50MHz Receiver for PSN-Transmitter

　前回ブログで紹介したdsPICによる送信機が完成したところで、QSOの為には受信機が必要だ。新しく作るのもいいのだが、早くQSOを行いということから、以前ブログで紹介した7MHz受信機を50MHz用に改造することにした。

改造の要点は、

• 50MHzPSN送信機とトランシーブする
• そのため送信時に受信周波数の2倍のVFO出力が出来るように改造する
• RFアンプと混合器を7MHzから50MHz用に改造する
• 受信機をコントロールしているArduinoのスケッチを改良しトランシーブ対応とする。

【RF＆MIXER】

　回路はごく標準的なもので、RFアンプに2SK439(2SK241)、混合器に3SK73を使用。

CQ出版の鈴木氏の「無線機の設計と製作入門」を参考とした。混変調等を考えると少し弱いかと思うが、昨今50MHzも空いていることから増幅度優先で採用した。

【VFO】

　受信時は中間周波数とUSB,LSBの周波数分シフトした発振となっているが、送信時は目的周波数の2倍の周波数が必要となる。この受信機にはSi5351を使用しているので、この周波数にも対応が出来る。

　送信機にもVFOを内蔵しているが、設定をEXT-VFOとすると受信機側で自動的に2倍の周波数を出力するようにスケッチを改良している。また送信機のVFOを使用するときは送信時に受信機VFOの発振を停止している。

【Arduino】

　スケッチはVFOのところに記したようにVFO周波数コントロール部分を書き換えた。

ここで一番問題になるのは受信時と、送信周波数がぴたりと同じでなければならない。

　PSN送信機では出力周波数の2倍の周波数が必要です。このため誤差も2倍になる。

そのためには本来Si5351の基準クロックである25MHzの精度がかぎとなる。然しながらここに使われているクリスタルは汎用のもので制度は求められない。このためスケッチに誤差補正分を演算している。といっても単純に誤差分を足したり引いたりと原始的手法で対応している。十分エージングを行い、誤差分を書き込んだ。そのため広い周波数範囲ではまだ誤差が発生すると思われるが、SSBのみの範囲では十分対応が出来ている。

【送受切替】

　送信時にHiとなる信号と、外部VFOを使用する場合にHiとなる信号を送信機から受信機のArduinoに取り込み上記のような制御を行っている。この辺りはもう少しスマートな制御回路としたかったが、既に有る7MHz受信機を改造したため、多少雑な処理を行った。

【運用】

　これで送信機、受信機がそろった。最近はトランシーバーが主流であるが、久々のセパレートタイプも趣があり気に入っている。

　受信感度もFT-991と比較して遜色がない。課題としてはAGCがある。増幅怒涛が変わったことから時定数の見直しが必要のようである。これについては暫く様子を見てから手直しをする予定。

　数曲との交信を行ったが、周波数がズレていると言うレポートも無いので、送受信時の誤差は許容範囲に収まっているようだ。各局とも音質については非常に良いとの評価でさすがPSNであると実感した。また、「初めてPSNの信号を聞きました」というコメントもあった。フィルターを使わないSSBでこれほど簡単に高品質のSSBが出来上がったことに満足している。当分はメインの装置となりそうである。

　今回詳細説明はしていないので、疑問点や質問があればコメントまたはメールでも頂ければ幸です。聞こえていましたらQSOお願いいたします。

Let's enjoy homebrew.

73's

JA2NKD Ryuu

50MHz PSN Transmitter using dsPIC

　前回のブログにUPしたdsPICを使用したSSB－Generatorを元に50MHz送信機を制作してみた。
　dsPICによるPSNについては前の投稿を参照願います。

Front View

【構成】

　SSB信号は、dsPICと直交変調器(MAX2452)の2個のICで出来てしまう。従来のフィルター式のものと比べると非常に簡単である。あとは、これらを送信機とする付属回路である。これらについてはごく一般的な回路なので特段説明の必要はないと思うが、簡単に以下に纏めた。

Block diagram

• Mic Amp
  　マイクアンプはTA2001Sを使用。性能は今一歩であるが、簡単にコンプレッションが使える。

• Mixer
  　今回色々試験を行えるように外部音声入力を付けたことと、送信機試験のために１kHzの発振器を組み込んだ。（最近年のせいか口笛がにがてなので）そのためにオーディオミクサー（1/2 MC1458)を設けた。それぞれのレベル調整を半固定抵抗で行いミクサーに入力している。その後にマイクゲイン調整用可変抵抗をパネル部に設けている。その後1段の増幅器（1/2 MC1458）を通してdsPICに入力している。
  　1kHz発振器は一般的なCR位相発振器で、この信号を送信機の最大出力になるようレベル調整してある。今までは外部からオーディオ信号を入力していたが、簡単な発振器を組み込むと至極便利である。

Mixer

Phase Shift
　dsPIC33FJ64GP802を使用しオーディオ信号からPSN信号（0,90,180,270°）を作っている。また300-3kHzのBPFが組み込まれており、不要輻射の無い綺麗な信号が形成される。
　詳細は前回のBlogを参照。（これを作られた上保さん（JF3HZB)にはサポートもしていただき 深謝）
　位相差信号はオーディオ帯域においてほぼ完ぺきなリサージュ波形が観測されている。（前回のBlog記事参照）

Phase Shift (dsPIC33FJ64GP802)

• Quadrature Modulator
  　MAX2452の日本語データシートには直交変調器と書かれている。このICはオーディオ位相差信号を入力しVFOから送信周波数の2倍の周波数を入力すると、SSB信号ができる非常に便利なICである。内部には発振回路もありPLL回路等と組み合わせることができるようになっている。今回は外部（Si5351)から入力している。
  　SSBモード（USB,LSB)の切り替えは位相差信号を入れ替えることにより簡単に変更できる。回路図の通りリレーを使いマイコン（Arduino)で制御し切り替えれれるようにした。
  　MAX2452の出力は平衡であり、レベルも低い。トランスで平衡-不平衡変換しFET（2SK439)のソースフロアで受け、その後MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)のSGA4586を使用している。以前秋月で販売されていたが、最近は見ない。この後に7Kコイル（FCZ50)2段のBPFを入れてある。これでどうにか-10dBm程度の出力が確保された。

Quadrature Modulator

• Linear
  　今回リニア部分は手抜きで、以前作成したHF用QRPリニアをそのまま使用した。構成は（RD00HHS1-RD06HHF1)である。HFでは5Wであるが、50MHzでは3W弱である。回路を見直せば５Wは出せると思うが、QRPとしてはちょうどよいので、このままとしている。

Linear Amp

• Control
  　送信機としてのコントロール回路として、Arduino-UNOを使用。UNOと言っても既製品のボードではなく、ATMEGA328にUNOのブートローダーを書き込んだものを単体で使用し、省スペース化を図った。これ用の基板はaitendoで販売されている「あちゃんでいいの」を使用している。表示はキャラクタLCD（2ｘ16）にI2Cインターフェース（PCF8574A）を使用しArduinoに入力、VFOもI2Cで使用できるSi5351を使用。これに夜rArduinoのI/O端子も節約できる。
  　VFO周波数は出力周波数の2倍の周波数が必要なので、この意味からもSi5351が適任である。Si5351から出力された信号は、7kタイプのコイルボビンで100MHzに同調させたものを2個使用したBPFを通してMAX2524に入力している。
  　今回「TUNE」というスイッチを付け、押している間だけ1kHzオーディオ信号を発信させ、同時に送信状態として試験できるようにした。

Control (Arduino ATmega328)

• Other
  　今回dsPICを使用したPSN送信機として初めての製作なので、色々実験ができるようにした。1kHzOSCもその一つであるが、コイルをプラグインにして他の周波数でも実験できるようにした。プラグインは写真のようにユニバーサル基板にピンヘッダーを付けてソケットに差し込む形とした。
  　また、受信機とのトランシーブを考慮して、PTT,VFO切り替え、モード情報をコネクタに用意してある。これに対応できる受信機が次の目標となる。
  　またこの製作を基礎にオールバンド送信機を製作したい。

【動作】

　　ローカル局に音質モニターをお願いしたところ、非常にクリアで音質に問題はないとの評価をいただいた。やはり想定通りPSNはいい音のようである。

　また、フィルター式と違い調整個所がなく、キャリア漏れや、逆サイドの漏れも感じない。製作が簡単で、性能がいい送信機となったようだ。

　これが実現できたのも上保さんの作られたプログラムのお陰である。サジェッションを含め　深謝

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【参考回路図】

　回路図を以下に掲載

                      

It is hard for me to write in English, so I write it in Japanese. If you have any questions, please write an email or comment.

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73’ｓ

JA2NKD　Ryuu

2019.02.28 Mixer schematic corrected