導入：私は、レーダーモジュールを使用した低コスト10GHz送信機を試すことに興味を持っていました（しかし、現代の通信に関する記事が多数ある中で、このような実験を行う人が他にいないようです）。最近、HamZoneの新フォーラムが開設されたので、この投稿で議論を活発にしたいと考えています。
GHz帯の通信は、一般的に純粋な研究目的の趣味無線という扱いになります。日本では、アマチュア無線愛好家が使用できる周波数帯は、最高で250GHzまでです。その中で1.2GHz10GHz帯のハム無線帯は、EME（直接交差モード）、対流層波導、衛星通信などの伝送方法の実験に用いられていますが、より高い周波数帯は、一般的にアマチュア無線愛好家が自作した装置で、視距での通信距離の限界を試すために使用されます。
最低の1.2GHz帯から248GHzまで、ほとんどの周波数帯には、市販のハム無線トランシーバーは存在しません。実験を行う場合、多くの場合、自作した装置と他の愛好家との間で通信協定を確立する必要があります。しかし、微電子産業およびソフトウェア無線技術の発展により、低い周波数帯の自作装置は、他の用途（ドローン、衛星テレビなど）の進歩によって、より優れた性能を発揮できるようになりました。本設計は、シンプルな10GHzマイクロ波測距レーダーをベースとしており、簡単な通信実験を実現しています。
本設計の中核となるのは、HB100のマイクロ波レーダーモジュールです。このマイクロ波レーダーモジュールは、内部共振として主にDRO（誘電体）を用いた発振器を使用しており、これにより内部構造を簡素化しています。このモジュールを分解すると、内部の主要回路がこのDRO結晶を中心に構成されていることがわかります。HB100の構造図を図1に示します。
内部では、DRO結晶を用いて10GHzの自発振周波数を生成し、これを直接送信アンテナ（PCBアンテナ）に送る一方で、混変調管に送って、自発振信号とPCB受信アンテナからの入射信号を混変調し、出力の中频信号を生成します。この設計では、主にDRO部分を利用しているため、受信部分は特に重要ではありません。
HB100モジュールを試験した結果、HB100の送信周波数は、主に入力電源電圧とDRO結晶自体の性質によって決定されることがわかります。HB100モジュールは当初、10.525GHzで動作していましたが、我が国のアマチュア無線帯である10GHz帯は10100.5GHzで500MHzの帯域幅を使用するため、HB100モジュールを修正し、その送信周波数をアマチュア無線で使用できる周波数帯内に配置する必要があります。
DRO 周りの物体を配置することで、一定範囲内で DRO の振動周波数を大幅に調整できます。特に HB100 モジュールにおいては、元の金属シールドケースは、シールド効果だけでなく、HB100 の振動周波数を固定する役割も担っています。この場合、金属シールドケースの正面にある DRO の位置に、適切なサイズの穴を開け、それに合ったネジを取り付けます。ネジの下側の表面が DRO の上側の表面と接するようにします。ネジをシールドケースにねじる深さを変えることで、DRO 上側の空間を変更し、その結果として DRO の振動周波数を調整できます。この調整ネジを取り付けた HB100 モジュールの例を図 2 に示します。このような修正を行うことで、このモジュールは 10.361 GHz で動作し、アマチュア無線帯の範囲内に収まります。
HB100モジュールの発振周波数も、電源電圧の影響を受けます。しかし、その影響は小さいです。この方法を利用することで、単一の周波数の信号をFM変調し、FM変調送信を実現できます。この変調の方法は比較的簡単で、三極管アンプ回路を使用して、入力オーディオ信号を増幅し、出力電圧をDC 5V付近に設定します。この部分の回路図を図3に示す。完成品を図4に示す。
テストの結果、この回路は入力されたオーディオ信号をモジュレートし、DROの電源電圧を調整することでFM変調を実現できます。テスト受信のために、対応する受信部分も必要です。ここでは、10GHz帯で動作するため、衛星テレビ用のLNB（低ノイズブロック）を利用できます。9.75GHzのLNBを使用し、Bias-Tを通して電源を供給します。Bias-Tの回路図は図5に示されています。
システム全体の構成図は、図6に示されています。
コンピュータ上のSDRコンソールを通じて、Adalm Plutoが送信機からの信号を受信できます。弊社で送信している信号の周波数帯は10.361GHzであり、LNB（低ノイズブロック）の基準周波数は9.75GHzであるため、10.361 - 9.75 = 611MHz付近で信号を受信することを期待しています。まず、6MHzの帯域幅を使用して、全体の周波数帯をスキャンし、送信信号が見つかったら、BC-FMを用いて復調を行います。ソフトウェアによる受信結果を図7に示します。（入力：50mV、1kHz正弦波）
図からわかるように、送信信号の安定性が低いことがわかります。この問題の原因は2つあります。1つがDRO（ダウンコンバーター）の温度安定性、もう1つがLNB（低ノイズブロック）の温度安定性です。
1つ目の問題であるDROの温度安定性は、予熱を行う、DROに安定した環境を提供するなどの方法で改善できます。2つ目の問題であるLNBの温度安定性は、LNB自体の安定化や、GPSを用いたクロック同期などによって改善できます。
FM変調方式の帯域幅は、変調信号の帯域幅によって決まるため、音声通信への適用においては、入力信号に対してフィルタリングを行う必要があります。これにより、送信帯域幅をできるだけ小さくすることができます。テストシステムの写真については、図8を参照してください。
参考文献：
[1] PA1SDB。3cm帯で「HB100」モーション検出デバイスと合わせて、3ユーロで購入可能。[2017年]。 http://home.deds.nl/~knol/HB100/.
[2] IK1HGI。HB100 ATV用モジュール[EB/OL]。[2021]。 https://www.qsl.net/ik1hgi/atv/hb100.htm.
[3] PE1RKI、DRO モジュレーター [EB/OL]。 http://www.pe1rki.com/dro.html.
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