Ｈｉ−Ｆｉ ＡＭの実験

１．　はじめに

　　平成23年3月11日に発生した東日本大震災においては、地震の大きさ、津波、原子力発電所での事故と生涯初めての大惨事である。

当地でも震度６弱〜強の揺れを観測し我が家にある簡易震度計「グラグラフ」では震度７を表示した。 幸い被害は、東北地方ほどではなかったが、近くの那珂川近くの低い土地では、地盤が弱く物置の倒壊、液状化現象が多くのところで観測されすぐ近くの那珂川の堤防も１ｍ近く陥没していました。 　我が家では、石の塀の一部が落下、屋根の瓦が数枚ズレたが、落下までは至らなかった。両親の住む母屋では、屋根の鬼瓦が１個落下した。　外観は、土台のモルタル部分の一部に細かいヒビが入った程度、内部は、壁のクロスに内側の石膏ボードのヒビに伴う割れが多数見受けられた。 　原子力発電所の事故に伴う放射性物質放出に伴いこの地域も放射性物質が降り線量が高いホットスポットが存在する。ちなみに、一度も計測したこと無かった簡易型ガイガーカウンタで屋外で計測したとき水素爆発事故直後（数時間後）はピークで5マイクロシーベルト近くまで振れることもあった。現在は、0.08マイクロシーベルト位まで低くなっているがそれでも事故以前の２倍以上のレベルある。

　家の中は、地震により、積み重ねたものが崩れ足の踏み場もないくらいの状態になって、物置も例外でなく中に立ち入れない状態でした。
　余震が、少なくなり、少しずつ片づけや整理をする中で、開局当時使っていた無線機が、保管されていた物置の中から顔をだしていたのです。

　震災前は、自動車に取り付けた無線機で、なじみのローカル各局と電話で通信する程度で、時々ＨＦを受信し、3.5MHzや7MHｚのバンドが拡張された2009年頃からAMで運用しているのを受信していた程度としばら活動は停滞していました。

　もともと帯域の狭いトーンのなんとなくせせこましいSSBよりは、帯域の広いAMやFMのゆったりとした感じ、チューニングをとり同調するとAGCが効いてさっと周りのノイズ音が消えて、静かな所で話しているあの感じが何ともいえません。
これは、信号強度がある程度以上に強くないとだめですけど、開局当時、昭和のよき時代のことを思い出し、開局当時使っていた無線機を見つけ、修理、復元して現在でも立派に使用に耐えるものへ改造することを思い立ち、本格的にＡＭで遊んでみることにしました。

　変調方式では、プレート変調、プレート・スクリーングリッド同時変調方式が定番ですが、開局後は、ハイシング（Ｐ・Ｇ２同時）変調、スクリーングリッド（Ｇ２）変調、フローティング・キャリア変調、コントロールグリッド（Ｇ１）変調、サプレッサーグリッド（Ｇ３）変調など教科書に載っている多様な変調を片っ端から実験していました。今回、ＡＭを再開するにあたり、開局当時と同じでは面白くないですから、基本性能を高くすることを目標の以下のことを考えました。

（１）全搬送波SSBの電話　Ｈ３Ｅ（Ａ３Ｈ）では不満。

（２）最初からAMのリグを作成するの容易でないので、見つけたＴＸ−８８Ｄを活用する。

（３）ＡＭは真空管の無線機と親和性がある。

（４）基本的な構成はオリジナルを維持し機能面で改善をする設計としたい。

（５）搬送波出力は、Ｓ／Ｎ比の良い通信を確保するため５０Ｗとし、歪み無く１００％まで変調でき、高忠実度（Ｈｉ−Ｆｉ）を目指す。

（６）高周波部終段は、Ｓ２００１シングルからパラレルへ増設し、アンテナのトラブル等で全負荷が加わっても特別な保護回路が無くても耐えられるようにプレート損失を確保する。

（７）変調器は、搬送波出力５０Ｗであることからプレート変調の場合、オーディオ出力が５０Ｗ以上必要である。

（８）歪んだ電波によるスプリアス放出を抑制するために、基本変調特性は良好とする。

　　　そのために、低歪率，直線性、周波数特性のフラットな範囲を広く確保し、オーディオ前段で帯域制限を行う。

　この条件でＡＭを送信するとなると、総合的に考え、やはりAMの王道であるプレート変調とスクリーングリッド変調を同時に行うのが良さそうであるという結論に達しました。

２．プレート変調の特性について検討

　終段管をＳ２００１×２とした場合、ベースとなっている６１４６Ｂでは、プレート損失が２７Ｗ（ＣＣＳ）、３５Ｗ（ＩＣＡＳ）となっており、２本（パラレル接続）のため、その２倍と考えて良い。

　終段のプレート効率は、ＲＦ搬送波出力５０Ｗで、固定バイアスとリークバイアス併用による完全なＣ級増幅器としてプレート効率は７０％以上を目指す。

　この場合、プレート入力電力Ｐinは、

Ｐin＝50/0.7＝71［W］

　この入力を確保するには、プレート電流Ｉpの最大値を150mAと仮定すると必要なプレート電圧Ｖpは

Ｖp＝71/0.15＝473[V]

　この程度必要である。

　この場合、プレート損失は、６１４６Bの CCS規格で厳しく考えると

Ｐd＝71−50＝21[W]

となり２本分の全プレート損失５４[W]に対し３３[Ｗ]分余裕がある。

　このことから、十分なオーディオパワーを供給できればプレート損失に余裕をもって１００％まで変調できることが期待できます。

　ここで、AM変調についておさらいです。

�A搬送波の電力、側波帯の電力

これらは、電圧比ですから、電力比に直してみます。 　本当は時間で積分しなければなりませんが、これらのどの成分も同じインピーダンスＺの負荷（アンテナ等）に流れ込むので、比を求めるなら単に電圧の２乗比でよく、 搬送波電力　　Ｐc＝Ｖc2/2Ｚ　　　　…(6) 上側波帯電力　ＰU＝(ｍＶc/2)2/2Ｚ　…(7) 下側波帯電力　ＰL＝(ｍＶc/2)2/2Ｚ　…(8) となります。

当然のことながら、上側波帯と下側波帯は対称なので、(7)と(8)からも分かりますが、それらの電力は等しく、 　ＰU＝ＰL　…(9) です。また、Ｐcに対するＰUやＰLの比率は、 　ＰU/Ｐc＝ＰL/Ｐc 　　　　＝{(ｍＶc/2)2/2Ｚ}/(Ｖc2/2Ｚ) 　　　　＝ｍ2/4　…(10) となりますから、確かに、変調率ｍ＝1の時、単一の側波帯の電力は搬送波の1/4になっていることが分かります。 しかも、ｍの二乗なので、ｍ＝0.7では約1/8になってしまいます。 全電力ＰTを搬送波電力Ｐcで表せば、 　ＰT＝Ｐc＋ＰU＋ＰL＝Ｐc(１＋ｍ2/2)　…(11) となります。

　これで、変調度と搬送波電力が与えられた時のAM波の電力、または、搬送波電力とAM波の電力が分かっている時の変調度の計算などが可能になります。

たとえば、搬送波電力が５０Ｗであれば１００％まで変調されたときの全電力Ｐ_Tは

　　Ｐ_T＝５０（１＋１^２/2）＝７５[Ｗ]

となります。つまり、プレート効率が７０％とすれば１００％変調時の最大入力電力は１．５倍であるから

　７５／０．７≒１０７[Ｗ]

出力分を差し引くと

　１０７−７５＝３２[Ｗ]

のプレート損失になる。

　終段管はパラレルなので６１４６Ｂと仮定すると２本でプレート損失は５４Ｗですので余裕あることが確認できます。

なお、変調器出力は、効率が７０％ならこのプレート損失分相当を供給できれば良いことになります。

また、搬送波電力＝５０Ｗ、ＬＳＢの電力＝ＵＳＢの電力＝１２．５Ｗということになり、ＳＳＢ受信機で受信した場合には、約１０Ｗ出力相当のＳＳＢとして受信されますので一般の交信と同様に行えます。

実際にはプレート効率は、４０〜６０％と悪い場合も想定すると最大入力電力は１２５Ｗ，変調器の出力は少なくとも６３Ｗ以上の歪みの少ないオーディオ出力が確保できれば、搬送波出力５０ＷのＡＭ変調波を１００％程度まで変調して送信できることになります。

３．　実際にはどうするか

　ＲＦ部分はゼロから製作するのに部品集めからシャーシやケース加工と大変ですので、物置で見つけた開局当時使用していたＴＸ−８８Ｄをベースに、手持ちのオーディオ用パワーアンプを組合わせてＨｉＦｉ ＡＭ送信機を構成したい。
アンプはオーディオ用パワーアンプなのでスピーカー端子があるわけで、オーディオ用の出力トランスをつないでインピーダンスのステップアップを行い変調器とします。手持ちの関係でＬＵＸ　ＯＹ−１５−５相当のトランスと１０Ｈのチョークを変調リアクタとして変調器を構成することにしました。

　その外にもオーディオアンプ用パーツが多数ありますので，活用することにする。

　またパワーアンプにはプリアンプがついていないので、別途プリアンプが必要。

　当初，６ＣＡ７ＰＰのアンプで変調の試験をしていましたが，フル稼働させないと深い変調がかかりません。そこで手持ちの拡声用ＰＡ（パワーアンプ）で試すことに。

このアンプはモノラルですがマイク系統が４ＣＨ、ＡＵＸが２系統あり，それぞれをミキシングでき、Compress機能、Graphicイコライザ機能、出力トランス付きで最大出力１００Wのアンプです。試験的に試したところ余裕があり相性がとても良いのです。

最近では，多くの機能が内蔵されたデジタルコントロールアンプ等も入手できますので，機会があれば，総合的な音づくりに挑戦したいと思います。

最終的に修復＋改造ＴＸ−８８Ｄは次のような回路になりました。ＴＸ−８８Ｄの改造記についてはこちらを参照下さい。

変調用信号は，別筐体の半導体による汎用変調器（パワーアンプ部）から供給して変調する。

完成後の各種特性については，別途ご紹介しますのでお待ちください。

Ｒｅｔｕｒｎ