Vysoce kvalitní transvertor na 144 MHz od S53WW

věřím, že mnozí návštěvníci tohoto portálu již četli popis vysoceodolných předzesilovačů od Robiho S53WW. Robi souhlasil s překladem všech článků, které se nacházejí na jeho webu: http://lea.hamradio.si/~s53ww/. Děkujeme!

Úvod

Javorník 144/14 MHz je vyskoodolný transvertor na 144 MHz optimalizován pro použití s FT-1000MP jako stanicí na 14 MHz a ztrátou napáječe 0,5 dB mezi anténou a vstupem transvertora (bez použití přídavných předzesilovačů!).

dva (synchronní) Konvertor RX s dostatečným ziskem aby překonali i šumové číslo FT-1000MP, které je při zapnutém IP0 18 dB. FT-1000MP bude vhodné malinko upravit – vyvést na zadní panel konektor se SUB RX tak, aby to nenarušilo vzezření zařízení.

XVRT Javornik během VHF contestu 2002 s JN75DS lokální oscilátory (130 MHz) jsou v Buttlerovom zapojeni s nízkošumovými tranzistory BFR93a. K RX směšovačem vedou dvě separátní cesty oscilátorový signálu. Maximální výkon LO do směšovačů je 23 dBm a je ho možné nastavit atenuátor (lze použít různé typy směšovačů). Pokud Vám bude stačit jeden konvertor není třeba postavit dvojici LO.

Převodník TX si poradí se vstupní úrovní budiče na 14 MHz v rozsahu -20 dBm až +20 dBm. Budič s tranzistorem BFG196 pracuje v třídě A a poskytuje velmi čistý signál úrovně +15 dBm, který stačí na vybuzení hybridu Mitsubishi M57727 (20W) nebo M57713 (10W).

Převodník RX
Bloková schéma RX cesty
Schéma RX konvertoru, první část
Schéma RX konvertoru, druhá část

Celkové šumové číslo sestavy (0,5 dB ztráty v napáječi + XVRT + IF RIG) je projektované na úroveň 2,0 dB (170K), což je lepší než se vyžaduje pro trop na 144 MHz. Ztráty 0,5 dB představuje například 33m 7/8″ kabelu, 18m 1/2″ kabelu nebo 11m AircomPlus / H2000. Pamatujte, že investice do dobrého (čti: hrubého) je mnohem lepší než investovat stejnou částku do předzesilovače pod anténou! V případech, kde není možnost použít krátký napáječ obsahuje návrh způsob připojení předzesilovače 4xBF998 na anténní konektor (ss napětí přiváděné přes RX nebo RX / TX koaxiální kabel).

Tabulka 1: technické parametry RX části Javorníku 144/14 MHz:

JAVORNIK-144/14

JAVORNIK-144/14 + FT-1000MP (IPO ZAPNUTO, HLAVNÍ PR)

NF

0,9 dB

1,5 dB

G

25,0 dB

vstup IP3

+ 4 dBm

– 2 dBm (@15 kHz, vypočítané, na základě mého měření IP3 při 14 MHz)

Zisk transvertoru se nastavuje na vhodnější úroveň při použití jiných typů RIG-ů (tak, aby celkový dynamický rozsah byl co nejideálnější) pomocí atenuátor před směšovačem. V následující tabulce najdete hodnoty rezistorů pí-článku (R vůči zemi / seriový R) pro různé šumové čísla RIG-ů tak, aby celkové šumové číslo bylo 1,5 dB.

Tabulka 2: hodnoty rezistorů pí-článku před směšovačem k dosažení celkového šumového čísla 1,5 dB:

G [dB]

NF [dB]

T [K]

IP3out [dBm]

NA [dB]

Hodnoty PI ATT R.

IF RIG NF [dB]

26,5

0,75

55

30

2,5

330/15

20

26,0

0,8

58

30

3,0

300/18

19

25,5

0,85

63

30

3,5

270/22

18

25,0

0,9

67

29

4,0

240/27

18

24,5

0,95

71

29

4,5

220/30

17

24,0

1,0

75

29

5,0

200/33

16

23,5

1,05

79

29

5,5

180/36

15

23,0

1,1

84

28

6,0

150/39

14

22,5

1,2

92

28

6,5

150/43

13

22,0

1,3

101

28

7,0

135/47

11

21,5

1,35

106

28

7,5

130/51

9

21,0

1,45

115

27

8,0

120/56

5

Pokud bude útlum koaxiálního kabelu větší než 0,5 dB, na přepočítání potřebného zisku XVRT při požadovaném NF okolo 2,0 dB (T = 170 tis) použijte následující vzorec:
TLI/G + TRX = T
T = 170 – 290*(10L/10 – 1)
Kde TLI = 290*(10NF/10 – 1) naRX je funkcí zisku (G) podle Tabulky č.2.

například: TLI = 11200 K (16 dB) a L = 0,8 dB ==> T = (170 – 58) = 111 ==> Nejprve vyzkoušíme s G = 446 (26,5 dB) a T RX = 55 K da T = 80 což je příliš málo a tak vyzkoušíme další hodnotu z Tabulky 2 a počítáme dlouho, dokud v očekávání G = 281 (24,5 dB) a T RX = 71 K, což vyhovuje oběma podmínkám.

Zjištění hodnoty šumového čísla HF RIG-u je složitější než se může zdát. Údaje z recenzí od G3SJX a ARRL vycházejí z citlivosti, G3SJX ve společnosti 10 dB (S+N)/N a SSB (ČB = 2,4 kHz) ARRL pri 0 dB S / N a CW (ČB = 500 Hz). za předpokladu, že šumová šířka je stejná jako je šířka filtrů (2400 nebo 500 Hz) si každý může snadno spočítat šumové číslo (například pro údaje ARRL platí NF = MDS – (-174 + 10LOG(ČB))). Ale šířka přenášeného pásma šumu není stejná, tento fakt je viditelný i při porovnávání vypočítaných šumových čísel podle údajů ARRL a G3SJX. V Tabulce 3 je pro srovnání několik vypočtených hodnot HF RIG-ů. BW šumu je jasně ovlivňováno mezifrekvenčního obvody. Ještě chci říci, že NF vypočítané z údfajov od G3SJX jsou příliš optimistické, protože AF obvody zužují BW a tak některé čísla nejsou odhalitelné (IC-775, TS-870).

Tabulka 3: hodnoty NF různých HF RIG-ů na 14 MHz při zapnutém AIP (předzesilovač VYPNUTO) vypočítané z údajů G3SJX a měření ARRL při předpokladu, že BW šumu a IF filtrů je shodné:

HF RIG

NF [dB] podle dat G3SJX (ČB = 2,4 kHz)

NF [dB] podle dat ARRL BW = 500 Hz)

FT-1000MP

16

19

FT-1000MP MARK-V

17

20

TS-870

18

18

IC-775DSP

12

9

IC-756PRO

12

13

IC-738/736

12

14

proč 14 MHz Mezifrekvence a nikoli standardní 28 MHz? Protože linearita přijímačů HF RIG-ů je optimalizována pro 7 a 14 MHz. Na nižších pásmech je ji možné zlepšit zařazením atenuátor při snížení citlivosti. Linearita na vyšších pásmech některých zařízení je špatná (bez jakéhokoli dobrého technického vysvětlení). Konkrétně linearita novějších zařízení na 28 MHz je velmi špatná (s výjimkou TS-870). Tabulka 4 dává odpověď, jak je to IP3 rozličných HF zařízení.

Tabulka 4: hodnoty IP3 různých HF RIG-ů na 14 a 28 MHz při AIP ZAPNUTO (předzesilovač OFF) jak je udává G3SJX (vzdálenost signálů 50 kHz):

HF RIG

IP3 [dBm] @ 14 MHz

IP3 [dBm] @ 28 MHz

FT-1000MP

24

6

FT-1000MP MARK-V

24

2

TS-870

17

20

TS-850

25

16

IC-775DSP

12

1

IC-756PRO

13

14

IC-738/736

21

22

Nyní si pojďme porovnat sestavy VHF pracoviště s 0,5 decibelovou ztrátou koaxiálního kabelu, XVRT a HF RIG-em při použití Javorník 144/14 LT2S. LT2S je uznáván jako dobrý “standardní” transvertor tak zsikom 20 dB, šumovým číslem 1,0 dB a IP3out +27 dBm. V tabulce 5 jsou údaje o NF a IP3in při použití Javornik-a 144/14 a LT2S s různými KV zařízeními (údaje o NF a IP3 jsou z tabulky číslo 3 a 4). Protože LT2S má příliš velký zisk pro některé KV zařízení bude celková citlivost příliš nízká (záleží na šumu antény, co se geograficky různí). Údaje v závorkách platí pro Javornik 144/14 se ziskem nastaveným na takovou hodnotu, aby NF bylo shodné s LT2S. Údaje pro Javornik 144/14 jsou v samostatném sloupci. Pozorným porovnáním lze vidět, že zisk a NF XVRT má vliv na celkovou hodnotu RX systému.

Například vezměme si FT-1000MP s LT2S: může se zdát, že citlivost bude slabá a tak bychom okamžitě přidali předzesilovač se ziskem 10 dB podle antény. Linearita se v tom případě zhorší o 10 dB (IP3in = -23 dBm) i když je předzesilovač perfektně lineární. Případně zapne na FT-1000MP předzesilovač (IP0 je VYPNUTO) – v tom případě IF NF klesne z 18 dB na 8 dB a celkové NF z 3,2 dB na 1,7 dB. Ale! IP3 také klesne z +6 dBm zapnuto -1 dBm a celková linearita klesne zhruba na úroveň -20 dBm! Nakonec je možné uzavřít, že LT2S lze použít pouze s KV zařízeními, jejichž NF je 10-14 dB a IP3 hodnoty jsou nějakých +20 dBm (na 28 MHz!!!).

Tabulka 5: hodnoty NF a IP3 při použití Javornik-a 144/14 na 14 MHz a LT2S a 28 MHz:

HF RIG

JAVORNIK-144/14

LT2S

NF [dB]

IP3 [dBm]

G [dB]

NF [dB]

IP3 [dBm]

FT-1000MP

2,0 (3,2)

-2 (+2)

25 (21)

3,2

-13

TS-870

2,0 (3,2)

-8 (-4)

25 (21)

3,2

+0

TS-850

2,0 (2,7)

+0 (+2)

24 (21)

2,7

-4

IC-775DSP

2,0 (1,8)

-9 (-10)

22 (23)

1,8

-18

IC-756PRO

2,0 (2,1)

-9 (-9)

22,5 (22)

2,1

-6

IC-738/736

2,0 (2,2)

-2 (-1)

22,5 (21,5)

2,2

+1

Tepelný šum antény v našem contestovom QTH JN75DS, 1269m n.m.. (2.7.99 Ó 19.00 místního času) Při úvahách o požadované citlivosti na 144 MHz v Contesti musíme vzít v úvahu i tepelný šum antény (TA). V některých pramenech se udává minimálně TA na 144 MHz 200K, pokud je anténa nasměrována na chladnou oblast oblohy. Skutečnost je vždy ale o něco horší. Na obrázku můžete vidět TA na našem contestovom pracovišti JN75DS, 1269 m asl při měření 2.7.1999 Ó 19.00 LT. Nejnižší naměřená hodnota byla 370K, což je ekvivalentní 3,5 dB NF. Maximální hodnoty jsou ve směru města Postojna (zhruba 10 km, 500m n.m.) 1600K = 8,1 dB a místo Cerknica / Ljubljana.

Je známe, že pokud šum RX sytému je shodný se šumem antény, pak zhoršení S / N je 3 dB. je diskutabilní, jaké zhoršení S / N je přijatelné pro VHF contesting. Já si myslím, že TRX by mělo být 0,6-krát z hodnoty TAmin – dává zhoršení S / N o 2 dB. NAAmin je bráno jako 300/2 + 200/2 = 250 tis (polovina šumu země a polovina šumu oblohy). V případě NF systému 2,0 dB (170K) tak máme dostatečnou rezervu na nepředvídatelné ztráty v relé, propojkou a podobně.

lokální oscilátory

Bloková schéma oscilátorov
Schéma oscilátora, první část
Schéma oscilátora, druhá část
Schéma T / R přepínání
Schéma propojení XVRT

lokální oscilátory (130 MHz) jsou v zapojení podle Buttler s nízkošumovými tranzistory BFR93a. Zapojení má dva separátní oscilátory pro dva RX směšovače. Maximální úroveň buzení z LO má být 23 dBm, kterou nastavíme atenuátor před směšovač. Je možné použít různé směšovače (doporučuji TUF-1H). při použití 23 dBm směšovače (napr.RAY-1 nebo SAY-1) lze dosáhnout zvýšení hodnoty IP3 o 1 nebo 2 dB (vlastního RX konvertoru, protože IP3 je určeno IF RIG-em tak, že je nižší než +25 dBm). Není však na škodu použít RAY-1 při stejném buzení jako TUF-1H (+14 dBm) – je lepší použít SAY-1 jako pro +20 dBm P1dB. jakkoliv, cena +23 dBm LO směšovače nestojí za zlepšení o 1-2 dB IP3.
Pokud nemáte zájem o oba RX konvertory, pak stačí zkonstruovat pouze jednu část.

Převodník TX

Bloková schéma TX cesty
Schéma TX konvertoru, první část
Schéma TX konvertoru, druhá část
Schéma PA TX konverora

TX konvertor dokáže zpracovat budící signál 14 MHz v úrovních od -20 dBm po +20 dBm. pro TRX, který má velmi nízkou úroveň signálu (-10 až -20 dBm) je možné zařadit zesilovací stupeň. Za nízkoúrovňovým směšovačem je zařazen nízkošumový širokopásmový zesilovač. Budič pracuje ve třídě A s BFG196 a poskytuje velmi čistý signál úrovně +15 dBm (IMD5 je kolem -60 dBc). Na koncový stupeň je nejefektivnější použít bezproblémový hybridní PA od Mitsubishi M57727 (20W) nebo M57713 (10W). Není to nejlepší technické řešení, protože moduly nejsou najlineárnejšie, ale při výkonu 20 / 10W či méně je snadné dosáhnout potlačení vyšších IMD produktů o více než 120 dB pod úrovní nosné (což stačí na to, abychom blízkým stanicím nespletrovali).

Největším problémem celé TX části je širokopásmový šum. Jsou dva zdroje, které se podílejí na jeho produkci: XVRT a HF RIG. měřením Javorníků 144/14 MHz s výstupním výkonem 20W byla dosažena hodnota -118 dBc / 2,4 kHz a může být ještě zlepšena o 10-15 dB použitím TX směšovače s vyšší oscilátorový úrovní (pozor – šum TX bude jen -108 dBc / 2,4 kHz při výstupním výkonu 2W!). Šumové spektrum HF RIG-u je ale mnohem horší! Pohledem do údajů od G3SJX (ARRL měří TX šum pouze ve vzdálenosti do 20 kHz, což lze považovat pouze za fázový šum, ne širokopásmový TX šum) je možné vidět, že žádný z moderních RIG-ů nemá širokopásmový TX šum lepší než -110 dBc / 2,4 kHz ve vzdálenosti 200 kHz od nosné frekvence. V užším rozsahu je kolem 100 dBc/2,4 kHz, což stále není hodnota převládajícího fázového šumu. Znamená to, že poměr S / N vysílaného signálu je pouze 100 -110 dB!!! Dve 500W VKV stanice tak 16 dBi anténami ve vzdálenosti 100 km (!) s rádiovou viditelností vyprodukují signál o síle -27 dBm – což je 111 dB nad úrovní SSB šumu (beru citlivost -138 dBm). Pouze stlačením PTT na zařízení s úrovní vysílaného šumu -111 dBc / 2,4 kHz bude znamenat u protistanice zvýšení šumu o 3 dB!

Někdo by mohl usuzovat, že širokopásmový TX šum je zejména problém během VHF contestů v obsadenejších oblastech. například, v S5 je průměrně vzdálenost mezi dobře vybavenými stanicemi 50 km a vzdálenosti 10-20km nejsou žádnou zvláštností!

Propojení Javorníků-a 144/14 FT-1000MP

Na to, abychom plně využili možnosti FT-1000MP se dvěma separátními RX vstupy budeme potřebovat jednoduchý obvod, kterým spojíme XVRT a IF RIG. Za minimum lze považovat křížový přepínač na 14 MHz, který v jedné poloze spojí oba RX konvertory na vstup MAIN RX. To z důvodu, že SUB RX nemá stejnou kvalitu jako MAIN RX a neposkytuje DSP. odhaduji ale, že pouze při 20% spojení přepnu ze SUB na MAIN RX.

Interface může také obsahovat obvod, který umožní pracovat systémem S&P na SUB RX s oběma RX konvertory nezávisle na přepínači s kvalitním NB, krystalovými filtry a pod.

Další vývoj

Týká se problémů s vysílaným širokopásmovým šumem. V úvahu přichází zkonstruovat vysoce kvalitní VFO na 130 MHz (raději VXO nebo DDS / PLL) a použít HF RIG na jediné frekvenci. V tom případě by bylo možné zařadit na 14 MHz krystalový filtr mezi RIG a XVRT. Výsledkem by byl lepší poměr S / N vysílaného signálu a nižší úroveň IMD produktů při příjmu.

Dělá, S53WW
Slovenský překlad Viliam, OM3-0122

0 0 hlasy
hodnocení článku
Nastavit
Nastavit upozornění
host
0 Komentáře
Vložená zpětná vazba
Zobrazit všechny komentáře
0
Budeme rádi za vaše připomínky, prosím, komentujte!X