2021年、長期間にわたる短波での運用が困難になったため、ついにすべての短波ラジオを売却し、より高度な周波数帯域への挑戦と技術的な準備を開始しました。そこで、国内のアマチュア無線でほとんど利用されていない1.3GHz帯という比較的容易な周波数帯域に焦点を当て、1.296GHzの自社ラジオシステムを構築することを試みました。
1.3GHz帯のアマチュア無線は、国内ではセカンダリーな用途として位置付けられており、使用できる周波数帯は1.240GHz～1.300GHzです。国際的には、DX（遠距離通信）を行う際には通常1.296GHzが用いられます。
1.3GHz帯のハム用受信機で、複数のモードに対応しているものは非常に少ない。現在入手可能なのは、KenwoodのTS-2000XとIcomのIC-9700程度だ。しかし、TS-2000Xは国内での流通量が非常に少なく、IC-9700は高価であるだけでなく、周波数安定性の問題も抱えている。そのため、自分で組み立てるという方法が私にはより適しているかもしれない。
海外の技術を参考に、144/430MHz帯用の既製品ラジオを使用し、アップコンバーター、フィルター、アンプなどを組み合わせて運用する方法がありました。しかし、2021年にはSDR（ソフトウェア無線）の技術が非常に成熟しており、このような原始的な方法を使う必要はなくなりました。直接SDRで受信・送信することが可能です。「やってやろう！」という意向です。
私はソフトウェア関連の専門分野を専攻していたため、回路基板のデザインに携わる経験はありませんでした。そこで、まずは144MHzの増幅器を設計してみることにしました。G4DDKさんの設計案を参考にし、最終的に完成させることができました。ただし、まだテストは行っていないため、本文では詳細な解説は省略します。
中心、核
まず、最も重要な信号周波数のソースとして、HackRF Oneを選択しました。これは、豊富なGPID制御機能、活発なコミュニティ、そして開発性の高さといった利点があります。HackRF One上で直接シーケンサーを実装することも可能で、さらに高精度クロックをインターフェース経由で導入することで、周波数変動の心配もありません。しかし、送受信の分離ができないという点がネックです。そのため、別途リレーを追加する必要があることになります。
前置増幅回路
前置アンプを設計する前に、まず私の目標とする出力電力を明確にする必要があります。「目標電力は150ワット」と設定しました。
注：なぜ150ワットなのか？ 一般的に使用される基板の材質は、FR-4（ガラス繊維強化エポキシ樹脂）ですが、1.2GHzは高周波領域に該当するため、エネルギーは銅線を通るのではなく、誘電体中を伝播します。 この場合、FR-4にはいくつかの欠点があります。まず、ガラス繊維が湿気を吸収しやすく、これにより誘電率が変化し、インピーダンスが変わります。 また、FR-4の誘電率は高いため、損失も大きくなります。さらに、TG値が低く、発熱も不安定です。 参考文献として参考になるMOSFETのP1dBは約150ワットです
私のHackRFの1.296GHzでの出力電力は11dBmであり、これは非常に低い電力です。一方、MRF6S9160Hで理想的なP1dBレベルの52dBmを達成するには、少なくとも32.5dBmが必要です。この場合、前置増幅器を設計する必要があります。
MRF6S9160H のデータシート
W1GHZが提案したPGA103+を用いたLNAの設計を参考に W1GHZのデザインリンクまた、PGA103+のデータシートも確認した結果、2段階でPGA103+を使用することを決定しました。このトランジスタは自己発振しにくく、ノイズも少ないため、HackRFでの最初の11dBmの増幅後、ほぼ2段階目のP1dBレベルまで、最終的には約33dBmに到達することが期待できます。まずは試してみることにします。
そこで、この回路を設計しました。
（注：一部のLC回路は、BG3MDOのデザインを参照しています。）
CMU200を使用したテストの結果、ゲインは非常に高く、23.6dBに達し、自己発振現象も確認されませんでした。性能は良好です。（※画像はまだありません）
アンプの主要な増幅部分
パワーアンプの中核となる増幅回路には、DF9ICのMRF6S9160を使用しています。しかし、この構成をそのまま採用するのは、マッチングが複雑であるため、また、非常に大きなヒートシンクがインピーダンス制御に悪影響を与える可能性があるためです。現時点では、この構成を模倣できるソフトウェアは見つからず、試行錯誤で解決していくしかありません。 DF9IC デザインリンク 春節明けに、調達と組み立ての準備を始める。
アンプの主要制御機能
アンプの中核的な制御は、PTTの状態、温度、出力（TX/SWR）の監視と表示であるため、現時点では、豊富なエコシステムを持つATmega328Pが最も適していると考えられる。
電力測定に関しては、筆者の現在の方法は、30dBの指向性結合器を使用して、伝送電力と反射電力を分離し、その後、減衰片を用いて、AD8313でRF電力信号を電圧信号に変換することです。
AD8313の場合、最大検出電力は0dBmであり、出力電圧の幅も比較的狭いため、LM358を使用して電圧の変化を増幅し、INA226でサンプリングを行い、I2C経由でATMega328Pに送信することで、最終的な電力を計算します。
さらに、ATmega328Pは、DPDTのRF同軸スイッチの切り替えと、LCD1206の表示を制御する必要があります。現在、開発ボードを作成し、このシステムの実現可能性を確認しています。
しかし、この回路は結局廃棄することになり、その理由は、オペアンプの温度特性が大きすぎるためでした。そのため、AD8362という製品を採用し、これにはすでに必要な電圧値が含まれているため、マイコン側のADCによるサンプリングだけで実現できると考えました。
そこで、もう一つの基板を設計しました。STM32G030を使用する方式を採用しました。
しかし、SPIディスプレイの制御にはまだ問題が残っていました。そのため、メインコントローラーの部分の開発は中断せざるを得ませんでした。
この時点で、再びアンプの主要な部分に戻ります。
続きは後ほど…
特別に感謝を申し上げます：BG5TOX、BG3MDO、W1GHZ、DF9IC
闽ICP备2021006864号-7
闽公网安备35020602002794号