Convertisseur 144 MHz de haute qualité de S53WW

Je crois que de nombreux visiteurs de ce portail ont déjà lu la description des préamplificateurs haute résistance de Robi S53WW. Robi a accepté de traduire tous les articles trouvés sur son site : http://lea.Radioamateur.si/~s53ww/. Merci!

Introduction

Javornik 144/14 MHz je vyskoodolný transvertor sur 144 MHz optimisé pour une utilisation avec FT-1000MP  comme station sur 14 MHz et une perte de connexion de 0,5 dB entre l'antenne et l'entrée du transverter (sans utilisation de préamplificateurs supplémentaires !).

Il dispose de deux convertisseurs RX (synchrones) avec un gain suffisant pour surmonter le facteur de bruit du FT-1000MP, qui est de 18 dB avec IP0 activé. Le FT-1000MP devra être légèrement modifié - pour faire ressortir le connecteur avec SUB RX sur le panneau arrière afin qu'il ne perturbe pas l'apparence de l'appareil.

Lokálne oscilátory (130 MHz) sont dans un circuit Buttler avec des transistors BFR93a à faible bruit. Deux chemins de signal d'oscillateur distincts mènent aux mélangeurs RX. La puissance LO maximale des mélangeurs est de 23 dBm et elle peut être ajustée avec des atténuateurs (différents types de mélangeurs peuvent être utilisés). Si un seul convertisseur vous suffit, il n'est pas nécessaire de construire une paire de LO.

Le convertisseur TX peut gérer le niveau d'entrée du pilote à 14 MHz dans la plage de -20 dBm à +20 dBm. Le driver de transistor BFG196 fonctionne en classe A et fournit un signal de niveau +15 dBm très propre, ce qui est suffisant pour piloter un hybride Mitsubishi M57727 (20W) ou M57713 (10W).

Convertisseur RX

Schéma du convertisseur RX, première partie
Schéma du convertisseur RX, deuxième partie

Le facteur de bruit total de l'ensemble (perte d'alimentation de 0,5 dB + XVRT + IF RIG) est projeté à 2,0 dB (170K), ce qui est meilleur que celui requis pour TROPO à 144 MHz. Des pertes de 0,5 dB représentent par exemple 33 m de câble 7/8″, 18 m de câble 1/2″ ou 11 m d'AircomPlus/H2000. N'oubliez pas qu'investir dans un bon (lire : brut) est bien mieux que d'investir le même montant dans un préamplificateur sous l'antenne ! Dans les cas où il n'est pas possible d'utiliser une alimentation courte, la conception inclut une méthode de connexion du préamplificateur 4xBF998 au connecteur d'antenne (tension js fournie via un câble coaxial RX ou RX/TX).

Tableau 1 : paramètres techniques de la partie RX du Javornik 144/14 MHz :

Le gain du transverter est ajusté à un niveau plus approprié lors de l'utilisation d'autres types de RIG (afin que la plage dynamique globale soit aussi idéale que possible) en utilisant des atténuateurs avant le mélangeur. Le tableau suivant montre les valeurs des résistances pi (R à la terre/R en série) pour différents facteurs de bruit des RIG, de sorte que le facteur de bruit total soit de 1,5 dB.

Tableau 2 : valeurs des résistances de la cellule pi avant le mélangeur pour atteindre un facteur de bruit total de 1,5 dB :

Si l'atténuation du câble coaxial est supérieure à 0,5 dB, utilisez la formule suivante pour recalculer le gain XVRT requis au NF souhaité d'environ 2,0 dB (T=170K) :
T_SI /G  + T_RX =T
T = 170 – 290*(10^L/10 – 1)
Où T_SI = 290*(10^NF/10 – 1) et T_RX est fonction du profit (G) selon le tableau n°2.

Par exemple : T_SI = 11200 K (16 dB) et L = 0,8 dB ==> T = (170 – 58) = 111 ==> On essaie d'abord avec G = 446 (26,5 dB) et T _RX = 55 K donne T = 80 ce qui n'est pas suffisant, on essaie donc une autre valeur du tableau 2 et on compte jusqu'à arriver à G = 281 (24,5 dB) et T _RX = 71 K, ce qui satisfait aux deux conditions.

Déterminer le facteur de bruit d’un RIG HF est plus compliqué qu’il n’y paraît. Les données d'examen de G3SJX et ARRL sont basées sur la sensibilité, G3SJX à 10 dB (S+N)/N en SSB (BW = 2,4 kHz) et ARRL à 0 dB S/N en CW (BW=500 Hz). En supposant que la largeur du bruit est la même que la largeur du filtre (2 400 ou 500 Hz), n'importe qui peut facilement calculer le facteur de bruit (par exemple, pour les données ARRL, NF = MDS – (-174 + 10LOG(BW))). Mais la largeur de la bande de bruit transmise n'est pas la même, ce fait est également visible lorsque l'on compare les chiffres de bruit calculés selon les données ARRL et G3SJX. Dans le tableau 3, vous trouverez plusieurs valeurs calculées des RIG HF à des fins de comparaison. Le bruit BW est clairement affecté par les circuits IF. Je tiens également à dire que les NF calculés à partir des estimations de G3SJX sont trop optimistes, car les circuits AF rétrécissent le BW et certains nombres ne sont donc pas détectables (IC-775, TS-870).

Tabuľka 3: hodnoty NF rôznych HF RIG-ov na 14 MHz pri zapnutom AIP (predzosilňovač OFF) calculé à partir des données G3SJX et des mesures ARRL en supposant que le BW des filtres de bruit et IF est le même :

Pourquoi une fréquence intermédiaire de 14 MHz et non la fréquence standard de 28 MHz ? Car la linéarité des récepteurs HF RIG est optimisée pour 7 et 14 MHz. Sur les bandes inférieures, cela peut être amélioré en incluant des atténuateurs pour réduire la sensibilité. La linéarité sur les bandes supérieures de certains appareils est mauvaise (sans aucune bonne explication technique). Concrètement, la linéarité des appareils plus récents à 28 MHz est très mauvaise (à l'exception du TS-870). Le tableau 4 donne la réponse, tout comme l'IP3 des différents appareils HF.

Tableau 4 : Valeurs IP3 de divers RIG HF à 14 et 28 MHz avec AIP ON (préamplificateur OFF) telles que rapportées par G3SJX (espacement des signaux de 50 kHz) :

Comparons maintenant les configurations de lieu de travail VHF avec une perte coaxiale de 0,5 décibel, XVRT et HF RIG utilisant le Javornik 144/14 et le LT2S. Le LT2S est reconnu comme un bon convertisseur "standard" avec un gain de 20dB, un facteur de bruit de 1,0dB et une sortie IP3 de +27dBm. Dans le tableau 5, vous trouverez des données sur NF et IP3in lors de l'utilisation de Javornik-a 144/14 et LT2S avec différents appareils KV (les données sur NF et IP3 proviennent des tableaux numéros 3 et 4). Étant donné que le LT2S a trop de gain pour certains appareils KV, la sensibilité globale sera faible (cela dépend du bruit de l'antenne, qui varie géographiquement). Les données entre parenthèses concernent Javornik 144/14 avec un gain défini pour correspondre à NF avec LT2S. Les données pour Javornik 144/14 se trouvent dans une colonne séparée. Par une comparaison minutieuse, on peut voir que le gain et le NF du XVRT ont un effet sur la valeur RX globale du système.

Par exemple, prenons le FT-1000MP avec LT2S : il peut sembler que la sensibilité sera mauvaise, on ajouterait donc immédiatement un préamplificateur avec un gain de 10 dB à l'antenne. La linéarité se dégrade alors de 10 dB (IP3in = -23 dBm), même si le préamplificateur est parfaitement linéaire. Alternativement, il allume le préamplificateur FT-1000MP (IP0 est désactivé) - dans ce cas, le IF NF passe de 18 dB à 8 dB et le NF total de 3,2 dB à 1,7 dB. Mais! IP3 passe également de +6 dBm à -1 dBm et la linéarité globale chute à environ -20 dBm ! Enfin, on peut conclure que le LT2S ne peut être utilisé qu'avec des appareils KV dont le NF est de 10-14 dB et les valeurs IP3 sont de l'ordre de +20 dBm (à 28 MHz !!!).

Tableau 5 : Valeurs NF et IP3 lors de l'utilisation de Javornik-a 144/14 à 14 MHz et LT2S à 28 MHz :

Pri úvahách o požadovanej citlivosti na 144 MHz v contestoch musíme vziať v úvahu aj tepelný šum antény ( T _un). Dans certaines sources, un minimum de T est indiqué _un sur 144 MHz 200K si l'antenne est pointée vers une zone froide du ciel. Mais la réalité est toujours un peu pire. Sur la photo, vous pouvez voir T _un 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 devrait être 0,6 fois la valeur T_Amen – donne une dégradation du rapport S/B de 2 dB. Et T_Amen est pris comme 300/2 + 200/2 = 250K (moitié bruit de sol et moitié bruit du ciel). Dans le cas d'un système NF de 2,0 dB (170K), on dispose ainsi d'une réserve suffisante pour les pertes imprévisibles dans les relais, cavaliers, etc.

Oscillateurs locaux

Schéma de l'oscillateur, première partie
Diagramme d'oscillateur, deuxième partie
Schéma de commutation T/R
Schéma de connexion XVRT

Lokálne oscilátory (130 MHz) sont connectés selon Buttler avec des transistors à faible bruit BFR93a. Le circuit dispose de deux oscillateurs séparés pour deux mélangeurs RX. Le niveau d'excitation maximum du LO doit être de 23 dBm, que nous réglerons avec des atténuateurs avant les mélangeurs. Il est possible d'utiliser différents mélangeurs (je recommande le TUF-1H). Lors de l'utilisation d'un mélangeur à 23 dBm (par exemple RAY-1 ou SAY-1), il est possible d'augmenter la valeur IP3 de 1 ou 2 dB (du propre convertisseur RX, car l'IP3 est déterminé par l'IF RIG comme étant inférieur à +25 dBm). Cependant, cela ne fait pas de mal d'utiliser RAY-1 avec la même excitation que TUF-1H (+14 dBm) - il est préférable d'utiliser SAY-1 que pour +20 dBm P1dB. Cependant, le coût d'un mélangeur LO +23 dBm ne vaut pas l'amélioration IP3 de 1 à 2 dB.
Si les deux convertisseurs RX ne vous intéressent pas, vous n'avez besoin de construire qu'une seule pièce.

Convertisseur d'émission

Schéma du convertisseur TX, première partie
Schéma du convertisseur TX, deuxième partie
Schéma du convertisseur PA TX

Le convertisseur TX peut traiter un signal d'excitation de 14 MHz à des niveaux allant de -20 dBm à +20 dBm. Pour le TRX, qui présente un niveau de signal très faible (-10 à -20 dBm), il est possible d'inclure un étage d'amplification. Un amplificateur large bande à faible bruit est inclus derrière le mélangeur de bas niveau. Le driver fonctionne en classe A avec le BFG196 et fournit un niveau de signal très propre de +15 dBm (IMD5 est d'environ -60 dBc). Pour la dernière étape, il est plus efficace d'utiliser une sonorisation hybride sans problème de Mitsubishi M57727 (20W) ou M57713 (10W). Ce n'est pas la meilleure solution technique car les modules ne sont pas les plus linéaires, mais à 20/10 W ou moins, il est facile d'obtenir un rejet de plus de 120 dB des produits IMD supérieurs en dessous du niveau de la porteuse (ce qui est suffisant pour empêcher les stations proches d'éclabousser).

Le plus gros problème de toute la partie TX est le bruit à large bande. Deux sources sont impliquées dans sa production : XVRT et HF RIG. En mesurant Javornik 144/14 MHz à une puissance de sortie de 20 W, une valeur de -118 dBc/2,4 kHz a été obtenue et peut être encore améliorée de 10 à 15 dB en utilisant un mélangeur TX avec un niveau d'oscillateur plus élevé (remarque : le bruit TX ne sera que de -108 dBc/2,4 kHz à une puissance de sortie de 2 W !). Mais le spectre de bruit du HF RIG est bien pire ! En regardant les données du G3SJX (l'ARRL ne mesure que le bruit d'émission jusqu'à 20 kHz, qui ne peut être considéré que comme un bruit de phase, pas comme un bruit d'émission à large bande), on peut voir qu'aucun des RIG modernes n'a un bruit d'émission à large bande supérieur à -110 dBc/2,4 kHz à 200 kHz de la porteuse. Dans la plage la plus étroite, elle se situe autour de 100 dBc/2,4 kHz, ce qui n'est toujours pas la valeur de bruit de phase dominante. Cela signifie que le rapport S/B du signal transmis n'est que de 100-110 dB !!! Deux stations VHF de 500 W avec des antennes de 16 dBi à une distance de 100 km (!) avec visibilité radio produiront une force de signal de -27 dBm - soit 111 dB au-dessus du niveau de bruit SSB (je prends une sensibilité de -138 dBm). Une simple pression sur le PTT sur un appareil avec un niveau de bruit de transmission de -111 dBc/2,4 kHz augmentera le bruit de 3 dB au niveau de la station opposée !

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 un vzdialenosti 10-20km nie sú žiadnou zvláštnosťou!

Connexion de JAVORNIK 144/14 et FT-1000MP

Afin d'utiliser pleinement les capacités du FT-1000MP avec deux entrées RX séparées, nous aurons besoin d'un circuit simple pour connecter le XVRT et l'IF RIG. Le minimum peut être considéré comme un commutateur croisé à 14 MHz, qui dans une position connecte les deux convertisseurs RX à l'entrée MAIN RX. En effet, le SUB RX n'a ​​pas la même qualité que le MAIN RX et ne fournit pas de DSP. Mais j'estime que je ne passerai du SUB au MAIN RX qu'à 20% de connexion.

L'interface peut également inclure un circuit qui permettra au système S&P de fonctionner sur le SUB RX avec les deux convertisseurs RX indépendamment du switch avec NB de qualité, filtres à cristal, etc.

Développement ultérieur

Il fait référence aux problèmes liés au bruit de diffusion à large bande. Pensez à construire un VFO de haute qualité à 130 MHz (de préférence un VXO ou DDS/PLL) et à utiliser un RIG HF sur une seule fréquence. Dans ce cas, il serait possible d'inclure un filtre à cristal de 14 MHz entre RIG et XVRT. Le résultat serait un meilleur rapport S/B du signal transmis et un niveau plus faible de produits IMD à la réception.

Robi, S53WW
Traduction slovaque par Viliam, OM3-0122