Preamplificatore a basso rumore ad alta resistenza a 144 MHz S53WW

Roberto S53WW je skvelý konštruktér zariadení na vkv. Na jeho stránkach nájdete napríklad aj popis sústavy antén na 2m vhodnej do contestov a kvalitného transvertoru Javornik 144/14MHz. Poprosil som ho o súhlas na preklad a publikovanie týchto článkov. Robi mi ho obratom zaslal, za čo mu patrí veľké ďakujem. Postupne Vám ich všetky prinesieme na www.CQ.sk . Ak sa Vám ale nechce čakať, navštívte jeho stránky http://lea.Radio amatoriale.si/~s53ww/.

Introduzione

Po dôkladnej analýze rôznych predzosilňovačov pre môj nový 144/14 MHz transvertor Alla fine sono rimasto con l'Infeon BF998 MOS-FET. Ho avuto un'esperienza molto positiva con il vecchio BF-981, quindi ho iniziato a testare il BF998. Questo transistor è economico, facilmente reperibile e ha ottime caratteristiche. Non ho utilizzato i FET GaAs perché sono difficili da trovare e costosi e le differenze sono minime.

Dall'analisi del trasvertitore è risultato chiaro che esso determina la resistenza finale dell'intero assieme preamplificatore (se usate un mixer +17dBm con un segnale oscillatore +20dBm e dietro un amplificatore con uscita IP3 > 36dBm e trascurate la resistenza KV TCVR)! OK, komerčné KV prijímače by nemali mať odolnosť zlú (IP3 in < +15dBm až +25dBm, AOR-7030 až +30dBm). V tomto prípade má byť IP3 out minimálne na tejto úrovni (+30dBm). Šum KV prijímačov sa pohybuje na úrovni 16dB, v lepšom prípade okolo 13dB.

Se stimiamo la perdita nel cavo coassiale ANT-XVRT in circa 0,5 dB e richiediamo una figura di rumore risultante di circa 2,2 dB, scopriamo che il guadagno XVRT deve essere almeno di 24 dB (con una figura di rumore di 1 dB). Ne consegue che IP3 in deve essere maggiore di +6dBm (=30dBm-24dB). Non è facile soddisfare questa esigenza proprio a causa del preamplificatore.

Preamplificatore a basso rumore con combinazione in parallelo n volte BF998

Il tentativo di montare sul preamplificatore originale un nuovo BF998 non ha portato miglioramenti significativi. Ha realizzato un profitto 26,5 dB, šumové číslo 0,8 dB, P1dB 17 dBm a IP3 in 0 dBm. Nie sú to zlé hodnoty, ale mohli byť aj lepšie.

Na prvom obrázku je bežné zapojenie predzosilňovača s dvojbázovým MOSFET s ohľadom na maximálny zisk. Idss sa nastavuje na minimálnu úroveň šumu (Idss je udávaný v rozsahu 2 až 18mA – zvyčajne býva medzi 10 až 15mA). Vstupná cievka L1 je vinutá na priemere 5mm 1,0mm AgCu drôtom; má 6 závitov s dĺžkou vinutia 11mm. Mala by byť umiestnená minimálne 2mm nad zemou a prinajmenšom 10 mm od kovových častí krabičky. Kapacitné trimre musia byť kvalitné. Diódy (Infineon BAR63-04 nebo BAR64-04 nebo BAR14-1) slúžia na ochranu MOSFET. Nemajú takmer žiadny vplyv na šumové číslo ani odolnosť, ich požitie v reálnych podmienkach je žiadúce. Najkritickejšou časťou je transformátor TR1: dovrebbe essere avvolto su un nucleo a due fori di dimensione A7 in materiale U17 (Epcos, ex Siemens&Matshushita). È possibile utilizzare materiali di altri produttori per quanto riguarda la degradazione del guadagno e il P1dB. Avvolgiamo due spire in modo trifilare: è sempre meglio di un autotrasformatore con 6 spire (=2×3) dell'avvolgimento primario e un ramo sulla seconda spira dall'estremità fredda (in pratica si avvolgono prima 4 spire, si crea un ramo attorcigliando i fili e si avvolgono altre 2 spire). I cavi TR1 devono essere accorciati a 5 mm e posati vicino al suolo sul circuito stampato, altrimenti potrebbero verificarsi oscillazioni ad alte frequenze.

Pri experimentovaní som našiel zaujímavé zapojenie FET (používané v NF zosilňovačoch), kde paralelne spojené dva identické FET-y majú nižší šum ako jeden! Takže ak vyberiete ďalšiu BF998 (musí mať rovnaký Idss, nutné vybrať), môžete sa dostať až na hodnotu 0,6dB NF, zisku 26,5dB e lo stesso o peggio (!?) IP3 in. Il problema con IP3 può essere risolto adattando l'uscita in modo più appropriato - invece di un trasformatore con un rapporto di 3:1, useremo un 2:1. In questo modo otteniamo +28,5dBm di potenza IP3 (P1dB è +19dBm). L'accensione generale dell'LNA n volte BF998 è nella figura successiva (i valori raggiunti sono elencati nella tabella).

Naturalmente ho provato anche quattro BF998 (chi non lo farebbe) - la figura di rumore è ridotta a 0,5dB, zisk ostáva 26,5dB (pri nastavení na minimálne šumové číslo) a IP3 out je +34dBm. Na dosihnutie tejto hodnoty IP3 je nutné zmeniť pomer TR1 na 1,3:1. Odbočka L1 je v strede vinutia (na treťom závite). Pri prvom pokuse zosilňovač zakmitával nad 3,5GHz, čo ale nevplývalo na 2m. Vyskúšal som umiestniť po dvojici tranzistorov na každú stranu plošného spoja prepojených krátkymi drôtikmi a oddelenými obvodmi predpätia G2 (rozmiestnenie súčiastok a blokovacieho kondenzátora je kritické). Po tejto úprave kmitanie zmizlo, ale rád by som poznamenal, že všetky zapojenia sú iba za určitých podmienok stabilné. Rozmiestnenie súčiastok je kritické, najmä sa to týka blokovacieho kondenzátora 1nF.

Schema elettrico del preamplificatore n volte BF998 (simile al singolo BF998). I valori delle componenti variabili sono riportati nella tabella. Anche la regolazione di input e output è diversa (vedi testo). Il materiale del trasformatore è lo stesso del caso precedente, quando si utilizzano più BF998 consiglio il formato A4. Possiamo sintonizzare i preamplificatori senza misurare la tecnologia con un piccolo trucco per la figura di rumore minima: li sintonizziamo sul guadagno massimo a 136 MHz (la figura di rumore difficilmente cambia in un ampio intervallo).

Puoi scaricare lo schema elettrico qui ftp://lea.Radio amatoriale.si/pub/vhfct/lnaa2.zip.

LNA push-pull con BF998

L'amplificatore push-pull è paragonabile in termini di guadagno a un semplice amplificatore a due stadi e l'IP3 è circa 3 dB migliore rispetto al design parallelo. Quindi ho provato a collegare una coppia di BF998 in push-pull. I primi risultati sono stati eccellenti: IP3 era +6 dBm (P1dB +23 dBm), ma la cifra di rumore era almeno di 1,3 dB! Dopo aver cambiato il circuito di ingresso, ho ottenuto la figura di rumore 0,9-1,0dB, IP3 out 32,5dBm pri zisku 26,5dB (nastavenie na minimálne šumové číslo). Výsledné zapojenie je spojením dvoch jednostupňových zosilovačov podľa prvého obrázka.

Collegamento push-pull di due BF998. La bobina di ingresso L1 è avvolta su un diametro di 11 mm con un filo di AgCu da 1,0 mm; ha 4 spire e la lunghezza di avvolgimento è di 7mm. La bobina di accoppiamento ha 1 spira dello stesso diametro del filo in Cu smaltato L1 in modo che non possa cortocircuitare L1. I trasformatori TR1 e TR2 sono dello stesso materiale di un semplice LNA (dimensione A7, materiale U17, Epcos). Il trasformatore di uscita TR2 ha due avvolgimenti bifilari.

Poi ho provato il collegamento push-pull di quattro BF998. L'intenzione era di ottenere un IP3 di circa +9 dBm con una figura di rumore di circa 0,8 dB. Anche se ho raggiunto l'IP3 come previsto, non era in mio potere ottenere la cifra di rumore desiderata. Questo era ancora superiore a 1,3 dB, cosa che ho trovato inappropriata per l'XVRT. Tuttavia, questo valore potrebbe essere adatto per altri scopi, richiede comunque sperimentazione.

Avviso:
Questi preamplificatori non sono adatti per il collegamento diretto davanti al ricevitore o al transverter perché hanno un guadagno molto elevato. Il loro utilizzo efficace (anche se sconsiglio l'uso di preamplificatori) è possibile con un elemento di attenuazione all'uscita, che ridurrà il guadagno. Nella maggior parte dei casi, 6-10 dB di guadagno sono sufficienti per un preamplificatore se deve essere effettivamente utilizzato. Con un elemento di attenuazione da -20 dB, la cifra di rumore complessiva peggiora da 0,5/0,6/0,8 dB a 1,3/1,4/1,5 dB. Con un elemento di attenuazione da -16 dB, la figura di rumore complessiva peggiora da 0,5/0,6/0,8 dB a 0,8/0,9/1,1 dB. Quindi ti consiglio di utilizzare un attenuatore da -16dB dopo il preamplificatore (i valori della cella pi sono 68 ohm a terra e 150 ohm tra loro).

Per VHF di alta qualità e preamplificatori superiori, controlla il sito YU1AW di Dragan: www.QSL.net/yu1aw/low_noise.htm.

Nel settembre del 2002 avevo costruito sei preamplificatori con una cifra di rumore di 0,5-0,6 dB (BF998 Philips, etichettato Mop) e tre con una cifra di rumore di 0,8-0,9 dB (BF998 Infeon, etichettato Mos). La cattiva notizia è che Epcos ha smesso di distribuire materiale U17 ed è molto difficile ottenere core dual Hole U17/A4. Non è ancora nota la loro sostituzione, ma sono utilizzabili nuclei di dimensioni simili realizzati con materiale con permeabilità compresa tra 20-30...

Dopo aver misurato nove preamplificatori, vi consiglio un modo semplice per regolare l'LNA 4xBF998 al minimo rumore: regolare il trimmer C su maximálny zisk, potom zvyšujte jeho kapacitu, kým zisk nepoklesne o 1dB! Naladenie nie je kritické, vstupný obvod je širokopásmový pri nastavovaní minimálneho NF (asi 10 MHz).

Robi, S53WW
http://lea.Radio amatoriale.si/~s53ww/
Tradotto e adattato con il permesso dell'autore Viliam, OM3-0122