ヘテロダイン短波ラジオの受信周波数変更方法

このところ、ヘテロダイン短波ラジオの受信周波数変更方法についての
お問い合わせをいくつかいただいたので、その方法についてまとめます。
デジタル周波数表示短波ラジオ(DSW-1)とヘテロダイン短波ラジオ(SWR-3)が対象です。





この2つのラジオの受信周波数は局部発振回路の発振周波数で
受信範囲が決まります。その回路が上の図です。
コイルL、コンデンサC、バリキャップVcから構成されています。
ほかに写ってる部品は無視してください(笑

この回路の共振周波数が局部発振回路の発振周波数になります。
式で表すとこんな感じになります。




Vcはバリキャップの値で、チューニングダイヤルを回すことによって
Vcに印加される電圧が変化し、容量も100pF~500pFの範囲で変化します。

Ccは回路図でいうところのC4に相当し、現行の回路では220pFになっています。

コイルはトロイダルコアのFT-37の#61材を使っていて、
インダクタンスは下の式で決まります。



ALはコイルの素材と形状によって決まる固定値でこのコイルの場合はAL=55なります。
nはコイルの巻き数になります。DSW-1の場合だと8回巻なので
インダクタンスは3.52uHとなります。

これらの値を一番上の式に代入すると発振周波数は6.863MHz~10.231MHzとなりますが
ヘテロダイン方式は455kHzオフセットした周波数が受信されるので
受信周波数は7.318MHz~10.686MHzとなります。

では、実際に受信周波数を変えるにはどうするかというと
この回路の場合、2つの方法があります。

・Lの値を変えるか
・Ccの値を変えるか

です。

まず、Lを変えた場合。
巻き数を今の8回巻から9回巻に変更したとするとLの値は4.46uHとなります。
この値を使って受信周波数を計算すると6.552MHz~9.544MHzとなり
周波数は1MHz弱ほど下側にシフトとたことになります。
巻き数を減らすと逆に周波数は上にシフトとます。

では次にCcを変えた場合。
Ccを220pFから470pFに変更してやると受信周波数は
5.450MHz~9.342MHzとなります。
逆にCcを減らすと周波数が上がります。

2つの方法の方法でいずれも周波数範囲が変えることができますが
それぞれの計算結果を見てみるとCcを変える方法のほうが
周波数可変範囲が広くなっています。

じゃあ、Ccを変えるほうがいいじゃん、という気分になってくるのですが
周波数可変範囲が広くなっているということは、チューニングダイヤル1回転で
変化する範囲が広くなっているということですので、チューニングはややクリチカルになります。
また、可変範囲が広くなった=バリキャップにかかる電圧変動に敏感に反応するようになった
ということにもなりますので、受信周波数の安定度への影響も大きくなります。

逆にコイルの巻き数を変える方法では、可変周波数範囲には大きな変化はありませんので
これらのような心配はありません。

どちらの方法も一長一短ということになります。

まあ、AMの復調は周波数変動の影響はそれほど受けない方式なので
そんなに心配する必要もない気がしますが
理屈の上ではこんな感じになります。


今回示したものはあくまでも「理論的には」こうなります、という例です。
実際にはコイルの巻線間の寄生容量とか、この回路が接続されている
ICの内部回路の影響とか、いろいろな要素がありますので
計算結果とは必ずしも一致しないと思います。
そのあたりはカットアンドトライでの調節が必要になりますので
いちお~ご了承くださいませ。



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デジタル表示短波ラジオの製作(基板実装)

暫く間があいてしまいましたがデジタル表示短波ラジオの続きです。
その後、デジタル表示部分のプリント基板を設計・発注していたものが
無事完成して届きました。




完成した基板。ケースに収めることを考えてなるべく小さく作ったのですが
結果、基板サイズは8cm×3.5cmになりました。
7セグLEDと28pinマイコンの大きさからすると、
まあこんなもんかな、という感じ。
本当はもう一回り小さくしたいんですけどね~。


部品実装してみました。実装密度を上げるため
抵抗を立てたりしています。



7セグLEDの表示部分が半田面側に来るようにしました。
部品面に持ってくると、ほかの背の高い部品に邪魔されて
ケースにつけられなくなるので。

組み上がったところで続いて動作確認。
被測定入力信号端子をとりあえず、PICマイコン自身のクロックをつないでやると
「16.000MHz」とクロックの周波数が測定されました。
基本的な測定ロジックは合っているようです。

続いて、VFD管時計キットで使っているTCXO(12.8MHz)の出力を測定してみると
「12.800MHz」、たまーに「12.799MHz」てな感じで表示され
一応測定は出来ている模様。

次回は、短波ラジオと結合して受信周波数を表示させてみます。

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デジタル表示短波ラジオの製作(7セグLEDの実験)

今回は周波数表示部の実験をしてみました。
以前作ったSGの周波数表示にはLCDを使っていたのですが
なんとなく味気ない感じがしたので、通信機っぽく7セグLEDを使ってみることにします。



こんなやつ

7セグLEDには大きく2つの種類に分かれています。
1つはアノードコモン、もう1つはカソードコモン。
違いは発光ダイオードのアノード側が共通端子になっているか
カソード側が共通端子になっているかというもの。

ネットで製作例を検索してみるとアノードコモンを使っている例がほとんどです。
その理由はその昔、TTLロジックICでLEDを制御していた時代には
点灯制御をする回路の電位的な関係でそっちのほうが都合がよかったらしく
アノードコモンが多用されていたとのこと。

今でもその流れを汲んでいて、7セグLED使うならアノードコモンにしとけ!
みたいな雰囲気になっているようです。

ただ、アノードコモンだと、点灯制御にPNPトランジスタを使わないといけなくなるんですよね。
うち、NPNトランジスタは手持ちがいっぱいあるのですが、
PNPは数えるくらいしか持ってない。。

というわけで、今回は世の中の流れに逆らってカソードコモンを使ってみることにしました。
ちなみに、アノードコモン、カソードコモンとも入手性には差はないです。
マルツパーツでゲットしてきました。



ブレッドボードで点灯実験中。
7セグLEDは通常のものより小さいタイプを買ってきたのですが
ピンのピッチが狭く、2.54mmじゃなかったのでブレッドボードに刺さらず・・・
仕方ないので電線を半田づけして繋いでいます。

点灯実験自体は成功。無事数字を表示させることができました。

ここがうまくいけば、それ以外の部分は既に実績がある回路なので問題ないはず。
といったわけで次はいきなりプリント基板の設計に入ります。

次回につづく


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デジタル表示短波ラジオの製作(予備実験)



以前製作した、スーパーヘテロダイン短波ラジオは感度・選択度ともに
それなりに満足のいく性能で、日々、大陸方面からの放送を受信するのに
使用しているのですが、周波数が直読できないのがちょっと不満でした。

受信周波数を知る方法としては、局発の発振周波数を測定してやるのが
いちばん手っ取り速そうなので、これまた以前製作したシグナルジェネレータ
周波数カウンタをつないで試してみました。



短波ラジオの局発出力をそのまま周波数カウンタにつないでいます。



そうするとこんな感じで発振周波数がカウントできました。
短波ラジオのチューニングダイヤルを回してやると
それにあわせて周波数も変化します。
この値から中間周波数の455kHzを差っ引いたものが受信周波数になります。

といったところで、今あるものを組み合わせると目的のものが出来そうな雰囲気になったので
早速、製作にとりかかることにしました。

次回へ続きます。

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スーパーヘテロダイン短波ラジオの周波数変更改造



現在、yahooオークションに出品中のスーパーヘテロダイン短波ラジオキットですが
皆様にご好評いただき、現在までのところ累計で20セットほど落札いただいております。
ありがとうございます。
拙宅でも写真のようにケースに収め、夜な夜な海外からの放送を楽しむのに使っております。



さて、実際に使ってみるともう少し高い周波数が受信できるといいな、
と思うことが度々あります。
このキットの受信周波数範囲は約6MHz〜9MHzとなっていますが、
多くの海外短波放送局は9MHz台で放送されており、
現状ではこのあたりの放送局は受信できないことになります。

近隣国の9MHz帯の放送局をざっと挙げると以下のようなものがあります。

台湾国際放送 9.735MHz
KBSワールドラジオ 9.805MHz
ラジオタイランド 9.390MHz
ベトナムの声放送 9.840MHz
朝鮮の声放送 9.650MHz
イラン・イスラム共和国国際放送  9.585MHz
インドネシアの声 9.525MHz

このようにリストアップすると、これらの放送を受信できないのが
なんだかとてもくやしくなってきます(笑


実は、簡単な方法でこのキットの受信周波数をシフトさせることができます。



その方法とは、コイルの巻き数を減らしてやること。
写真のコイルの1次巻き線(銅色のエナメル線のほう)は、
現状では9回巻きとなっていますが、
これを減らすことによりOSCの発振周波数が上がり、
今より高い周波数を受信できるようになります。



こんな感じでコイルを1巻分ほどほどいてやり



あまった部分をカットし、先端部分のエナメルをヤスリなどで削って
再び半田付けしてやります。






これは改造前のOSCの発振周波数です。
高いほうが約9.4MHz、低いほうが約5.8MHz。
受信帯域は5.3MHz〜8.95MHzとなっています。








で、こちらは改造後のOSCの発振周波数です。
高いほうが約10.5MHz、低いほうが約6.7MHz。
受信帯域は6.245MHz〜10.1MHzとなり、9MHzをフルカバーできるようになりました。
(改造後はL1の再調整を行ってください)

こんな感じで簡単に周波数範囲を変更させることができます。
キットをお持ちの方、これから買ってみようかとお考えの方、
ぜひお試しください。



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ヘテロダイン短波ラジオの製作(CWの受信テスト)



LA1600を使った短波ラジオの製作は前回までで取りあえず完了しましたが
ちょっとした追加実験をしてみましたので報告します。

今回の短波ラジオは受信周波数が約6MHz〜9MHzとなっており、
アマチュア無線の7MHzバンドが受信できます。
しかし、アマチュア無線帯域での電波形式はCWやSSBがメインであるため
今回のAM受信用ラジオでは復調ができません。

AM受信機でCWやSSBを復調する方法としてBFOを追加するやり方があります。
これは中間周波数帯に外部からキャリアを混入させ、受信信号との周波数差を使って復調するものです。
BFOを追加すれば、今回のラジオでもアマチュアバンドが受信できるはず。

といったわけで、BFOを作って実際にアマチュアバンドが受信できるかどうか確認してみました。
上の写真が作ったBFOです。
村田製作所の455kHzセラロックを使った発振回路で、セラロックに直列にコンデンサを挿入することにより
発振周波数を454kHzとしています。



実験風景。
BFO回路の出力にワニぐちクリップをつけ、その先の導線をLA1600のまわりにクルクルと巻きつけています。
ICのIF端子に直接接続すると、出力が強すぎるためかAGCがかかってゲインが抑制されてしまうようだつたので
とりあえずこんな感じで電磁誘導的に結合してキャリアを注入しています。

これで受信してみるときちんとCWが復調できることが確認できました。
そのときの受信音を録音してこちらに置きました。

CWやSSBを復調する場合、周波数安定度がそのまま音調に影響してしまうので
ちょっと心配だったのですが、電源を入れて数分でほぼ安定するようで
受信音も違和感がないレベルとなりました。

またバンド内がかなり賑やかに聞こえてますが、
これは中間周波数用のセラミックフィルタがAMラジオ用のものなので
まあこんなもんということで(^^;

あと、結構なノイズが聞こえていますが自宅が集合住宅のためか
近隣の住居からのノイズがだいぶ回り込んでいるようです。
商用電源ラインが近隣住居と共用になっているみたいで
コンセント付近に受信機を近づけると半端ないレベルのノイズが受信できます(^^;;

休日は特にノイズが酷いです。平日は留守にしているお宅が多いせいかもうちょっとマシなのですが・・。

それは置いといて、とりあえずBFOを追加すればCWやSSBが受信できるようになることがわかりました。
もうちょっと定数を煮詰める必要はありそうですが、追々やってみる予定です。 


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ヘテロダイン短波ラジオの製作(動作確認)



LA1600を使った短波ラジオの専用基板がFusionPCBさんから納入されたので
早速部品を実装してみました。

今回はICがあったり、シールド付きのコイルがあったりと、
部品外形を間違ってパターンを作ると
どうがんばっても部品が刺さらなくなってしまうモノがいくつかあったので、
出来上がってくるまでちょっとドキドキものでしたが、無事実装できました。



こんな感じでケースにも組み込んでみました。
同調回路にバリコンを使うと配線上に高周波信号が直接流れるので
うまく配線しないと動作不安定になったり、いろいろトラブルが発生しがちですが
今回はバリキャップを使ったおかげで高周波信号はプリント基板上で完結しているので
そのあたりの心配もなく、自由に配線も引き回せます。

組み込みが終わったところで早速ベランダに3mほどのロングワイヤを張って受信テスト。
そのときの様子を動画で撮影してみました。



使ってみた第一印象は「とにかく切れがよく混信がほとんどない」といったところ。
IF部にセラミックフィルタを使っているおかげで周波数選択度が高く
チューニングダイヤルを回すと、スパスパッとテレビのチャンネルを変えるが如く
いろいろな放送局が次々とクリアに受信できます。

また、ICにAGC回路が内蔵されているのでフェージングにも強く安定して受信できます。
いろいろな放送局の受信音を録音してこちら置きました。
安定して受信できていることが確認していただけると思います。

今回も例によってプリント基板、パーツ、組立説明書をセットにして
ヤフオクに出品しています。

実はちょっと前から既に出品していたのですが、
ご好評を頂いており、最初の1週間で6セットも落札して頂きました(^^)

以前から出品している2石短波ラジオ、3石短波ラジオを落札していただいた方たちからも
リピートで落札していただき、うれしい限りです。

といったわけで11/26現在残り3セットとなっておりますが、
ご興味のある方はブログの左側の「ヤフオク出品中キット」からどうぞ。

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ヘテロダイン短波ラジオの製作(AF増幅部の追加)



今回は前回の積み残しとなっていたAF増幅部を追加しました。

追加といっても以前製作した3石短波ラジオで使った回路をちょっとモデファイした程度。
今回はLA1600のAF出力から、ある程度の音声信号出力レベルが得られているので
音量調節用にボリュームを追加しました。

回路も組みあがり早速試聴してみると、耳が痛くなるくらいの十分な音量で鳴っています。
「よしよし、思惑通り」と思いつつ、音量調節用のボリュームで音量を下げると
受信していた放送局のチューニングがすーっとずれてしまいます。
で、ボリュームを元に戻すと、またちゃんと受信できるようになります。
まるで、音量ボリュームがチューニングダイヤルを兼ねてるような動き・・・

原因はすぐに思い当たりました。

ボリュームを上げる→消費電流が増える→電源ラインで電圧降下が発生する
→チューニング用のバリキャップの印加電圧が下がる→チューニングがずれる

こんな感じ。

電源ラインには発振防止用にデカップリング回路を仕込んでいたので
ここで電圧降下は防げるかなーと安直に考えていたのですが、
電圧変動にシビアな共振回路部への対策としては不十分だったようです。

今回は念のために購入しておいたツェナダイオードが手元にあったので
バリキャップへの電圧印加ラインにはこちらを挿入。
この対策で「音声ボリューム&チューニングダイヤル兼用問題(笑」は一発で解決しました。

バリキャップの電源対策は万全に、と言う話はあちこちで聞きますが
身を持って体験するとその重要性がよく分かります。

といったところで回路は一通り完成しました。
今回も例によってFusion PCBさんに専用基板を発注。

以前より部品点数が増えたので、基板のサイズもこれまでより2まわりくらい大きくなり
やや費用はかかりましたが、それでも1枚数百円程度。
もう自分の中ではなんでも専用基板化するのがデフォルトとなってしまっている今日この頃です。
専用基板化すると回路の安定度が抜群に上がりますしね。

次回は受信性能などの報告をする予定です。

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ヘテロダイン短波ラジオの製作(再現性の確認)



前回まででRF入力から検波出力までは動作することが確認できました。

今回は前回実験した部分(RF入力〜検波)までの再現性を確認するため
前回使ったLA1600とは別のルートで入手したロットが異なるLA1600を使って
同じ回路を別基板に作ってみました。

外付け部品も少ないし問題ないだろうと思って実際に受信をしてみたところ
なぜか受信音が歪みまくってます(^^;
どうも信号が弱い局は受信できるものの、強力な局だと歪んでしまうようです。

いろいろ調べまわった結果、AGC回路の時定数を決める電解コンデンサが容量抜けしていて
AGCが効かずに常にゲインがMAX状態になっているのが原因でした。

時定数用の22uFのコンデンサの手持ちがたまたま切れていたので、
ジャンク箱の底に転がっていたやつを付けちゃったのがまずかったようです。
新しいのを入手して付け直したらちゃんと受信できるようになりました。
みなさん、電解コンの容量抜けには注意しましょう(^^;;;

といったところでICまわりの再現性は確認できたので
次回は前回積み残しとなっていたAF増幅回路の組み込み部分を報告予定です。

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ヘテロダイン短波ラジオの製作(RF+IF+検波部分の実験)



前回の記事に引き続き、スーパーヘテロダイン方式短波ラジオの製作に入ります。

とりあえず、ざっとスペックを決めます。

・使用IC LA1600
(製作例が多いので)

・受信範囲 6MHz〜9MHz
(根拠なし。なんとなく(笑)

・電源電圧6V
(LA1600がmax6V動作なので)

・バリキャップを使ったチューニング方式にする。
(ネットではエアバリコンを使った製作例が多いのですが、エアバリコンは高いので・・)

・マグネチックイヤホンで聞く方式にする。
(3石短波ラジオでやったみたらなかなか良かったので)

・周波数選択度を上げ混信に強いラジオにするためセラミックフィルタを使う。
(せっかくヘテロダイン方式で作るので)


上記を踏まえて、回路図は以下のようになりました。



入力段とOSC用のコイルにはAMZの7MHzコイルを、中間周波数段のフィルタは
手持ちのIFTコイルと村田製作所のセラフィルを使いました。

まずは実験的にオーディオ増幅段以外の部分だけ組んでみました。
オーディオ増幅段は消費電流が多く電源の電圧降下から発振に至ることが多いので
まずはLA1600まわりを動かすところから始めます。

一通り組み上げてICのAF出力端子にセラミックイヤホンを接続し、
チューニングダイヤルを回してみるも何も聞こえません・・・。

どこがおかしいのかなぁとオシロスコープを引っ張り出してきて
いろいろな部分をつついてみると、ICのOSCコイルが接続されている端子を
プローブで当たるとなにやら受信できるようになるようです。

ついでにスペアナも出してきて、入力コネクタに適当な電線を繋いでアンテナ代わりにして
スペクトルを観測してみると、オシロのプローブを当てるとOSC部分が発振し
外すと発振が止まっているのが見えます。どうも局発まわりが怪しい・・・。

ネットになにか情報がないかと検索してみると、LA1600+AMZ 7MHzコイルの組み合わせだと
局発が発振しないという事例がいくつか見つかりました。
AMZコイルをFCZ研究所の7MHzコイルに変えてやるとうまくいくとのこと。

手元にはFCZコイルが無く試してみることができないので、
とりあえずFCZコイルのデータをネットでDLしてAMZコイルのデータと比較してみると
どうもAMZコイルはFCZコイルよりも2次側巻線のインピーダンスがかなり高いことが発覚。

手持ちの部品でなんとかならないかといろいろ考えてみたところ、
トロイダルコアでFCZコイルとほぼ同じインピーダンスのコイルが
作れそうなことがわかったので早速作って試してみました。



こんな感じ。

コイルをこっちに代えることでOSCも安定して発振するようになり
受信もできるようになりました。

今回はとりあえずここまで。
次回に続きます。

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