HF SSBトランシーバの製作 2008.01.31
かなり前に作って現在は分解してしまったHF帯のSSBトランシーバを作り直すことにしました。
構成を考えているうちに、やはり高い周波数のルーフィングフィルタを使ったUPコンバージョンにしたいと思いました。
RoofingFilterの実験 2008.01.31
まずルーフィングフィルタに求められる性能はどの位なのでしょう。
INRAD社から、メーカー製のリグに取り付けるものが発売されています。
INRAD社のHPで発表されている特性を見てみると
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FT-1000 |
FT-1000MP |
TS-950 |
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IC-755 |
IC765 |
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これを見てみると、どれも頂上はきれいな平坦ではないようです。挿入損失も５～１０ｄｂあるようです。
スパンが１０KHｚ／ｄｉｖなので上に副共振があるかは不明です。
そこで、以前NGC鈴木さんに頒布していただいた７１．５MHｚ帯の水晶を使って作ってみることにします。
この水晶を使ったハーフラティスフィルタは以前少し実験しました。
この時の感じでは副共振が強く出て使えないというものでしたが、水晶を選別していなかったので選別するとどうなるかと思っていました。
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２０KHｚ/div センター周波数７１．５６４MHｚ RBW=1KHｚ
その中の７１．５５７５MHｚの水晶を全部見てみたところ使えそうなものがあるのが判りました。
上の3枚の内左２枚の写真の水晶がまずまず使えるのではと判断した物です。下の3枚の右側２枚の水晶は近くに副共振が強く出そうな物です。-
下の写真の上が６素子ラダーの実験基板、下がハーフラティスの実験基板です。
（一部水晶をパラ接続しています。）
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SPAN=60KHｚ REF＝１０ｄｂｍ SPAN=200KHｚ REF=10ｄｂｍ
TG LEVEL=0ｄｂｍ
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SPAN=60KHｚ REF＝１０ｄｂｍ SPAN=200KHｚ REF=10ｄｂｍ
TG LEVEL=0ｄｂｍ
どちらでも何とかなりそうです。
挿入損失は、ラダーフィルタが少なく、副共振はハーフラティスフィルタの方が小さいようです。
帯域幅はどちらも大差なさそうです。
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帯域外減衰も確認しておきます。 低いほうの跳ね返りは、実装方法の問題だろうと思います。 上の副共振は５５KHｚ上に出ています。 第２ＩＦ周波数は、仙波さんに頒布していただいた水晶の中から５．１２MHｚか４．１９４ＭＨｚを使って ラダーフィルタを作ろうと思っていますのでこの程度の副共振は問題にならないと見ています。 |
今回は、ハーフラティスフィルタでやってみたいと思います。
ハーフラティスフィルタを基板に実装してみました。
今回は、両面基板を使って作ってみました。その効果か、下図のように帯域外減衰量もしっかり取れています。
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（JG1EAD 仙波さんのHP内の Poorman’s TRXを考える（フィルタ編）を参考にさせていただ 低い方の水晶をすべてパラ接続しています。 Span＝６０KHｚ REF=10ｄｂｍ TGLEVEL＝０ｄｂｍ |
本物のスペアナで確認しておきます。
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副共振は、３９ｄｂ下になりました。 右はグループデレィの様子です。 |
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狭い範囲です。 ３ｄｂ帯域幅は３．５６KHｚ ６０ｄｂ帯域幅は１２．４０KHｚ シェイプファクタは３．５となりました。 （今回は、SSB専用とします。） 挿入損失は、約７ｄｂです。 中心周波数は、７１．５６０MHｚ になりました。 |
この特性でしたら、十分使えるのではないでしょうか。
今回は、ハーフラティスにこだわったため水晶を１２個も使うという豪華版となりました。
通常でしたら、６素子のラダーフィルタで十分使えるものが出来そうです。
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左図は、前に実験したときのものです。 右図は、同じ条件の今回の特性です。 前に実験したハーフラティスフィルタに比べて選別した効果が出ています。約６０KHｚ上に出る副共振も約４０ｄｂ下ですし近傍のスプリアスは、ほとんど見えません。（実際にはあります） |
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左の図は、水晶シングルの時の特性です。 パラ接続の効果を確認していただけるのではないかと思います。 今回は、入出力のインピーダンスマッチングは何もしていません。 パラ接続したのがマッチングにいい方向で働いたのかもしれません。 しかし、両端の水晶をパラにするよりも中の水晶をパラにしたときのほうが特性の改善が顕著でした。 ハーフラティスフィルタのマッチングにも、ラダーフィルタでのマッチング手法が同じように 使えるのでしょうか？ 今回は、使えそうな物が出来たので今後の課題ということにします。 |
ＬａｄｄｅｒＦｉｌｔｅｒの実験 2008.02.04
第２IFを、いくらにするのか決めなくてはいけません。
候補としては、手持ちの水晶の中で数量がある
４．１９２MHｚ
４．９１５２０MHｚ
５．１２０MHｚ
の３種類の中から決めたいと思います。
それぞれバラック実験したところ、５．１２０MHｚの水晶を使ったものが一番いい特性でしたのでこれに決めます。
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実験中の様子です。 定数の決め方は、あちらこちらで詳しく説明されていますので省略します。 いつものように両端の水晶はパラ接続しています。 |
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出来上がったフィルタの特性です。 ６ｄｂ帯域幅 ２．７８KHｚ ６０ｄｂ帯域幅 ４．７８KHｚ シェイプファクタ １．７２ 挿入損失 －３．４ｄｂ 少し左右対称になっていませんがまずまずの特性 が出ていると思います。 |
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帯域外減衰量も９０ｄｂ以上取れています。 グループデレィも普通の特性です。 |
IF部の実験 2008.02.14
IF部をどうするかということですが、候補としては、手持ちにある
① ２ＳＣ１８５５ ｏｒ ２ＳＣ２３４８
② ＭＣ１３５０
③ ｕＰＣ３１１２ＧＶ
④ ＴＡ７１２４Ｐ
等ですが、今回はあえてＩＣは使わずにＴｒで作ってみることにします。
２ＳＣ２３４８という、フォワードＡＧＣ の石を使ってみます。
２ＳＣ１８５５を使った回路は
ＨａｍＪｏｕｒｎａｌ Ｎｏ４６ 「２ＳＣ１８５５によるＩＦアンプの実験 ＪＦ１ＤＭＱ、ＪＨ１ＴＸＧ、ＪＨ１ＧＮＵ」
トロイダル・コア活用百科 ＩＦアンプ（ＡＧＣアンプ）
等に記事があります。
今回は、ＨａｍＪｏｕｒｎａｌの記事を参考にさせていただきＯＰアンプを使った定電流回路を使ってＴｒのＩＣを制御して結果的にゲインをコントロールする
回路の実験をしてみます。
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右のグラフは、ＩＣ＝６ｍＡに固定 した時の入出力特性です。 －３ｄｂｍ位の出力までリニアな 動作です。 周波数は５．１２ＭＨｚです。 |
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ＩＣと出力の関係図です。 ゲイン２７ｄｂ ＡＧＣ範囲 ３７ｄｂ ＩＣが７ｍＡ－１９ｍＡまでほぼリニアな特性が得られました。 |
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２段にした時の様子です。 原典でもそうですが、対数的な直線性はあまり良くありません。 |
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３段にした時の様子です。 最初の２段と後の１段の間に５素子のクリスタルフィルタを挿入 しています。 上と同様、対数的な直線性は良くありません。 |
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２段＋クリスタルフィルタ＋２段にした時の特性です。 どういう訳か、対数的な直線性がかなりよくなりました。 フィルタの挿入損失等を含んで全体で１００ｄｂのゲインと Ｖａｇｃ 0.4Ｖから１Ｖにかけて約１１５ｄｂのＡＧＣレンジが得られました。 |
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Ｖａｇｃ |
Ｉｃ |
Ｇａｉｎ |
１００ｄｂのアンプが作れました。 原典では、電源電圧を高くしないとゲインが取れないとありましたが＋１２Ｖの電圧で１００ｄｂ取れました。 逆に電圧を上げていくと発振しました。 原典は２ＳＣ１８５５で、今回は２ＳＣ２３４８を使っているのでデバイスの差かなとも思っています。 |
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0.40 |
31.9 |
101.3 |
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0.45 |
34.9 |
91.2 |
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0.50 |
38.6 |
81.5 |
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0.55 |
42.2 |
69.4 |
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0.60 |
45.5 |
58.5 |
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0.65 |
49.5 |
47.0 |
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0.70 |
53.2 |
36.2 |
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0.75 |
56.9 |
27.0 |
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0.80 |
60.5 |
18.0 |
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0.85 |
64.2 |
9.0 |
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0.90 |
67.9 |
0.5 |
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0.95 |
71.1 |
-6.7 |
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1.00 |
75.1 |
-16.0 |
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(V) |
(mA) |
(db) |
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実験中の様子です。 うなぎの寝床です。 このような感じで作るのが一番安定して動作するようです。 |
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無入力の時の出力雑音です。 ＲＥＦＬＥＶ＝１０ｄｂｍ Ｃ．Ｆｒｅｑ＝５．１２Ｍｈｚ ６ＫＨｚ/ｄｉｖ Ｖａｇｃ＝０．４Ｖ 約－３０ｄｂｍの雑音出力があります。 この数値自体がいいのか悪いのか、良く判りません。 |
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ＴＧ ＬＥＶＥＬ＝－３０ｄｂｍ ＡＴＴ＝８０ｄｂ ＩＮＰＵＴ＝－１１０ｄｂｍ ＲＥＦＬＥＶ＝１０ｄｂｍ Ｃ．Ｆｒｅｑ＝５．１２Ｍｈｚ ６ＫＨｚ/ｄｉｖ 出力は、約－１０ｄｂｍを示していますので 全体のゲインは、約１００ｄｂあることが判ります。 |
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その後AGC回路まで組み上げて実験しました。 |
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追加した、ＡＧＣコントロール部です。 |
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全体のAGC特性です。 全体の回路図 最終的な、利得は１００ｄｂになりました。 |
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SG（８６５７B）から、－１４０ｄｂｍの信号を入力した時の 出力です。 ノイズレベルに比べて１０ｄｂｍ上です。 |
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無入力時のノイズレベルです。 |
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ＩＦＩＮ＝０ｄｂｍ |
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ＩＦＩＮ＝－５０ｄｂｍ |
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ＩＦＩＮ＝－７０ｄｂｍ |
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ＩＦＩＮ＝－１２０ｄｂｍ |
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無入力時のノイズレベルに不満がありますが、ＧＡＩＮ＝１００ｄｂ ＡＧＣレンジ＝１１０ｄｂとほぼ目標どおりの物が出来ました。
今回、AGCの評価用に４０６６を使って治具を作ってみました。
４０６６の制御用の端子を、ＡＧ－２０１の矩形波で駆動してＩＦ信号をＯＮ－ＯＦＦするものです。
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ケースは、以前入手していたダイソーの ものです。 |
ＡＧ－２０１の出力波形は５０Hzの矩形波
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AGC = SLOW |
AGC ＝ MIDDLE |
AGC ＝ FAST |
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IN= ０ｄｂｍ |
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IN= －２０dbm |
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IN= －４０ ｄｂｍ |
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上が、出力波形です。下が、AGCのコントロール電圧です。
若干オーバーシュートするところがありますが、これで実際の信号を聞いた時にどう感じるかです。
このまま進めて、実際の信号を聞いてから時定数を変更するか決めます。
MIX部の実験 2008.02.28
MIXをどうするかという事ですが、HJ誌 No９４「受信機最新設計法とキー・コンポーネント」の中にある シングル・バランス型プシュプル・トランジスタ・ミキサ
が面白そうだと思っていました。（JR1PWZ 清水さんが、HPの中で実験されています。）この清水さんのHPの中の実験記事を参考にさせてもらい実験して
みました。
まず、「IRF ５１０」を使って実験してみました。
ＲＦ 8.00MHz 8.01MHz ＋6dbm ２信号、 ＬＯ 13MHz 20dbm、 ＩＦ 5MHz、 Ｖｄ＝１５V、Ｉｄ＝５５ｍＡ
で実験したところ、変換損失－４ｄｂ、ＩＭ３＝－６６ｄｂｍ ＩＰ３＝３９ｄｂｍ
というような結果になりました。損失を１０ｄｂ位許せば、３０MHｚ以下では使えそうですが今回の用途には使えそうにありません。
次に、「０５０２－０７(NEC)」を使ってみました。
IFを７２MHｚにしてもＩＭ３が３２ｄｂｍで十分使えるものが出来ましたが、BANDを切り替えた時にＩＭ３がかなり変化します。
低いＲＦ（３．５MHｚ）でＬＯ＝７５．５MHｚ ＩＦ＝７２ＭＨｚでＩＰ３を最良（＋３２ｄｂｍ）に調整すると高い周波数（２８ＭＨｚ）でＩＰ３が悪化します（＋２５ｄｂｍ）
高いＲＦ（２８MHｚ）でＬＯ＝１００MHｚ ＩＦ＝７２ＭＨｚでＩＰ３を最良（＋３４ｄｂｍ）に調整すると低い周波数（３．５ＭＨｚ）でＩＰ３が悪化します（＋２６ｄｂｍ）
結局、現状では使えるメドがたたないのであきらめてごく平凡な２ＳＫ１２５×４使ったＭＩＸを採用することにしました。
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実験基板です。 ２ＳＫ１２５はすべてパラ接続しています。 電圧は、１５Ｖで、電流は１４０ｍＡです。 ２ＳＫ１２５は選別していません。 出力側には、インピーダンスマッチング回路を入れています。 |
２００８．０３．０２
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その後、基板を作ってみました。 この基板は、エッチングでは無くカッターナイフで不用なところを 切り取る方法で作りました。 この基板に実装したところ、出力のインピーダンス整合用の ＬＣは無い方がいい結果になりました（付けても同じレベル よりは良くなりませんでした）のではずしました。 バラックの時は、どこかにハンダの不良でもあってその不具合 を解消してくれていたのかもわかりません。 下に改めて、各周波数の特性を取ってみました。 今回は、２ＳＫ１２５のＩｄｓｓを測って選別したものを使用しました。 電圧は、＋１２Ｖにしました。 電流は、約１２０ｍＡです。 ２ＳＫ１２５はかなり熱くなりますが、手で持てる範囲ですので 大丈夫だと思っています。 |
下表は、それぞれの周波数での特性です。 ＩＦ周波数＝７２ＭＨｚ 入力は、＋８ｄｂｍの２信号です。（基本周波数＋２０ＫＨｚ）
ＬＯはすべて上側にとりました。（３．５ＭＨｚの場合 ３．５ＭＨｚ＋７２ＭＨｚ＝７５．５ＭＨｚ） ＬＯ＝＋２０ｄｂｍ
本来は、こうしたアクティブＭＩＸでは、若干のゲインが期待できるのですが今回はＩＭ重視で調整した結果、変換ロスがあります。それでも３．５ｄｂ～７ｄｂなので
ＤＢＭよりはいいようです。
ＩＭ３は、周波数が高くなるほど良い結果になりました。
これは使っているコアの影響かなとも思っています。（今使っているのは富士電気化学製の「K14 TF1204」というものだと思いますがどのような性質の物なのかは
不明です）。
どちらかといえば、低い周波数のほうのＩＰ３がもっと大きいほうが良いのでしょうが、良さそうなコアが入手出来れば替えてみたいと思います。
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周波数 |
変換損失 |
ＩＰＩＰ３ |
ＩＭ３ |
スプリアス |
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３．５ＭＨｚ |
７ｄｂ |
３１ｄｂｍ |
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７Ｍ |
５ｄｂ |
３３．５ｄｂｍ |
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１４Ｍ |
４．５ｄｂ |
３５ｄｂｍ |
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２１Ｍ |
３．５ｄｂ |
３６ｄｂｍ |
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２８Ｍ |
３．５ｄｂ |
３５ｄｂｍ |
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５０Ｍ |
５ｄｂ |
３８ｄｂｍ |
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一つの周波数だけでしたら、調整次第でＩＰＩＰ３はもう少し良い値になりますが全体的に同じような特性に調整すると、上記のようにＩＰＩＰ３は３１～３８ｄｂｍ
ということになりました。
全体的に、ＬＯの漏れが最小になるように調整すると、ＩＭ３は最良になりました。
周波数を変化させるとＩＭ３が交互に良くなります。どうしてこうなるのかは不明ですが悪いＩＭ３でＩＰＩＰ３を測定しました。
今回のＴＲＸは２８ＭＨｚまでの予定でしたが、５０ＭＨｚまで使えそうなのでＡＤ９９５２を使ったＬＯの出来具合で５０ＭＨｚまでにするかもしれません。
ＬＯ→ＲＦへの、ＬＯ信号の漏れの様子です。（ＬＯ＝＋２０ｄｂｍ） アイソレーションは約３０ｄｂといったところです。
どの周波数にしても、ＬＯとは７２ＭＨｚ離れているので、バンドパスフィルタで抑制出来ると思っています。
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ＬＯ＝７５．５ＭＨｚ |
ＬＯ＝１００ＭＨｚ |
ＬＯ＝１２２ＭＨｚ |
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ＲＦ＝３．５ＭＨｚ |
ＲＦ＝２８ＭＨｚ |
ＲＦ＝５０ＭＨｚ |
2008.03.30
ＲＦアンプ
「０５０２－０７(NEC)」を使ってみました。回路は、トロ活の中にあるベース接地のＮＦＢ回路です。
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シングルとパラ接続と２種類作ってみました。 結果は、性能的にはほとんど差が無いということになりました。 ２ＳＣ１８１５で実験したときには、パラ接続が有効でしたが今回 は効果がありませんでした。 シングルのほうを採用するこにします。 電源は＋１５Ｖ、Ｉｃは１２０ｍＡ流しています。 パラ接続の方は、せっかく作ったのですからミキサーのポストアンプ に使うかもしれません。 |
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左図は、０－３００ＭＨｚの周波数特性です。 １５０ＭＨｚまではほぼフラットな特性です。 （ＴＧ レベル －１０ｄｂｍ） ゲインは、７．５ｄｂです。 右図は、０－１００ＭＨｚの詳細です。 （ＴＧ レベル －２０ｄｂｍ） ３．５－５０ＭＨｚ間では、±1.5ｄｂの間に収まっています。 |
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各周波数での、入出力特性です。 ＋２３ｄｂｍ出力でまだ飽和していません。 各周波数間での、バラツキもほとんどありません。 問題は、ＮＦですが 測定はしていませんがこの回路ではそんなに酷い 値にはならないだろうと思います。 |
各周波数での、ＩＰ３の様子です。
入力は２０ＫＨｚ離れの＋８ｄｂｍの信号です。（手持ちのＳＧでは、＋８ｄｂｍが取り出せる最大です）
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周波数 |
ＩＰＩＰ３ |
ＩＭ３ |
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3.5ＭＨｚ |
３５ｄｂｍ |
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７Ｍｈｚ |
３４ｄｂｍ |
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１４ＭＨｚ |
３７ｄｂｍ |
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２１ＭＨｚ |
３７ｄｂｍ |
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２８ＭＨｚ |
３４．５ｄｂｍ |
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５０ＭＨｚ |
３８．５ｄｂｍ |
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