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2019年4月28日 (日)

50MHz AMトランシーバー(組み立て2)

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送信機各段の発振やPLL VFOへの出力の回り込みなどの問題で、回路ブロックの再構築をやらざるを得ない状態であった、50Mhz PWM方式トランシーバーですが、PLL VFOを隔離状態にシールドし、受信部、電源部をそれぞれ独立させた構造に作り替える事にしました。 これを美しく仕上げる為に、アルミ板の折り曲げ機(ベンダー)を作るところから再スタートです。 アルミベダーは、このトランシーバーを作成始める時点で、製作したのですが、アルミを鋭角に曲げられず、どうしてもRが大きくなってしまい、前回の写真でも判るように、折り曲げ部が凸凹になっていました。 トランシーバーのブロック構造を変更するに際し、このアルミベンダーも再設計し、うまくいきましたので、やっと本来のトランシーバー製作に戻る事ができました。

6mrx0428top_2

6mrx0428back

上の写真は新しく作り直した、PLL VFO、受信機、電源の各ブロックで、特にPLL VFOは完全シールド状態にしてあります。 下の写真は、その裏側です。 完成状態では、この裏側にケースによりフタがかぶせられます。 一応この状態で、受信機は完動状態、送信機はVFO出力 OKのレベルです。 

Bafferout

Tx190430x2buffer_2

 前作の50MHz送信機用に作成したVFOから2逓倍回路を取り出し、これを単体でシールドし、バッファーアンプとしました。その出力端子のスペクトルです。 基本波の25MHzと75MHzがまだ残っていますが、終段までに-60dB以下にできそうです。 

2倍も3倍高調波もバッファアンプ終段のエミフォロの歪が原因ですので、問題は有りません。

ここまでが、受信部ブロックで、このバッファの出力を送信機ブロックに接続すれば、送信部の完成となります。

前回はこの検討の最中に異常発振が起こりましたので、 一応対策済みですが、気にしながら後段の動作確認を行います。

Tx190429bpf200m_2

Tx190429bpf2m_2

 左上が、200MHzまでにスプリアス、右上が、PWMサブキャリアの漏れをみた2MHzスパンのスプリアスです。 いずれも-60dBのスペックをクリアーしています。

Tx190429modsin

最終的な無変調時のキャリア出力は8Wでした。 事前検討のときVCC6.5Vで10W出力としましたが、いざ変調器を接続し、PWM LPFを通過した後の無変調時の終段に加わるVCCが5.7Vしかなく、8Wの出力は、ほぼ計算通りですので、目標の10Wには不足しますが、とりあえずこれで良しとします。 

また、予備検討時はきれいな正弦波による100%近くの変調が出来ていましたが、各段のゲインを発振しない状態に再調整した結果、左のようにかなり歪んだ変調波形となってしまいました。 ファイナルとドライバー段にPWMによる変調を同時に加えた場合、歪の少ない変調をかける事は非常に困難で、結果は出来高勝負という状態です。 ここは、やはりセオリー通り、終段だけに変調をかけ、入力から出力へスルーするキャリアをいかに減らすかかが、正しい、対策でしょうが、とりあえずは変調度は高いけど歪だらけという状態で一旦置く事にします。

理由はEスポのようにQSBが激しい状態では、了解度確保する上で変調度は重要です。 ただし、ローカルラグチューでは、例え変調が浅くても、歪の少ない信号が聞きやすいですから、余裕が出来たら検討する事にします。

Tx190429all

Tx190429lcd

Tx190430_anmeter_4

 

Line_filter_rx

全体を結合し、ケースの中に収めました。 ここで、問題点が発覚。 受信アンテナ端子へ、ファイナルのアンテナ切り替えリレーから、受信機用の同軸ケーブルをつないだ状態で送信テストをすると、LCDがチラチラとノイズ交じりでふらつきます。 終段の高周波がマイコンに混入し、誤動作しているようです。 ためしに、送信部と受信部の電源を分けるとこの現象が出なくなります。 結局、最初のアイデア通り、受信部にも専用の電源ラインフィルターを追加すると共に、受信部と送信部のグランドシャーシを機械的に接続する事で解決しました。 左上の写真がスピーカーのマグネットの裏に追加したLINEフィルターです。

8W出力時の消費電流は約3.2Aで、変調がかかると、プラス方向に振れます。 音楽を変調しながら、ダミー抵抗へ出力する2時間エージングも終了し、後はEスポの発生を待つだけとなりました。

PLL VFOの配線図 6mTRX_DDS_PLL-VFO3.pdfをダウンロード

受信部、BFO配線図 6mAMTRX_BFO3.pdfをダウンロード

送信部、変調部配線図 6mamtrx_txmodunit3.pdfをダウンロード

Eスポが発生しない為、このトランシーバーを持って、野呂山に行ってきました。 FT991によるSSBでのQSOは3局ほど出来ましたが、このAM機ではゼロでした。 山の上は雑音が少なく、FT991ではS1でもQRK5なのですが、このトランシーバーの受信雑音はいつもS7くらいです。 これでは、相手がコールしてきても交信成立しない可能性が大です。 

帰ってから、このノイズ対策です。 ノイズ発生源はマイコンとLCD、DDSやDSPの通信と思われますので、現在、メインループが回るごとに通信を行っている機能を、ひとつづつ止めてみました。 全て止めると、きれいにノイズがなくなり、S1の状態です。 ただし、Sメーターのデータ読み出しと、そのレベル表示は止められないので、この機能のみを動作させると、聴感で少しノイズの増加がありますが、Sメーターが振れるほどにはなりません。  よって最低このSメーター読み出しと、この駆動のみを残し、情報に変化がない場合、LCDを含めDDSともDSPとも通信をしないようにソフトを変更しました。 操作があると、そのたびにノイズが出ますが、操作しなければS1で問題なしとなりました。 このように原因解析できると、音量ボリュームと、そのレベル表示も、ひとつのノイズ源になっていますので、アナログ部分に可変抵抗器を設けてやれば、DSPとマイコンでやる必要は無くなります。 いつか、アナログの音量調整に変更し、DSPは音量固定にする事にしますが、当分はこのままです。 

完全に対策したはずですが、特定の周波数でノイズが大きくなります。 

その原因が判ってきました。 Sメーターが大きく振れるような外来ノイズと、受信感度のムラにより感度の高い周波数が一致すると、大きなノイズが発生しますが、ノイズが発生した事によりまた、Sメーターのレベルが上がり、そのノイズでさらに大きなノイズが発生し、これが極限まで行くとAGCの為、一度感度がダウンします。 感度がダウンして静かになると、すぐにゲイン最大に移行しますので、これに伴いSメーターも変化し、同じ事を繰り返すみたいです。 そこで、Sメーターの駆動を少し遅らせてみなした。 すると、この特定の周波数で雑音が増大する頻度が大幅に減少しました。 ただし、Sメーターの反応を遅らせすぎると、信号のピークにダイヤルを同調させにくいという問題がおこりますので、この遅らせる時間はさじ加減で決める事にしました。 完全対策ではありませんが、我慢できる程度までノイズを削減できました。

ノイズ対策をしたソースコード AM_TRX50MHz2.cをダウンロード

5月連休の最中、運よくEスポが発生しましたので、50.53付近でCQを出したところ、7エリアのOMよりコール頂きました。 その時、音質がこもりぎみで了解度がおちているというレポートを頂きました。 変調した波形をオシロで見ていると、音楽の場合、気にならないのですが、マイク音声の場合、中域以上の波形が目立たないので、気にしていたのですが、やはり、了解度を損ねる程の音質になっていたようです。

Modftoku_2

原因は、MICアンプの周波数特性の低域がかなり伸びており、さらに、マイクを接話状態で使った為、接話効果が加わり、低域のレベルが増大した結果、このレベルでアンチサチレーション機能が効いてしまい、中広域が大きく減衰したものでした。 左のグラフの様に、マイクアンプの200Hzの周波数特性を-10dBくらいまで落とす対策(青色)を行い、接話状態でも低域によるアンチサチレーション機能が起こりにくくして対策しました。(赤色がアンチサチレーションが動作するレベル) このアンチサチーレーション機能をOFFにする事も検討しましたが、周波数特性を調整する事で、異常はなくなりましたので、リミッター機能そのものは残しております。 アンチサチレーションON状態でも、音声信号のクリップはゼロではありませんので、変調度監視のレベルメーターの時定数をリアルに調整して、しゃべる時は常にメーターを見ることにします。

100modmtr

Mod100

Mod50

オシロの画面を見ながら、ドライバー段の出力や、アイドル電流を調整した結果、変調度メーターが100%を示したときの630Hz変調波形が真ん中の波形です。右の波形は50%時の波形で、両方とも歪は非常に少なくなっています。 この時の無変調時の出力は8Wです。 出力が8W以上にならないのは、ドライバー段の出力が電源電圧で決まってしまい、ドライバー入力を大きくしても出力は飽和状態になっている事が原因です。 

この状態でローカル局に聞いてもらったところ、こもった音はなく、変調が少し浅いと感じるが歪はあまり気にならないとの事でした。 変調が浅いと感じる理由は、歪を警戒して、変調度計が半分くらいしか振れないようにしたことが主な理由と思われます。 今年のEスポシーズン中にEスポQSOを再度トライする事にします。

見直した変調回路 6mamtrx_txmodunit4.pdfをダウンロード

トランシーバーが実用レベルになると、色々と欲が出てきます。 いままで一番不便だったのが、ラスト周波数メモリー機能が無く、電源をいれる度に周波数が50.500.0に設定される事でした。 このトランシーバーに使用しているPICマイコンはPIC24FJ64GA004という品番で、専用のEEPROMを内蔵しません。 不揮発性のメモリーがほしい場合、プログラムを格納するフラッシュメモリーエリアにデータも書きこむ必要があります。 しかし、その方法は複雑で、いままで避けてきたところですが、3日間くらい苦労した結果、ラスト周波数をメモリーする事が出来るようになりました。 詳細はこちらを参照ください。

ラスト周波数メモリー付ソフト AM_TRX50MHz3.cをダウンロード

Lcdrit98

6mamtrxcomp

50MHzのAMでは、クリスタル発振子によるスポット周波数での運用もあることから、現在設定している±9.9KHzのRIT周波数では不足する可能性があります。そこで、このRIT周波数を±98KHzまで拡大する事にしました。 マイコンのソフトを変更して拡大してみると、2.5KHzスパンのチューニングは粗すぎる事が判りましたので、現在VOL可変に使用していますロータリーエンコーダーを1KHzスパンのチューニングツマミに変更し、RITでも使えるようにしました。 VOLコントロールは可変抵抗を追加してアナログ式に変更しました。 VOL可変時のノイズも無くなり一石二鳥です。

また、過変調でキャリアがゼロになるのを少しでも軽減する為、PWM生成出力をインバーターで反転し、変調のD級アンプをドライブする事にし、今まで無変調時の終段RFアンプのDC電圧が5.7Vであったものを6.0Vに上げました。 この変更により、音声がPWM変調器でクリップするような場合でも、キャリアがゼロになる事は無くなりました。

この状態で、2回目のEスポによるQSOがJR8の局と成功し、6月には、野呂山山頂に移動し、3回目となる、9エリアと2way QSOも成功し、一応トランシーバーの完成を確認できました。 次の目標は、今年の6M&Downコンテストで何局と交信できるかになりました。

そして、6m &Downコンテスト当日、AM局を探しましたが、1局も見つかりません。 仕方なく、SSB局へゼロインしてコールすると、やっと13局とQSO出来ました。 さすがにコンテンスト中という事もあり、こちらがAMであるという事に気付いた局は1局も有りませんでした。 AMキャリア8WのUSBバンドのみをフィルターで選択すると、ピーク2Wになります。 SSBのQRP局5Wより小さくなります。 Eスポも出て北海道や沖縄の局がパイルをさばいているところで、コールしても取ってもらえる確率はほとんどなく、CQを出し始めた局がかろうじてピックアップしてい頂いた結果です。

これで6m AMはしばらくお休みとします。

最終の配線図

6mTRX_DDS_PLL-VFO4.pdfをダウンロード

6mAMTRX_BFO4.pdfをダウンロード

6mamtrx_txmodunit5.pdfをダウンロード

最終のソフト AM_TRX50MHz4.cをダウンロード

フォントファイル Font7.hをダウンロード  fontF30.hをダウンロード

番外として、28MHz用のE級アンプの検討を行いました。 こちらを参照ください。

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