nobcha23のエアバンド受信機自作ブログ DIY airband receiver BLOG

エアバンドレシーバーキットの組み立て、改造を手掛けます Assemble and remodel Chinese airband receiver kit

「外部デジタル局発改造エアバンドレシーバー」を修正。 I had changed some for receiver digital LO control.

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Improved receiver display

「外部デジタル局発改造エアバンドレシーバー」のソフトバグを一部修正し。機能追加変更しました。


1. SCAN機能が使えるようにしました。マニュアルSCANはロータリーエンコーダーでメモリーしたチャンネルをたどります。AUTOだと自動的にメモリーチャンネルを順にSCANします。更にAGC電圧をモニターし、信号無いと200mSで次のチャンネルへ、信号あれば1000mSで次のチャネルへ移ります。


2. メモリーチャンネルを50チャンネルに増やしました。


3. Sメーター表示付けました。ベランダに出したGPアンテナで近所の伊丹空港ATIS(128.6MHz)がフルスケールで受かります。AGC電圧とADCの関係からSなしでも1個表示あり。(信号有り無し閾値AGC電圧をもう一度チェック必要です。とりあえず今はS一個表示で使います。)この受信機でかろうじて受かるレベルは無信号と同じS表示一個です。内容わかるぐらいになるとS二個かな。


4. 残項目はSメーター表示改良です。

I had made effort to resolve bugs and improve functions.

1. I could make up automatic SCAN function and manual stepping SCAN.
2. I increased memory channel into 50.
3. I had furnished S-metor function. There is full scale for nearest ITM ATIS signal.
4. However there are remaining issues as S-meter display.

 

ではどんな構成になっているのか,ブロックダイヤグラムを見てください。ケース内部の配線は次の通りです。
There are many remodeling from original receiver kit and I will show you block diagram of set. The below picture shows connection of parts in the case.

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Brock diagram

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improved points

 

To decrease spurious noize by oscillator I added 6dB PAD on output of Si5351a clock. 局発のスプリアスを減らそうと思い、Si5351a出力には6dBPADを入れました。

 

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Remodel for adding 6dB PAD on clock output

チビディーノと言うUNO互換で並列LCD接続あり基板を使っています。ところが、USBシリアルはProfilicの海賊チップらしく、WIN10の自動最新ドライバダウンロードが働くと、ドライバは使えなくなります。そのたび毎に2005年の古いドライバ入れ替えが必要です。ところが、更にわけわからん現象がありArduiono IDEからプログラムをダウンロードできなくなりました。仕方ないので、秋月のUNO互換基板がICソケットなのを利用することにしました。ローダ付きATMEGAチップを買い、秋月UNO互換基板で書き込みし、ソケットから外し、チビディーノに入れ、デバッグ確認と言う手間がかかることをやっています。

 

 

 

 

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Si5351a with 25MHz Xtal

「外部デジタル局発改造エアバンドレシーバー」はとりあえず快調。 The receiver with digital LO is working well nevertheless with several bugs.

「外部デジタル局発改造エアバンドレシーバー」はソフトバグありますが、試作前に期待していたより快調です。

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外部デジタル局発使用のエアバンドレシーバー



ひとつにはよく使う周波数をメモリーに設定できるので、SCAN機能を使うと呼び出し簡単。


局発が安定になったことで中間周波数のフィルタをXTALに替えることができました。選択度上がり、ノイズ減りスケルチ無くてもうるさくありません。デジタル局発なので、一旦設定すると安定に待ち受けができます。とはいってもまだSCANキー機能の認識動作にバグあり、連続スキャンがうまくいきません。


まあ、とりあえずの単一チャンネル待ち受け、時々他のチャンネルを見に行くぐらいなら十分使えます。ちょっと使ってみた感じで欲を言えば、チャンネル数をもう少し増やしたいなと言うところです。スキャン機能ですが、メーカー製機械をよく知りませんので、そちらを研究してみて真似するのも手かなと思ってます。

 

The newly assembled receiver is achieving good job. Nevertheless there are several bugs, it works enaough for monitorinng.
Depending on digital controlled oscillator, I could change IF filter to XTAL narrow type. It brings very calm without squelth and very stable to wait.
There is still remaining bugs along SCAN, but single channel monitoring is well.

 

ではどんな構成になっているのかをまずはブロックダイヤグラムで解説します。
There are many remodeling from original receiver kit and I will show you block diagram of set.

 

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ブロックダイヤグラム

 

――――この後、スケルチ改造、操作改良し、次のようなフィーリングで使っております。

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Si5351a with 25MHz Xtal

「エアバンドレシーバーキット+外部デジタル局発」を一つのケースに入れました。 I had installed recerver kit and digital local oscillator into the case.

Good evening! It's no to see you recently.


こんばんは、みなさん。COVID-19対策大変です。通販で部品買って、お家ではんだ付け、プログラミング、組立だとCORONAリスク少ないですよね。

さて、中国製エアバンドレシーバーキットを組立て、動作安定化のため、外部デジタル局発接続に改造しました。

外部局発はMC145163を使ったPLLシンセサイザ回路やPIC+Si5351a局発などつないでテストしてきました。

MC145163を使ったPLLシンセサイザ回路では周波数範囲が狭くて向きません。PIC+Si5351a局発では周波数設定機能が限られていましたが、今回Arduinoへ移植し、機能操作の作りこみが一歩前進しました。

そこで、この際レシーバーキットと局発を一体ケースに入れ、受信機として使い込み、さらに一歩改良を目指すことにしました。

今回試作では、先日から取り組んでいるSi5351aを使いArduinoで制御する外部局発の操作機能も一つの目玉になっています。

I had remodelled Chinese airband receiver kit for combining with outside local oscillator.
There are several homebrew LO of MC145163 synthesizer, PIC16F1829 controlled Si5351a oscillator, and Arduino controlled Si5351a oscillator.
This time I should combine receiver and oscillator into same case to improve total operational ability.
As I could get better function of oscillator by using Arduino programing. My achievement were as below.

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中国製エアバンドレシーバーキットをデジタル局発に改造

 

ケース写真

1. 中国製エアバンドレシーバーキットを組み立て、外部局発で動くように改造。(参考回路図)
I had assembled Chinese airband receiver kit and modified for accepting outside loacal oscillator. (Please refer to circuit diagram.)

2. Arduino UNO互換の基板をベースにファンクションキー入力、ロータリーエンコーダー、1602液晶をつなぎ、Adafruit互換のSi5351aブレイクアウトボードを使った局発を試作。(周波数メモリーとかSCAN機能はまだ試作途中)
(一部不要部分有りますが、参考回路図です。Arduionoの試作中スケッチもあります。)

 


I connected function keys, rotary encoder, 1602 LCD, and Si5351a board of ADFRUIT compatible with Arduino UNO compatible board.
I could easily make up frequency control function by composing Arduino sketch.(Please refer to circuit diagram and Arduino sketch.)


3. タカチのYM-180へ以上を組み込み、卓上型エアバンドレシーバーを試作中。
(デジタル局発になり安定度が増したので、第一中間周波数のフィルターをクリスタルフィルターに交換。スケルティが要らないぐらいに信号なし時ノイズが減りました。))
I had installed those PCB and parts into TAKACHI's YM-180 case.noize when no signal
( I also remodelled first intermediate frequency filter from cerafil to Xtal filter ad 10M15A because I got better stability by using Si5351a LO. And Xtal filter brings good effect to reduce noize on no signal.)


こんな感じで動いています。詳しい説明は追って。
I would like to introduce current appearance. I will introduce details later.

 

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ケース内部構成

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フロントパネルの裏側

 

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Arduino based local oscillator for airband receiver kit 中国製航空無線受信機改造用局発のアルディーノ移植

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INDEX 目次:

「始めに」 Preface

「スイッチの操作仕様」 Switch function

「出来上がり回路図とスケッチとバラック組み立て」 Current result

「仕掛かり項目」 Pending issues

 

                「始めに」 Preface

Good day! Konnichiwa!
以前、PIC16F1829をコアにSi-5351a使用の中国製航空無線受信機用デジタル発振器を自作し、使用しておりました。次の写真はPIC16F1829でSi5351aを制御し、118.1MHz+10.7MHzの局発信号を発振、受信基板は外部局発信号入力に改造して118.1MHz(大阪空港管制)を受信している実験風景です。

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受信機キットと外部局発の実験



最近ARDUINO試作を再開したので、デバッグなどの利便性を考慮、PICからアルディーノ移植しました。 This time I had attempted to divert digital LO from PIC16F1829 MPU to Arduino UNO base.

せっかく作り直すので、使い勝手を良くしようと次のような仕様にしました。 I will show you newly adopted specification.

 

               「スイッチの操作仕様」 Switch function

0.とりあえずの実験用なのでSi5351aは5V(非保証値)で動かしています。

Currently I am using Si5351a with 5V supply which is irregal voltage for this component. Please note that this condition is as pending trial.

 

1.4種のファンクションキー(freq,step,memory,scan)とロータリーエンコーダースイッチを使い、周波数設定や記憶チャンネルスキャンを作りこみました。 There are 4function keys and rotary encoder for frequency setting or scanning channels.

 

2.周波数選択機能:freqキー押下でFモードになり、ロータリーエンコーダースイッチの右、左回転でSTEP周波数分増減します。
freqキーを長押しすると、表示周波数がEEPROMに書かれ、次回電源オン時に読み取り表示されます。

Frequency setting:On F mode you can tune fequency with step frequency. When you push longly freq key the machine shall put the displaying one onto EEPROM.

 

3.ステップ周波数選択機能:stepキー押下でSTモードになり、ロータリーエンコーダースイッチの右、左回転でSTEP周波数をルーレット形式で100Hz,1kHz,10kHz,100kHz,1MHz,10MHzを選択します。
stepキーを長押しすると、表示STEP周波数がEEPROMに書かれ、次回電源オン時に読み取り表示されます。 Step frequency setting: On step mode you can choose 6 kinds of step frequencies by rotating. When you push longly step key the machine shall put the displaying one onto EEPROM.

 

4.メモリーチャンネル機能:memoryキー押下でMモードになり、ロータリーエンコーダースイッチの右、左回転でメモリーチャンネルをルーレット形式で0-9を選択します。
memoryキーを長押しすると、該当チャンネルに表示周波数が書き込まれます。

memory mode: Pushing memory key brings memory mode and you can choose memory channel by rotary encoder as 0 to 9.

When you push longly memory key the machine shall put the displaying according one onto EEPROM memory channel..

 

5.スキャン機能:Sモードとなって、メモリーチャンネル機能で設定されたM-CH 0 9までを約200mSごとに巡回スキャンする。ARDUINOのA1入力をチェックし、低レベルなら500mS更に待つ。  Scan function: scan key brings scan mode as scanning each 200mS for memory channels. If A1 of squeltch signal the machine wait 500mS additionally.


6.電源ON時に周波数、STEP周波数をEEPROMから取得するが、値が不正なら、周波数は100MHz、STEP周波数は100kHzに設定します。 On turning on the machine recover frequency and step one. If the value are abnormal the machine change value 100MHz and 100kHz each.

 

7.表示は並列接続1602LCDあるいはi2c接続のSQM1602が使えるようにした。Si5351a基板はADAFRUITの互換基板を使うことにしています。(試作では秋月基板)

LCD displaying is corresponding i2c LCD and parallel interface LCD both. I adopted ADAFRUITS Si5351a break out board ( for trial I used AKIDUKI board).

 

 

               「出来上がり回路図とスケッチとバラック組み立て」 Current result

今後の追加試作も考え、KiCADで回路入力しました。今回試作ではARDUINO UNO互換のちびでぃーのを使ったがKiCAD入力回路図においてはARDUINO PRO MINIあるいはAT MEGA単体を使用するようにしました。
回路図は次。  Circuit diagram is here.
ARDUINOのスケッチです。  There is Adduino ino on this site.

引用したライブラリーやらコードについてはソース中にコメントしております。
参考にさせていただいたきむ茶工房きむらさん、上保先生Ben Buxtonさん、に感謝します。

 I'm very much thanking Mr.Kimura, Dr.Uebo, and Mr.Ben for my reffering their effort.


ということで、次のように試作発振部のみが完成。 I assembled LO portion as below.

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中国製エアバンドレシーバーキットを組み合わせるデジタル局発(Arduino使用)

 

何を苦労したか、時間かかったかと言うと、当初ロータリーエンコーダーを割り込みで組み込んだが、ファンクションキー(LCD&KEYシールドを真似たA0ポートアナログ電圧でキー種類判定)と組み合わせたら、動きがおかしくなり、さらにファンクションキーの長押し判定でも引っ掛かりました。長押し判定処理はまだおかしいところがありますが、とりあえず疲れたので、リリースすることにしました。

 

 

               「仕掛かり項目」  Pending issues

まだ、3.3V化とか受信機との組み合わせが残っています。タカチのYM-180に入れる予定です。そして、この局発が実用化できれば、10.7MHzの狭帯域化をしたいです。一応クリスタルフィルタ-は入手済。 There are two major pending issues: 3.3V supprying for nominal Si5351a voltage and narrow intermidiate band by using xtal filter.

 

Finaly I changed cpu board for Arduino UNO. Please jump to below BLOG.

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Airband receiver kit Airband receiver aluminum case

I measured the inductance value of front end PCB pattern coil in Chinese airband receiver kit. 中国製受信機キットのPCBパターンコイルのインダクタンスを測りました

This time I had made up LC meter by franclin oscillator used Arduino. This could
measure several nH of inductance.
今回フランクリン発振器利用LCメーターのアルディーノ移植出来上がったので、中国製エアバンド受信機キットのPCBパターンコイルのインダクタンスを測ってみました。


This is made from a same technical approach of AADE L/CM.この方式のLCメータはAADEにもあります。

 

I had measured two coils on below schematics.次に示す回路図/写真のコイルです。

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回路図から

 

To measure PCB coil I had carefully avoided stray inductance to shorten wiring. There was 8nH for smaller coil and 419nH for lerger coil.ミノムシクリップでつまむだけで数nHになるので、注意深く、部品リード線かすを利用して、コイル端子接続しました。

並列共振回路のコイルは8nHとでました。かなり小さい。直列の方は419nHとでました。

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PCBパターンコイル測定

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大きい方のコイル larger cooil



I'm noew designing airband LNA with filter. At that design smaller shall be 22nH of chip coil and larger shall be 650nH. Concerning with this value it is some
エアバンド用フィルタ付きのLNAを検討していますが、同じようなフィルタ設計で並列の方は22nH、直列の方は650nHのチップコイルを使おうと思っていますので、この測定値はいかにも小さいです。

この測定値でどの程度のバンドパス特性になるのだろうかと、AADEのフィルタ設計ソフトで調べてみました。
lower value of designed by PCB pattern coils.


Neil, a retired Boeing engineer, became a silent key on August 19, 2015.このソフトとか、LCメータを作ったネイルさんはボーイング社の元エンジニアだそうですが、2015年にサイレントキーだとあります。でもフィルタ設計ソフトは維持されているようです。

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AADE LCM PR


I had ever checked frequency characteristics of PCB pattern filter by hobby spectrum analiser. Then there was higher band allocated.以前にGigaSTV4.0で測った周波数でも周波数がエアバンドよりも高いほうにずれていて、頂が2つありましたが、同じような傾向です。

 

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Analised data

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スペアナ測定


This time AADE software is also reporting same tendency.
測定値が低い目に出ているのか、あるいはフィルタ特性ソフトへのパラメーターでQを入れていない(ロスなし)にしているのが悪いのでしょうか。今後の課題です。

 

LNA 30dB

エアバンドレシーバーキット組み立て後の改造改良TIPS There are some ideas tips along improbing kit sensitivity


中国製の航空無線受信機キットを組み立てて、色々改造や追加などやっています。

I'm trying to assemble and remodel China made airborne receiver kit in some ways.

 

イタリアのロベルトさんから組み立て後トラブルシューティングで相談来て、メールをやり取りしておりました。見直し点を連絡し、結果的には解決できたようです。その問題解決の途中でロベルトさんが回路自体を見直したら、いくつか感度アップのTIPSが出てきました。組み立て不具合見直しだけでなく、回路設計手直ししたらうまく動くようになったと返事がきました。

As Mr.Roberto asked me where he should review after assembly, we had exchange emails to solve his issues. Finally, he got a good result and he taught me how to remodel.

 

ここではロベルトさんから教えてもらった改造、回路見直しTIPSを紹介します。

I will introduce such tips for better sensitivity.

 

まずは初段の帯域フィルタですが、ロベルトさんは基板パターンコイルの替りにエナメル線コイルを巻き、入れ替えたそうです。
Mr.Roberto introduced to change PCB pattern filter coil to enamel wire coil.  I had taken the other way to change capacitors as I wrote the other BLOG procedure.

 


ワタシは可変コンデンサに変え、次に値をLCメーターで読み取り、固定コンデンサーに入れ替え、更にコンデンサーを折り曲げて、コイルと結合させて帯域をフラットにする方法を発見。次のブログを参照ください。

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On this point, I adopted the above remodeling procedure for improving first filter passband characteristics.

 

 

次にロベルトさんはNE602のアプリケーションマニュアルを見て、入力部に入っているR3:270Ω(エナメル線コイル基板バージョン、PCBパターンコイルバージョンでは図の通りR6となる)は感度ダウンになるとして、取り去ってしまいました。回路図は次になります。

この抵抗を取り去ってはダメなようです。局発入力レベルが低いとか不安定(切り替え時)にNE602が寄生発振するのを止める効果があります。

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NE602 surround circuit



Nextly he found no need for 270Ω resister on NE602 input and removed it as written on the circuit diagram above. 

Lately, I found that this 270 ohm was helpful for avoiding parasitic oscillation when the local oscillator being unstable(ie.: during changing frequency).

 

更に村田のセラフィルマニュアルを見て、10.7MHzセラフィルのインピーダンス整合が回路でとられていないことを発見。
ロベルトさんはYの#3から2SC3356へのパターンを切って0.01μF入れて、手前に抵抗を入れるということでしたが、ワタシは0.01μF+390Ωを入れました。
Furthermore, he found avoided impedance matching for 10.7MHa celafil and he cut PCB pattern trace bedween Y1#3 to 2SC3356 base and put 0.01μF bedween those instead and 390Ω for loading. I had changed as below circuit diagram.

この件では作った時からセラフィルの中心周波数で感度を取ると受信周波数が下がるような感じがあったので、MURATAのカタログ使用表からすると、インピーダンスが低くて低域の方へと特性が移っているように思えます。


また、もう一つありました。LM386の利得が取れていないので、LM386の#1-#8間に10μFを入れます。
He pointed LM386 low gain usage and added 10μF between LM386 PIN#1 and PIN#8 for gainning boosted.

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LM386の増幅度増やす

 このLM386利得アップは音が大きくなり、印象的な効果があります。この回路はもともと006P バッテリー駆動だったので、このコンデンサーはつけていなかったと推定されます。(元祖回路は次?)

www.tonyvanroon.com


After I  changed above issues, I got better sensitivity than ever.

 

Thanks much for Mr.Roberto's giving us advice.

 

ロベルトさんの情報提言に感謝します。(ところで、COVID-19のため、もう一か月以上彼の住む市街が閉鎖されているとのこと)

 

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35MHz-4000MHz RF SG ADF4351 VFO

PCBパターン型フィルターの帯域特性改善 How to imrove band pass condition.

エアバンドレシーバーキットを組み立てて遊んでいます。


初めに組み立てたキットではフロントエンドに入っているフィルタはエナメル線コイル、コンデンサーは固定でした。どんな帯域特性かと思ってアマチュア用スペアナでのぞいたら、しっかりした特性だったので納得でした。

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I'm handling Chinese made airband receiver kit.
At first I assembled enamel wire coil style kit and such filter characteristics was good pass band characteristcs with viewing amateur radio spectrum analyser.

 

次にもう一台組み立ててみようかと思って買ったら、今度はPCBパターンコイルのフィルタでした。こちらもどんなものかと特性を測ったら、かなりひどくて、エナメル線コイル式に比べてかなり感度が落ちる特性です。

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エナメル線空芯コイル式だとコイルを変形させて調整可能です。PCBパターンコイル+固定コンデンサデでは手が出ません。そこで、コンデンサーを可変コンデンサーに変えて特性改善を図ってみました。すると、コンデンサーを可変させてこねくり回すと、そこそこの特性が出ました。

When enamel coil style, we could tune coil inductance by resizing coil. However PCB pattern coils and fixed capacitors are rigid of characteristics. So I changed fixed capacitors into variable capacitors an I got some improved characteristics fianlly.

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Next time I am trying to assemble another style PCB as PCB pattern coil. When I viewed such pass band characteristcs as badly lower sensetive than enamel wire coil style.

 


これで満足していたら、イタリアのロベルトさんから、可変コンデンサーに変えて、回路図はどうなっているのという質問が来ました。
After then I got mail inquary from Robert san in to ask what value of adjusted capacitors and how being circuit diagram.


そこで、質問の裏の意図を察し、可変コンデンサーの調整値はいくらなのかを測定し、固定コンデンサーに置き換えられないのかの実験をやってみることにしました。
I guessed his asking being how to improve characteristic of PCB pattern filter.

 

回路図はこれです。回路図指定の固定コンデンサーの値、可変コンデンサを取り外してみて、自作のLCメーターで測ってみました。このLCメーターは1pF近辺まで測れるんですが、精度が±1pFなので、ちょっと荷が重い任務です。


First of all I used my developed LC-meter to measure capacitance value of variable capacitance. It was not so accurate and least measurement value was 1pF.

 

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回路図とコンデンサーの値あれこれ

 


フランクリン発振器をもう少し高い周波数にして、計算値の精度を上げれば0.1pFぐらいの誤差まで改良できそうですが、それはまた今後の課題とします。

 

ということで、可変コンデンサーの調整値を読み取り、部品ボックスから近辺の固定コンデンサーを探し出して付け替えました。
When I changed into fixed capacitors, but in vain it was not enough better than ever.

 

コンデンサーの改善値としては C3,C4は1.5pF、C7は43pF, C8は51pF、C9は33pFとなりました。


ところが、固定コンデンサーでは可変コンデンサーの値まできめ細かくないので、結局いまいち特性です。
After changed into fix value capacitance, pass band characteritics was not be improved beacuse of their value error.

 

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可変コンデンサーの値読み取り固定コンデンサーに変えたときの特性

 


次にこのフィルターで一番クリティカルなのはC3,C4のように思います。容量が1.5-2pFの間位にしないといけないように想定されます。
At this point I changed my thinking to tune by parts placement. It was most critical of C3,C4 as 1.5-2pF.

 

コンデンサーの浮遊容量とコイル間の相互結合で何とかならんかと思い、C3,C4,C8を基板の上に倒してみました。そうすると何とぴったりの帯域特性になるではありませんか。偶然とはいえ面白い結果になりました。
Depending on my easy idea, I bent C3, C4, C8 to be laid on those side. It brought better pass band characteristics as below.

 

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コンデンサーを基板上に寝かして特性改善した値

 

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C3,C4,C8をこのように寝かせると特性改善

 

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回路図まとめ

 

 

 

Airband receiver kit 

Airband receiver aluminum case

PLJ-1601-C 周波数カウンタ

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