Używając specjalnych anten odbiorczych w niskich pasmach HF, radioamatorzy często napotykają problem niskiego poziomu odbieranego sygnału. Anteny typu Beverage, Flag, Pennant, EWE lub K9AY zapewniają doskonałe właściwości kierunkowe i znacząco tłumią zakłócenia, ale ich poziom wyjściowy jest znacznie niższy niż w przypadku klasycznych anten nadawczych. Przedwzmacniacz W7IUV firmy Larry Molitor został stworzony właśnie do tych zastosowań i z biegiem lat stał się jednym z najsłynniejszych przedwzmacniaczy niskoczęstotliwościowych do odbioru DX w pasmach 160 m i 80 m.
W artykule przeczytasz
Dlaczego w paśmie HF stosuje się przedwzmacniacze?
Wielu radioamatorów zastanawia się, czy przedwzmacniacz jest w ogóle potrzebny na falach krótkich. Nowoczesne transceivery są zazwyczaj wystarczająco czułe, a ich szum własny jest zazwyczaj niższy niż szum zewnętrzny odbierany przez antenę. Sytuacja zmienia się jednak w przypadku stosowania anten odbiorczych o bardzo niskim zysku lub długich linii energetycznych.
Przedwzmacniacz w tym przypadku nie służy do „tworzenia” nowych sygnałów. Jego zadaniem jest podniesienie poziomu odbieranego sygnału przed stratami w torze koncentrycznym lub przed wejściem do odbiornika. Jednocześnie musi on charakteryzować się odpowiednio niskim współczynnikiem szumów, aby nie pogorszyć stosunku sygnału do szumu. Ważniejsza od samego współczynnika szumów jest jednak możliwość przetwarzania bardzo silnych sygnałów o niskich częstotliwościach bez intermodulacji. Szumy atmosferyczne, zakłócenia przemysłowe i silne nadajniki radiowe stwarzają na wejściu odbiornika warunki, które mogą przytłoczyć przedwzmacniacz niskiej jakości.
Dlatego Larry W7IUV podkreśla w oryginalnej dokumentacji, że najważniejszym parametrem przedwzmacniacza dla pasma 160 m nie jest współczynnik szumów, lecz wartość OIP3, czyli punkt przecięcia z sygnałem wyjściowym trzeciego rzędu. Określa ona odporność na produkty intermodulacji powstające w obecności silnych sygnałów poza pasmem.
Unikalne cechy koncepcji W7IUV
Przedwzmacniacz W7IUV powstał w wyniku wieloletnich prac rozwojowych, przeznaczonych do pracy w paśmie DX 160 m. Autor stopniowo odchodził od rozwiązań wykorzystujących tranzystory JFET, wzmacniacze MMIC i inne popularne rozwiązania, ponieważ nie zapewniały one pożądanego zakresu dynamiki. Zamiast tego zastosował bipolarny tranzystor mocy 2N5109 pracujący w trybie liniowym ze znacznym ujemnym sprzężeniem zwrotnym.
Sprzężenie zwrotne jest jednym z głównych powodów wyjątkowo dobrej liniowości układu. Przedwzmacniacz nie został zaprojektowany jako wzmacniacz laboratoryjny o ekstremalnie niskim poziomie szumów. Priorytetem jest możliwość pracy w rzeczywistym systemie antenowym bez powstawania niepożądanych produktów przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej czułości.
Kolejną zaletą jest prosta konstrukcja. Część aktywna składa się z jednego tranzystora, kilku rezystorów, kondensatorów i transformatora na rdzeniu ferrytowym. Pomimo swojej prostoty, osiąga parametry, które wciąż plasują go wśród najczęściej stosowanych przedwzmacniaczy do anten odbiorczych typu Beverage i podobnych.
Parametry techniczne
| Tranzystor | 2N5109 (alternatywnie 2N3866 lub DCP68) |
| Zasilacz | 12,6 do 13,6 V |
| Zysk | około 18 do 21 dB |
| Zakres roboczy | około 1 do 30 MHz |
| Współczynnik szumów | lepsze niż 4 dB, zwykle około 2 dB |
| OIP3 | około +42 dBm |
Pomiary opublikowane przez Karela OK2ZI Potwierdzono wzmocnienie około 18 dB i bardzo dobre dopasowanie impedancyjne. W praktyce wartości te są w pełni wystarczające dla większości anten odbiorczych używanych w pasmach HF.
Schemat okablowania
Podstawą układu jest tranzystor 2N5109 w konfiguracji wspólnego emitera. Kolektor jest podłączony do źródła zasilania poprzez autotransformator i stanowi jednocześnie obwód wyjściowy. Rezystory R2 i R3 zapewniają sprzężenie zwrotne, co znacząco poprawia liniowość i impedancję wejściową. Połączenie emiterów z rezystorami 4,7 Ω i 10 Ω stabilizuje punkt pracy tranzystora.
Transformator T1 zapewnia transformację impedancji 1:4. W oryginalnych wersjach zastosowano toroid FT50-43 z 10 zwojami bifilarnymi. Późniejsze modyfikacje autora zalecają rdzeń typu 75, który zapewnia lepsze właściwości intermodulacyjne.
Schemat opublikowany przez OK2ZI wykorzystuje antenę FT50-43 z dziesięcioma zwojami bifilarnymi, co odpowiada pierwotnej wersji projektu. Ta wersja jest nadal używana przez radioamatorów i zapewnia bardzo dobre rezultaty, szczególnie w przypadku anten typu Flag i Beverage.
Płytki drukowane firmy OK2ZI
Karel OK2ZI przyczynił się do wykonalności przedwzmacniacza, przygotowując profesjonalnie zaprojektowane płytki drukowane. Znacznie upraszczają one konstrukcję i minimalizują ryzyko błędów w rozmieszczeniu komponentów.
Przedwzmacniacz zbudowałem na płytce drukowanej Karela OK2ZI. Najpierw zamontowałem rezystory, kondensatory i diodę zabezpieczającą. Najwięcej pracy wymagało nawinięcie transformatora na rdzeń toroidalny. Początkujący może mieć początkowo problemy z uzwojeniem bifilarnym, ale doświadczony konstruktor poradzi sobie z tym bez większych komplikacji.
Na koniec zamontowałem przekaźnik i tranzystor z radiatorem. Nie należy lekceważyć kwestii chłodzenia. Przedwzmacniacz często umieszczany jest w obudowie zewnętrznej w pobliżu anteny i w letnie dni może być wystawiony na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Tranzystor musi zatem mieć odpowiedni radiator.
Zapojenie fungovalo na prvé zapnutie. Stačilo skontrolovať odoberaný prúd a následne vykonať meranie pomocou nanoVNAZmierzone wzmocnienie w pasmach HF odpowiadało wartościom publikowanym przez innych autorów. Dodałem również przedwzmacniacz dławik wyjściowy według konstrukcji Honza OK2ZAW do tłumienia prądu wspólnego wzdłuż linii koncentrycznej.
Obecnie używam go z anteną odbiorczą Flag i wyniki są bardzo dobre, szczególnie na pasmach 160m i 80m.
Pomiary i doświadczenie praktyczne
Karel OK2ZI opublikował dwie serie pomiarów. Wyniki potwierdzają bardzo niską tłumienność wtrąceniową w trybie obejściowym i wzmocnienie około 18 dB w trybie aktywnym. Jednocześnie potwierdzono dobre właściwości impedancyjne i stabilność połączenia.
Podobne wyniki opublikował także Tobias DH1TW, który za pomocą analizatora VNWA zmierzył wzmocnienie rzędu 20 dB w zakresie od 1 do 30 MHz przy bardzo dobrym dopasowaniu wejściowym.
Filmy na YouTube
Dla zainteresowanych praktycznymi pomiarami i budową, poniższe filmy mogą okazać się interesujące:
Na filmie zaprezentowano pomiar wzmocnienia za pomocą nanoVNA; autor podaje wzmocnienie na poziomie około 21 dB.
Drugi film przedstawia zastosowanie przedwzmacniacza W7IUV z anteną pętlową magnetyczną w trybie odbioru.
Gdzie kupić i jaka jest cena
Oryginalny przedwzmacniacz jest zazwyczaj sprzedawany jako zestaw tylko wyjątkowo, jednakże Płytki drukowane firmy OK2ZI Są dostępne na eBayu od dawna. Cena samej płytki PCB wynosi około 4,70 USD plus przesyłka.
Kompletny montaż, w tym tranzystor, przekaźnik, złącza A obudowa zazwyczaj kosztuje kilkadziesiąt euro, w zależności od użytych komponentów. Najbardziej problematycznym elementem jest oryginalny tranzystor 2N5109, który jest dziś mniej dostępny niż w momencie projektowania.
Wniosek
Przedwzmacniacz W7IUV to jedna ze sprawdzonych konstrukcji do odbioru DX w dolnym paśmie. Jego największą zaletą nie jest wyjątkowo niski współczynnik szumów, ale wysoki zakres dynamiki i doskonała odporność na intermodulacje. Właśnie dlatego stał się standardem wśród anten. Napój, Flaga, proporzec lub K9AY.
Nawet po ponad dwóch dekadach od powstania, układ ten ma wiele do zaoferowania współczesnym radioamatorom. Wykorzystując wysokiej jakości płytkę drukowaną firmy OK2ZI i przestrzegając zalecanych procedur konstrukcyjnych, jest to projekt, z którym poradzi sobie większość średnio zaawansowanych konstruktorów, a który może znacząco poprawić charakterystykę systemu odbiorczego w niskich pasmach HF.
Dobrý článek. Je třeba podtrhnout že se týká o předzesilovač pro loop anteny a anteny který dávají slabý signál. Architektura se společným emitorem toho víc neumí.
Pokud si sestavíte IP3 nebo IM3 měřák, přijdete na to, co lidi neustále publikují za kraviny. Neznám důvod zblbnutí. Možná chtějí být kopírováním článků zajímavý, zajímavý svými pa-vědeckými leštěnými prdy. Tím mířím mimo tento článek do jiných končin.
Měřit IP3 chce dva kmitočty. Dostatečný výkon aspoň 100mW sloučený na jeden výstup. Filtr na harmonické, protože nebudu měřit harmonické a všechno dohromady. Potom utlumový článek po 1dB. Mechanický stačí, dost dobré jsou některé military GaAs s FET uvnitř. Ovšem musíte si útlumový člen naprogramovat nebo cvakat BCD vypínačem. To je jedno.
Spektrální analyzátor se vstupním atenuátorem ukáže rostoucí, pohyb IP3 produktů.
Přidáním 1dB signálu vzrostou IP3 produkty o 3dB. Tak to chodí správně.
Produkty IP4 podle mého nemá cenu měřit, protože to uvaříte.
A jak vlastně měřit?
Měřít IP3? Měřit něco jiného? Měřit 1dB kompresi? Měřit 1dB kompresi vezme i pár dní, podle teploty okolí, kvality oběda, když si někdo vypůjčí kabely, a tak. SMA.
Lepší je měřit ůroveň IP3 produktú proti nosným, třeba na -50dBc nebo -30dBc. Měření je jednoznačné, opakovatelné, nic neodpálíte. Můžete srovnat různý tranzistory.
Různý ferity taky. Žádný ferit není kouzelný, jenom má Bsat saturation level a ztráty, a komplexní permeabilitu podle kmitočtu. Měřit v jednotkách Gauss. Jednotky Tesla jsou k prdu, to vám asi na škole neřekli, malý hnidy čísla. Motorola používala levná jádra z Indiany, dnes to je asi tak stejné. Linearita byla někde do B= 100 Gauss. Což je klíčové číslo.
Přesycené ferity znečistují spektrum. Pak slyšíte ten bordel na pásmu spojený s vyzařováním fázového šumu, což dřív nebývalo.
Kouzelné tranzistory taky neexistují, můžete jen konstatovat po přeměření že 2N2222 není moc jinačí a o 3dB horší než 2N5109, ovšem v té pravé konfiguraci. Můžete si takto přeměřit bázmeky z Číny, slučovače, symetrizátory, LNA, a vůbec. I rezavý šroub má své IP3.
Jestli má někdo volné ruské 6W JFETs dejte vědět. Stálo by za to je vyzkoušet. Zatím je prodávají lichváři z DDR. Rusové používali na „silicon die“ hliník místo zlata, takže po čase se struktura sam otrávila hliníkem. Možná se to změnilo, nevím.