A secret of how to make communication equipment.
After you make some kits , you will want to make FM transceiver or SSB transmitter. Then you learn the circuit of the magazine. You will collect the parts of it. But you will not be able to collect the same number of the transistor or coil. Then you must arrange some part of the article. Or you may change the band of the transmitter from 14MHz to 21MHz because of your antenna or your license. I will explain you some points you must care to make a plan of the radio equipment.You must care about " power lebel ", " frequency planning " and " impedance matching".

1.Power level *
All the radio equipment is a type of amplifier. Radio receiver is an amplifier to make audio voice from a very weak electric signal caught by the antenna. The figure indicates a typical signal gain of 5 valve radio. A convertor has 30dB gain. An IF AMP has 40dB gain. Detector has 10 db loss. Audio AMP has 40dB gain. Total gain of this radio is 30+40-10+40=100db. If you make one more IF stage. The gain of it will be 70dB. The same time , you can omit the one stage of the audio AMP. The gain of it will be 10dB. Then the total gain of the radio will be 30+70-10+10= 100dB. But such a receiver will not make good performance. The 70dB IF will make self oscillation. Even if you could stop the self oscillation , the signal level of the last stage of IF becomes too big. It will be saturated. Such a radio can not make good sound. * See the figure of DSB transmitter! My dynamic microphone has 50mV output voltage (V). The impedance (Z) of it is printed on it 300 ohms. The power of it (P) is calculated as P=V*V/Z= 0.05 * 0.05 / 300 = 8mW. On the other hand, the oscillator makes 50MHz signal. When I connect the 50 ohm resister on the output of it, the signal of it was 1 V peak. 1V peak sine wave has 0.7 V average. The power of the oscillator is calculated as P=V*V/Z=0.7*0.7/50=9.8mW. The audio signal and the 50MHz signal is mixed by the balanced mixer. And the mixer outputs the 8mW DSB signal. The RF AMP has 20dB gain. The output of the AMP becomes 80mW. 80mW DSB transmitter is made. If you want to make more power , you add the one more audio AMP having 20dB gain. The output power of the AF amp becomes 80mW. Then the RF power becomes 8W ? No! The DBM works as a linear modulator on the condition of the local oscillator is stronger enough than the audio signal. Therefore the DBM is saturated. You will not be able to get a understandable signal. All the amplifier and all the modulator has it's limit of linearity. If your projects has bad sound , some part of it will be saturated. In order to avoid saturation , it is effective to watch the signal of each section of your projects with the oscilloscope. And then the some kind of signal generator is need to the input of the equipment. I show you audio signal generator to adjust an audio amplifier and RF signal generator to adjust a RF AMP on my homepage.

2.Frequency plan*
In order to plan the radio , you must consider about " spurious of local oscillator ", " Image jamming ", " frequency range " and " change of sideband ".
2-1.Spurious of the local osccilator
See the figure ! That is a super heterodyne. The IF frequency is 2MHz. The local oscillator of it makes the signal of 5 to 7 MHz. This radio can receive the frequency from 7 to 9 MHz. But , If you can not get the 2MHz filter. You had a 4MHz of it. You want to receive the same band. The local oscillator must make from 3 to 5 MHz. (Sorry the figre indicates from 5 to 7MHz) . But when you receive the 8MHz , the oscillator must make 4 MHz , and the doubled spurious of the local oscillator becomes the same frequency from the receiving signal. Therefore the radio can not hear the radio signal on 8MHz. In order to avoid this trouble, it is better that the oscillating frequency be higher than the receiving frequency. But higher oscillator has more QRH (change of the frequency ). If you make double super heterodyne , such a trouble can occur more easy. You must care about the spurious made by the difference of the first local oscillator and the doubled second oscillator. You must care about the spurious also made by the difference of the doubled first local oscillator and the second oscillator.
2-2.Image jamming
See the figure! This radio receives the 7Mhz. But the tuning circuit in front of the radio can not block to come in the 7,2MHz. And also the difference of 7.2MHz and 7.1MHz becomes the IF frequency. This matter is called as image jamming. In order to avoid this trouble , we must plan the IF frequency higher than 1/10 of the receiving frequency. For example the short wave radio (about 7MHz) made with 455kHz IF occurs this trouble. You must plan the frequency to make the image frequency must not be the oscillator frequency of a computer on your desk. If you make the transmitter , you must care about the IF frequency of the TV on your room. The image spurious of your transmitter must not be the frequency of the TV.
2-3 Change of the sideband EX1 shows the convertor of the 50MHz transmitter. 10MHZ USB (upper side band) and 40MHz CW makes 50MHz USB. The 10MHz LSB (lower side band) and 60MHz CW makes the 50MHz USB. 50=60-10. fout=fosc-fif. Then the IF signal has minus mark on the expression. Therefore the polarity of the sideband changes. You can use this characteristic to make USB from the crystal filter to make USB.
2-4.The range of the band covered
It is very difficult to make SSB transmitter with VFO. The stability of the frequency is not good. You must receive the report that your signal has some QRH. In order to make stable transmitter , you must use the VXO as a local oscillator. The VXO can be changed 0.5% of it's oscillating frequency. On the EX1, the local signal is made by double doubler of the 10MHz VXO. The frequency can be changed 10MHz*0.005*2*2=200KHz. The transmitter can cover from 50.100 to 50.300MHz. On the EX2, the local signal is made by a doubler and tripler. The frequency can be changed 10MHz*0.005*2*3=300KHz. The transmitter can cover from 50.100 to 50.400MHz. 50.37MHz is important frequency on our neighboring radio amateur. Therefore EX2 is better. It is not good try to get wide frequency coverage with VXO. It is better to use some crystals to cover wide frequency of the same band.

3.Impedance matching
See fig1 ! Everyone of the reader of my homepage will have made a germanium radio. The crystal ear phone was used on it. If you connect the speaker to it , can you hear the broadcasting with it? NO! The detector of the gernmanium radio is made by germanium diode. That can detect the HF signal only on the condition of it's load is over 10k ohms. The impedance of the speaker is only 8 ohms. They make a hard unmatch of the impedance. You must use the transformer in order to use the speaker with the germanium diode. But such a transformer is hard to get. *
See the figure2! The crystal pickup can not drive the transistor. It must be used with a valve like 50C5.
See the figure3! This figure indicates the convertor of the 50MHz SSB transmitter. Consider about the impedance match of the band pass filter and the transistor of the amplifier. When I joint nothing on the output of the band pass filter (A point). The voltage of there was 1V. I connected some kind of resister on the A point . When I connect the 10 k ohms , The voltage becomes 0.5V. That is half of the original. Then I could know that The output impedance of the coil is 10k ohms. Usual transistor has about 1k ohms of its input. Therefore the transistor is too heavy to that filter. Such a unmatch of the impedance occurs very easy when we connect a circuit of the magazine with the another circuit of the magazine.


受信機にしろ送信機にしろ、すべからく、通信機という物は増幅器です。受信機はアンテナで受けた微弱な高周波信号を増幅して、スピーカーを鳴らせる音量の低周波信号にして、最終的には音のエネルギーにする機械です。送信機はその逆ですが、マイクロフォンの電気信号はそれこそマイクロワットですから、普通10W程度の送信機ならば100000000倍(80dB)程度、増幅するわけです。ここで、低周波で何倍に増幅して、周波数変換で何倍に増幅して、高周波増幅で何倍に増幅して、最終的に希望の出力を得るかという事がレベル配分です。まず、例として、五球スーパー受信機を見てください。周波数変換は、大体30dB程度の利得を持っています。中間周波増幅は、大体40dB程度の利得を持っています。検波回路は、大体−10dB程度の利得(ロス)を持っています。低周波増幅は、大体40dB程度の利得を持っています。その結果総合利得は、30+40−10+40=100dB程度になっています。ここで、例えば、この配分を変えて、中間周波増幅をもう1段増やして70dBにして、 代わりに、低周波増幅を1段へらして、10dBとしても計算上の性能はかわらない様に思えます。しかし、実際はこうすると、中間周波増幅回路の出力近辺で信号が大きくなりすぎて、増幅器の扱える大きさよりも大きくなってしまい、飽和という現象が起こって、信号が歪んで、変な音になってしまいます。(いまは、自動利得調整回路(AGC)が無い、場合の話をしています。)*
次に、DSB送信機を例に説明します。ダイナミックマイクの出力電圧(V)は50mV程度で、マイクの裏側には、インピーダンス(Z)300オームと書いてあります。ここでの電力(P)はP=V*V/Zで計算されますから、P=0.05*0.05/300=8μWです。マイクアンプはたいてい1石式の増幅器で、利得は20dB程度です。その結果、マイクアンプの出力電力は800μW=0.8mWになります。一方、水晶発振器は、50オームの抵抗を負荷として仮につないで出力を計ると、1ボルトピークの電圧でした。1Vピークのサイン波ですから、平均電圧は0.7Vです。よって、この水晶発振器の出力電力はP=V*V/Z=0.7*0.7/50=9.8mWである事が判ります。上に説明した二つの信号が、ダイオード式バランスドミクサーに送り込まれると、0.8mWのDSB信号が得られます。DBMはモジュレーターとして動作させた場合、ほとんど電力損失は発生せずに、低周波電力と同じ電力が出てきます。あとは、この高周波電力を1石式高周波増幅器で軽く増幅して、20dBの利得があるので、80mWのQRPp送信機が出来上がります。さて、ここで 、もっと大きな電力を出力させたいからといって、マイクアンプを2段式にして、その出力をもう20dBおおきい、80mWにしたら、どうでしょうか。悲惨な結果が待っています。ダイオードDBMがきちんと変調器として動作出来るのは、局発信号が、低周波信号よりも倍以上の振幅が在る場合です。すなわち、この場合には、局発信号にも、もう1段増幅器を追加して、50MHz980mWの信号を与えてやる。必要があります。しかし、さらに、こんな大きな信号をダイオードDBMに入れると、今度は、DBMの内部のコアが磁気飽和してしまったり、ダイオードが発熱して、壊れてしまったりして、結局うまく動作してくれません。この例では、出力の高周波リニアー増幅器をもう1段追加するのが、正しい電力アップ手段です。ただし、この場合でも、はじめの高周波リニアー増幅器は2SC1815のアンプで20dBの利得と80mWの出力電力であったとして、これと同じ回路をもう一個追加しても、終段のトランジスターが飽和してしまい。80mWの100倍の8000mWつまり8Wは得られません。トランジスターが壊れてしまいます。ここには、大きなトランジスターを使う必 要があります。すなわち、それぞれの素子や回路には、扱える信号の大きさの上限があって、これ以上の振幅や電力を扱おうとすると、歪んだり壊れたりしてしまいます。例えば、ある自作送信機が、小さな声でしゃべっている間は、良い音であるが、大きな声だと歪んでしまう。という様な場合は、間違いなく、どこかで、回路の扱える電力をオーバーしている部分があるのでしょう。また、受信機ならば、遠くの小さな放送はきこえるが、かえって、近くの強い信号が聞き取れない等という現象が発生したら、間違いなくこの問題です。これを、避ける為には、その機械の入力(例えば送信機なら、マイク端子)に信号をいれて、各回路の信号をオシロスコープで観察して、波形が歪んでいないか観察すればよいのです。*

2−1.局発スプリアス:7メガから9メガの短波を受信する、中間周波の水晶フィルターとして、2MHzのフィルターを使用し、局発は5から7MHzの受信機が雑誌にあったとします。ここで、2MHzの水晶フィルターが製造中止になり、4MHzの物が入手できたとします。同じ7から9メガを受信しようとすると、局発は2MHzずれて、3から5MHZになります。(すいません、図は5〜7MHzになっています。) こうして、各部が順調に動作したとして、結果はどうでしょうか。この受信機はバリコンの真ん中辺で、いつもすごいビートがビービーいって、8MHz近辺が全く受信できません。これは、8MHzの信号を受信しようとする場合、局発はそれより4MHz低い4MHzとなり、この局発の2倍の高調波が、受信周波数にかさなるので、発生する現象です。これは、局発を受信周波数よりも低く設計する場合に起こりやすい現象です。この現象をさけるためには、局発を受信周波数よりも4MHz高く設計しなおして、11メガから、13MHzに変更すればよいのです。しかし、高い周波数の局発はそれだけ周波数変動が大きくなりますので、元の雑種の製作例よりも、周波数安定度の悪い受信機になり易くなります。ここでは、局発が1個のシングルスーパーを例にとりましたが、これが2回周波数変換をおこなう、局発が2つあるダブルスーパーだと、さらに事態はややっこしくて、第一局発の信号と第二局発の信号の差の2倍の周波数が第2中間周波に妨害を与えたりします。*
2−2.イメージ混信に関して:次に、同じように、シングルスーパーを例に、イメージ混信妨害に関して説明します。7MHzの信号を受信する、中間周波100KHzのスーパーを作ったとします。局発は7.1MHzで作ったとします。この場合、アンテナから7.2MHzの信号が入った場合には、受信同調回路は7MHzに同調していますから、7.2MHz信号はそれに近すぎて、取り除けません。つまり。7MHzの信号を受信する時に、7.2MHz信号が混信してしまいます。この現象は、455KHzの中間周波で短波受信機を作った場合も多かれ少なかれ発生する現象です。受信目的でない、邪魔物はイメージと呼ばれ、これをどれだけ除去できるかという比率が「イメージ除去比」と呼ばれdBで表示されます。イメージ除去比を上げるためには、中間周波を出来るだけ高い周波数で計画する事が必要です。近頃は、昔のように、455kHZの中間周波コイルでなくとも、10MHz近辺の水晶フィルターで受信機を作る事が出来るので、この問題から開放された感があります。私の経験では、受信周波数の10分の1よりも高い周波数を中間周波とすれば、おおよそこの問題から、 ぬけられます。送信機においても同様に、たとえば、4MHzの水晶フィルターを使って、4MHzのSSB信号を発生させ、これに54MHzの信号を混合して、50MHzのSSBを発生させる場合には、58MHZのSSB信号も出てきてしまうので、問題です。58MHzはテレビの内部の中間周波に使用されている周波数なので、TVIを発生しやすい機械になってしまいます。この様に、イメージ妨害は、周波数関係で全く発生させないという考えよりも、イメージ周波数があまり使われていない周波数になる様に、周波数をえらんで計画する。という考えも重要です。この為には、アマチュア無線以外の周波数に関しても或程度知っておく必要があります。たとえば、あなたが今使っているコンピューターのクロック周波数は、アマチュア無線の周波数から、はずして作ってくれています。これは、コンピューターメーカーさんが気を付けてくれているのです。しかし、あなたが受信機を作る場合には、イメージ周波数や中間周波数も、そのコンピューターのクロック周波数から、はずしておく配慮が必要です。まあ、最近はコンピューターもずいぶん良くなったので、この問題も少なくなった様に きていますが。*
2−4.周波数可変範囲の確保に関して:一般にVXOの可変範囲は0.5%が上限で在ると言われています。すなわち10MHzで50KHzです。上の例1で、局発の40MHzを10MHzのVXOの4逓倍で得る場合、周波数可変範囲も50KHzの4倍の200KHzになります。たとえば、50.1MHzから、50.3MHzです。ほとんど通常の交信には困りませんが、コンテストでは50.4MHz近辺まで、SSB局がでるので、ちょっと不満です。一方、例2では、10MHzのVXOを6逓倍して、局発として、使用しているので、50kHzの6倍の300kHzが可変範囲となり、50.1MHzから50.4MHzまで可変範囲が広がります。VXOは安定なのは良いのですが、この様に、可変範囲が限られるので、周波数計画の段階で注意が必要です。あまり、1個の水晶での周波数可変範囲を欲張らずに、必要な周波数範囲を複数の水晶で切り替えてカバーする様に設計するのが、賢いとおもいます。さらに、VXOをコイルの無いバリコンだけのタイプにすると、周波数可変範囲は0.05%程度とさらに小さくなりますが、同時にさらに安定な発振器ができます。CWの 場合はバンド幅が小さく、これでも行ける場合もあります。ましてや、2メーターや430のCWでは、周波数可変範囲は小さくても安定度が必要なので、この様な設計が必要です。温度や振動や電源変動による、許させる周波数変動の範囲は、SSBで100HZ、CWで50Hz程度だと思います。おおよその目安としてください。*

例1を見て下さい。誰でも1度は、ゲルマラジオを作った事があるでしょう。これには、必ずクリスタルイヤホーンという、肌色をした樹脂製の耳の穴に突っ込むタイプの受話器で聞く様になっていました。もし、この代わりに、普通の8オームのスピーカーを接続したら家族皆でラジオが聞けるのでしょうか。だめです。私のホームページの別のページに実験で示した様に、ゲルマニウムダイオードが検波器として動作できるのは、負荷インピーダンスが10kオーム以上の場合です。元々のクリスタルイヤホーンはインピーダンスが100kオーム程度だったので、インピーダンスマッチングがうまく行っていて、ダイオードの検波出力が50mVあれば、これをつないでも、50mV近い電圧がその両端に発生して、うまく電力が伝達されました。しかし、ここに、スピーカーをつなぐと、あっというまに、ダイオードの出力電圧は0mVになってしまい。スピーカーは駆動されません。その下の図のように、入手が難しいですが、50K対8オームのトランスを使うと、スピーカーがちゃんと駆動できて、鳴ります。ただし 、このラジオは、中波の放送局のアンテナの見える町で、或程度の長さのアンテナを立てないと使えません。
例3を見てください。これは、SSB送信機の周波数変換回路の近辺を現しています。トランジスターの増幅器をつながない場合には、(A)点の電圧は100mVあったとします。この(A)点に色々な抵抗を付けてみて(もちろん抵抗の他端はアースに落として)、10kオームの時に50mVとなり、何もつながない場合の半分になったとすると、ここのフィルター出力のインピーダンスは、10kオームであると考えられます。10Kオームは中途半端なインピーダンスです。トランジスターの入力インピーダンスが約1kオームで、FETが約100kオームです。(50MHzの場合)。FETとトランジスターのどちらにしても有効に電力が伝達されません。トランジスターでうまく負帰還をかけて入力インピーダンスをあげるか、どうせフィルターの後はインピーダンス変換であって、増幅でないと割り切って、エミッターフォロワーかソースフォロワーにしてしまうのも手です。差動増幅器は入力インピーダンスが大体10kオーム程度になるのでいいかもしれません。これはまだ実験していません。*雑誌の回路の組み合わせで通信機を計画する場合に最も陥りやすいのが、このインピーダ ンスのアンマッチです。つまり、Aさんの作ったSSBジェネレーターは出力インピーダンスが10kオームで、Bさんの作ったコンバーターは入力インピーダンスが50オームであった場合が悲惨な結果を招きます。ほとんど電力は伝達されません。これは、極端な例ですが、いずれにしろ、インピーダンスのアンマッチが電力損失を招き、その結果、信号レベルが下がって、適正なレベルを割り込み、それを補う為に、増幅器を追加したが、歪みが増えて、というような事態になりかねません。私の、ホームページの回路図の中には、極力信号レベルと適正な負荷インピーダンスを書き込んでありますので、参考にされてください。

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