Quando si utilizzano antenne riceventi speciali sulle bande HF basse, i radioamatori si imbattono spesso nel problema di bassi livelli di segnale ricevuto. Le antenne Beverage, Flag, Pennant, EWE o K9AY offrono eccellenti proprietà direzionali e sopprimono significativamente le interferenze, ma il loro livello di uscita è notevolmente inferiore a quello delle classiche antenne trasmittenti. Il preamplificatore W7IUV di Larry Molitor è stato creato proprio per queste applicazioni e, nel corso degli anni, è diventato uno dei preamplificatori a bassa frequenza più famosi per la ricezione DX sulle bande dei 160 e degli 80 metri.
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Perché si usano i preamplificatori nelle trasmissioni ad alta frequenza?
Molti radioamatori si chiedono se un preamplificatore sia davvero necessario per le onde corte. I ricetrasmettitori moderni sono generalmente sufficientemente sensibili e il loro rumore interno è solitamente inferiore al rumore esterno captato dall'antenna. Tuttavia, la situazione cambia quando si utilizzano antenne riceventi a basso guadagno o lunghe linee elettriche.
In questo caso, il preamplificatore non ha la funzione di "creare" nuovi segnali. Il suo compito è quello di aumentare il livello del segnale ricevuto prima che si verifichino perdite nella linea coassiale o prima che entri nel ricevitore. Allo stesso tempo, deve avere un fattore di rumore sufficientemente basso da non compromettere il rapporto segnale/rumore. Più importante del fattore di rumore in sé, tuttavia, è la capacità di elaborare segnali molto forti a basse frequenze senza intermodulazione. Il rumore atmosferico, le interferenze industriali e i potenti trasmettitori radio creano condizioni all'ingresso del ricevitore che possono sovraccaricare un preamplificatore di scarsa qualità.
Ecco perché Larry W7IUV sottolinea nella documentazione originale che il parametro più importante di un preamplificatore per la banda dei 160 metri non è il fattore di rumore, bensì il valore OIP3, ovvero l'intercetta di uscita del terzo ordine. Questo valore determina la resistenza ai prodotti di intermodulazione che si generano in presenza di forti segnali fuori banda.
Caratteristiche uniche del concept W7IUV
Il preamplificatore W7IUV è il risultato di molti anni di sviluppo, inizialmente pensato per le operazioni DX sulla banda dei 160 metri. L'autore ha gradualmente abbandonato le soluzioni basate su transistor JFET, amplificatori MMIC e altri concetti diffusi, in quanto non raggiungevano la gamma dinamica desiderata. Ha invece optato per un transistor di potenza bipolare 2N5109 operante in modalità lineare con un significativo feedback negativo.
Il feedback è uno dei motivi principali dell'eccezionale linearità del circuito. Il preamplificatore non è stato progettato come un amplificatore da laboratorio a bassissimo rumore. La priorità è la capacità di funzionare in un sistema di antenne reale senza la formazione di prodotti indesiderati, mantenendo al contempo una sensibilità sufficiente.
Un altro vantaggio è la sua semplicità costruttiva. La parte attiva è composta da un solo transistor, diverse resistenze, condensatori e un trasformatore su un nucleo toroidale in ferrite. Nonostante la sua semplicità, raggiunge parametri che lo mantengono ancora oggi tra i preamplificatori più utilizzati per le antenne riceventi Beverage e simili.
Parametri tecnici
| Transistor | 2N5109 (in alternativa 2N3866 o DCP68) |
| Alimentazione elettrica | da 12,6 a 13,6 V |
| Profit | circa 18-21 dB |
| Campo di lavoro | da circa 1 a 30 MHz |
| cifra del capitale | migliore di 4 dB, in genere intorno ai 2 dB |
| OIP3 | circa +42 dBm |
Misure pubblicate da Karel OK2ZI È stato confermato un guadagno di circa 18 dB e un ottimo adattamento di impedenza. In pratica, questi valori sono pienamente sufficienti per la maggior parte delle antenne riceventi utilizzate sulle bande HF.
Schema elettrico
Il circuito si basa su un transistor 2N5109 in configurazione a emettitore comune. Il collettore è collegato all'alimentazione tramite un autotrasformatore e costituisce anche il circuito di uscita. Le resistenze R2 e R3 forniscono il feedback, che migliora significativamente la linearità e l'impedenza di ingresso. La combinazione di resistori da 4,7 Ω e 10 Ω sull'emettitore stabilizza il punto di funzionamento del transistor.
Il trasformatore T1 fornisce una trasformazione di impedenza 1:4. Le versioni originali utilizzavano un toroide FT50-43 con 10 spire bifilari. Le successive modifiche apportate dall'autore raccomandano un nucleo di tipo 75, che offre migliori proprietà di intermodulazione.
Lo schema pubblicato da OK2ZI utilizza un FT50-43 con dieci spire bifilari, che corrisponde alla versione originale del progetto. Questa versione è tuttora utilizzata dai radioamatori e fornisce ottimi risultati, soprattutto con le antenne Flag e Beverage.
Circuiti stampati di OK2ZI
Karel OK2ZI ha contribuito alla fattibilità del preamplificatore, preparando circuiti stampati progettati professionalmente. Questi semplificano notevolmente la costruzione e riducono al minimo il rischio di errori nel posizionamento dei componenti.
Ho costruito il preamplificatore su un circuito stampato di Karel OK2ZI. Per prima cosa, ho installato le resistenze, i condensatori e un diodo di protezione. La parte più impegnativa è stata l'avvolgimento del trasformatore su un nucleo toroidale. Un principiante potrebbe avere qualche difficoltà con l'avvolgimento bifilare all'inizio, ma un progettista esperto può gestirlo senza grossi problemi.
Infine ho installato il relè e il transistor con un dissipatore di calore. Il raffreddamento non va sottovalutato. Il preamplificatore viene spesso collocato in una scatola esterna vicino all'antenna e durante le giornate estive può essere esposto alla luce solare diretta. Il transistor deve quindi avere un dissipatore di calore adeguato.
La connessione ha funzionato la prima volta che l'ho acceso. Ho solo dovuto controllare l'assorbimento di corrente e poi misurarlo usando nanoVNA. Nameraný zisk v KV pásmach zodpovedal hodnotám publikovaným ďalšími autormi. Predzosilňovač som navyše doplnil o Induttore di uscita secondo il progetto di Honza OK2ZAW per sopprimere la corrente comune lungo la linea coassiale.
Attualmente lo sto utilizzando con un'antenna ricevente Flag e i risultati sono ottimi, soprattutto sulle bande dei 160 e degli 80 metri.
Misurazioni ed esperienza pratica
Karel OK2ZI ha pubblicato due serie di misurazioni. I risultati confermano una perdita di inserzione molto bassa in modalità bypass e un guadagno di circa 18 dB in modalità attiva. Allo stesso tempo, sono state verificate buone proprietà di impedenza e stabilità della connessione.
Risultati simili sono stati pubblicati anche da Tobias DH1TW, che ha misurato un guadagno di circa 20 dB nella gamma da 1 a 30 MHz con un ottimo adattamento di impedenza in ingresso utilizzando un analizzatore VNWA.
Video di YouTube
Per chi fosse interessato alle misurazioni pratiche e alla costruzione, i seguenti video potrebbero essere di interesse:
Il video mostra una misurazione del guadagno effettuata con un nanoVNA, e l'autore riporta un guadagno di circa 21 dB.
Il secondo video mostra l'utilizzo del preamplificatore W7IUV con un'antenna a loop magnetico in fase di ricezione.
Dove acquistare e prezzo
Il preamplificatore originale viene normalmente venduto come kit solo eccezionalmente, tuttavia Circuiti stampati di OK2ZI Sono disponibili su eBay da molto tempo. Il prezzo del singolo circuito stampato si aggira intorno ai 4,70 dollari, più le spese di spedizione.
Assemblaggio completo comprendente transistor, relè e connettori. a skrinky zvyčajne vychádza na niekoľko desiatok eur podľa použitých súčiastok. Najproblematickejšou položkou býva originálny Transistor 2N5109, ktorý je dnes menej dostupný ako v čase vzniku konštrukcie.
Conclusione
Il preamplificatore W7IUV è uno dei progetti più collaudati per la ricezione DX a bassa frequenza. Il suo vantaggio principale non risiede nella figura di rumore estremamente bassa, bensì nell'elevata gamma dinamica e nell'eccellente resistenza all'intermodulazione. È proprio per questo motivo che è diventato lo standard per le antenne. BevandeBandiera, gagliardetto o K9AY.
Anche a distanza di oltre vent'anni dalla sua ideazione, questo circuito ha ancora molto da offrire ai radioamatori moderni. Utilizzando un circuito stampato di qualità della OK2ZI e seguendo le procedure di costruzione consigliate, questo progetto è alla portata della maggior parte dei progettisti di livello intermedio e può migliorare significativamente le caratteristiche del sistema di ricezione sulle bande HF basse.