KST 40m QRP RIG

이 키트는 국산으로 십여년전 DS1DHP 오엠이 국산화 한 것이다.  당시에 직접 통화를 하고 구입하여 조립했다.

(※ 참고로 이 키트를 개국 초기에 사서 조립했으나 현재까지 QSO 실적은 없음)

 

쓰지도 않고 나이만 먹은 장비

 

원래 이 키트는 NorCal (Northern California QRP Club) 에서 만든 것으로 되어 있다.

NorCal 에서 만든 QRP 키트는 전세계적으로 유행한 것도 몇가지 있고 매번 다른 회로와 부품으로 새로운 QRP 리그를 설계해서 내놓고 있다.  각설하고 이 키트의 원래 회로를 아직도 못찾았다. 어디선가 변형된 것으로 생각되는데 찾을 수가 없다. 따라서 현재까지는 메뉴얼상의 회로만이 가진 정보의 전부이다. (구할 수 있는 것은 NorCal 40, 40A 의 회로도 뿐)

 

여기에 사용된  VFO  는 Super VXO(가변 크리스탈 발진기) 라고 알려진 것으로, 유명한 FCZ 연구소의 JH1FCZ 의 작품이다.  보통 크리스탈 발진기는 주파수가 고정이다. 캐패시터를 병렬로 추가하면 어느정도 가변되지만 Q 가 높은 까닭에 가변 폭이 매우 좁다. 그래서 일종의 LC 공진회로를 결합하여 강제로 발진 주파수를 옮기는 것이 기본적인 원리이다. 물론 인위적인 부품을 추가하여 X-TAL OSC 의 Q 를 낮추는 것이므로 여전히 추가된 부품의 안정성(특히 온도)에 따라 주파수가 조금씩 드리프트 한다. 그러나 크리스털 없이 LC 공진회로에 의존한 불안정한 VFO(예를 들면 콜피츠 발진회로) 와는 비교가 안될 정도로 훨씬 안정적이므로 충분히 실용이 된다.   

 

어쨌든 최소한의 부품으로 안정적인 VFO (가변범위는 수정 주파수 아래에서 약 0.5% 이며 수정 주파수 보다 올라갈 수 없음) 를 구축하고 싶다면 가장 저렴한 방법이며 이 키트의 핵심부 이기도 하다. 

Super VXO 를 구축할 때 X-TAL 에 직렬로 들어가는 초크코일(10MHz 수정에서 약 15uH)은 Hi-Q 코어를 사용하면 제대로 작동을 안하므로 작동하는 부품에 대해 테스트가 필요하다. (과거에는 중파용 LO(455KHz) IFT 를 사용, 저항과 비슷한 일반적인 스루홀 타입 기성 인덕터는 작동하는 것으로 보이며 이 키트에도 채용되었다) 

이것은 말 그대로 Old Technolgy 이므로 VFO 가 필요할 때 반드시 이것을 선택해야 할 필요가 없다. 근래는 DDS(AD9850, 9851 30MHz, 60MHz) 를 거쳐 Si-5351(200MHz) Si-570(1.2G) 등을 주로 쓴다. 

 

Super VXO 에 관심이 많다면 아래의 자료들을 참고한다. 

 

기본적인 Super VXO 작동설명

http://electronics-diy.com/electronic_schematic.php?id=930 

Super VXO

NorCal 의 Super VXO 테스트 (수정 주파수를 얼마나 변경 시킬 수 있는지에 대한 자료) 

http://www.norcalqrp.org/nb6mvxo.htm

NorCal QRP Club - NB6M VXO

 

PY2OHH 의 세라믹 발진자를 이용한 Hyper VXO (원리적으로는 같으나, 세라믹 발진자가 크리스털 보다는 Q 가 낮으므로 좀 더 수월한 주파수 변경이 가능할 것으로 추측한다)

https://www.qsl.net/py2ohh/trx/vxoceramico/vxoceramico.htm

vxo a ressonador

 

마지막으로 이 키트는 일반적으로 쉽게 구할 수 있는 4MHz 크리스털 3개를 직렬로 연결한 사다리필터(꽤 날카로우며 느낌상 500~300Hz 사이에 있는 것으로 보인다, 메뉴얼 상으로는 400Hz)를 사용한다.  7MHz 를 수신할 때, 한번의 주파수 변환으로 4MHz 의 중간주파수를 만드려면 믹서에 필요한 LO 는 11MHz(하향) 또는 3MHz(상향)이  된다. 이 키트에서는 Super-VXO 의 발진주파수가 첫번째의 믹서의 LO 를 담당하고 있으며,  VXO 원리상 높은 주파수의 X-TAL 이 좀 더 넓은 가변 주파수 범위를 가질 것이므로 3MHz 가 아닌 11MHz 를 채택한 것으로 추정된다.

 

먼지를 털고 안테나를 물리고 실제 본격적인 운용을 시도해 보니 문제가 좀 있다. 

 

1. 볼륨으로 조정되는 주파수는 너무 예민하고 한술 더떠서 필터는 협대역이라 CW 신호를 잡는 것이 너무 힘들다.

2. 적용된 Final 이 KTC2075 인데 드라이브 레벨의 부족으로 12V 에서 제 출력이 안나온다.(1W 부근)  

3. 송수신 주파수가 1KHz 이상 어긋나 있어서 CW 교신 자체가 불가 (송수신 주파수가 800Hz 이상 어긋날 경우 상대국의 교신스킬이 어지간히 좋지 않으면 교신이 불가능하다) 

4. 내장 스피커가 없어서 사용에 불편(LM386 앰프를 추가하고 스피커 내장)

5. 중간주파수와 BFO 주파수가 4MHz 로 동일하므로 케이스가 없으면 발진하는 경향이 있음.

   금속 케이스를 잘 조립하는 수 밖에 없다. (수신단에 쉴드를 치고 싶지만 공간이 협소하여 귀찮다.)

 

 

결국, 그래서 하나씩 처리한다. 

 

1. Varactor KDV149(400~500pF) 를 BB910(40pF) 로 교체.

 

단, BB910 으로 변경해도 바랙터의 전압 대 용량 비선형성으로 인해 VXO 주파수가 내려갈수록 회전 변화에 민감하게 된다. (전압이 낮아질수록 용량이 크게 증가함).  

이 경우에는 B type (선형) 포텐시오미터(볼륨)이 아닌 A type(Log 저항, 오디오 등에 사용)을 사용하면 되지만, 이것만을 위해 A type 을 구하기 귀찮으므로 B type 볼륨의 중앙과 GND 에 약간의 저항을 병렬로 연결하면 중앙으로부터 GND 까지는 전압의 변동폭이 작아지므로 어느 정도 실용된다.  가변저항으로 실 테스트 후 2.2K 병렬 값을 선택했고 대략 5KHz 의 등비에 가까운 간격으로 7.000~7.045 까지 그럭저럭 사용할 만하게 되었다. 

또한 너무 낮은 전압에서 사용하면 주변 온도에 민감해져 VXO 주파수가 드리프트 하므로  너무 낮은 전압에서 사용하지 않도록 한다.(이런 이유로 +20pF 를 병렬 연결)

 

2. KTC2075(CB 용 종단) 를 2SC2314 (CB 용 종단 드라이버)로 교체. 

 

KTC2075 에서 12V 구동시 1W 간신히 넘는 것이 약 2.2W 출력이 나온다.  7MHz 정도면 사실상 일반 TR 인 BD137,139 등도 작동한다. 요즘 나오는 거의 대부분의 BJT 가 ft 100MHz 를 넘어서므로 고전압 또는 대전력용의 ft 가 특별히 낮은 것이 아니면 다 작동한다고 봐도 무방하다.  공급 전압을 올려서 사용하려는 경우 C2314 의 최대 출력 한계를 벗어나므로 추천하지 않는다. 

 

3. BFO 정렬 

 

송신 주파수가 엉뚱한 곳에 가 있어서 파악에 시간이 많이 소요되었다. 원인은 송신시에 VXO 주파수가 드리프트 하는 것으로 판명 되었다. ※ 원래부터 그런건지 AMP 등의 부분 개조에 의한 것인지 확실치 않음.

 

VXO 출력에 C21 5pF 로 결합된 U4 TX Mixer 가 송신시에만 전원이 공급되기 때문에, Key On 시 U4에 전원이 공급되면  VXO 부하(Q1, J310) 가 변하면서 발진 주파수가 드리프트 한다. 이것을 방지하기 위해서 VXO 출력에 버퍼가 있어야 하지만 이 키트에서는 생략되었다.  U4 TX Mixer 에 전원을 계속 공급하면 송신시의 주파수 드리프트는 예방 할 수 있지만 TX Mixer 의 4MHz 크리스탈 주파수가 중간주파수(BFO 주파수)와 겹치므로 비트음이 약하게 수신되어 작은 신호의 수신을 방해한다. 따라서, 원인을 확인한 후 버퍼단을 추가(캐패시터 두개, 저항 세개, RF용 JFET 한개가 필요하다)했다.

이후 더 이상 송신시 주파수가 드리프트 하지 않는다. 

 

교신을 위한 주파수 정렬 절차는 아래와 같다.

 

※ 수신 측

1. 7메가대 주파수 발진기(무전기와 더미로드 사용 무방)로 목적(예, 7.020) 주파수를 발생시킨다.

2. QRP 리그의 주파수를 조정하면서 신호가 최대로 강한 지점을 수신한다.(짧은 와이어를 더미로드에 근접 시키면 된다)

3. 이때 BFO(4MHz XTAL) 측음이 800Hz 를 벗어나 있으면 U2 의 C10(22pF) 값을 증감시킨다.  (아마도 조정이 필요치 않을 것이다) 

 

※ 수신측 조정이 끝나면 송신측을 조정한다.

4. 7메가대 주파수 발진기(무전기와 더미로드 사용 무방)로 목적(예, 7.020) 주파수를 발생시킨다.

5. QRP 리그의 주파수를 조정하면서 신호가 최대로 강한 지점을 수신한다.(짧은 와이어를 더미로드에 근접 시키면 된다)

6. 이제 QRP 리그에서 송신하고,  수신하는 무전기에서는 CW 수신음이 800Hz 로 수신 되어야 한다.

   크게 벗어났거나 엉뚱한 주파수에 가 있을 경우 U4 의 C24(56pF)를 조정한다. 

   실험해보니 10pF 추가 할 때마다 약 80Hz 씩 송신 주파수가 올라가며, 부품에 따라 다를 수 있다.

 

※ 서비스모니터가 있으면 작업이 쉽다.

1. 적당한 (7.020 -73dBm(S9)) 신호를 발생시킨다.

2. QRP 리그에서 주파수를 조정해가며 수신할 때 신호가 제일 강한 지점에서 800Hz 톤이 수신되도록 C10 값 변경.

3. 이 상태에서 서비스 모니터를 수신 모드로 변경하고 QRP 리그에서 송신한다. 

   이 때 서비스 모니터에 나오는 송신 주파수 편차가 0Hz 가 되도록 U4 의 C24 조정.

 

조정이 완벽하게 끝나면 QRP 리그의 송신 주파수와 수신 주파수는 일치하게 되고, BFO 는 정확히 800Hz 차이를 갖게 된다.  송신측이든 수신 측이든 주파수가 틀어지면 양쪽에서 동일한 톤 변화(단, CW-R 모드일 경우 반대)를 들을 수 있으며, 이 작업이 제대로 안되면 원활한 교신을 할 수 없다. (더구나 이 QRP 리그에는 RIT 콘트롤도 없다.)

 

내부 스피커와 자작 LM386 앰프 PCB

누더기로 변한 PCB

 

최대 출력 실험을 위한 4:1, 9:1 트랜스포머

(실험대상 KTC2075, IRF520N, 2SC2314, 2SD882 등)

 

VXO 버퍼 앰프. 임시로 만들어서 지저분하다.

 

아래 20 미터 VXO에서 MPF102 가 버퍼이며,

이런 응용에서는 MPF 102 가 아니더라도 RF 용 JFET 는 다 작동한다.

예컨데 2SK19, 2SK192, BF245 등등. (내 경우 여분의 2SK192 사용)

 

 

 

아래는 2SK192 의 출력(드레인)측에서 PP 를 측정한 것인데 깨끗하다.

버퍼가 없을 때보다 좀 더 큰 신호가 들어가는데,  ATT 를 추가하려 했으나 출력 스펙트럼과 2,3 차 고조파에 큰 변화는 없는 것으로 보여서 일단은 보류(귀찮음)

 

※ 마무리. 

 

전체 회로를 보면 상당히 간단하다.  명목상 어떠한 RF 증폭 소자도 없으나, 실제로 이러면 수신이 안될 것이다. 

수신 신호의 증폭은 612 믹서의 자체 주파수 변환(믹서) 이득에 의존하고 데이터 시트 상으로는 45MHz 에서 14dB 이다.(약 20배+) 두개를 사용하므로 중간에 필터 손실을 무시하면 14+14, 마지막의 AF 앰프 LM386 은 게인조정 2.2uF 으로 약 20~30dB 사이에 있을 것으로 생각된다. 

그래서 총 50~60dB 의 증폭(안테나에 수신된 신호로 부터 100,000~1,000,000 배 증폭) 

 

수신은 매우 조용하며 안테나가 없으면 아무 소리도 들리지 않는다. 내부 잡음은 거의 없고 감도를 측정해보면 왠만한 상용리그 수준이다.  그리고 지나친 협대역 필터이므로 오히려 운용시 불편하다 (VXO 다이얼을 조금만 건드려도 400Hz 이상 움직이므로).  좀 더 넓은 대역폭을 원하면 사다리필터의 수정 숫자를 늘려야 하지만 그렇다고 많이 올라가지도 않는다.(하나 늘려봤자 500Hz 도 안됨).

 

실제 운용해보고 나중에 추가하도록 하겠다.