S2001・6JS6世代が寄せる自作AMへの思い
2013. 6 掲載
はじめに
AMは、807世代が青春をふりかえるもののように語られますが、我ら、S2001・6JS6世代から見てもアマチュア無線の魅力を再認識する良い材料です。AMで遊ぶとすると、
①昔ながらのPSg同時変調とか三極管プレート変調の機械
②最近のリグ＋リニヤアンプというシステム
③PCでソフト的にAM波を発生させミクサーでアマチュアバンドに持ち上げるシステム、機材
④E級アンプ
⑤業務用のデジタル放送機のアマチュア版
⑥FPGAとDDSを組み合わせた全デジタルHWによる目的周波数の直接発生
などの遊びが考えられますが、私は個人的には、①③が面白いと思っています。そのような中、この記事は、①を真空管で実現するとして、諸先輩方のアプローチを超えていくにはどうしたらよいか、あまり知られていないアイデアや注意点を主に綴った記事です。
AMの理解
AMの一番わかりにくいところは電力の定義だと思います； １アマの試験問題にあるように、正弦波で変調したAMのピーク電力は、キャリヤ電力の4倍になります。リニヤアンプで増幅するなら、キャリヤ出力の4倍まで動作するものが要ります。例えば500W出力のアンプを使う場合のキャリヤ出力は、少し余裕を見るとしても100Wがひとつの目処といえるでしょう。そしてこれがＡＭ電力の呼び値になります。
しかし、AM通信のエッセンスはサイドバンド成分にあるので、キャリヤは補助的意味合いしか持ちません。したがって大電力キャリヤを唱うより、如何に強いサイドバンド電力を送り出すかが重要です。ここで、これも１アマの試験問題にあるようですが、サイドバンド成分の電力は、正弦波で100%変調する場合には、USB、LSBそれぞれ、キャリヤの1/4です。50％変調なら1/16。
たとえば、500Wのアンプを使うと、キャリヤ出力は100W程度が目処で、その際のサイドバンド成分は、上下それぞれ、最大でも25Wずつです。500Wのアンプを使いながら、25WのSSB送信機と同じにしかならない といったことがAMの現実です。帯域利得を考えると少しは改善するかもしれませんが。
このようなサイドバンド成分は、AM送信機では変調機から供給されます。したがって変調機には余裕のあるものが必要です。また、ピークがカツッとクリップされるものより、だらだら伸びる3極管を使ったものがいいです。出力の目安は、正弦波では終段入力の半分と言われますが、後述する音声の特性を考慮に入れると、終段入力の8割から余裕を見て終段入力程度まであっても良いと筆者は思っています。
PSg同時変調の真空管送信機の重要な点
"この手"の送信機でよく遭遇するうまくない症状は、、、 あ～っとやったとき、プレート電流が減る。電力計のフレも減る。でも、電球ダミーだとちゃんとパカパカする。ぅん？？？ といったところと思います。これは、云わゆる、マイナス変調です。
この対策は、まずドライブ。終段C級増幅はRFのスイッチングですから、変調の有無に係わらずそのスイッチング状態を変えないぐらいドライブすることが重要です。フル側に着目すると、Ipが飽和するところまで励振することも必要です。結構強い励振がいると言えるでしょう。 どのくらいドライブが要るかというと、次の通り： カットオフバイアスはEsgをμSgで割った値だから、たとえばS2001でキャリヤ状態のEsg＝130V、μSg＝5とすると、カットオフは－25V～30V位。100％変調時にはEsgは倍の260Vになるから、その状態でもC級動作を維持させるためには、少なくともこの倍以上のバイアスが必要。余裕を見て3倍、つまり、Ig×Rgで80～90Vのバイアスがかかるように励振すればよい と分かります。
Rgが33kなら、大体Ig= 2.5～3mAでしょうか。カソード抵抗のドロップも数ボルトは見込めます。流しすぎるとグリッドがかわいそうなので、適切な値にします。この目線でみると、おなじみのTX88Dは、少しドライブがさびしいかもしれません。
電圧の可変が可能なら、その状態で、プレート電圧とスクリーン電圧を倍にしてみて（変調ピークの状態を作りだしてみて）、パワーが4倍になるかどうか確認してみると良いでしょう。S2001クラスのタマでも、このような電圧範囲は意外に狭く、大きなキャリヤ電力は無理です。また中古の使い古したタマでは、電圧を倍にしてもパワーは4倍にならないでしょう。NGです。
電源も重要です。変調に応じてB+がパカパカ動くようなものはNG。AMの連続キャリヤと、その上に乗っかる変調をガッチリ受け止める、容量の大きな電源が必要です。
一方ドライブを強くするのが難しければ、スクリーンの電圧を下げます。ドロッパ抵抗を使っているならこれを大きくします。たとえば20ｋが付いているなら、50ｋとか70ｋとかに。これだけでメーターの振れが激変すると思います。ただしキャリヤ電力は減りますので、わかってはいても悔しいものですね。
Sg回路のパスコンは大きい必要はないです。1000pでも７Ｍで22Ωです。変調トランスに専用巻き線があれば良いですが、ドロッパ抵抗を使う場合は、この抵抗とパスコンでLPFを形成します。20kΩ、0.01μなら、1kHzで50度も位相が回ります。オシロのプローブの要領で位相回転を防止するよう、ドロッパ抵抗に並列にコンデンサを抱かせて対策します。抵抗を大きくした際には十分注意が要ります。やりたいことは、PSg「同時」変調です！
大電力の送信機になると、ドライブがかかっていない状態で送信したとか、直熱管の終段でクランプ管が暖まっていないうちに送信してしまったとか、あるいはバンド設定を間違えたとか、ちょっとしたミスでも致命的な被害を受けます。不意の事故に対する十分な手当、様々な安全回路を組み込んでください。送信管が動作せず変調機のみが働くような場合に、変調機出力をダミーに自動的につないでおくようなことも必要と思います。
諸アイデア
[1]変調ピークの扱い
ネガティブピークは、ダイオードを３つ使ったクリッパーを内蔵することでコントロールできます。簡単な回路なので組み込みをお勧めします。一方ポジティブ側は、ネガティブ側がゼロに落ち込まない範囲でいくらでものばせるので、変調機出力電力、バリコンやコンデンサの耐圧などに十分な余裕が必要です。大きな部品を使ってください。
[2]変調音のモニタ
終段管にカソード抵抗をいれてやると、その両端でスピーカーを鳴らせます。勿論ヘッドホンもOK。ただしDCカットを忘れないでください。
[3]出力波形のモニタ
アンテナ出力を小容量のコンデンサでカップリングした端子を設けておけば非常に便利です。波形のモニタは勿論、トラペゾイドを描く等、様々な用途に使えます。
[4]放熱
AMはキャリヤが出っぱなしですから、大きな熱が出ます。大電力機では冷却が必須です。リニヤアンプをつけるとすると、アンプのプレート効率は25％から30％くらいになるので、先にのべたピーク電力の問題とともに要注意です。100W出すには230Wが連続で熱になると考えてください。この状態は、500W出力デューティー2:1のCWを連続送信する、コンテストと同じような状態です。場合によっては、ファンのoffディレーも必要でしょう。
製 作
[1]デザイン
長く使う機器は満足できるデザインであって欲しいもの。私はいつも、実物大スケッチを描き、ミリ単位で正確に寸法をとってデザインを決めます。まずデザインから入り、それを満足できるよう部品配置等に頭をひねります。
[2]板金加工
一番辛い部分ですが、できあがりを想像しながら、ゆっくり焦らず進めます。私はLアングルを多用し、大量の皿ネジをつかって筐体をつくってゆきます。アルミ板のカットは、樋加工をしているような町の板金加工屋でやってくれます。綺麗な加工が出来るととてもうれしいものです。同時に配線への意欲が湧きます。
[3]部品
新品とジャンクを織りまぜざるをえませんが、勘どころはしっかりしたものを使いたいもの。ジャンクは超音波洗浄機で綺麗にしてから使います。トランスは伊勢の西崎電気で作ってくれます。ドアノブコンは協和電器に。電解コンやバリコンは秋葉原の店頭でも十分に入手可能。エアーダックスはUSAから手に入ります。リレーは、遅延リレーなど凝ったものでも、オークションに良く出ています。
[4]構造
高圧回路の保護が欲しいですね。変調ピークではDCの倍の電圧になりますから。どこに電圧がかかっているか といったことは作った当初はばっちりですが、5年もたてば忘れるかも。とすると、アクリル板など、何か防護があった方が良いと思えます。
[5]配線
真空管の取り付け方向は縦でも横でもOKですが、横の場合は何ピンが上を向くようにといった指定がある場合があります。マニュアルとにらめっこしてください。
高周波回路ではカソードのパスコンのアースポイントに、Sgのパスコンやプレート負荷のパスコン、プレートバリコンなどのアースポイントをできるだけ集めることが重要。目に見えて動作が安定になります。変調回路では、ヒーターのリターン側の配線に注意して、シャーシにリターン電流を流さないようにしてください。各球ごとにアースするのではなく、ホット側、リターン側とも配線材で接続し、どこか一点でシャーシアースにつなげばよろしい。これでハムがグッと減ります。TX88Dは、変調基板のパターンカットなどこの対策をすれば、ハムのレベルが別次元のものになります。
[6]調整
結局RFもAFも、意味は違いますが一点アースです。
コイルのタップの調整には、アンテナアナライザがよく使えます。リニヤアンプハンドブックにインピーダンスブリッジを使う例が書いてあったと思いますが、最近のアナライザは良くできているので非常に好都合です。
運 用
とにかく声を伝えることが重要です。
そのためにはスピーチアンプが重要。自分の声の特性を知って、通信に有利な音声を作りだしてください。市販のオーディオ機器の数々が利用できます。もちろん、帯域を不用意に拡げないことも必要です。SCAFフィルタが有益に活用できましょう。
さらに、音声には極性があります。これが正弦波とは異なる重要な点で、伸びている方を変調のピーク側にあわせると、ネガティブが０に落ち込まない範囲で大きくピークを伸ばすことができます。私のところでは（個人の声質に依存すると思いますが）、正弦波ではピーク電力4倍のところ、音声では6倍程度のピーク電力になります。途中でも述べましたが、このパワーは全て変調機から供給されるので、変調機が重要です；大きなものが要ります。
リニヤアンプ方式では、アンプの調整はキャリヤでやるのではなく、声のピークの状態（キャリヤの4倍）でやります。そうすれば声のピークが綺麗に伸びます。キャリヤ状態での調整に比較すると、幾分ロードのバリコンを抜いたところになります。これは、FT101などの古い機械を使う場合でも同じ。AMモードのキャリヤではなくフルパワーのCWでファイナルのチューンを取り、チューンはそのままに、キャリヤパワーがCWの1/4くらいになるようにしぼって（AMのモードを調整して）使います。
このたぐいの話は、スクリーングリッド変調にも通ずるものがあります。オシロが要りますが、トラペゾイドを常時監視しながら運用するようにすると安心できますね。まとめ
S2001・6JS6世代が作るAMについて、如何に先輩方のアプローチを越えていくかという目線で、アイデアや注意点を綴ってみました。「PSｇ同時変調」「真空管」の範囲でもいろいろな新しいことが出来ます。最近はIT系のツールが著しく発展しているので、この範囲を超えていくとすると、またいっそう楽しみが拡がること請け合いです。
本稿では、500Wのアンプを使っても25WのSSB送信機と同じ とか、音声ではピークパワーは6倍になる など、少し刺激的かもしれない内容も思い切って書いてみました。どのような実現形態であれ、これらは、これからAMをやってみようとおっしゃる方には、様々に頭をひねって頂けるネタだろうと思っています。
ここで取り上げたほとんどの内容は、回路図とあわせ、筆者のホームページに詳細な解説とともに掲載しています。参照いただければと思います。
また、筆者のホームページにもリンクを多数掲載していますが、海外のホームページをたぐると、これまで国内では見聞きしなかった面白いネタにたどり着くことがあります。既知のネタにとどまることなく、そういう新しいネタを掘り起こし共有できるのも、ITが発展した中、未だ現役真っ最中を突っ走る、我々、S2001・6JS6世代のAM のポイントだと思います。