に変更。以前より同調を容易にとることが可能となり、以前よりトリマの最適地の幅が広がった。また、局発の出力も増加し、時間による出力変動もなくなった模様。
局発の同調回路の修正した結果、送信出力は約80mW(10V時)で1時間程度経過しても安定した。ニッケル水素電池8本なら100mWを超えるものと思われる。
・2019.07.21 出力は90mW(10V時)で安定した。
受信部高周波増幅の同調回路コンデンサを3pF+(3pF-5pFトリマ)に変更。トリマを調整しても感度は変化しなくなるが、感度が低下はしていない模様。これでしばらく様子を見たい。
・2019.08.03 第62回フィールドデーコンテストにおいて美唄市より移動運用を行い、8エリア10局と交信。最遠距離交信は苫小牧市または小樽市で交信距離は約70km。
・2019.08.10 受信部のIF出力を、ZERO1000-51Rの受信RFコイルに入力する形に変更。
ZERO1000-51高周波増幅2SK439のソース抵抗を220Ωから22Ωに変更
少しは感度が良くなった模様
ZERO1000-51高周波増幅の前に2SK241の増幅回路を追加したが、混変調がひどくなる感じで感度も向上する感じではなかった。
・2019.09.01 東京都江東区(東京ビッグサイトと国際展示場との中間地点)で運用を行い、8J1HAM(東京都江東区、ハムフェア2019特別記念局)と交信
・2019.09.08 周波数表示に使用しているLED(黄)が点灯しなくなったのでLEDを交換。原因は不明だがLED(黄)が壊れた模様。
合わせて電流制限抵抗を2.2kΩから4.7kΩに交換。
・2019.09.14 受信部をより安定に動作させるため、ZERO1000-51高周波増幅2SK439のソース抵抗を22Ωから47Ωに変更
・2019.09.29 スペクトラムアナライザによる計測を行う。2019.02,12現在の計測結果に比べると送信出力は下がったが、スプリアス特性が改善し、時間経過による送信出力の変動もなくなり、動作がかなり安定した。
しばらくはこの状態で運用を続ける。