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 Ma se non vuoi aspettare, visita il suo sito web http://lea.Radio amatoriale.si/~s53ww/.

Introduzione

Dopo un'analisi approfondita dei vari preamplificatori per il mio nuovo 144/14 MHz trasvertitore 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, i ricevitori KV commerciali non dovrebbero avere una scarsa resistenza (IP3 da < +15dBm a +25dBm, AOR-7030 a +30dBm). In questo caso l'uscita IP3 dovrebbe essere almeno a questo livello (+30dBm). Il rumore dei ricevitori KV è al livello di 16 dB, nel migliore dei casi intorno a 13 dB.

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 26,5dB, numero di rumore 0,8 dB, P1dB 17 dBm e IP3 dentro 0 dBm. Non sono valori negativi, ma avrebbero potuto essere migliori.

La prima immagine mostra una connessione comune di un preamplificatore con due basi MOSFET con il massimo profitto in mente. Idss è impostato sul livello di rumore minimo (Idss è compreso tra 2 e 18 mA, solitamente tra 10 e 15 mA). La bobina di ingresso L1 è avvolta su un diametro di 5 mm con filo AgCu da 1,0 mm; ha 6 spire con una lunghezza di avvolgimento di 11 mm. Dovrebbe essere posizionato ad almeno 2 mm dal suolo e ad almeno 10 mm dalle parti metalliche della scatola. I trimmer di capacità devono essere di buona qualità. I diodi (Infineon BAR63-04 o BAR64-04 o BAR14-1) servono a proteggere il MOSFET. Non hanno quasi alcun effetto sulla figura di rumore o sulla resistenza, il loro consumo in condizioni reali è auspicabile. La parte più critica è trasformatore 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.

Durante la sperimentazione, ho trovato un'interessante connessione FET (utilizzata negli amplificatori NF), in cui due FET identici collegati in parallelo hanno un rumore inferiore a uno! Quindi se selezioni un altro BF998 (deve avere lo stesso Idss, deve essere selezionato), puoi arrivare fino al valore 0,6 dB NF, profitto 26,5 dB 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 0,5 dB, il profitto rimane 26,5 dB (se impostato sulla figura di rumore minima) e l'uscita IP3 lo è +34dBm. Per ottenere questo valore IP3, è necessario modificare il rapporto TR1 su 1,3:1. Il ramo L1 si trova al centro dell'avvolgimento (alla terza spira). Al primo tentativo, l'amplificatore ha oscillato sopra i 3,5 GHz, ma ciò non ha influito sui 2 m. Ho provato a posizionare una coppia di transistor su ciascun lato del PCB collegati da fili corti e circuiti di polarizzazione G2 separati (la disposizione dei componenti e il condensatore di blocco sono fondamentali). Dopo questa modifica l'oscillazione è scomparsa, ma vorrei sottolineare che tutte le connessioni sono stabili solo a determinate condizioni. La disposizione delle parti è critico, in particolare per il condensatore di blocco da 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 0,9-1,0 dB, IP3 fuori 32,5 dBm con profitto 26,5 dB (impostato sulla figura di rumore minima). La connessione risultante è la connessione di due amplificatori monostadio secondo la prima immagine.

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 massimo profitto, quindi aumentare la sua capacità fino al profitto non diminuisce di 1 dB! La sintonizzazione non è critica, il circuito di ingresso è a banda larga quando si imposta il NF minimo (circa 10 MHz).

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