ソフトウェアラジオの製作3

'11.08.20
ローカル局からQSYされてきたSDR G40(Genesis Radio)の動作確認の続きです。一通り動作するようになったところで送信部のテスト中にファイナルを飛ばしてしまいましたが、 今回は受信部のRFアンプから送信動作確認まで進めていきます。
 QSYされてきたG40は全体のAssyが既に完了していますので、マニアルに示されているような「ステップ毎に組み立て、動作確認の為の仮配線」が不要です。ここではマニアルを若干読 み替えて進めていきます。動作確認はWB5RVZのマニアルを元に進めています。組み立てステップはオリジナルとWB5RVZのものでは異なっていますので注意が必要です。
STEP6 RX RF AMP部動作確認
 RX RF AMP部の動作確認です。STEP5で一通り受信は出来ていますがRF AMP、LPF、ATT部を追加し受信部を完成させます。
 基板への部品実装後、S2(ATT ON/OFF)とS3(RF PRE AMP ON/OFF)を配線します。回路図ではVrxとの接続の指示になっていますが、ステップ毎の組み立てではまだVrx部の配線が終了して いないので暫定的に12Vラインと接続します。
 動作確認は電源OFF状態でANT入力からK1A〜K2A/B〜K3A/B〜K1B COM端子の導通確認をします。  次にG40のIQ出力とPCのライン入力間をステレオケーブルで接続し、電源を投入。PCのソフト(私の場合Power SDR Ver1.9.0 sr40)を立ち上げ、7MHzの信号を受信しATT SW動作と PRE AMP動作の確認します。  電圧確認としてS3 ON時RF AMP(2N3866)のエミッタの33Ω両端電圧(2.2V typ)を確認します。私の場合2.0Vになっていました。  ここまでのSTEPで受信部の組み立て調整はすべて終了したことになります。フィルターの帯域やAGC時定数、ノイズリダクションなどハードの切り替えでは困難だった細かな設定切り替 えなどで受信フィーリングの変化が簡単に比較できて楽しめます。このメリットは「CWバンドへのSSB信号イメージが落ちてくる」などのデメリットを差し引いても大きな魅力です。
STEP7 CW MON動作確認
 このステップからはいよいよ送信部の組み立てになります。最初はCWサイドトーンモニター回路です。OP AMPの発振出力をLPFを通してAMPするという比較的贅沢な構成です。
 動作確認として、ヘッドホン端子にモニター音が確認できればOKです。 QSYされてきたG40は、歪だモニター音になっていたので調べてみると、トランジスタBC546の箇所に2SC945が実装されていました。どうもBC546が欠品だったようで代替えとして2SC945 がそのまま実装されています、リードの配列がことなっていますので配線を入れ替え、きれいなトーンになりました。BC**を国内のトランジスターに代替えする場合、リードの配列が異 なる場合が多く、確認が必要です。
STEP8 PC RX/TX切り替え回路動作確認
 G40とPC間のスタンバイ制御を、Dsub9PのシリアルI/Fを通して制御しています。シリアルI/Fでデータ通信しているのではなく、単に特定の端子をH/Lに設定、叉はモニターしています。
 最近のPCにはDsub9PのI/Fは搭載されていませんので、USB-シリアル変換ケーブルを使用する必要があります。USB-シリアル変換ケーブルのドライバーインストール方法については、ケ ーブルのマニアルに従います。新規に購入する場合はWin7対応と明記されたタイプが確実です。
 Power SDRのCOMポートの設定方法については、USB-シリアル変換ケーブル設定。が参考になります。
 動作確認はstep1とstep2に分かれています。step1ではシリアルI/Fの代わりにSW(SX1,SX2)を追加してVrx/Vtxの切り替え動作を確認します。step2ではDsub9Pの各端子電圧を確認しま す。
 このRX/TX切り替え確認のSTEPでは、回路図のミスマッチや修正点があります。回路図中のR20,R22,R33はトランジスターのB-C間に挿入されていますが、実際のパターン上ではB-E間に 挿入されています。基板の方が正しい回路になっています。
+VRXの切り替え動作が不安定でしたので調べてみると、受信モード時にもT2 BC547のベースに若干の電位が出ており、T2のばらつきや周囲温度の影響で半分ONした状態になり、 その結果、+VRXには規定の電圧が出なくなっています。対策としてT2 B-E間に10kの抵抗を追加することで動作が確実になります。
STEP9 TX OP AMP部動作確認
   PCからのIQ信号をミキサーのSW駆動レベルまでアンプします。この段では帯域制限がかかっているのか40kHz程度までの信号しかアンプしません。結果LO周波数を中心として+/−20kHz しか送信範囲がありません。受信周波数範囲はPCのサウンドカードのサンプリング周波数で決定されるのに対して、送信周波数範囲はこの段の帯域で決定されます。
 オリジナルのマニアルに定数変更による帯域拡大の記述がありますが、定数変更する回路自体がG40に見当たらないので、マニアルと製品のRevがミスマッチしているのかもしれません。 とりあえずはこのまま先に進めていきます。
 ここでの動作確認は、特になく後のステップでの確認になります。
  STEP10/11 TX PA/Driver部動作確認
ミキサーにより7MHzに変換されたRF信号をAMPします。この部分の組み立てで、組み立ては完了しましたので、いよいよ最終動作確認(STEP11)です。マニアルには記載されていませんが ファイナルFETは相当熱くなりますので、取り付け時は放熱用コンパウドを塗布した方が良いでしょう。
 G40からPCへのライン出力、USB-シリアルケーブル、パワー計(ダミーロード)、電源ラインに電流計を接続し、ソフトを立ち上げ電源を投入します。
 まずはOP AMP端子電圧の確認をマニアルの表にそって確認します。
 次にファイナルのバイアス調整です。ソフトのTUNEボタンでG40を送信モードにし、BIAS VRの中点電圧を2V〜2.2V程度にしてアイドリング電流を0.5Aから1.0A程度に設定します。マニ アルでは4.0Vから4.5Vに設定するようになっていますが、この段階でいきなりフルバイアスにすると電流が流れすぎFETは熱くなりすぎますので、最初は少ない設定からスタートします。 各設定などが安定してきたらバイアス調整を最終値に近づけていきます。 私の場合設定をいじっているうちにファイナルTRを熱で壊してしまいました。
 次に送信イメージリジェクションとキャリアバランス調整です。調整に先立ちTX I/Q入力をはずしG40の電源ON状態でR9,R10の中点電圧を2.5Vに合わせておきます。
調整のフローをまとめると
1. TX I/Q soundcard入力を外す。
2. 7046KHzにモニター受信機をセットする。
3. 2個の5kトリマを交互に調整して、キャリアーの洩れを最小にしてください。この時R9,R10の中点の電位は+2.5V+/-0.1-0.2Vに合わなければならない。
4. TX I/Q 入力を接続します。
5. モニター受信機でR67 5kを調整してTXイメージ調整します。G40を7.037MHzにセットしTUNで送信します。
6. モニター受信機を7.057MHzにセットし、Sメータが最小になるように調整します。S6からS1程度になるはずです。
  使用感、今後の課題
 ここまでの調整でトランシーバーとして一通り動作するようになり、使用感をまとめてみます。使用したアンテナは10mH フルサイズDP、PCはTOSHIBA DynaBook TX Win7、内蔵サウンドカードサンプリングは192kHz叉は96kHzです。ソフトはPower SDR Ver1.9.0 sr40を使用しました。
受信部の使用感 サンプリング周波数192kHzの場合、時々復調音がブツブツと途切れます、どうもPCの性能やCPUの負担率に依存するようですがサンプリング周波数を96kHzに設定 すると比較的安定して復調できます。PC画面のパノラマ表示が時々停止しますが数秒で復帰しますのであまり気にはなりません。
 SSBの復調はフィルターの帯域を3kHz程度にして聞くと、FBな変調です。SSB特有のモガモガした感じは全くなくすっきりとした変調です。従来の2.2kHzのフィルターで聴くと、この違 いは実感できません。
 CWの復調はどうもピュアーなトーンになりません。やはりAFフィルターを通したような単調なトーンに感じられます。CWバンドへのSSBのイメージの落ち込みは多くの場合S1以下ですが CWのバックでSSBがザワザワしています。このためRFプリアンプとAFアンプゲインはOFFにして使用します。
送信部の使用感 実際にQSOでの使用はまだできていません。ダミーロードを接続してFT-301でモニターしています。
 ソフトの設定をいろいろいじっていると突然パワーが出なくなります。リレーは送信に切り替わりますが、PCからのサウンド出力が停止してしまいます。一旦こうなるとPCの再起動か ソフトの再立ち上げで復帰させます。設定を固定すれば問題無いと思います。
 CW送信は、KEY/PTTジャックにキーを挿入しキーダウンすれば送信に切り替わります、FT301でモニターしても問題ありません。クリアーなトーンです。
 SSB送信はMIC入力端子がありません、またPC側にもライン入力と出力の2入力しかありません。マイク入力とライン入力はPCのソフト切り替えで実施しているため、とりあえずモノラル マイクをR/L共通で入力しました。FT301でのモニター音はSSBになっていますがどうもノイズぽくハム音も混じっていますので、やはり外付けでマイクとSDRからの信号切り替え回路を準 備する必要があります。叉マイクの使用時はPCのスピーカからも音が出てしまいます。
 SSBモード時はKEY/PTTジャックを操作しても、送信モードに切り替わりません。PC画面のMOXボタンを押さなければならず、どうも操作性が良くありません。
今後の課題 この後実際にQSOで使用できるようにまとめるには、G40のケースイン、マイクとライン入力の外部切り替え回路の追加、送信時のPCスピーカーのミュート回路の追加 、SSBモード時のPTT操作、ファイナルTRの交換、送信帯域の拡大などソフト変更に関わる部分も多く、かなりハードルが高いのですが、ゆっくり楽しんでいきます。
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