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2018年7月25日 (水)

TH77 外部スピーカーマイク

Th77

カテゴリ <TH77

購入してからすでに25年以上経過しておりますが、完璧に動作しているTH77があります。 最近車で走行中に交信をする必要が生じ、マグネット吸着式のノンラジアル2-Bandアンテナをこれに接続し、本体を持って交信しておりました。 ご存じの通り、このトランシーバーをカーバッテリーの13Vくらいで動作させると、その内、本体を握っていられなくなるくらい発熱し、最後にはプレストークSWを押す事さえできなくなります。

そこで、取説を読み直すと、外部スピーカーマイクで、本体を握らなくても送信できる事が判りましたので、この外部スピーカーマイクを手配する事にしました。

TH77の取説にはSMC31,SMC32,SMC33と言うスピーカーマイクのオプションがある事を説明していますが、さすがに25年以上前の商品ですので、ヤフオクで中古品を見つけるか、中古店で該当品を探すしかありません。しかし、ヤフオクはいつでもある訳はなく、常時販売している中古ショップでは4000円以上の価格がついています。 一方、中国製でKENWOODトランシーバー用のセカンドソースも通販で出回っており、こちらは新品ですが送料込で1280円とかの値付けです。 ただし、SMC32互換とは書いてありますが、実際は?です。

カスターマーレビューを頼りにダメモトで購入しました。 SMC32互換と書いてあるスピーカーマイクです。

さっそくTH77に挿入したのですが、送信モードにはなりますが、変調がかかりません。 また、時々送信も出来なくなります。 さっそく、マイクの裏ブタ止めてあるネジ3個を外して、怪しい所をチェックしました。

Micinside_2

線の半田付けの品質が悪いというレポートがありましたので、詳細調べると、矢印で示した黒色のGND線の半田がおかしく、カバーしてあったホットメルトを剥がすと、ハンダがポロリ。 時々送信にならないのはこのハンダ不良(イモハンダ)が原因。

シメシメと確実にハンダし直し、時々送信にならないという現象は出なくなりましたが、変調がかからない症状は改善されません。

動作確認済みのコンデンサマイク単体をTH77のMICジャックに差し込むと、ちゃんと変調がかかります。

Micinng

Micplugng

Micinok

マイクを差し込んだ状態で、マイクプラグの根本を押し込むと時々変調がかかります。 しかし、指を離すと変調がかからなくなります。 プラグのモールド部分のサイズが大きすぎるのではと、カッターナイフで削ってみた状態が左上の写真です。

このようにマイクプラグが完全に挿入されず、少し浮いています。 ちなみに、3.5φのマイクプラグのみ差し込むとちゃんと奥まで挿入され、マイクによる変調がかかります。 ただし、この場合、マイクのPTTスイッチは効きません。

原因はスピーカー用の2.5φプラグの長さが規格より長く、これがJackの底に当たり、これ以上挿入出来ていない事がわかりました。 対策はこの2.5φプラグの先端をヤスリで削り、約1mm低くしたところ、左の写真のごとく、MICプラグが奥まで差し込めるようになり、変調がかからないという問題は解決しました。

いざ、交信に使ってみると、本体の内臓スピーカーよりこのマイクスピーカーのスピーカー音質は悪く良く聞き取れません。 これは、もう少しまともなスピーカーに変更し、マイクとPTTスイッチのみを利用した方がよさそうです。 ただし、マイクとスピーカーをセパレートすると、GNDとPTTスイッチが接続されなくなり、送信できませんので、このスピーカーマイク側についているいるイヤホーン用の3.5φJackに別のスピーカーをつなぐ事になります。

一応、走行中でも交信できるトランシーバーシステムが出来ました。 私の車の中で2mトランシーバーは常時使用する事はなく、1年の内に数回しかその可能性は有りませんので、本格的なカートランシーバーシステムを装備する気はなく、この程度で十分です。

ちなみに、このTH77は新スプリアス非対応品でしたので、6mのAM送信機をTSSで保証認定してもらうついでに、新スプリアス認定処理(一度廃止して新たに追加)をやってもらいました。 料金はAM送信機と合わせて3000円でした。

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2018年7月21日 (土)

50MHz PWM変調方式 AM送信機 2 (PLL VFO)

カテゴリー<6m AM >

50MHz AM送信機用のVFOの製作です。

以前、7MHz用に原発振周波数が14MHzのPLL VFOを作りましたが、200Wの出力がPLL回路に回り込み、PLLがロックしないという初歩的なトラブルで採用を諦め、ジャンク箱行となっていたユニットを探し出し、25MHzのVFOに再トライします。 25MHzを2逓倍して50MHzのVFOに仕上げるアイデアです。 25MHzは1KHzスパンで可変できますので、50MHzでは2KHzステップの周波数アップダウンですが、AMですので、不自由はないでしょう。 前回の失敗を繰り返さない為に、今度は送信機とはセパレートしたケースに収納し、シールドを確実にする事にします。

このPLLに使われているICは東芝のTC9256Pで、40MHzまで1KHzスパンで発振できます。 14MHzの周波数を25MHzに変更し、まずは、そのスペクトルを確認する事にしました。

25MHz用の回路図 PLL_VFO_25MHz.pdfをダウンロード

この回路による25MHzの信号スペクトルを確認しました。

25mvfo100mspan

25mvfo10mspan

左上が、スパン100MHzのスペクトルで左から25MHz基本波、真ん中が50MHzの第2高調波、右が75MHzの第3高調波です。 この出力の後で、2逓倍しますので、第3高調波はもう少し減衰させて置く必要がありそうです。 右上は10MHzスパンのスペクトルで余計なスプリアスは見えません。

25mvfo1mspan_2

25mvfo100kspan

左上が1MHzスパンのスペクトルで、DDSやPLL ICに有ったスプリアスは有りません。 右上は100KHzスパンで、隣接スプリアスも問題有りません。 原発振回路は純粋なクラップ発振回路で有り、チップインダクタのQは35くらい、バリキャップのQも100以上ありますので、余計なスプリアスは全くありません。

2multi_schema

PLL VFOの出力には、基本波より約10dB低い50MHzの第2高調波が含まれていますので、次の段でいきなり2逓倍し、50MHzを得る事にします。

左がこの逓倍回路です。ただし、50MHzのみを選択し、25MHzや75MHzの成分を抑圧する為には、タンク回路のQを確保してやる必要が有ります。

コイルはタップ付のインダクタンス可変式のケースに収まったトランスタイプがベストなのですが、残念ながら入手は無理ですので、カーボニルコア(型番不明)で作る事にしました。50MHzに共振させるLCは1uHと10PFくらいですから、1次側として13ターン巻くと1.02uHとなりましたので、電源側から2ターンのところにタップを出し、これをコレクタに接続しました。この回路の出力インピーダンスは370Ωくらいです。 出力は2ターンのリンクコイルからとりだしますので、出力インピーダンスも370Ωくらいです。

50mhzout1

50mhzout1sp

左上がトランスの2次側の50MHz波形。右上がそのスペクトルです。 50MHz以外のスプリアスで、送信機のLPFでは除去が困難な25MHzと75MHzが-30dB程度まで抑制出来ましたが、まだ不十分ですので、この二つの周波数成分だけは、送信機に送り込む前に対策が必要です。

対策として、この逓倍回路の後段に50MHzのみを増幅するバッファアンプを挿入します。

まずは、最高のQが得られる無負荷状態で、このバッファアンプの出力のスペクトルを見てみる事にします。 これがNGなら根本的な再検討が必要です。

Pllvfoout

Pllvfooutsp

Multi2

左上がVFO出力で少し歪んでいますが、10Vppあります。 右上はそのスペクトルで、25MHzの低調波はノイズに埋もれて見えません。 問題の75MHzは、-58dBくらいまで減衰しました。 この後のアンプでいくつかのタンク回路を通りますので、さらに10dB以上の減衰は容易です。 それ以上の高次のスプリアスは送信機終段に挿入されるLPFで除去されますので、問題なしです。

左の基板はこの逓倍回路の実装状態です。コイルとコイルの間に見える半固定抵抗は50MHzバッファー段の動作バイアスを調整して、75MHzレベルが最少になるように調整するものです。

PLL VFOの全体の回路図 PLL_VFO_50MHz.pdfをダウンロード

一応、PLL VFOとしての基本動作はOKとなりましたので、 これを送信機に接続した時の実負荷をシュミレーションし、かつ送信機が送信状態になっても、回り込みによる障害が起こらないようにシールドケースを検討する事にします。

Pllunit25mhz

Pcbx2multi

50mhzvfocasing

左上が、25MHz PLL unit、真ん中が2逓倍回路、右上がこれらをケースの中に収納し、最終的には側面をシールド板で囲めるような構造にする予定です。

50cfofront

50mhzvfocabin

PLL VFOのフロントパネル部分と木製のキャビネットに収納した状態です。 フロントパネルは基板の銅箔面がむき出しですので、完成した暁には化粧パネルを張り付ける事にします。

この完成状態での出力は以下のようになりました。 実際の送信機を負荷として接続すると、出力段のQも下がり、出力レベルもダウンしますので、エミフォロのバッファー段を追加し、かつ出力インピーダンスも50Ωとしました。 下はその状態で50Ωの入力インピーダンスであるスペアナに接続した時のスペクトルです。

Vfo2100mspan

Vfo210mhzspan

Vfo21mspan

Vfo2100kspan

100KHzスパンの中の+/-15KHz付近が多少騒がしくなっていますが、一応スペック内です。

ここまでの配線図 PLL_VFO_50MHz_2.pdfをダウンロード 

ここまでの特性を得る為に、まずトランジスタの変更を行いました。 最初2SC3110というftが4GHzくらいの石を使いましたが、50MHzでのゲインが若干不足しているようで、2逓倍回路や次段の緩衝増幅の安定度がイマイチでした。 そこで、手持ちのNXP製のPBR951(ftが8GHzくらいで50MHzでのゲインは20dB)に変更した上で、緩衝増幅の動作安定の為、エミッタのパスコンを廃止し、かつ抵抗も微調しました。

さらに、この緩衝増幅回路のバイアス電流調整回路に加え、入力レベルも可変できるように1KΩの半固定抵抗を設け、25MHzと75MHz最少状態を調整できるようにしました。

また、アッセンブリ過程で、LCD駆動ノイズがロータリーエンコーダーの入力ラインや基板間のRF信号ラインに乗り、マイコンの誤動作やスペクトルの悪化を引き起こしていましたので、LCDドライブのハーネスは他の回路からなるべく隔離するような線処理を行っています。

PLL VFOのソースファイルPLL_VFO_50MHz.cをダウンロード

機能的には、50MHzから54MHzまでを2KHzスパンでカバーします。受信時に、回路をOFFする事も実験しましたが、送信開始時にタイムラグがどうしても出るので、受信時は表示周波数に200KHzプラスした周波数へシフトする事にしました。 出力が40mWくらいありますので、アンテナが接続されていなくても受信機(FT450)のSメーターはS9まで振ってしまいますので、その対策です。

これから、実際の送信機に接続して微調する事にします。

50MHz PWM変調方式 AM送信機 3 (完成)   へ続く

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2018年7月 8日 (日)

50MHz PWM変調方式 AM送信機 1

カテゴリー<6m AM >

ブロック毎に作成してきた6m AM送信機ですが、一応ファイナルのLPF以外、全て出そろいましたので、これを移動でも使える送信機に仕上げる事にします。

6mamtx01

左上はMAX40W出力のPWM変調器、その右はPWM LPFで2個のカーボニルコアで構成されます。 この下に横たわるシールドBOX内の回路がDDS VFOの出力を10Wまで増幅するドライバー。 右側の放熱板を含むユニットがキャリア出力10W、最大ピーク電力40Wの50MHzアンプです。 その他に、コモンモード電源フィルター、50MHz LPF、スタンバイコントロール回路などがありますが、これらを一つのシャーシの上に組み立てていく事にします。

6mamtx_1

以前、7MHz用50W AM送信機に使ったシャーシの中に、50Wのパワーアンプだけが取り付けられた状態で物置に放置してありましたので、これから、50WのRFアンプを取り去り、今回の50MHzユニットを実装する事にしました。

実装した各ユニットは単体では、動作確認出来ていますが、結合状態での確認はこれからです。

シャーシのサイズが先に決まっていますので、この中に納まるように、現物による配置検討を行い、外気温37度の屋外で汗だくで加工を行い、やっと完成しました。

6mamtx_2

6mamtx_3

左上は、フロントパネル面ですが、電流計と変調度計は100uAの電流計をベースに目盛板を自作しました。 50MHz ドライバーやファイナルステージがかなり大きくなり、シャーシの中にうまく収まりません。 この為、電源入力部分に挿入した5Aのコモンモードフィルターの上に、送受信切り替えのリレー基板を載せなんとか、全部を収納しましたが、50MHz LPFは後日、そのサイズを含めて検討する事にします。

まだ、アンテナにはつなぎませんので、ダミー抵抗を接続して、変調の状態を調べる事にしました。

6mtx_400hz

6mtx_10w

6mtx_music

左上が400Hzの信号で変調した時の波形です。 この時の出力は10.6Wくらいを指しています。 この状態が最大変調度の状態で、 PWM ICのリミッターが効いて、いくら入力を上げても変調はこれ以上深くなりません。 波形的には、物足りない感じがしますが、実際に音楽を変調すると、受信機(FT-450)からは、SSBの時と同等の音量で聞こえますので、実用上の問題は有りません。 左が音楽信号による変調波形です。 一応リミッターが効いており、これ以上、変調度は深くなりません。

この送信機のファイナルの電源電圧を0Vにして、送信状態にすると、出力が1.5Wくらい出ます。 ドライバー段の10W出力がファイナルをスルーして漏れてくるもので、変調波形の最小値がこれ以上小さくならない原因にもなっています。 ただし、波形を見ている限り、大きな歪はなく、実際に音楽を変調した場合でも歪感はありません。

6mtx_vfo

6mtx_asing_2

左上は、この送信機の外部VFO、右上は、電源電流とエージング中の変調度です。 電流計は当初MAX15Aの目盛でしたが、実際の消費電流は13.8Vの電圧の時4Aくらいですので、MAX10Aの目盛に変更しました。 このアンプの計算上の効率はかなり悪いです。 その最大の原因はドライバー段が常時10Wで動作している事のようです。 現実に、ファイナルより、ドライバー段の発熱が大きくなっています。 この為、ドライバー段のシールドケースの天板は廃止しました。

ファイナルとアンテナ端子の間に挿入する50MHz用LPFを作成します。 いつものURLで計算した定数は次のようになりました。

50mhzlpf この計算結果から、両面基板を切り出して作成したLPFが以下になります。

6mlpfin

コイル毎に両面基板によるシールド板で個室化し、三つの部屋にそれぞれコイルを置きます。 各壁を貫通する導体とケースグランドの間の静電容量は平均して2.7PFくらいでしたので、入力と出力端の壁には約22PFのコンデンサを付け、真ん中のコイルの両端には100PFのコンデンサを接続しています。 

6mlpfout

50mlpfswr

当初、50.5MHzに於けるSWRは1.5くらいでした。 コンデンサはそのままで、コイルを伸ばしたり縮めたりして、SWR最少状態にカットアンドトライしました。 一応50MHz用のLPFですが、50MHz以下の周波数帯でのSWRは制限が有りませんので、とにかく50.5MHzでSWR最少になるよう調整します。 結果、SWR最少値が1.23となり、その時の真ん中のコイルは写真のごとくかなり小さいインダクタとなりました。 この状態でLPFのケースに蓋をかぶせ、導電糊の付いた銅箔テープで密閉しました。 この状態でのSWRは1.22となっていましたが、LPF無しの時のSWRが1.2くらいでしたので、ロスは少ないと思われます。 実際、LPF無のときの出力は10.5Wでしたが、このLPFを通すと、12Wになります。 多分、LPF無しのときの歪が上下非対称で、半端整流でレベルを検知していますので、上下非対称が改善された結果、真の出力を表示するようになったのでしょう。

6mlpfjissoujpg_3

6mlpfoutput_2

完成したLPFをファイナルとアンテナリレーの間に実装しました。 ファイナルのタンク回路のバリコンのすぐ横に縦に配置しましたが、その間にには気持だけの銅板によるシールド板を取り付けてあります。 その状態でのアンテナ出力の高調波レベルが右側になります。 第2高調波は-63dBくらいに収まり、3次は-58dBくらい、4次以上の高調波は-65dB以上の減衰となっております。 これは、LPFのケースやファイナルのケースのアースを検討し、全ての高調波が-60dB以下になるようにします。

次にPWM変調のキャリア漏れを確認しました。

Sprias1m

Vfoout

左上はアンテナ出力におけるPWMキャリア漏れです。 配線図通りの定数ですが、LPFの効果があまり出ていません。 それに、210KHzと240Khz付近に2本のスプリアスが有るのが気になります。 PWM変調回路のコイルとコンデンサを吟味したところ、RF段の電源インピーダンスが3.5Ωではなく5.5Ωである事がわかりましたので、コイルを少し大きくする必要が生じましたが、面倒なので、3次のLPFを4次LPFに変更したところ、右側のスプリアス特性となりました。 210KHzと420KHz付近の2本のスプリアスは無くなりましたが、240KHz付近のスプリアスは、しつこく残っています。 また、キャリア近傍の+/-15KHz付近もかなりのレベルのスプリアスが残り、明らかにスペックアウトです。

変調回路のGNDやパスコンを色々いじりましたが、この240KHz付近のスプリアスは一向に改善しません。

困り果てて、スプリアスがどこで発生しているか、終段から前段に向かってスペアナを接続替えしていくと、なんとDDS VFOの出力で、この240KHzのスプリアスが出ておいるではありませんか。

以前、DDS VFOのスプリアス検討を行いOKを出していましたが、240KHz付近と15KHz付近のスプリアスは未確認でした。

6mの送信機は多分OKレベルですが、DDS VFOがまだNGである事が判った次第です。

とりあえず6m送信機はこのままで、再度50MHz用DDS VFOを検討する事にします。

Dds7mhzout

左は、その再検討の初日に、見つけた7MHz付近の周波数をDDSが出力したスペクトルです。 約240KHzのスプリアスはPLL ICによるものとばかり考えていましたが、実は、DDSでも発生していました。 左の画像では+/-300KHz付近にスプリアスが見えますが、周波数を変えると、この300KHzの周波数もランダムに変化し、最もキャリアに隣接した場合200KHzを切る周波数で現れ、そのレベルはいつもキャリアのピークに対して-40dBくらいです。 この200-300KHz離れたスプリアスはDDSとPLLが原因していますが、キャリア近傍のスプリアスはPLL ICだけの原因のようです。 このようなスプリアスに対して、その技術力が信用できるアナログデバイス(アナデバ)の技術資料からも、PLL ICのキャリア近傍のスプリアスを-60dB以下に抑制するのは、かなり困難である事が、うかがえます。 

かくして、AD9833による送信機用原発振器は実用不可との結論に至りました。 送信機は出来ましたがVFOがNGとなりましたので、クリスタルOSCか手作りのPLL VFOを開発できるまで、オンエアどころか、TSSへの申請もお預けとなりました。

ここまでの配線図です。 6m_AMTX_02.pdfをダウンロード 

50MHz PWM変調方式 AM送信機 2 (PLL VFO) へ続く。

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