【SA602A】 使用レポート　エアバンド・コンバータ編
2011年1月　　　KY
◎はじめに
	NXP社シャのRF用ヨウIC「SA602A」を使ツカってみました。
	このICはDBM(Double-balanced mixer)と発振ハッシン回路カイロを内蔵ナイゾウしたもので、外部ガイブ部品ブヒン点数テンスウが
	少スクなく、簡単カンタンに「周波数シュウハスウ変換ヘンカン」を行オコナうことが出来デキます。
	詳細ショウサイはメーカーのデータシートを参照サンショウ願ネガいます。
◎航空コウクウ無線ムセン受信ジュシン変換ヘンカン装置ソウチを作ツクる
	応用オウヨウは色々イロイロ考カンガえられます。
	今回コンカイはなるべく部品ブヒン点数テンスウを最小限サイショウゲンにして「航空コウクウ無線ムセンを受信ジュシンする装置ソウチ」を製作セイサクしました。
	（以下イカ、エアバンド・コンバータと呼ヨびます）
	航空コウクウ無線ムセンの周波数シュウハスウ帯タイは色々イロイロあります。今回コンカイは約ヤク120MHz〜130MHzで運用ウンヨウしているバンド
	とし、その受信ジュシン構成コウセイを図ズ1に示シメします。
	SA602Aは発振ハッシン部ブ（局キョク発ハツ）を内蔵ナイゾウしていますので、この部分ブブンで約ヤク42MHzを発振ハッシンすれば、
	変換ヘンカン後ゴの周波数シュウハスウFoutは図ズ1のように78MHz〜88MHzとなって、この信号シンゴウを市販シハンのFM
	ラジオ（アナログ方式ホウシキ）で復調フクチョウさせようというわけです。
	注意チュウイ：135MHzあたりまで運用ウンヨウされているようです。正確セイカクな周波数シュウハスウ範囲ハンイは筆者ヒッシャには分ワかり
	ませんので、受信ジュシン範囲ハンイを約ヤク120MHz〜130MHzの範囲ハンイとしています。
◎回路カイロ
	回路カイロを図ズ2に示シメします。電源デンゲンは6V。（単タン3×4本ホン）
	SA602Aのデータシートどおりの回路カイロで発振ハッシン部ブ（局キョク発ハツ）は「オーバートン」(overtone mode)
	で3倍バイオーバートーン発振ハッシン。
	例タトえば、20MHzの水晶スイショウ振動シンドウ子コであれば、20MHz×3=60MHzになります。
	今回コンカイは水晶スイショウ振動シンドウ子コに「14MHz」を用モチいましたので、
		14MHz × 3 = 42MHz
	となります。
	したがって、120MHzを受信ジュシンした場合バアイ、
		120MHz ± 42MHz = 78MHzおよび162MHz
	となり、T3で78MHz(FM放送ホウソウ帯タイ)に同調ドウチョウさせてこの成分セイブンを取トり出ダします。
◎部品ブヒン表ヒョウ
	部品ブヒン表ヒョウを表ヒョウ1に示シメします。
	BNCコネクタのJ3は感度カンド（変換ヘンカン利得リトク）測定ソクテイに用モチいたもので実際ジッサイの運用ウンヨウ（使用シヨウ）には
	不要フヨウです。
	水晶スイショウ振動シンドウ子コの14MHzは手持テモち部品ブヒンです。これに近チカい周波数シュウハスウの「14.31818MHz」など
	は入手ニュウシュ性セイが良ヨいと思オモいますので、このような周波数シュウハスウでも良ヨいです。
	ただし、C3の値アタイは20pFで発振ハッシンしないかもしれません。（要ヨウ調整チョウセイ）
	表ヒョウ1　部品ブヒン表ヒョウ
	部品ブヒン番号バンゴウ	部品ブヒン名メイ		型番カタバン		メーカー	数量スウリョウ	備考ビコウ
	C1	ケミコン10μF/25V		25YK10		Ruby-con	1
	C2,C4,C9	セラコン　0.01μF		CCDC50V103*10			3	103
	C3	セラコン　20pF		CCDC50V20P*10			1	要ヨウ調整チョウセイ
	C5,C6,C7	セラコン　10pF		CCDC50V10P*10			3
	C8	セラコン　47pF		CCDC50V47P*10			1
	IC1	RF用ヨウIC		SA602AN/01.112		NXP	1
	J1	M型カタレセプタクル		V-7511K-T			1	ANT
	J2	絶縁ゼツエンターミナル		TM505キ		MSK	1	OUT1
	J3	BNCコネクタ（メス）					1	不要フヨウ
	T1	FCZコイル		FCZ07S144		FCZ	1	144MHz
	T2	FCZコイル		FCZ07S50		FCZ	1	50MHz
	T3	FCZコイル		FCZ07S80		FCZ	1	80MHz
	X1	水晶スイショウ振動シンドウ子コ		14MHz			1
		ケース		MB2		TAKACHI	1
		ユニバーサル基板キバン		LUPCB-7247-NS		Linkman	1
		電池デンチケース		BH3412B		Linkman	1
		電池デンチスナップ		006PI		Linkman	1
		ビス、スペーサ類ルイ					1式シキ
		注意チュウイ
		セラコンはすべて10個コ入イりの型番カタバン
◎製作セイサク
	ユニバーサル基板キバンにて「とりあえず、実験ジッケン」をしてみました。
	実験ジッケン後ゴにプリント基板キバンにするつもりだったのですが、ユニバーサル基板キバンで動作ドウサしてしまった
	ので、そのままです。
	写真シャシン1に内部ナイブの様子ヨウスを示シメします。
	実験ジッケンのつもりだったのでICの実装ジッソウにはICソケットを用モチいています。
	製作セイサクされる方カタはICソケットを用モチいないほうが良ヨいです。
	配線ハイセンは極力キョクリョクコンパクトに部品ブヒン配置ハイチを行オコナい、短ミジカく配線ハイセンします。
	配線ハイセン長ナガ（特トクにコンデンサ）が長ナガいと図ズ2の回路カイロ定数テイスウではうまく動作ドウサしないかもしれません。
	用モチいた基板キバンサイズは「72×47サイズ」ですが、写真シャシン1のように基板キバン面積メンセキの1/3くらい
	に収オサまるようにコンパクトにしています。
	コイル(T1〜T3)のシールドケース
	は図ズ3のように「ツメを横ヨコ方向ホウコウに曲マげて」
	メッキ線セン等トウ（部品ブヒンの余アマったリード線センでも可カ）
	を利用リヨウして基板キバンのGNDラインに接続セツゾク
	（はんだ付ツけ）します。
	ケースはTAKACHIのMB2を用モチいました。
	ケース無ナしでも良ヨいと思オモいますが、基板キバン
	が剥ムき出ダしですとトラブルの元モトです。
	なるべくならケース収納シュウノウをお勧ススめします。
◎調整チョウセイ
	○局部キョクブ発振ハッシン器キ（局キョク発ハツ）
	局キョク発ハツ部ブはテストポイントTPにオシロスコープを接続セツゾクして確認カクニンすれば簡単カンタンに行オコナうことが
	出来デキますが、オシロスコープ無ナしでの方法ホウホウを図ズ4に示シメします。
	図ズ4のような「高周波コウシュウハプローブ」を用意ヨウイ（製作セイサク）します。
	高周波コウシュウハプローブは高周波コウシュウハ（交流コウリュウ信号シンゴウ）をDC（直流チョクリュウ）に変換ヘンカンするもので、このDC電圧デンアツ
	を確認カクニンすることで発振ハッシンの有無ウムを確認カクニンします。
	高周波コウシュウハプローブはコンデンサとダイオードが各カク2個コの回路カイロ規模キボですから、エアバンド
	コンバータの基板キバン上ウエに組クんでも良ヨいと思オモいます。
	なお、ショットキダイオードはゲルマダイオードでも代用ダイヨウ可カです。
	C3は筆者ヒッシャの場合バアイ、固定コテイコンデンサ20pFとし、T2のコアを調整チョウセイしましたが、用モチいる水晶スイショウ
	振動シンドウ子コによってはこのコンデンサ容量ヨウリョウで発振ハッシンしない可能性カノウセイがあります。
	そこで、C3には「トリマーコンデンサ30pF」を用モチい、T2のコアは少スコし入ハイった状態ジョウタイにして
	おきます。
	トリマーコンデンサをまわすと、どこかのポイントでテスターのメーターが振フれ、
	これにより発振ハッシンしているかの確認カクニンが出来デキます。
	メーターが振フれない場合バアイは、T2のコア位置イチを動ウゴかし、再度サイド、トリマーコンデンサを調整チョウセイ
	します。
	それでも発振ハッシンしていないようでしたら水晶スイショウ振動シンドウ子コを違チガう型番カタバンにして確認カクニンします。
	筆者ヒッシャの場合バアイ、型番カタバン（メーカー）の異コトなる水晶スイショウ振動シンドウ子コを3種類シュルイ確認カクニンしてみたところ1種シュのみ
	発振ハッシン出力シュツリョクが小チイさいものがありました。
	図ズ5に筆者ヒッシャの調整チョウセイデータを示シメします。
	アナログテスタの場合バアイ、機種キシュと測定ソクテイレンジにより発振ハッシン出力シュツリョクの測定値ソクテイチが異コトなります。
	また、発振ハッシン出力シュツリョクの調整チョウセイポイントは図ズ5のように最大サイダイ出力シュツリョクではなく、「やや、下サがったポイント」
	にします。発振ハッシンレベルとコア（またはトリマーコンデンサ）の調整チョウセイでレベルが変化ヘンカしますが、
	ゆるやかなカーブ（傾斜ケイシャ）側ガワで少スコし下サがったポイントにします。
	デジタルテスタの場合バアイ、このカーブ（特性トクセイ）が直感的チョッカンテキに判断ハンダンしづらいのですが、アナログ
	テスタではこの特性トクセイが良ヨく分ワかります。
	○調整チョウセイ用ヨウ簡易カンイ信号シンゴウ発生器ハッセイキを作ツクる
	受信ジュシン感度カンド調整チョウセイには「なんらかの信号シンゴウ源ゲン」が必要ヒツヨウです。
	そこで、簡単カンタンに作ツクれる「簡易カンイ信号シンゴウ発生器ハッセイキ」を紹介ショウカイします。
	図ズ6が回路カイロで、以前イゼンにレポートした「LTC1799」を用モチい、タイマーICの「LMC555」と組クみ合アわ
	せて、120MHz近辺キンペンを発振ハッシンするものです。
	※LTC1799使用シヨウレポート　はこちらです
	LMC555により約ヤク1KHzを発振ハッシンさせ、この信号シンゴウでLTC1799をON/OFF制御セイギョします。
	LTC1799の最高サイコウ発振ハッシン周波数シュウハスウは30MHz近辺キンペンです。この波形ハケイは矩形クケイ波ハですから、
	基本キホン発振ハッシン周波数シュウハスウ成分セイブンの他ホカに2倍バイ、3倍バイ、4倍バイ・・・などの「高調コウチョウ波ナミ」を含フクんでいます。
	例タトえば、30MHzを発振ハッシンさせれば、4倍バイの高調コウチョウ波ナミは
		30MHz×4=120MHz
	の成分セイブンがありますから、これを調整チョウセイ用ヨウの信号シンゴウ源ゲンに用モチいようというわけです。
	LTC1799からの信号シンゴウのみでは「変調ヘンチョウ」がかかっていません。これですと、LTC1799からの
	信号シンゴウなのか判別ハンベツしにくいので、LMC555からの約ヤク1KHzの信号シンゴウでON/OFFさせると
	受信ジュシンした場合バアイ「ピーー」というような復調フクチョウ音オトになります。
	スイッチS100はLTC1799の発振ハッシン周波数シュウハスウを確認カクニンするための切換キリカエスイッチで「OFF側ガワ」に
	するとLTC1799のみの発振ハッシン出力シュツリョクになり、これを周波数シュウハスウカウンターで確認カクニンします。
	最近サイキンは安価アンカなディジタルテスタでも30MHzくらいはカウントする機種キシュもあるようですから、
	周波数シュウハスウの確認カクニン用ヨウにこのようなテスタを利用リヨウすることも可能カノウです。
	LTC1799からの出力シュツリョク(OUT)はこのままで大オオきなレベルなので、どこにも接続セツゾクしません。
	▼　LTC1799　はこちら
	▼　LMC555　はこちら
	○受信ジュシン感度カンド調整チョウセイ
	図ズ7に要領ヨウリョウ図ズを示シメします。
	用モチいる周波数シュウハスウカウンターは入力ニュウリョクインピーダンスは高タカいことが望ノゾまれ、機種キシュによっては安価アンカ
	なディジタルテスタの周波数シュウハスウカウンター機能キノウが使ツカえます。
		（手順テジュン）
		�@最大サイダイ感度カンドにしたい周波数シュウハスウを決キめる。
		筆者ヒッシャの場合バアイ、125MHz近辺キンペン。
		�A簡易カンイ信号シンゴウ発生器ハッセイキのS100をOFFにし、LTC1799の出力シュツリョク周波数シュウハスウが31.25MHz
		となるようにVR100を調整チョウセイ。（つまり、31.25MHz×4=125MHz)
		�BS100をONし、エアバンドコンバータからのANT線セン（20cmほどの線セン）を簡易カンイ
		信号シンゴウ発生器ハッセイキに近チカづける。
		�CFMラジオのチューニングダイヤルを83MHz近辺キンペンにして「ピーー」という
		受信ジュシン音オトが出デることを確認カクニンする。
		この場合バアイ、ANT線センを簡易カンイ信号シンゴウ発生器ハッセイキに近チカづけすぎるとFMラジオの83MHz
		近辺キンペン以外イガイでも受信ジュシンできてしまうので、ANT線センを少スコし遠トオざけて83MHz近辺キンペン
		でしか受信ジュシンできないように調整チョウセイ。
		�DT1,T3を調整チョウセイし、FMラジオからの受信ジュシン音オトが最大サイダイとなるようにする。
◎測定ソクテイ結果ケッカ
	出来上デキアがった試作シサク機キの「変換ヘンカン利得リトク」をグラフ1に示シメします。
	125MHzで最大サイダイ感度カンドとなるように調整チョウセイした後アトの結果ケッカです。
	120MHz〜130MHzの間アイダで、ほぼ、10dB以上イジョウの利得リトクです。
周波数シュウハスウ	変換ヘンカン利得リトク
120	9.8
121	11.4
122	12.5
123	13.6
124	14.2
125	14.5
126	14.1
127	13.4
128	12.3
129	11
130	9.5
	特性トクセイ1に120MHzを受信ジュシンした場合バアイの周波数シュウハスウ変換後ヘンカンゴ(OUT2にて観測カンソク）のスペクトラムを
	示シメします。
	受信ジュシン信号シンゴウFr=120MHz、Fosc=42MHzですから、Fout=Fr±Fosc=120MHz±42MHz
	となり、78MHzと162MHzの成分セイブンが観測カンソク出来デキています。
	ただし、T3にてFM放送ホウソウ帯タイに同調ドウチョウしていますから、この成分セイブンは増幅ゾウフクされ、Fr+Foscの
	成分セイブンは減衰ゲンスイされています。
◎アンテナを作ツクる
	○グランド・プレーン・アンテナ
	航空機コウクウキまたは基地局キチキョクを相手アイテの受信ジュシンではどの方角ホウガクから電波デンパが飛トんでいるか分ワかりません。
	そこで、受信用ジュシンヨウのアンテナとしては「無指向性ムシコウセイ」のほうが有利ユウリです。
	色々イロイロとアンテナをどうするか考カンガえたあげく、今回コンカイは「グランド・プレーン・アンテナ」を作ツクって
	みました。
	図ズ8にグランド・プレーン・アンテナの構造コウゾウを示シメします。
	このアンテナは無ム指向性シコウセイで、垂直スイチョクに立タっている「ラジエータ」と水平スイヘイ方向ホウコウ（または傾斜ケイシャ）の
	「ラジアル」で構成コウセイされ、ラジアルがGNDの代カわりになり本数ホンスウは複数フクスウです。
	ラジアルの角度カクドによりアンテナとしてのインピーダンスが決定ケッテイされ、約ヤク140°で50Ω近辺キンペン
	になります。
	また、ラジエータおよびラジアルの長ナガさは図ズ9　a ) のように原理的ゲンリテキには「1/2λ」になりますが、
	実際ジッサイには若干ジャッカン短ミジカめになり、125MHzの場合バアイでの計算ケイサン結果ケッカを図ズ9　b ) に示シメします。
	○製作セイサク
	図ズ10に各部カクブの材料ザイリョウを示シメします。
	ラジアルとラジエータに金属キンゾクパイプを用モチいることにしましたが、長ナガさ調整チョウセイする必要ヒツヨウがあります。
	とりあえず、ホームセンターで材料ザイリョウを物色ブッショクしたところ、「都合ツゴウの良ヨい材料ザイリョウ」を見ミつけました。
	伸縮シンシュク方法ホウホウははんだ付ツけによる方法ホウホウを考カンガえていたのですが、銅ドウパイプ（中空チュウクウ）のΦ3はΦ4に
	そのまま収オサまり、すこしぐらいでは抜ヌけ落オちません。
	これなら伸縮シンシュク調整チョウセイに便利ベンリということでラジエータはこの構造コウゾウです。
	（注意チュウイ：Φ3がΦ4のパイプに収オサまるとは限カギりません。筆者ヒッシャがホームセンターで購入コウニュウした
	ものは丁度チョウド、収オサまりました）
	ラジアルは真鍮シンチュウ（しんちゅう、黄銅オウドウ）のΦ3です。特トクに真鍮シンチュウにこだわる必要ヒツヨウはありません。
	同オナじΦ3のパイプでは銅ドウより真鍮シンチュウのほうが価格カカクが安ヤスかったので真鍮シンチュウを採用サイヨウしています。
	エンビパイプは同軸ドウジクケーブルの保護ホゴと固定コテイ用ヨウに用モチいています。
	固定コテイ用ヨウとしては若干ジャッカン不十分フジュウブンで、少スコし工夫クフウが必要ヒツヨウです。
	（これしか思オモいつかなかった）
	以下イカ、各部カクブの組立クミタテを説明セツメイします。
	（図ズ11　ラジエータをはんだ付ツけ）
		中空チュウクウのΦ4銅ドウパイプを約ヤク50cmにカットしたものをM型カタ同軸ドウジクコネクタ（メス）に
		はんだ付ツけします。
	（図ズ12　　ラジアルを圧着アッチャク端子タンシにはんだ付ツけ）
		計算値ケイサンチは58.4cmですが、圧着アッチャク端子タンシの大オオきさを考慮コウリョし、Φ3の真鍮シンチュウパイプ
		（中空チュウクウではない）を約ヤク57.5cmにカットしたものを「R5.5-4」の圧着アッチャク端子タンシに
		差込サシコミ、圧着アッチャク後ノチにはんだ付ツけします。ラジアルは4本ホン（4方向ホウコウ）です。
	（図ズ13　　ラジアルの固定コテイ）
		ラジアルを同軸ドウジクコネクタ4箇所カショの穴アナにビス止ドめします。
		この時トキ、1箇所カショは同軸ドウジクケーブルの網アミ線セン接続セツゾク用ヨウに「アースラグ」を1個コ共トモ締ジめ
		しておきます。
	（図ズ14　　同軸ドウジクケーブルの配線ハイセン）
		同軸ドウジクケーブルをコネクタにはんだ付ツけ。
	○アンテナ調整チョウセイ
	ラジエータの長ナガさを調整チョウセイし、希望キボウの周波数シュウハスウに共振キョウシンするようにします。
	筆者ヒッシャの場合バアイ、「リターンロス」を見ミながら125MHz近辺キンペンに調整チョウセイしました。
	この調整チョウセイには測定ソクテイ器キが必要ヒツヨウになるのですが、ほぼ、当初トウショの設計セッケイ値アタイどおりで良ヨいと思オモいます。
	地上チジョウ（室内シツナイ）調整チョウセイ後ゴに屋外オクガイに設置セッチすると若干ジャッカンずれます。
	参考サンコウとしてグラフ2に設置セッチ後ゴのリターンロス特性トクセイを示シメします。
	121MHz近辺キンペンが共振キョウシン点テンになっていますが、受信ジュシン用ヨウですからこれで可カとしています。
	写真シャシン2にアンテナ外観ガイカンを、写真シャシン3に設置セッチ風景フウケイを示シメします。
◎使用シヨウ感カン
	○感度カンドは良ヨい
	感度カンドは良ヨいです。（ただし、用モチいるアンテナによる）
	用モチいるFMラジオは「アナログ方式ホウシキ」が必要ヒツヨウで、なるべく「感度カンドの悪ワルい機種キシュ」が良ヨい。
	あまり、感度カンドの悪ワルいFMラジオはないようですが、ラジオ内蔵ナイゾウのロッドアンテナを
	たたんだ状態ジョウタイでも、筆者ヒッシャの場合バアイ、地元ジモトFM局キョクが受信ジュシンできてしまうので、ラジオ内部ナイブの
	アンテナ配線ハイセン部ブを切断セツダンして用モチいています。
	FMラジオの感度カンドが良ヨすぎるとFM放送ホウソウが邪魔ジャマ。
	写真シャシン4のラジオは感度カンドは悪ワルくありませんが、チューニングが楽ラクなのでエアバンドコンバータ
	とは相性アイショウが良ヨいです。
	○自作ジサクアンテナのほうが感度カンドが良ヨさそう
	市販シハンディスコーンアンテナと比較ヒカクしました。定量的テイリョウテキなデータは取トれていませんが、
	周波数シュウハスウによっては、あきらかに自作ジサクアンテナのほうが感度カンドが良ヨい結果ケッカです。
	（少スコし自慢ジマン！！）
	ラジアルは圧着アッチャク端子タンシを用モチいて取トり付ツける構造コウゾウですが、圧着アッチャク端子タンシは意外イガイと柔ヤワらかく、
	角度カクド調整チョウセイ後ゴ、強度的キョウドテキに少スコし弱ヨワいです。
	強ツヨい風カゼを受ウけるとラジアル角度カクドが変カわる心配シンパイがあり、なんらかの工夫クフウが必要ヒツヨウです。
	アンテナに関カカわる材料費ザイリョウヒは金属キンゾクパイプ以外イガイは手持テモち部品ブヒンと廃材ハイザイを利用リヨウしましたので、
	銅ドウパイプと真鍮シンチュウパイプの購入コウニュウ費用ヒヨウで約ヤク1400円エンほどでした。
◎まとめ
	感度カンドには満足マンゾク♪
	ただし、市販シハンのディスコーンアンテナ等トウ、ちゃんとしたアンテナが必要ヒツヨウです。
	市販シハン品ヒンの中ナカでは
		第一ダイイチ電波デンパ工業コウギョウ  D130
		第一ダイイチ電波デンパ工業コウギョウ  D190
	などがあります。詳細ショウサイはメーカーのデータシートを参照サンショウ願ネガいます。
	筆者ヒッシャの市販シハンディスコーンアンテナは20年ネンほど前マエに購入コウニュウしたもので、現在ゲンザイの場所バショに設置セッチして
	から8年ネンほど経タちます。さすがにメーカー製セイは頑丈ガンジョウなものです。
	製作セイサク後ゴは朝アサから夕方ユウガタまで航空コウクウ無線ムセンを受信ジュシンし、これがBGMがわりになってしまい、
	かなり「怪アヤしい人ヒト」になっています。
	周波数シュウハスウ変換後ヘンカンゴの復調フクチョウは市販シハンのFMラジオに頼タヨる構成コウセイでしたが、いっそのこと図ズ17のように
	「ジャンクラジオ改造カイゾウ記キのラジオ」を親オヤ受信ジュシン機キとして一体化イッタイカした「ハンディタイプのエアバンドレシーバ」
	とすれば空港クウコウ近チカくに行イって受信ジュシンすることも可能カノウです。
	SA602Aを用モチいてエアバンドコンバータを製作セイサクしましたが、他ホカに応用オウヨウが色々イロイロ考カンガえられます。
	図ズ17のエアバンドレシーバも捨スてがたいところで、これを作ツクると、ますます「怪アヤしい人ヒト」
	になってしまいます。