SDRトランシーバー3号機の製作「受信フロントエンドBPFの製作」

フロントBPFの検討
　BPFは7MHz受信帯域全体をカバーするBPF1と50kHz帯域でバリコンで周波数可変の狭帯域BPF2を実装しました。
　7MHzBPFの製作例として、セラロックを使用したBPF製作等がありますが、当局の場合QRVする周波数帯がCW帯と7.15MHz付近にほぼ限定しているので 周波数可変の狭帯域BPFを採用しました。
BPF1の特性

写真は、BPF1の特性、目盛は10db/div、1MHz/div。 　BPF1は帯域内を低損失でかつ、イメージ周波数(3MHz帯)に対して目標仕様イメージ比(80db以上)を満たすよう設計しました。回路は「トロ活」2ポール BPFです、具体的な設計方法については別途紹介します。 　特性は、挿入損失約2db、7MHz帯域内リプル0.5db以内、3MHzでの減衰80db以下となりました。 　このタイプのBPFは高域周波数での減衰が-40db程度以下には落ちないので、イメージ周波数が中心周波数より高い方にある場合は、別のタイプのBPFが 必要です。

BPF2の特性

写真は、BPF2の特性、目盛は10db/div、100kHz/div。 　BPF2は出来るだけ狭帯域となるよう設定しました。回路は「トロ活」2ポールBPFですが、バンド内を可変出来るよう小型のバリコンを使用しました。 　特性は、挿入損失約6db、3db帯域幅70kHz、同調周波数7.025MHzに合わせた場合、7.25MHzでの減衰は-30db。 　このBPF特性では、周波数差が50kHz程度あれば10dB程の減衰が得られるので、IMD対策としても有効です。

PIN DIODE AGCの検討
　　

経験上PIN Diodeの電流を絞ってゲインを落とす方法は、IMDが悪くなりがちです。IMDの良いDiodeは入手が困難でしたが、今回秋月で入手できたのを機会に 、HSMP-3822とHSMP-3810を使用したATT回路を実験してみました。アプリケーションは秋月HPのPIN Diodeから見ることが出来ます。 　3822はRF SW用、3810は可変抵抗用で、用途が違うので順電流に対する抵抗値変化も違い、結果として3810の方がIMDも良い結果が得られました。 　残念ながら3810タイプは2022.7月時点では売り切れになったようです。 　写真は2Tone(-30dbmx2)入力時、コントロール電圧15Vと2V付近の出力波形。いずれの場合もIMDは80db以下て当局の測定限界以下です。コントロール電圧15V 〜1.5V可変で減衰量は-3〜-30db程度まで可変出来ます。 　この後、制御電圧可変回路を設計してRF AGC機能として仕上げていく予定。

RF AMPの検討
　BPF2の挿入損失を補う目的で、2SK125パラ　GG AMPを実装しました。回路は「トロ活」のまんまですが、ゲインがやや少なく9db程度になりました。 ゲイン小の原因として、出力側のバイファラ巻が緩めのせいかもしれませんが、ゲイン的には問題無くこのまま使いました。
　IMDは、2Tone(-30dbmx2)入力時、80db以下になりました。

回路

回路はクリックで拡大、各回路機能はPICマイコンからON/OFF出来るようリレーをデジトラで制御します。 　BPF1/2のコンデンサ定数は設計値であり、実際には微調整が必要です。私の場合、バリコンで特性を合わせた後、バリコン容量を測定して 固定コンデンサに置き換えました。但しBPF2はコンデンサ容量に敏感でトリマコンデンサをパラにしないと合わせられませんでした。 　PIN Diの制御回路は、アプリケーションより15V供給にしましたが、13V程度でもほとんど減衰量に変化はなく、12Vと共用しても良かったのですが 今回は、他所で15Vを使用したのに合わせて15Vで設計しました。 　この後PIN Di駆動回路はOP AMPを予定しています、RF ATTとRF AGCを兼用した回路構成を検討中ですが、アンテナが切れているので受信信号が 弱く、検討が進みません。

組み立て
　上写真の様に、RF AMPとPIN ATT部を別けて組み立てました。PIN Di部を分離することで、次期プロジェクトSDR#4への使いまわしが出来ます。
　ほぼ、すべてのCR類はチップ部品を使っていますので、基板上はすっきりしています。基板製作はマジックでの手書きでやっています。

特性評価
　前回製作したMIX部とPower SDRを組み合わせて、簡単に特性評価してみました。
VFOにはFT-101Zの5MHz台を組み合わせています。VFO信号は450mVpp。BPF1選択を標準とする。

項目	測定値	備考
最小感度1	-125dbm	入力7.1MHz CWモード　500Hzフィルター
最小感度2	-132dbm	入力7.1MHz RF AMP ON
ゲイン1	+2db	入力7.1MHz IF 1.965MHzのレベル比測定
ゲイン2	-4db	入力7.1MHz IF 1.965MHz BPF2選択時
ゲイン3	+10db	入力7.1MHz IF 1.965MHz RF AMP ON選択時
イメージ比1	-90db	受信周波数　7.1MHzとイメージ周波数3.168MHzのレベル比
イメージ比2	-67db	受信周波数　7.1MHzとイメージ周波数7.168MHzのレベル比
イメージ比3	-81db	受信周波数　7.1MHzとイメージ周波数7.168MHzのレベル比 BPF2選択
IF妨害比	-90db	信号入力にIF周波数の信号入力しレベル比を測定
RF ATT可変量	-35db	制御電圧15V〜1.5Vした時のATT量を測定
IMD	-80db以下	7.195MHzと7.205MHzのそれぞれ-30dbmの2トーン入力

　感度2については、測定ベンチ上ではRF AMPの効果が実感できますが、実際にANTからの受信状態では、外来ノイズもアップ するのでRF AMP ONで弱い信号のS/Nが良くなる感じは実感できません。
　開発当初の目標仕様はほぼクリア―出来ました。

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