広帯域、低ＮＦプリアンプの製作（ＨＦ〜マイクロ波）

広帯域の受信機、周波数カウンター、スペクトルアナライザー等で受信や測定をしていますと、もう少し感度が有ればと思うことがあります。そこで広帯域のプリアンプを製作してみました。
今回は広帯域受信機のプリアンプとして使用でき、更に電池駆動も可能なように、省電力で低電圧のＬＮＡを製作しました。

製作に当たっては下記の目標としました。
  • 周波数：１０ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚ
  • 利得：２０ｄＢ以上
  • 電圧：３Ｖ
  • 消費電流：30ｍＡ以下
  • ＮＦ：３
今回はデバイスに、ＮＥＣの最新デバイスである、「μＰＣ２７４７ＴＢ」という高周波増幅ＩＣを使いました。
このデバイスは、最新の技術で作られたシリコン・モノリシックＩＣで、ｆｔ＝２０ＧＨｚのとても優れたものです。
通常は携帯電話の増幅用に使われるものですが、広帯域での性能も優秀でした。

http://www.csd-nec.com/microwave/japanese/document_j.html

サイズは非常に小さく、本体の大きさは　2.0mm×1.25mmです。2012のチップ抵抗と同じサイズで、ICの足の間隔はわずか0.65mmです。

uPC2747TB
μＰＣ２７４７ＴＢ

はじめにこのICを1段アンプとして実験しましたが、１GHｚで利得が１２ｄＢ程度でしたので、２段構成にしました。データシートによりますと、２段構成でも消費電流は１０ｍＡ程度になりそうです。実験回路は下記のようにしました。
広帯域ＬＮＡ回路図
回路図


広帯域ＬＮＡパターン
基板パターン

広帯域ＬＮＡ基板
基板

入出力の整合されている高周波ＩＣですので、製作は簡単でした。１２Ｖの電源を使える様に、レギュレーターを基板上に配置してみました。
フラットタイプの３Ｖレギュレーターが無かったので、７８Ｌ０５Ｆを使い、更に３Ｖのツェナーダイオードで３Ｖの電圧を得ています。
試作基板の材質にはＰＰＥの０．６ｍｍ／１８ｕの両面基板で製作しています。
広帯域プリアンプ試作基板
広帯域プリアンプ試作基板

写真を見て頂くと解るのですが、ＩＣが非常に小さく見えますね、ほとんどチップコンと同じ大きさです。

周波数特性（利得）
周波数特性（利得）　10MHz-2500MHz



周波数特性をネットワークアナライザーで測定してみました。１０ＭＨｚ〜１２００ＭＨｚまではフラットなＧＡＩＮ特性で利得は２５ｄＢを得られました。入出力のリターンロス（整合）も良好でした。
ＮＦの測定では、４３０ＭＨｚで３ｄＢ程度で１２００ＭＨｚでも４ｄＢ程度の値が得られました。低い周波数でも３ｄＢ程度の良好な値です。
通常のＭＭＩＣでは利得が有っても、消費電流が１００ｍＡ以上も有ったり、ＮＦ値では６ｄＢ以上が普通ですし、ノイズレベルも高い物が多いので、これはかなり良好な値です。

●性能測定の結果
  • 周波数：５ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚ
  • 利得：２０ｄＢ以上
  • 電圧：５Ｖ〜１４Ｖ（本体：３Ｖ）
  • 消費電流：２0ｍＡ以下（本体：12mA以下）
  • サイズ：15ｍｍ×25ｍｍ
実際に広帯域受信機「IC-R7000」で受信実験を行ってみました。
アンテナは簡単なロッドアンテナを屋内に設置して、FMラジオ帯、１４４ＭＨｚ、４３０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、１２００ＭＨｚと受信をしてみましたが、効果は絶大で、微かにしか聞こえなかった受信信号が非常に良好に受信できます。
ＦＭラジオではノイズの無い受信が出来ました。
電源には電池を使用したのですが、単３電池２本でも良好に働いていました。


　　　*ケースに組み込んだプリアンプ基板（単４電池　２本）


スペアナに取り付けて、色々な電波を探ってみましたが、本当に良く働いています。ノイズレベルも低いので（Ｓ／Ｎが良い）ので色々な機器に応用できそうです。
基板の大きさは１５ｍｍ×２５ｍｍですので、切手よりも小さく機器の組み込みには最適でしょう。


●ＬＮＡ２７４７を使った受信アンプの作り方

先程紹介しましたプリアンプの作り方を紹介します。
使いやすいようにゲインコントロールが出来るようにしました。
ゲインコントロール用にＶＲは５００ΩのＢカーブを用意してください。

・パーツリスト
品名 品番 数量 備考
　ケース ＳＷ７５ １ タカチプラケース
　コネクター ＢＮＣ−Ｒ １ ４穴フランジ
　コネクター ＢＮＣＰ−ＢＲ １ ネジ式
　同軸ケーブル 1.5Ｄ-2Ｖ １ 　
　可変抵抗 ５００オーム １ Ｂカーブ
　ＬＥＤ 赤 １ パイロット用
　抵抗 １００オーム １ ＬＥＤ用
　スライドスイッチ １回路 １ 電源スイッチ用
　電池ケース 単４　２本用 １ 電池用
　つまみ ＶＲ用 １ ＶＲ用
　電線、ネジ類 　 必要数 組み立、配線用


まず、ＢＮＣ-Ｒコネクターを加工します。
中心のテフロン（白色）と芯を写真の様にカットします。テフロンは平になるように、芯は3ｍｍ残します。



加工したコネクターに基板を写真の様に、直接ハンダ付けします。ＢＮＣ−Ｒは入力側になりますので、基板の入力側をハンダ付けします。
ＬＮＡ２７４７の基板は予めツェナーダイオード（RD-3）と78L05接続の１００Ωの抵抗を外しておきます。



ケースにスイッチ、ＶＲ、ＬＥＤを取り付けます。



基板を付けたＢＮＣ−Ｒをケースにスペーサーで取り付けます。
ＢＮＣＰ-ＢＲコネクターに同軸ケーブルを加工してハンダ付けします。



コネクターをケースに取り付け、同軸ケーブルを接続します。
（写真では小型の同軸コネクターを使って接続しています）
ＬＥＤ、ＶＲ、スイッチの配線をします。
基板をスペーサーを使い留めます。高さはワッシャーで調整します。



配線は、回路図を見ながら下記のように行います



電池ケースは単４の２本用がちょうど入ります。



完成しました。つまみを変えると感じが変わります。


●総合回路図



●ケース加工図　（タカチＳＷ７５）



2005.2.23(更新）

★　ＪＡ１ＦＳ　和田様から使用レポートを頂きました　★

昨夜アンプが着きまして使用させていただきました。

結果報告は測定器がないので使用できるハンデー機の受信比較テストとして行いました．実際使用することにより楽しめることが出来る範囲が広がる事はその付属器機の価値が確かと思われます。



前に求めたJIMローノイズワイドバンドプリアンフ(゜japann.innfomaiton medium)製Ｍ５０と荒井さんのをuPC2747として報告と言うか参考になればと思い書きました。

まずこの辺(小田原市）は難視聴区域のためアイコムのＩＣＲ３ではＴＶ受像できませんたまにスケルチが開いてはいることがありますがその日の電波事情です。


写真のようにUHF３６CHは本体のアンテナのみでは入りませんでした。



JIMを付けたとき見られました



ＬＮＡ２７４７の場合安定して持続的に入りました。

●スタンダードjusinnki 受信機 AX400　で日本短波放送を聞きました。

周波数 本体のみ ＪＩＭプリアンプ ＬＮＡ２７４７
３ＭＨｚ帯 Ｓ１−Ｓ２ 感度なし Ｓ１−Ｓ５
６ＭＨｚ帯 Ｓ１−Ｓ３ 感度なし Ｓ３−Ｓ１０
９ＭＨｚ帯 Ｓ１−Ｓ２ 感度なし Ｓ２−Ｓ９
Ｓ１からＳ１０まではシグナル表示
注）ＪＩＭ挿入では全部聞こえなくなる。


３ＭＨｚ帯（本体のみ）


３ＭＨｚ帯（ＬＮＡ２７４７プリアンプ）


周波数 本体のみ ＪＩＭプリアンプ ＬＮＡ２７４７
４３３ＭＭＨｚ帯 Ｓ１ Ｓ３ Ｓ４
１４４ＭＨｚ帯 Ｓ３ Ｓ１０ Ｓ１０
６９３ＫＨｚ帯 Ｓ３ 感度なし Ｓ２
Ｓ１からＳ１０まではシグナル表示


１２００Ｍ以上は未だ電波が受信できないので報告出来ませんが、大きな効果が見込まれると思い、
マイクロ波用トランスバーターのIF挿入として（受信感度上げ過ぎか？）も利用できると思います。
そのうち曽我山にでも持参し、ハンデー機でのテストを相手と連絡の上行いたいと思います。

いずれにしてもワイドハンデー受信機で楽しんでいる方にとって、今まで聞こえなかった見えなかったが「見える聞こえる局」が増え　あらゆる用途に使用でき喜ばれる製品と確信します。
市販のＪＩＭのようなのはＶ・ＵＨＦだけの物で又別の面の使い方がありますが広帯域は歓迎します。
今、電波帯はあらゆる面で、電話・ケーブルテレビ・ブースター・パソコンなど高調波などキャリヤーの妨害波があります。
特に弱電界の所は難しくなってきてますことを感じます。
ＪＡ１ＦＳ　和田聖記


回路図を新型に変更しました。今までは動作確認が出来ませんでしたが、３ＶのツェナーダイオードのかわりにチップＬＥＤを使い、３Ｖを作っています。

広帯域ＬＮＡ新型回路図
新型回路図



基板が出来上がりました、配布を致します。

ご注文、ご質問はこちらまで　

2007.3.7(更新）



購入はコスモウェーブ・オンラインショップ



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