Hochwertiger 144-MHz-Transverter von S53WW

Ich glaube, dass viele Besucher dieses Portals die Beschreibung der hochohmigen Vorverstärker von Robi bereits gelesen haben. S53WWRobi hat zugestimmt, alle Artikel auf seiner Website zu übersetzen: http://lea.Amateurfunk.si/~s53ww/Danke schön!

Einführung

Javornik 144/14 MHz je vyskoodolný transvertor bei 144 MHz, optimiert für die Verwendung mit FT-1000MP  als 14-MHz-Station und einem Zuleitungsverlust von 0,5 dB zwischen der Antenne und dem Transvertereingang (ohne Verwendung zusätzlicher Vorverstärker!).

Es verfügt über zwei (synchrone) RX-Wandler mit ausreichender Verstärkung, um das Rauschmaß des FT-1000MP von 18 dB bei aktiviertem IP0 zu überwinden. Es wäre sinnvoll, den FT-1000MP leicht zu modifizieren – den SUB-RX-Anschluss auf die Rückseite zu verlegen, damit er das Erscheinungsbild des Geräts nicht beeinträchtigt.

Lokálne oscilátory Die 130-MHz-Oszillatoren sind in Buttler-Schaltung mit rauscharmen BFR93a-Transistoren ausgeführt. Zwei separate Oszillatorsignalwege führen zu den RX-Mischern. Die maximale LO-Leistung an den Mischern beträgt 23 dBm und kann mit Dämpfungsgliedern angepasst werden (verschiedene Mischertypen sind möglich). Wenn ein Konverter ausreicht, ist kein Paar LOs erforderlich.

Der TX-Wandler kann einen Eingangspegel des Treibers bei 14 MHz im Bereich von -20 dBm bis +20 dBm verarbeiten. Der Treiber mit dem BFG196-Transistor arbeitet in Klasse A und liefert ein sehr sauberes Signal von +15 dBm, das für den Betrieb der Mitsubishi-Hybrid-Treiber M57727 (20 W) oder M57713 (10 W) ausreicht.

RX-Wandler

RX-Wandlerdiagramm, Teil eins
RX-Wandlerdiagramm, Teil zwei

Das Gesamtrauschen der Anordnung (0,5 dB Dämpfung in Zuleitung + XVRT + ZF-RIG) ist auf 2,0 dB (170 kΩ) ausgelegt und übertrifft damit die Anforderungen für TROPO bei 144 MHz. Eine Dämpfung von 0,5 dB entspricht beispielsweise 33 m 7/8″-Kabel, 18 m 1/2″-Kabel oder 11 m AircomPlus/H2000. Die Investition in eine hochwertige (sprich: dicke) Zuleitung ist deutlich sinnvoller als die gleiche Summe in einen Vorverstärker unter der Antenne! Falls keine kurze Zuleitung verwendet werden kann, ist eine Methode zum Anschluss eines 4xBF998-Vorverstärkers an den Antennenanschluss vorgesehen (sofern die Spannung über das RX- oder RX/TX-Koaxialkabel zugeführt wird).

Tabelle 1: Technische Parameter des RX-Teils von Javornik 144/14 MHz:

Die Transverterverstärkung wird bei Verwendung anderer RIG-Typen mittels Dämpfungsgliedern vor dem Mischer auf ein geeigneteres Niveau eingestellt, um einen möglichst idealen Gesamtdynamikbereich zu erzielen. Die folgende Tabelle zeigt die Werte der Pi-Element-Widerstände (R gegen Masse/Serienwiderstand R) für verschiedene RIG-Rauschzahlen, sodass die Gesamtrauschzahl 1,5 dB beträgt.

Tabelle 2: Werte der Pi-Element-Widerstände vor dem Mischer, um ein Gesamtrauschmaß von 1,5 dB zu erreichen:

Wenn die Dämpfung des Koaxialkabels größer als 0,5 dB ist, verwenden Sie die folgende Formel, um die erforderliche XVRT-Verstärkung bei einem gewünschten Rauschmaß von etwa 2,0 dB (T=170K) zu berechnen:
T_WENN /G  + T_RX = T
T = 170 – 290*(10^L/10 – 1)
Wo T_WENN = 290*(10^NF/10 – 1) und T_RX ist die Gewinnfunktion (G) gemäß Tabelle 2.

Zum Beispiel: T_WENN = 11200 K (16 dB) und L = 0,8 dB ==> T = (170 – 58) = 111 ==> Zuerst versuchen wir es mit G = 446 (26,5 dB) und T _RX = 55 K ergibt T = 80, was zu niedrig ist. Daher versuchen wir es mit einem anderen Wert aus Tabelle 2 und berechnen so lange, bis wir G = 281 (24,5 dB) und T erhalten. _RX = 71 K, was beide Bedingungen erfüllt.

Die Bestimmung des Rauschmaßes eines Kurzwellen-Funkgeräts ist komplexer als es zunächst scheint. Die Daten aus den Tests von G3SJX und ARRL basieren auf der Empfindlichkeit: G3SJX bei 10 dB (S+N)/N im SSB-Betrieb (Bandbreite = 2,4 kHz) und ARRL bei 0 dB S/N im CW-Betrieb (Bandbreite = 500 Hz). Unter der Annahme, dass die Rauschbreite der Filterbreite (2400 oder 500 Hz) entspricht, lässt sich das Rauschmaß leicht berechnen (z. B. für die ARRL-Daten: NF = MDS – (-174 + 10LOG(BW))). Die Bandbreite des übertragenen Rauschens ist jedoch nicht identisch. Dies wird auch beim Vergleich der berechneten Rauschmaße nach ARRL- und G3SJX-Daten deutlich. Tabelle 3 enthält zum Vergleich verschiedene berechnete Werte für Kurzwellen-Funkgeräte. Die Rauschbandbreite wird maßgeblich von den ZF-Schaltungen beeinflusst. Ich möchte außerdem darauf hinweisen, dass die aus den G3SJX-Daten berechneten NF-Werte zu optimistisch sind, da die NF-Schaltungen die Bandbreite verringern und daher einige Werte nicht messbar sind (IC-775, TS-870).

Tabuľka 3: hodnoty NF rôznych HF RIG-ov na 14 MHz pri zapnutom AIP (predzosilňovač OFF) berechnet aus G3SJX-Daten und ARRL-Messungen unter der Annahme, dass die Bandbreite der Rausch- und ZF-Filter gleich ist:

Warum 14 MHz Zwischenfrequenz und nicht die üblichen 28 MHz? Weil die Linearität von HF-RIG-Empfängern für 7 und 14 MHz optimiert ist. In niedrigeren Frequenzbändern lässt sie sich durch den Einsatz von Dämpfungsgliedern verbessern, allerdings auf Kosten der Empfindlichkeit. Die Linearität einiger Geräte in höheren Frequenzbändern ist schlecht (ohne schlüssige technische Erklärung). Insbesondere die Linearität neuerer Geräte bei 28 MHz ist sehr schlecht (mit Ausnahme des TS-870). Tabelle 4 gibt Aufschluss über den IP3-Wert verschiedener HF-Geräte.

Tabelle 4: IP3-Werte verschiedener HF-Funkgeräte bei 14 und 28 MHz mit AIP EIN (Vorverstärker AUS), wie von G3SJX gemeldet (Signalabstand 50 kHz):

Vergleichen wir nun die VHF-Arbeitsplatzkonfigurationen mit 0,5 dB Koaxialverlust, XVRT und HF-RIG unter Verwendung des Javornik 144/14 und des LT2S. Der LT2S gilt als guter Standard-Transverter mit einer Verstärkung von 20 dB, einem Rauschmaß von 1,0 dB und einem IP3out von +27 dBm. Tabelle 5 zeigt die NF- und IP3in-Daten bei Verwendung des Javornik 144/14 und des LT2S mit verschiedenen HF-Geräten (die NF- und IP3-Daten stammen aus den Tabellen 3 und 4). Da der LT2S für einige HF-Geräte eine zu hohe Verstärkung aufweist, ist die Gesamtempfindlichkeit zu gering (abhängig vom Antennenrauschen, das geografisch variiert). Die Daten in Klammern beziehen sich auf den Javornik 144/14 mit einer auf das Rauschmaß des LT2S eingestellten Verstärkung. Die Daten für den Javornik 144/14 sind in einer separaten Spalte aufgeführt. Durch einen sorgfältigen Vergleich lässt sich feststellen, dass die Verstärkung und NF XVRT einen Einfluss auf den Gesamt-RX-Wert des Systems haben.

Nehmen wir beispielsweise den FT-1000MP mit LT2S: Die Empfindlichkeit erscheint zunächst gering, daher würde man sofort einen Vorverstärker mit 10 dB Verstärkung an die Antenne anschließen. Die Linearität verschlechtert sich in diesem Fall um 10 dB (IP3in = -23 dBm), selbst bei perfekt linearem Vorverstärker. Alternativ kann der Vorverstärker am FT-1000MP aktiviert werden (IP0 ist AUS). In diesem Fall sinkt das Zwischenfrequenz-Rauschverhältnis (ZF-NF) von 18 dB auf 8 dB und das Gesamt-NF von 3,2 dB auf 1,7 dB. Allerdings sinkt auch IP3 von +6 dBm auf -1 dBm, und die Gesamtlinearität fällt auf etwa -20 dBm! Daraus lässt sich schließen, dass der LT2S nur mit HF-Geräten verwendet werden kann, deren NF zwischen 10 und 14 dB liegt und deren IP3-Werte bei etwa +20 dBm (bei 28 MHz!!!) liegen.

Tabelle 5: NF- und IP3-Werte bei Verwendung von Javornik 144/14 bei 14 MHz und LT2S bei 28 MHz:

Pri úvahách o požadovanej citlivosti na 144 MHz v contestoch musíme vziať v úvahu aj tepelný šum antény ( T _UndEinige Quellen geben ein Minimum von T an. _Und Bei 144 MHz und 200 K, wenn die Antenne auf einen kalten Himmelsbereich gerichtet ist. Die Realität ist immer etwas schlechter. Das sieht man in Abbildung T. _Und na našom contestovom pracovisku JN75DS, 1269 m asl pri meraní 2.7.1999 o 19.00 LT. Najnižšia nameraná hodnota bola 370K, čo je ekvivalentné 3,5  dB NF. Maximálne hodnoty sú v smere mesta Postojna (zhruba 10 km, 500m asl) 1600K = 8,1 dB a miest Cerknica/Ljubjana.

Je známe, že ak šum RX sytému je zhodný so šumom antény, potom zhoršenie S/N je 3 dB. Je diskutabilné, aké zhoršenie S/N je prijateľné pre VHF contesting. Ja si myslím, že T_RX sollte das 0,6-fache des Wertes von T sein._Amin – führt zu einer Signal-Rausch-Verschlechterung von 2 dB. AT_Amin wird mit 300/2 + 200/2 = 250 kΩ angenommen (die Hälfte des Bodenrauschens und die Hälfte des Himmelsrauschens). Bei einem NF-System mit 2,0 dB (170 kΩ) besteht ausreichend Spielraum für unvorhersehbare Verluste in Relais, Leitungen usw.

Lokale Oszillatoren

Oszillatordiagramm, Teil eins
Oszillatordiagramm, Teil zwei
T/R-Schaltplan
XVRT-Anschlussdiagramm

Lokálne oscilátory Die 130-MHz-Schaltung erfolgt gemäß Buttler mit rauscharmen BFR93a-Transistoren. Die Schaltung verfügt über zwei separate Oszillatoren für zwei RX-Mischer. Der maximale Anregungspegel vom LO sollte 23 dBm betragen, was wir mit Dämpfungsgliedern vor den Mischern einstellen. Es können auch andere Mischer verwendet werden (ich empfehle den TUF-1H). Bei Verwendung eines 23-dBm-Mischers (z. B. RAY-1 oder SAY-1) lässt sich der IP3-Wert des RX-Wandlers selbst um 1 oder 2 dB erhöhen, da der IP3-Wert durch die ZF-Anlage auf unter +25 dBm festgelegt wird. Es ist jedoch nicht schädlich, den RAY-1 mit der gleichen Anregung wie den TUF-1H (+14 dBm) zu verwenden – für +20 dBm P1dB ist der SAY-1 besser geeignet. Der Preis eines +23-dBm-LO-Mischers rechtfertigt jedoch nicht die 1–2 dB Verbesserung des IP3-Werts.
Wenn Sie an beiden RX-Konvertern nicht interessiert sind, dann müssen Sie nur ein Teil bauen.

TX-Konverter

TX-Wandlerdiagramm, Teil eins
TX-Wandlerdiagramm, Teil zwei
PA TX Konverterdiagramm

Der TX-Konverter kann ein 14-MHz-Anregungssignal im Bereich von -20 dBm bis +20 dBm verarbeiten. Für den TRX, der ein sehr niedriges Signal (-10 bis -20 dBm) liefert, kann eine Verstärkerstufe integriert werden. Nach dem Niederpegelmischer ist ein rauscharmer Breitbandverstärker vorgeschaltet. Die Anregung erfolgt in Klasse A mit dem BFG196 und liefert ein sehr sauberes Signal von +15 dBm (IMD5 liegt bei etwa -60 dBc). Für die Endstufe empfiehlt sich der Einsatz einer zuverlässigen Hybrid-Endstufe von Mitsubishi: M57727 (20 W) oder M57713 (10 W). Dies ist zwar nicht die optimale technische Lösung, da die Module nicht die linearste Kennlinie aufweisen, aber mit einer Leistung von 20/10 W oder weniger lässt sich eine Unterdrückung höherer IMD-Produkte um mehr als 120 dB unterhalb des Trägerpegels problemlos erreichen (was ausreicht, um Störungen benachbarter Stationen zu vermeiden).

Das größte Problem des gesamten Senders (TX) ist das Breitbandrauschen. Zwei Quellen tragen dazu bei: der XVRT (Transformator) und das HF-Funkgerät (HF RIG). Messungen mit Javornik 144/14 MHz bei 20 W Ausgangsleistung ergaben einen Wert von -118 dBc/2,4 kHz. Dieser Wert lässt sich durch einen Sendermischer mit höherem Oszillatorpegel um weitere 10–15 dB verbessern (Achtung: Das Senderrauschen beträgt dann nur noch -108 dBc/2,4 kHz bei 2 W Ausgangsleistung!). Das Rauschspektrum des HF-Funkgeräts ist jedoch deutlich schlechter! Betrachtet man die Daten von G3SJX (die ARRL misst das Senderrauschen nur bis zu einem Abstand von 20 kHz, was lediglich Phasenrauschen und nicht Breitband-Senderrauschen darstellt), so zeigt sich, dass keines der modernen Funkgeräte ein Breitband-Senderrauschen von besser als -110 dBc/2,4 kHz in 200 kHz Abstand von der Trägerfrequenz aufweist. In einem engeren Frequenzbereich liegt der Wert bei etwa 100 dBc/2,4 kHz, was jedoch immer noch nicht dem vorherrschenden Phasenrauschen entspricht. Das bedeutet, dass das Signal-Rausch-Verhältnis des gesendeten Signals nur 100–110 dB beträgt! Zwei 500-W-VHF-Stationen mit 16-dBi-Antennen in 100 km Entfernung (!) und Funksicht erzeugen ein Signal von -27 dBm – das sind 111 dB über dem SSB-Rauschpegel (die Empfindlichkeit wird mit -138 dBm angenommen). Allein das Drücken der Sprechtaste an einem Gerät mit einem Senderauschpegel von -111 dBc/2,4 kHz führt zu einer Erhöhung des Rauschens um 3 dB bei der anderen Station!

Niekto by mohol usudzovať, že širokopásmový TX šum je najmä problém počas VHF contestov v obsadenejších oblastiach. Napríklad, v S5 je priemerne vzdialenosť medzi dobre vybavenými stanicami 50 km Und vzdialenosti 10-20km nie sú žiadnou zvláštnosťou!

Verbindung von JAVORNIK 144/14 und FT-1000MP

Um die Möglichkeiten des FT-1000MP mit seinen zwei separaten RX-Eingängen voll auszuschöpfen, benötigen wir eine einfache Schaltung zum Anschluss von XVRT und IF-RIG. Ein 14-MHz-Frequenzweichenschalter ist das Minimum, der in einer Position beide RX-Wandler mit dem MAIN-RX-Eingang verbindet. Dies ist notwendig, da der SUB-RX nicht die gleiche Qualität wie der MAIN-RX aufweist und keine digitale Signalverarbeitung (DSP) bietet. Ich schätze jedoch, dass ich nur in etwa 20 % der Verbindungen zwischen SUB- und MAIN-RX umschalten werde.

Die Schnittstelle kann auch eine Schaltung enthalten, die es dem S&P-System ermöglicht, auf SUB RX mit beiden RX-Wandlern unabhängig von einem Schalter mit hochwertigem NB, Quarzfiltern usw. zu arbeiten.

Weitere Entwicklungen

Dies betrifft das Problem des übertragenen Breitbandrauschens. Eine Möglichkeit besteht darin, einen hochwertigen VFO bei 130 MHz (vorzugsweise VXO oder DDS/PLL) zu verwenden und ein HF-Radio mit einer einzigen Frequenz einzusetzen. In diesem Fall könnte ein 14-MHz-Quarzfilter zwischen Radio und XVRT geschaltet werden. Dies würde zu einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis des gesendeten Signals und einem geringeren Anteil an Intermodulationsprodukten am Empfänger führen.

Robi, S53WW
Slowakische Übersetzung Viliam, OM3-0122