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20 米波單邊帶旅行者收發機

MFJ-9420 20m SSB Travel Radio

No.44   1996 Sep.   p87~91,   by 馬玉麟 BV5DD/1, 宜蘭羅東郵政 3-34 號 Email:bv5ddma@ms2.hinet.net






前言

    三年多前,正值太陽黑子仍在旺盛時,不管在 40 米波、20 米波和 15 米波段,都是清晰可愛,不久後,才了解 B 字頭電台,不像 BV,可以周遊列國,而是有所不方便,同時個人三年前,馬腳太癢,一到週末假日,便騎著腳踏車到山上、海邊亂逛,背囊帶著一部 C520 的 V/U 波帶的手機,但是一打開電源,不是被砍殺差不多,就是被蓋台,只好把 C520 冰起來。但是,心中總是癢癢的。

    島內不能 QSO,難到島外不行嗎?想了又想,我的 CW 又不行,那麼用個 SSB,如果 40 米段,天線太長,不好架設,而且在當時狀況,40 米已經慢慢熱鬧起來,當然不到現在的「吵鬧」地步,同一頻率,有 CW、RTTY、SSTV、SSB,甚至甚麼信號都有,結果,甚麼都收不到。而 15 米波,受天氣、日夜的變化影響比較大;20 米波段雖整天 24 小時是有變化,但不大,而且是國際頻道,守聽的多,加上天線好架設,特別是倒 V 型半波偶極天線。於是便在雜誌上尋找單邊帶,能 CW,省電但效率高,便於攜帶,耐用,耐撞,土里土氣 ( 不要太好看,否則惹人喜歡,容易失蹤),使用容易,要能耐 VSWR 3:1。


找找尋尋

    在 QST 出現一個 MFJ 的廣告,型號為 MFJ-9420,外型真的很土氣,最高輸出 12W,平均 10W,收發頻寬 14.150-14.350MHz,加上 CW 模組,可以自 14.000-14.350MHz 收發,只要 20 米波的天線,12-14 伏特 2 安培電源便通行無阻,太棒了。於是寫信郵購,等又等,好耐心,自十月等到次年的四月,寫了三封信,才知道這個產品太好賣,我被排在三月出貨!郵購中,還包括一個 30~300W 的 MFJ- 971 天線調諧器 (以下簡稱天調吧),電源組合 MFJ-4114,和 CW 模組 MFJ-415。結果,四月中收到的是天調、電源組合、和 CW 模組 ,而偉大的 MFJ-9420 卻在海關卡住,不得進口,天呀,真令人傻眼,了解之下,原來有很多「東東」。最後,承蒙理事長林伯龍 BV5AF 行文,才以方便,在此合掌感謝。

    為什麼要同時購入 MFJ-971 天調和 MFJ-4114 電源組合,原因很簡單,我沒有天調,需要一部 HF 波段的天調,而且只想在 100W 以下工作,遲早要用,所以乾脆就用 MFJ- 971,它可以調整在 QRP - 亦即前進波在 6W 以內,反射波在 1.2W,足夠日後作 QRP 之用,又能在前進波 300W,反射波 60W 下,亦足夠在一般的工作功率中。

    我沒有電源組合,而且要 2A 電流,MFJ-4114 可以直接變電,而且內部可以放十二個可充電的電池,一面工作一面充電,方便帶出去作移動 QSO。

Pic 01
照片 1:MFJ-9420 組合。



MFJ-9420

    20 米波單邊帶旅行者收發機 MFJ-9420 (照片 1,以下簡稱 MFJ-9420)。它的體型不大,說明書只有 16 頁,只要接上電源,20 米波天線,便可以 QSO 了,真的。整機是用厚的金屬外殼,旋鈕只有 2 個,大的是 8 比 1 的慢速頻率旋鈕,以 VFO 來運作,小的是音量旋鈕,我發現它真的很敏感,只要有訊號便收到,與 FT-990 比較,FT-990 能收到的,它都收到。左上方是一個 S 表,頂蓋內藏 3 吋喇叭,聲音清晰。在發話時,它含有一個射頻語音處理線路,所以在 QSO 中,可減少 QRM (雜訊)。話筒十分敏感,在 QSO 中,必須 要離開話筒遠一點,5 公分最好。


9420 操作理論:接收部份

    參看圖 1 方塊、圖 2 線路,訊號自天線端先經過四極波段濾波器 (Four- Pole Bandpass Filter) Rx BPF L1-L2 後,只選擇 14MHz 的訊號進入,經過 NE602 主動混頻線路,VFO/RX MXR U1 加上自發局部頻率產生器出來的 4MHz 頻率後,轉為 10MHz 的訊號,經過梯狀晶體濾波器 (Crystal Ladder Filter) X'tal Filter 設定頻寬 (同時二極體開關控制收和發的訊號何時進入此濾波器),中頻放大器由 U2 MC1350P IF AMP 提供接收時中頻的自動增益 (AGC) 和發射時的射頻語言壓縮處理。

    電晶體 Q3 2N5486 和 Q4 2N3906 合成為直流放大器,作為推動 U2 之 AGC 輸入和 S 表之線路;接收時,AGC 是由聲頻前置放大器 U4a LM358 AF Amp U4a 來處理 (而 Q2 2N3904 則對 SSB 接收時,設定 AGC 的衰減變慢)。在發射時,Q22 N3904 則對語言處理之衰減增快,而其控制電壓則從二極體 D9 1N4148 而來。

    接收部份之乘積檢波器 U3 NE602 BFO/PROD DET U3 把進來的單波帶訊號解調,同時 U3 之聲頻輸出進入 U4a (U4a 在此部份擔任前置放大),並啟動 LP 聲頻濾波器,U4a 同時推動 AGC (自動增益控制) 之檢查二晶體 D6 D7 1N4148 (在發射時,AGC 到 U2 之路徑被 Q5 2N3904 自動切斷)。U4a 便利用音量控制來推動聲頻功率放大器 TDA7052AN AF PWR U5 在接收時,推動喇叭,而在發射時則處於等候狀態,以防止殘餘回饋。

Fig 01
圖 1:MFJ-9420 的功能方塊圖。

Fig 02
圖 2:MFJ-9420 的線路略圖 (其中有很多陷阱)。



9420 操作理論:發射部份

    話筒言語放大器 U4b LM358 MIC AMP U4b 在發射時推動平衡調幅器 U6 NE602 BAL MOD U6;而 U6 之局部振盪是從 U3 之 BFO 而來。另外,Q8 電晶體 VN10KM,則讓 U6 產生不平衡,以製造載波或 CW;U6 出來之 DSB 利用 D1/D2 1N4148 去除 LSB 乘積和載波雜訊,而進入 Y1-Y6 梯狀晶體濾波器。

    經過 U2 MC1350P 動態壓縮後,USB 訊號經 D3/D4 1N4148,與 4MHz 的 VFO 在 U7 NE602 TX-MXR U7 混波後,進入波帶濾波器 L5-L6 TX BPF L5-L6,以選擇 14MHz 的信號,再進入前置推動電晶體 Q9 J310 PRE-DRV Q9,Q9 再把訊號注入 Q10 2N5109,隨後進入 Q11 MRF-477;Q11 則利用 D10 1N4001 所生的偏壓而作單端 AB 級放大,再出 T5 (4:1 變壓器) 進入 50 歐姆系統,最後利用 L7-L8 之 LPF 低通濾波器把話波壓抑,才進入發射天線端。

    D9 1N4148 追蹤 SSB 之語言包封和產生回饋到 Q3/Q4 2N5486/2N3906 和 U2 MC1350P。語言波形之動態壓縮可增加發射機的平均輸出,這是 MFJ-9420 故意為一般可充電電池作電源來設計的。


切換和控制

    Q7 2N3906 用來啟動繼電器 K1,控制天線端何時接收,何時發射。可調整穩壓器 U8 (LM317T) 設定 Vcc 為低水平,而固定穩壓器 U9 78L05AC 則對 U1 NE602 提供穩壓,以便產生穩定的 VFO。而 D11 1N4001 和基極上的保險絲,保護收發機免受電源極性接錯。


準備 QSO 通聯

    由於我不會作天線,所以先用 Create 730V 的 V-Dipole 作天線,接上電源,同時把天調 MFJ-971 接好,打開電源,利用 9420 上的 TUNE 按鈕來調整天調,把 SWR 整到 1:1,便開始 CQ,一下子的功夫,BA1、BA4、BV2、BV5,回來的都是 59+,而一看前進功率只有不到 8W。不得了,證明一樣事情,59+ 或 59,不一定要 100W 或 300W,只要天線不差,一般 10 瓦以內應不是問題。

    另外一個問題出來,如果自己作一條簡單的 20 米波天線,是否有類似的效果,心中癢癢,於是乎找找看有沒有現成的廢物利用。


作一條 20 米波的天線

    依樣劃葫蘆吧,書本說,只要一條長 34 呎 4 吋長的導線,中間接上同軸傳輸線便可,真的嗎?36 呎長的導線比較容易找,而同軸傳輸線,唔,我住五層樓公寓的四樓,與天台只隔一層樓,如果在天台上架一條 20 米波天線應不是問題,於是乎上天台巡查一番,地上一堆亂七八糟的同軸線,原來是坊間有線電視剪下來不要的廢線,蠻多的,隨便撿一條,看一看,上面標示 50 歐姆。把三用電錶量一下中間同軸部份,是否通電,OK;再量一下外層包網部份,通電,OK;最後量一下同軸和層包網是否通電,不通,表示絕緣。

    一般有線電視的同軸電纜直徑多是 5D,所以一端便焊接 5D 的 M 型接頭,兩另外一端則中間同軸部份接半波偶極天線一邊,而外層包網部份接其另一邊;同時買了三根四米長的竹桿,頂端以尼龍繩固定並作一小圈。在台灣找絕緣礙子不容易,找到了亦十分貴;業餘嘛,只要安全,不導電便可以了,所以在天線兩端以索纜 (塑膠作的) 作絕緣,以尼龍小繩子把天線拉高;再向 BV5 一位 OM 借 MFJ-259 測量在 14.200MHz 的駐波,發現 SWR 最低時是在 13.600MHz,表示太長了,那麼要剪多少才合乎 14.200MHz 呢?以下面的公式:

需要長度 = (真正長度 x 目前諧振頻率) / 希望諧振頻率
= 36呎 x 13.600MHz / 14.200MHz
= 34.47 呎 = 34呎6吋

    所以要剪掉 36 呎 - 34 呎 6 吋 =1 呎 6 吋 =18 吋,亦即每邊剪掉 9 吋。再接上 MFJ-259,奇怪,SWR 雖然在 14.200MHz 最底,但是仍有 1.8:1。理應可以更低才對,啊,是的,天線是對,但是傳輸線長度不對,書本說,1/2 波長之同軸傳輸線是:

1/2 波長傳同軸傳輸線長度 (呎) =492 x Vf/ f (MHz)。
Vf = 同軸傳輸線速度因子 (RG58、RG8 是 0.66)。
f = 所需諧振頻率。

    我這條天線同軸傳輸線應是 =492 x 0.66 / 14.200 = 22.8 呎。取 3 倍長度,因從 QSO 之所在地到天線處,差不多要 3 倍長度。修剪一下,再以 MFJ-259 度量一下,SWR 1.1:1。哈!太棒了。於是乎,所有就緒,便固定天線,固定所有可能鬆動的地方。一看時間,整整一個下午,次日是星期天,再與 BA1, BA4 和 BV5 同好們 QS0,都在 59,總算告一段落。


移動性通聯

    參看照片 1,各位可以看到土里土氣的組合,MFJ-9420 和電源 MFJ-4114 與天調 MFJ- 971 疊在一起,用螺絲固定,上有手把,可提起來或放在背包中,適合外出移動通訊。


MFJ-9420內在豐富

    參看照片 2,把蓋子打開 (個人很喜歡打開機子來瞧瞧裡面是什麼東東),其中右邊是 MFJ-415 的 20 米 CW 模組,要自己安裝上去,來的時候,是分開單獨一片,線路蠻簡單,但穩定,而且和 MFJ-9420 一體成型。把這一片 MFJ-415 拿走後,可以看到 (照片 3) 設計者的細心,個人猜應是上下有焊接零件,因為有些線路圖上有的零件不出現在照片上 (我膽子小不敢再分解下去,老馬分解容易,湊合能用就難了,這要 $$$ 的)。

    照片 3 右下部份有一排共六個晶體和上面一排五個電容器,這兩排零件就是構成有名的梯型晶體濾波器;右下角二個方型零件就是在操作理論中接收部份所提到的四極波段濾波器;這部份可說是 9420 之接收部份,而左上方便是發射部份。左下方更可以看到發射前之低通濾波器,還有 D11 和主機板上的保險絲,注意,保險絲是刻在主機板上,而 D11 是防止電源極性弄錯的。

Pic 02   Pic 04
照片 2:MFJ-9420 內部;右側即為 MFJ-415。   照片 4:天調中的兩個 208pF 空氣可變電容和大直徑的電感線圈 L1。左上方黑白相間的是 4:1 Balun,下面是 T1。

Pic 03
照片 3:MFJ-9420 的零件安排。右邊部份可看到 6 個並排的梯狀晶體濾波器。注意上方發射部份主機板上所刻之保險絲。



天線調諧器 MFJ-971

    這個天調外觀如 MFJ-9420,功能是使天線與收發機匹配。MFJ-971 是一個 T 匹配調諧器,工作在 1.8 ~ 30MHz,可以調整任何同軸傳送線、開放線 Open-wire、或平衡饋線天線 (Balanced-feed Type)。本身有一個 4:1 鐵石環平衡不平衡器 (Balun),用來接上平衡饋線天線。

    事實上,這個天調分兩部份。一部份 (圖 3 右上方) 就是 T 匹配調諧器,這是一個以 208pF 串聯的空氣式可變電容,並在串聯點,再接一個直徑蠻大的線圈 L1 (照片 4),所用的線亦十分粗,幾乎每一圈就抽一條線,共十二個抽頭,以單刀十二擲開關作電感選擇,而天線端則以 4:1 平衡不平衡器作同軸,單線、或平衡饋線處理。

    第二部份 (圖 3 左方) 就是 SWR 的線路,這個線路主要是從天線端經 T 匹配,以一圈接線圍繞鐵芯圈 T1,再接發射機,而 T1 之次級線圈透過 1N34 二極體,再利用 6 個可變電阻來推動雙錶頭,一個是前進波功率,另外一個是反射波功率,兩錶之指針交叉點便是 SWR 指數,照片 4 看到黑白相隔的線圈就是 4:1 平衡不平衡器,下面較小的是 T1;再下來是 150 歐姆電阻,跟著是 10pF 的微調電容和兩個 1N34 二極體。

    觀看此天調的背面面板 (圖 4),可以看出所有的單線或平衡饋線天線都在背面面板簡單的連起來。我第一次把天調打開,心中直嘀咕:「那麼簡單,我也會」,不見得,若一看那兩個 208pF 的可變空氣電容吧,另外,那個大型線圈,粗的裸露線就不好找了。我曾詢問過這三個零件的價格,比買這部 MFJ-971 還貴。

Fig 03
圖 3:MFJ-971 天調線路圖。

Fig 04
圖 4:天調的背面圖。

    使用時,只要天線接天線端,發射機 9420 輸出端接 MFJ-971 之發射機端。把發射輸出功率減到最低,天調的發射機和天線控制旋鈕在 12 點位置,調整中間的電感選桿,以達最大的背景雜訊,按下 9420 的 TUNE 按鈕,再調整天調上發射機和天線控制旋鈕,取最小的 SWR 值便可以了。由於三個旋鈕相互影響,所以要試驗一段時間,便獲最佳的駐波表值。


後語

    個人有這個機會在業餘無線電上學習,要謝謝 CHARA 彰化業餘無線電學會的朋友們。這部 MFJ-9420 組合能得以進口,特別合掌感謝 CTARL 理事長林伯龍 BV5AF。更要謝謝 XYL 沒有扣留我的私房錢,才可以學習,往後空中 QSO 時,請大家包涵這部小機器,因為可能在山中,也可能在海邊。在此,再次感謝。

    另外,文中的圖 1 是 9420 線路方塊圖,圖 2 是線路圖,去了解是可以,但奉告有興趣者,任何商品化的東西,都不可能把商業機密放在使用手冊上,所以就算買好所有零件,就是拼湊不出同一部 9420 出來,抱歉,這是他們的版權,所以,箇中高手者,請多多發揮。 END



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