RFツートーンジェネレーターの製作

※LPFを自動切り替えするRFツートーンジェネレーターをこちらで新たに作成しました。2022-03-19

　試作したRFツートンジェネレーターは、HF帯では問題なく使えそうなので作成することにします。
　回路図です。二つのRFを合成するコンバイナと高調波を取り除くLPFも追加しました。BPFも考えたのですが、とりあえずLPFで作ってみます。

　基板を加工するために、アマゾンでCNC3018-PROというCNCフライス盤を購入しました。CNCフライス盤も中国生産で2万円程度と安くなりました。部品の精度も問題ないので、マニュアルに従って2時間もあれば組みあがります。CNCのコントロール基板は、基板作成のためのゼロ点調整も対応しています。

　パターンはPCBEで作り、ガーバーデータを出力します。ガーバーデータは、FlatCAMというpythonとQtで作成されたソフトウェアでGコードに変換します。なお、穴あけは面倒なので表面実装で作ります。

　GコードをCNC3018に付属していたCandleというソフトウェアで読み込みます。基板加工は、薄い銅箔を均一に削る必要があるので、基板の平面度が重要となります（ネットの情報で知りました）。Candleには、Heightmap機能といって基板の平面度を測定する機能があるのでこれを利用します。

　CNC3018に付属していたエンドミルです。先端がV型になっており、基板などを加工するためのものらしいです。これで基板を削ってみました。基板は、ランド工法で使うために切り出した5cm角のもので、1.6mm厚片面基板で材質はCEM3です。これをCNCフライス盤のテーブルに両面テープで張り付けて加工しました。

　最初の1枚目は、削る深さが浅すぎてパターンがすべてつながっています。2枚目は、多少良くなりましたが、所々でパターンがつながっています。3枚目でいい感じになりました。トレースを2回として、2回目を90％のオーバーラップする設定で加工しました（FlatCAMで設定できる）。バリが出ますが、スポンジやすりで磨いたら、きれいなパターンができています。線の幅は0.3mm程度なので、さらに細かいパターンもできそうです。

　作成した基板に部品を実装してテストしました。続けてコンバイナの基板もCNCフライス盤で作成しました。LPFの基板は、簡単なものですが、これもCNCフライス盤で加工しました。

　LPFは、ソケットによる交換方式としました。とりあえず、8MHz、15MHz、30MHz、50MHzのLPFを作りました。いつもの秋月電子のプラケース（中）に入れて完成です。

　7MHzと14MHzのツートーンです。IM3は、7MHzで-82dBc、14MHzで-74dBcとなりました。

　28MHzと50MHzのツートーンです。IM3は、28MHzで-64dBcとなりました。50MHzでは、IM3とIM5が-54dBcとなりました。

　LPFは、コネクタによる取り回しの影響もあり高調波が落とし切れていませんが、とりあえずOKとします。

　差分周波数を0Hzとして、同じ周波数を合成すると理論通り出力が6dB増加します。

　かなり前に作成したTA4002Fを使用した広帯域プリアンプのIMDを測定してみました。入力波形は21MHzで20KHz差の2周波です。TA4002FはVHFからUHF（1.3GHzまで対応）用なのでHF帯の性能は保障されていません。

　プリアンプへの入力をステップアッテネーターで調整します。プリアンプ入力が-49dBm時のIM3は-58dBc以上、入力が-40dBm時は-50dBcとなりました。

　プリアンプ入力が-30dBm時のIM3は-40dBc、入力が-20dBm時は-20dBcとなりました。IM3が-30dBcとなる入力は-27dBmでした。一般的にIM3が-30dBcあればリニアな領域と判断していいでしょう。このプリアンプを歪みなく利用するには入力は-27dBm、利得は20dB程度あるので出力は-7dBmまでということになります。

　CNCフライス盤を初めて使ってみましたが、箱から取り出してから今回の簡単な基板加工まで1日かかりました。しかし、設定のコツをつかんだので同じエンドミルで加工する限りは簡単です。PCBEでパターンさえ作れば短時間で基板加工が可能となりました。

　AVRのプログラムです。CコンパイラはXC8を使用しています。I2Cのライブラリは、Tiny用ならどれでもOKです。Githubで公開されているTinyI2CMasterを使用させていただきました。周波数ステップ切替スイッチの長押しで周波数差分の設定モードに移行し、もう一度長押しすればその時の基本周波数と差分をメモリに書き込みます。周波数差分は+1MHzから－1MHzまで設定可能としています。差分を0Hzとすれば普通の信号発生器と同じように使用できます。