お気に入り受信機RF AGC部の製作

　

FT-101Zを改造して「お気に入り受信機の製作」、今回はRF AGC部の製作です。写真はRF AGCを組み込んで動作確認の様子。

2015.10.17
はじめに
　FT-101Z世代のリグではRF段にチューニング回路を内蔵しており、RF AMPは比較的高ゲインで動作させています。このためMIX段は高レベルの信号が入ってくることになり 飽和しやすくなっています。
　対策として、FT-101ZではDBMの採用の他、RF AMP部にもAGCをかけ飽和するのを防いでいますが、AGCは受信周波数のみに対して有効ですが、7MHz帯の場合、たとえば7.1MHzの 弱い信号を受信していても、7.25MHz付近の強力な信号にはAGCがかからずAMPされ、MIX段に入ってきますので、MIX段の飽和によりバンド内がざわついた感じになってしまいます。
　「お気に入り受信機」では、この対策として、RF AMP前段にPIN DIODEを使用したRF AGCを設け、MIX出力(IF FILTERを通す前の信号)の信号強度に応じてPIN DIODEのATT量を制御 するRF AGC回路を追加しました。

　

目標仕様の検討
　
ダイナミックレンジ 　PIN DIODEによるRF AGCはあまり自作例が無く、HJ(#94)に概略紹介されていますが、具体的にどのような仕様で検討すればよいのか判りませんので、以下の項目について予備調査してみました。
  • 1. 当局の受信環境での、中波帯を含めたANT入力レベル
  • 2. オリジナルFT-101ZのRF AMP〜MIX段のIMD特性の調査 　

　左の写真は当局の10月17時頃のANT入力レベル。

CF 7MHz, SPAN 1MHz/div , BW 100kHz , Ref-10dBm アンテナは、7Mフルサイズダイポール　10mHを使用

　スペアナ画面より、7.2MHz付近に-25dbm程度の放送波が確認できます。これらの放送波はAM波につきピークでは-20dbm程度の信号がANTから入ってきていると推定できます。
　中波帯の放送波はNHK第一〜民放、NHK第二と1MHz以下で-50dbm程度のレベルで問題にならないレベルです。

　
FT-101Z IF OUT IMD 　 　左の写真はオリジナルFT-101ZのIF OUT端子のIMD波形

CF 9MHz, SPAN 50kHz/div , BW 10kHz , Ref+10dBm アンテナ入力には10.7MHz 2TONE信号　-20dbmを入力、受信周波数10.5MHz

　スペアナ画面より、9MHzのIF出力は0dbm、3rd IMDは-25dbしかありませんので、受信周波数は200kHzも離れていますがざわついてきます。オリジナルFT-101ZではANT入力-30dbm付近 からIMDが悪化しだし-10dbmでは3rd IMDは-15db程度まで悪化します。
　7MHz帯は時間によってはこのような状態にさらされており、RF ATTやRF AGCが必須となります。

目標仕様とブロックダイアグラム
RF AGC 　RF AGCの仕様として以下のように決定し、ブロック図を示します。
  • 1.中波帯の阻止フィルター。　中波帯放送の入力レベルは問題無いレベルですが、手持ち部品を利用して簡単なHPFを挿入し、PIN DIODEの過大入力対策としました。
  • 2.PIN DIODEによるAGC範囲。　ANT入力-30dbm辺りから効くようにして、最大20db程度の減衰量を狙いました。-30dbmまではIF AGCで受け持つようにします。
  • 3.RF AGCの効果確認、および実験的な要素からON/OFF回路とマニアルによるゲイン調整機能を内蔵しました。
  • 4.HJ#94ではRF AGCとIF AGCの両電圧でPIN DIODEを制御していますが、本機では、IF AGCと分離しRF AGCとの競合動作をさけるようにしました。 　

組み立て
　 　　
RF AGC 　左写真は、RF AGC基板。チップ部品を多用していますので基板上は比較的すっきりしています。2.5mmピッチのコネクタはジャンクのラジカセ基板からはずしたコネクタを切ったり 、ヘッダーピンを利用しています。ロック機構を切り取っているので振動には弱いですがシャックで固定して使用するには問題ありません。

回路
　回路図を下図に示します。
　ANTコネクタからの信号は受信機本体のヒューズを通して本ユニットに入力され、中波帯阻止のHPFを通して、受信機本体のATTを経由してプリセレクターの一次側コイルに 入力されます。
　ATT出力をPIN DIODEでGNDに落とすことでゲインを可変します。単にGNDへ落とすだけなのでインピーダンスマッチングのずれと減衰量がとれないなどのデメリットもありますが 、信号ラインにシリーズにダイオードを挿入するとダイオード自身のIMDの影響を受けてしまいます。
　PIN DIODEの品名がはっきりしません、今ではHSMP-38シリーズが適当ですが、手持ちになく1SV234で実験したところPINダイオードが動作しはじめるポイントてIMDが悪化します。 たまたま一本だけあったHP製を使用したところIMD劣化は問題にならないレベルでした。
　MIXからのIF信号はBufferを兼ねた簡単なAMPで増幅され検波用ショットキーダイオードで整流し、OPアンプでDC増幅後PINダイオードのBIASとします。時定数はR5/C7で決まりますが IF AGCとの競合しないようゆっくり目の時定数にしました。
　AGC/OFF/MGCの切り替えはオリジナルのメーター切り替えSWを流用しました。ここで使用するOP AMPは単電源用が必要です。
　

AGC特性
　　 　　 　　　
　 　写真はRF AGCを組み込んだ、IF出力波形。左からANT入力-20dbm時RF AGC ON、中央はANT入力0dbm AGC OFF、右はANT入力0dbm AGC ON

スペアナ設定はCF 9MHz, SPAN 50kHz/div , BW 10kHz , Ref+10dBm アンテナ入力には10.7MHz 2tone信号　受信周波数10.5MHz

　右スペアナ画面より、9MHzのIF出力は-15dbm、3rd IMDは画面からは読み取れませんが-50db以下で、RF AGC無しと比較して信号は-15dbになりますが3rd IMDはそれ以上に低減していますので RF AGCのATT効果が出ています。
　中央画面ではANT入力に0dbmを入力した場合のIF OUT波形。実際に当局の受信環境ではスーパーローカルがQRVした場合に相当します。AGC OFFでは全く使えませんがRF AGC ON(右波形)にするとなんとか 使えるレベルまで回復します
　オリジナルFT-101ZではANT入力-24dbm辺りからIMD劣化がはじまり-16dbmで完全に飽和しますが、RF AGC有では-30dbm付近からAGCが効き始め0dbm入力でも飽和しなくなります。普段はRF AGCはほとんど 動作しませんが、7MHz帯の17時頃から夜間にかけてRF AGCが効果的に動作しています。

回路図
　

回路図

今後の計画
　今回のRF AGC UNITの製作により、ANT〜SP OUTまで一通り信号が通るようになって実際に7MHzや3.5MHzをワッチしながら問題点を抽出しています。この後VFO SW周りの仕様を決めて基板を作っていきます。
　

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