Hochbeständiger Low-Noise-Vorverstärker bei 144MHz S53WW

Robert S53WW ist ein großartiger Designer von VHF-Geräten. Auf seiner Website finden Sie beispielsweise eine Beschreibung eines 2m-Antennensystems, das für Wettbewerbe geeignet ist, sowie einen hochwertigen Transverter Javornik 144/14MHz. Ich habe ihn um Erlaubnis gebeten, diese Artikel zu übersetzen und zu veröffentlichen. Er hat sie mir sofort geschickt, wofür ich ihm sehr danke. Wir werden sie Ihnen nach und nach auf www. bringen.CQ.sk . Wenn Sie jedoch nicht warten möchten, besuchen Sie seine Website http://lea.hamradio.si/~s53ww/.

Einführung

Nach einer gründlichen Analyse verschiedener Vorverstärker für meinen neuen 144/14 MHz Transverter blieb ich schließlich bei dem Infeon BF998 MOS-FET. Ich hatte sehr gute Erfahrungen mit dem alten BF-981 und begann daher mit dem Testen des BF998. Dieser Transistor ist günstig, leicht erhältlich und hat sehr gute Eigenschaften. Ich habe kein GaAs FET verwendet, da sie schwer erhältlich und teuer sind, wobei die Unterschiede minimal sind.

Aus der Analyse des Transverters ging hervor, dass die Gesamtbeständigkeit der gesamten Einheit bestimmt wird Vorverstärker (wenn Sie +17dBm Mischer mit Oszillator-Signal +20dBm verwenden und dahinter einen Verstärker mit IP3 out > 36dBm und die KV-Beständigkeit vernachlässigen TCVR)! OK, kommerzielle KV-Empfänger sollten keine schlechte Beständigkeit haben (IP3 in < +15dBm bis +25dBm, AOR-7030 bis +30dBm). In diesem Fall sollte IP3 out mindestens auf diesem Niveau liegen (+30dBm). Das Rauschen von KV-Empfängern liegt bei 16dB, im besseren Fall bei etwa 13dB.

Wenn wir den Verlust im Koaxialkabel ANT-XVRT auf etwa 0,5dB schätzen und ein Endrauschzahl von etwa 2,2dB verlangen, stellen wir fest, dass der Gewinn von XVRT mindestens 24dB sein muss (mit einer Rauschzahl von 1dB). Daraus ergibt sich, dass IP3 in mehr als +6dBm sein muss (=30dBm-24dB). Diese Anforderung zu erfüllen, ist gerade wegen des Vorverstärkers nicht einfach.

Niedrigrauschiger Vorverstärker mit paralleler Kombination n-mal BF998

Der Versuch, den ursprünglichen Vorverstärker mit einem neuen BF998 zu bestücken, brachte keine signifikante Verbesserung. Er hatte einen Gewinn 26,5 dB, Rauschzahl 0,8 dB, P1dB 17 dBm und IP3 in 0 dBm. Das sind keine schlechten Werte, aber sie könnten besser sein.

Das erste Bild zeigt eine übliche Schaltung eines Vorverstärkers mit einem Dual-Gate MOSFET Mit Blick auf den maximalen Gewinn. Idss wird auf ein minimales Rauschlevel eingestellt (Idss liegt im Bereich von 2 bis 18 mA - normalerweise zwischen 10 und 15 mA). Die Eingangsspule L1 ist mit einem 5 mm 1,0 mm AgCu-Draht gewickelt; sie hat 6 Windungen mit einer Wicklungslänge von 11 mm. Sie sollte mindestens 2 mm über dem Boden und mindestens 10 mm von metallischen Teilen des Gehäuses entfernt sein. Die Kapazitätstrimmer müssen von hoher Qualität sein. Dioden (Infineon BAR63-04 oder BAR64-04 oder BAR14-1) dienen zum Schutz des MOSFET. Sie haben kaum Einfluss auf das Rauschverhältnis oder die Robustheit, ihr Einsatz in realen Bedingungen ist wünschenswert.Es ist wünschenswert. Der kritischste Teil ist Transformator TR1: Es sollte auf dem A7 -Doppelkern des U17 (Epcos, ehemals Siemens & Matshushita) verletzt werden. Die Materialien anderer Hersteller können in Bezug auf die Verschlechterung von Gewinn und P1DB verwendet werden. Die Trifyl Wicked Two Threads - es ist immer besser als ein Autotransformer mit 6 Fäden (= 2 × 3) der primären Wicklung und des Einschaltens des zweiten Fadens vom kalten Ende (in der Praxis werden 4 Fäden zuerst verwundet, von den Treibern verdreht, ein Zweig und 2 weitere Fäden). Die TR1 -Steckdosen müssen auf 5 mm verkürzt werden und sie in der Nähe des Bodens an der Oberflächgelöhne führen, andernfalls können es Schwingungen bei hohen Frequenzen geben.

Beim Experimentieren habe ich eine interessante Schaltung mit FET (verwendet in NF-Verstärkern) gefunden, bei der parallel geschaltete zwei identische FETs weniger Rauschen haben als einer! Also, wenn Sie einen weiteren BF998 auswählen (muss den gleichen Idss haben, Auswahl erforderlich), können Sie bis zu einem Wert von 0,6dB NF, Verstärkung 26,5dB und der gleiche oder schlechtere (!?) IP3 in. Das Problem mit IP3 kann durch eine geeignetere Anpassung des Ausgangs gelöst werden - anstelle eines Transformators mit einem Verhältnis von 3:1 verwenden wir 2:1. Auf diese Weise erreichen wir eine IP3-Leistung von +28,5dBm (P1dB beträgt +19dBm). Die allgemeine Schaltung von LNA n-mal BF998 ist auf dem nächsten Bild (die erzielten Werte sind in der Tabelle aufgeführt).

Natürlich habe ich auch eine Gruppe von vier BF998 ausprobiert (wer würde das nicht wollen) - die Rauschzahl sinkt auf 0,5dB, Verstärkung bleibt 26,5dB (bei Einstellung auf minimales Rauschen) und IP3 out ist +34dBm. Um diese IP3-Wert zu erreichen, muss das Verhältnis TR1 auf 1,3:1 geändert werden. Der Zweig L1 befindet sich in der Mitte der Wicklung (auf der dritten Windung). Beim ersten Versuch schwingte der Verstärker über 3,5 GHz, was sich jedoch nicht auf 2m auswirkte. Ich habe versucht, jeweils ein Paar Transistoren auf jeder Seite der Leiterplatte mit kurzen Drähten und getrennten G2-Vorspannungsnetzwerken zu platzieren (die Anordnung der Bauteile und des Sperrkondensators ist kritisch). Nach dieser Anpassung verschwand das Schwingen, aber ich möchte darauf hinweisen, dass alle Schaltungen nur unter bestimmten Bedingungen stabil sind. Die Anordnung der Bauteile jeKritischInsbesondere betrifft dies den Sperrkondensator 1nF.

Schaltplan des Vorverstärkers n-mal BF998 (ähnlich wie mit einem BF998). Die Werte der variablen Bauteile finden Sie in der Tabelle. Auch die Anpassung von Eingang und Ausgang ist unterschiedlich (siehe Text). Das Material des Transformators ist dasselbe wie im vorherigen Fall, bei Verwendung mehrerer BF998 empfehle ich die Größe A4. Die Vorverstärker können ohne Messtechnik mit einem kleinen Trick auf minimales Rauschen abgestimmt werden: Wir stimmen sie auf maximale Verstärkung bei 136 MHz ab (das Rauschen ändert sich dabei kaum in einem weiten Bereich).

Hier können Sie das Layout herunterladen ftp://lea.hamradio.si/pub/vhfct/lnaa2.zip.

Push-pull LNA mit BF998

Push-pull LNA mit BF998 0,9-1,0dB, IP3 out 32,5dBm bei Gewinn 26,5dB (Einstellung auf minimales Rauschen). Die endgültige Schaltung ist die Verbindung von zwei einstufigen Verstärkern gemäß der ersten Abbildung.

Push-pull-Verbindung von zwei BF998. Die Eingangsspule L1 ist auf einem Durchmesser von 11mm mit 1,0mm AgCu-Draht gewickelt; sie hat 4 Windungen und die Wicklungslänge beträgt 7mm. Die Verbindungsspule hat eine Windung auf dem gleichen Durchmesser wie L1 mit lackiertem Cu-Draht, so dass sie L1 nicht kurzschließen kann. Die Transformatoren TR1 und TR2 bestehen aus dem gleichen Material wie ein einfacher LNA (Größe A7, Material U17, Epcos). Der Ausgangstransformator TR2 hat zwei bifilare Wicklungen.

Dann habe ich versucht, eine Push-Pull-Verbindung von vier BF998 herzustellen. Das Ziel war es, IP3 in etwa +9dBm bei einem Rauschmaß von etwa 0,8dB zu erreichen. Obwohl ich das gewünschte IP3 in erreicht habe, war es mir nicht möglich, das gewünschte Rauschmaß zu erreichen. Dies war immer noch höher als 1,3dB, was mir für XVRT ungeeignet erschien. Für andere Zwecke könnte dieser Wert jedoch geeignet sein, es erfordert weitere Experimente.

Notiz:
Diese Vorverstärker sind nicht für den direkten Anschluss vor einem Empfänger oder Transverter geeignet, da sie eine sehr hohe Verstärkung haben. Ihre effektive Nutzung (obwohl ich die Verwendung von Vorverstärkern nicht empfehle) ist mit einem Dämpfungsglied an ihrem Ausgang möglich, was die Verstärkung reduziert. In den meisten Fällen reichen 6-10dB Verstärkung für einen Vorverstärker aus, wenn er wirklich verwendet werden muss. Mit einem Dämpfungsglied -20dB verschlechtert sich das Gesamtrauschmaß von 0,5/0,6/0,8dB auf 1,3/1,4/1,5dB. Mit einem Dämpfungsglied -16dB verschlechtert sich das Gesamtrauschmaß von 0,5/0,6/0,8dB auf 0,8/0,9/1,1dB. Daher empfehle ich Ihneneinen Attenuator -16dB hinter dem Vorverstärker zu verwenden (die Werte des Pi-Glieds betragen 68 Ohm gegenüber Masse und 150 Ohm zwischen ihnen).

Hochwertige VHF und höhere Vorverstärker finden Sie auf der Website von Dragan YU1AW: www.QSL.net/yu1aw/low_noise.htm.

Bis September 2002 baute ich sechs Vorverstärker mit einem Rauschmaß von 0,5-0,6 dB (BF998 Philips, gekennzeichnet als Mop) und drei mit einem Rauschmaß von 0,8-0,9 dB (BF998 Infeon, gekennzeichnet als Mos). Die schlechte Nachricht ist, dass Epcos aufgehört hat, das Material U17 zu vertreiben, sodass es sehr schwer ist, Doppelöffnungskerne U17/A4 zu bekommen. Es gibt noch keinen Ersatz, aber Kerne ähnlicher Größe aus Material mit einer Permeabilität zwischen 20-30 sind verwendbar…

Nach dem Messen von neun Vorverstärkern empfehle ich eine einfache Methode zum Einstellen des LNA 4xBF998 auf minimales Rauschen: Stimmen Sie den Trimmer C auf maximalen Gewinn, dann erhöhen Sie seine Kapazität, bis der Gewinn nicht um 1dB fällt! Das Abstimmen ist nicht kritisch, der Eingangskreis ist breitbandig bei der Einstellung des minimalen NF (ca. 10 MHz).

Robi, S53WW
http://lea.hamradio.si/~s53ww/
Übersetzt und bearbeitet mit Zustimmung des Autors Viliam, OM3-0122