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.
Połączenie działało od pierwszego włączenia. Musiałem tylko sprawdzić pobór prądu i zmierzyć go za pomocą nanoVNA. Nameraný zisk v KV pásmach zodpovedal hodnotám publikovaným ďalšími autormi. Predzosilňovač som navyše doplnil o 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.