VCOとかの勉強を始めると必ずと言っていいほどUlrich L. Rohde氏の著書や論文、特許とかにお目にかかる。

まだPLLとかが実用化される前から高性能なLC共振回路を使ったVCOを考案した先駆者である。温度特性や位相ノイズを低減する工夫は特許となっている。

このSMLUのVCOもおそらくRohde氏が設計に関わっていることは想像に難くない。

Rohde氏は今もVCOの先端分野で研究を続けており論文も発表している。IEEE Fellowでありドイツでは大学の教授も務められて後進の指導にも熱心。

Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c.mult. Ulrich L. Rohde

アマチュア無線とも縁が深く、VCOとか自作される方で知らない人はいないらしい。私はまったくのもぐりで知らなかっただけですが。

有名なR&Sの古い製品だけど中を見るにつけ当時最先端の技術を駆使されて設計されているのを目の当たりにして、これを設計した人たちはただ者ではないと感じたがやはりそうだった。このSMLUは電源投入直後から周波数ドリフトも少なく安定している。一般の教科書や実用書に書いてあるLC共振型のコルピッツ発振回路だとそのまま作っても温度で発振周波数がドリフトしたり位相ノイズが多くて使い物にならないのが普通。普通は安定した水晶発振回路で涙を飲むのが普通だった。当時そうした問題に真っ向から取り組んで驚くほど安定した発振と質の良い波形を取り出す方法を見いだしたのがRohde氏達である。

経歴を見ると海底ケーブル関係の仕事を経て今のR&Sを立ち上げたらしい。ということはヘビサイドとかの流れを受け継いでいることになる。さすがそうではないかという理論に裏打ちされた考案ばかりだ。

バンド５はかなり状況が悪くすぐに発振が停止する。

停止した状態でコレクタ電圧を測定すると正常時よりも下がってしまって2v程度になってしまう。ON状態のままらしい。

高いバンドになるにつれ多くの電流を流すようなのでかなり過酷な動作状態になる。シールドで囲まれているのでなおさら。

劣化しても仕方がない。

といってもどんなトランジスタが使われているかは上からでは見えない。何かデンターミラーとかを使えば見えるかもしれない。

例え交換できるトランジスタが入手できたとしても交換するのは容易ではない。しっかり足が空中半田付けされているのでそれらを外して再度配線しなおさないといけない。

トランジスタを押さえている放熱板のようなもののネジを回そうとしたらしっかりシール剤が塗ってあってネジが回らない。

ううむとりあえず次回はトランジスタの型番だけでも確認してみよう。バンド５は交換が必要だ。

一度上位３バンドのVCO発振回路のシールドケースを外して信号をあたってみることにした。

発振回路はかなり発熱していて電源を入れるとすぐに熱くなる。

特に上位３バンドの方はトランジスタを固定する金具が変色しているくらいだからかなり熱が出るのだろう。

まだ冷たい状態でバンド７が選択されている状態で電源を入れてカウンターで出力周波数を測ってみると800MHzになっていた。

しかしすぐさまいつものように不安定な表示になってしまった。

きっと発信トランジスタの温度上昇が影響しているのだろう。

今度は発振回路の供給電源電圧を見てみる。すると20v程度きている。見ると選択されているバンド用の発振回路にだけ電源が供給されている。同時に複数動作するということは無いらしい。

バリキャップに印可される電圧もちゃんと周波数設定に比例して変化する。

そのうちさっきまで問題なかったバンド５が再び持病発生で出力がまったく出なくなった。

バンド５の発振回路の出力端子にカウンターをつないでみてもまったくカウントしない。電源はちゃんと20v供給されている。さっきまではちゃんと発振していたのだが。完全な発振停止である。熱によって動作不能状態に陥ったのだろうか。単純な発信回路なので間違いない。

上位バンド３を選択している時に共通することは電源回路に発振ノイズがだいぶ乗るということである。カウンターをコンデンサーを介して電源回路につないでも発振周波数がカウントできてしまうほどである。

どうやらバンド５は発振用トランジスタの劣化らしい。

バンド７は発振はするが出力が異常である。まだ原因が発振回路側なのかAmp側なのかは切り分けはできないが、トランジスタが劣化して寄生発振をしている可能性もある。

SMLUはシャーシーが電源のグランドに落ちている。随所でシャーシーにグランド用の端子がもうけられている。今では考えられないが真空管の時代ではそれが当たり前だったのでその名残だろう。

あと基板上で40vと書いてあるがどちらもそれとはずれた電圧になっている。なにせDC電源は２つあるが元々AC電源電圧が違うので違う電圧になってしまうのは仕方がない。本当はどうなのだろう。マイナス電源がどうやって作られているのか確認してみよう。

今まで見た結果を整理するとどうやらALC Ampというのは３つのモジュールに周波数帯域別に分かれているように思えてきた。

低い方の４つのバンドはVCOから直接同軸ケーブルで中央のパワートランジスタモジュールに直結されている。

高い方の３つのバンドはそれぞれ上部にALC Ampが独立してもうけられているというもの。

AM変調とかはALC Ampで行われるのでそのあたりの変調入力がそれぞれのAmpモジュールに結線されているはずである。FM変調入力はVCOモジュールに結線されている。

そうするとかなり調べるべき箇所が絞られてくる。

やはりVCOモジュールの上部基板には蝶番がついていて反対側のネジを外すと上へ開くことができた。上下で挟まれて見えなかった中基板が見えた。



これではっきりしたのは低い周波数の４つのバンドは出力ケーブルが一本で共有しているということ。中基板を見るとスイッチングダイオードが４バンド分あるのでそれでどれか選択されているバンドだけ出力をイネーブルにしているようだ。

高い方の３つのバンドはそれぞれ独立して同軸ケーブルが発信回路から伸びている。今回問題があるのは一番高いバンド７でこれはVCOから最短距離でケーブルが伸びてすぐ上のバッファアンプモジュールに接続されている。もしかしてやはり高い３つのバンドはどれも常時生きているのだろうか？

あとはもう発信回路の出力を直接観測してみるしかない。

それと良く見ると基板上には+40vと-40vの表示がある。なのでどっかで正負電源があるはず。そういえば大きな電解コンデンサの近くにチューブラタイプの電解コンデンサが２つ空中配線されているのが見えた、あれだろうか。それにしてもGNDの表示が無いので電圧をチェックしようと思ってもできない。プリント基板のパターンもアナログ回路だし手書きの時代の産物なのでベタGNDとかわかりやすい目安も見あたらない。よく見ると今の時代ではみられない手配線を模したようなパターンが描かれている。GNDはどこだろう一点アースだろうけど。



こちらは直線性補完回路の裏面。７つのVCO制御出力電圧と電源と制御入力が配線されている様子が見える。これでわかるのは７つの制御出力は常時生成されているということ。

写真でもわかるとおりに電源トランスを使用している。トランスの二次側には26vと30vそれに2vの３種類のタップが出ている。

26vは底についているブリッジダイオードで整流されて大きな4700uFの電解コンデンサにDC出力が出ている。これはたぶん一番電流を供給できるDC電源の元だろう。

それとは別に30vの高めのタップはおそらくVCOの制御電圧を生成するための40vの基準電圧を生成するのに使われていると思われる。整流回路はおそらくリモート制御基板のところにあると思われる。そこにDACが載っているので基準電圧が必要であるのと、VCOの直線性補完回路の基板に+40vというテスト端子が出ていたことからVCOの制御電圧は40vの電源が使用されてると思われる。

いまいち配線の結線が見えないのでどこにどうつながっているか追いにくい。よく考えればすべてのモジュールは電源とグランドがつながっているはずだけどケーブルの色がまちまちでどれが電源やら信号やら区別がつかない。

そういえばアナログ機器なのに正負電源は使われていないのだろうか？

SMLUのVCOモジュールは内部が３重構造基板になっていて最低部がシールドボックスで覆われた発振回路、その間に一枚基板があり、更に上部にもう一枚基板があるように見える。上部側の蓋が外せるようなので開けてみてみた。



出てきたのは各７つのバンド毎の直線性補完回路である。発信回路自身は必ずしも制御電圧と比例して直線的に発信周波数が変わるわけではないので、実際の発信回路の直線性を補完するために制御電圧を部分的にカーブさせる必要がある。実際にはいくつかの区間を直線で補完するという感じだろう。そのために沢山の可変抵抗器が実装されている。当たり前といえばあたりまえだけどノウハウ的な部分だろう。

直線補完された制御電圧はそれぞれの発信回路のバリキャップダイオードに印可されていると思われる。この基板もネジを外せば下の基板が見えるように開けるような感じもするが配線がどうなっているのか不明なのでまた今度にしよう。

よく見ると上部のモジュールには蝶番がついていて片側を固定しているネジを外すと上へ開く形で持ち上げることができるのを発見。



これで今まで見えなかった内部の配線や基板が見えるようになる。特にバッファモジュールの結線が見える。Tと印刷してあるのは以前撮った部品面の写真と照らし合わせると高周波トランジスタの足らしい。

下のVCOモジュールからは同軸ケーブルが４本しか出ていなくてうち３本が上部のバッファモジュールにつながっている。一本は左側につながっていて２本は右側につながっている。２つのモジュールからはそれぞれ１本ずつ出力と思われるケーブルが出て下のALC Ampモジュールの方向へ行っている。VCOの残り一本は直接したのALC Ampの放熱板の下へつながっている。放熱板にはやはり高周波パワートランジスタの足らしき２本のネジが見える。



ということは７つのバンドのうちいくつかは共通ケーブルということになる。おそらく低い４つのバンドが１本を共有していて、高い方の３バンドがそれぞれ独立したケーブルで出てきているのかも。上部のバッファは広帯域アンプでそれぞれのバンドの周波数カバー域でフラットな出力になるように調整されているのかもしれない。どれがどれかは直接オシロかカウンターで信号を観測してみないと今はわからない。ケーブルの結線を追えば少しはわかるのかもしれないけど。



それまでは確認できなかった電解コンデンサの仕様とかも読めるようになった。64v 4700uFである。結線を外してコンデンサ単体で容量を計測するとまったく容量抜けしていない。大したものである。さすがドイツ製。他の小さいケミコンが少しカビが生えたような状態になっているのがいささか心配。

同軸ケーブルとか外れるのかと思ったけどどうやら簡単には抜けないようだ。VCOのケースを開けて結線を確認してみよう。

それにしてもバンド切り替えスイッチはだんだんと状況が悪くなってきている。変調切り替えスイッチとかは何故か真新しく金属メッキも新品に近い。最近になって交換されたのだろうか。他にも他のプリント基板と比べていかにも新品くさいのがある。これも交換修理されたばかりなのかもしれない。何せ昨年までメンテナンスされていたものらしいので。スイッチを交換するにしてもケーブルの半田付けを全部やり直ししないといけないので大変な作業になる。第一交換パーツが今も存在するかどうかは期待しないほうがよいだろう。

驚いたのはリモートコントロール用のオプション付きのモデルなのだが、外部からBCDコード入力で周波数を設定できるようにDACが使われている点である。あとバンド選択も背面のアンフェノールコネクタ端子からBCDコードで入力してプログラムすることができる。そのためにフロントパネルのプッシュボタンでProgramというのを選択する必要がある。このために配線が大変複雑になっていることは否めない。

小脇の方にある小基板群がなんのためのものなのかは未だ謎。電源にしては枚数が多すぎるのでスイープ用のノコギリ波発信回路だろうか。

今のところバンド７の出力がおかしい原因を探るために次ぎはVCOモジュールのバンド７の発信回路の信号を観測してみることにしよう。

底部の方もひっくり返して蓋を開けてみた。中央部分はどうやらALC Ampらしく半分が大きな方向性結合器で半分がALC Amp部分だと思われる。



その隣の箱には更に小さなシールドボックスがあり、どうやらここにVCOの発振回路が収められているらしいと見当をつけて開けてみた。



予想通り７つの発振回路が収められていた。手前が４つの低い周波数バンド用、奥の３つが高い周波数バンド用。それぞれ発振用トランジスタと周波数チューニング用のバリキャップダイオードがあるのが確認できる。どれも単純なLとCを使った発振回路である。低い周波数になるに従ってバリキャップを複数パラに接続して容量をかせいでいる。

見ると複数の発振回路が隣り合わせなので隣接する発振回路の影響を受けるのではないだろうか？

電源とかも振られそうである。

それ以前にバンド選択プッシュボタンスイッチがやばそうである。引っ込んだ状態のまま出てこないときもあるので選択回路がどんな状態になっているかわからない。もしかしたらそこがちゃんとしていないので同時期に複数のバンド用のVCOが動作して出力波形が変になっているのかもしれない。バンド切り替えスイッチ部分はかなり劣化が進んでいて今にでも壊れそうである。

そういえば電源の押しボタンスイッチも最初はランプがついていた気がしたがいつしか点かなくなっている...orz

上部についている薄目のシールドボックスの蓋を恐る恐る開けてみた。座金をなくさないようにネジを外すと簡単に蓋がとれた。



VCOだと思いきやそのバッファアンプのような感じ。一見すると単純な回路構成に見えるが、アルミの板にへその様なポッチがついた部分はすべて方向性結合器であると思われる。ポッチは終端抵抗だろう。

パターンも入念にマイクロストリップラインを駆使して設計されていることがうかがわれる。ほとんどノウハウの世界である。

いやまいった。