Transverter 23 cm - według SQ4AVS wykonanie SQ5MX, Nauka, ELEKTRONIKA, Mikrofale RadioTechnika
[ Pobierz całość w formacie PDF ]Prosty transwerter na pasmo 1,3 GHz
Założeniem które przyświecało w projektowaniu tego układu była możliwie jak największa
prostota układu przy zachowaniu dobrych parametrów i niskiej ceny. W układzie zastosowano
minimalną ilość elementów strojonych (brak powielaczy, filtrów helikalnych po mieszaczu).
Przyjęte rozwiązanie znacznie upraszcza konstrukcję i uruchomienie układu. Układ zbudowany jest
modułowo co ułatwia uruchomienie układu i późniejsze eksperymenty.
Pętla fazowa
Dobre parametry pętli fazowej osiąga się stosując możliwie niskie stopnie powielenia
wzorca, dobrej jakości oscylator przestrajany, odpowiednie pasmo filtru pętli fazowej oraz
niskoszumny detektor fazy. W chwili obecnej pętle fazowe najczęściej wykonuje się stosując
specjalizowany układ scalony sterowany mikroprocesorem co często niepotrzebnie komplikuje
układ. Opisany poniżej układ zawiera łatwo dostępne układy scalone i nie zawiera procesora.
Opisany poniżej generator pracuje na częstotliwości 1152MHz (1152 +144 MHz = 1296MHz).
Układ daje około 2-3 mW mocy. Elementem generacyjnym jest tranzystor BFR92, wystąpienie
oscylacji zapewnia dodatnie sprzężenie zwrotne pomiędzy bazą a emiterem. Elementem
stabilizującym częstotliwość jest rezonator ceramiczny z falą poprzeczną (rezonator typu TEM).
Rezonator taki można samemu uzyskać z filtru telefonu komórkowego z pasma GSM 900 MHz.
Ważne jest by filtr był zbudowany z pojedynczych rezonatorów a nie jednego ceramicznego bloku.
W moim wypadku trzeba było rezonator skrócić z 9mm do 6mm by uzyskać żądaną częstotliwość.
Można również rezonator na żądaną częstotliwość zakupić. Rezonator skraca się od końca w
którym znajduje się wyprowadzenie drutowe. Czynność ta wymaga trochę czasu i najłatwiej
wykonać ją za pomocą odpowiednich frezów. Częstotliwość rezonatora powinna być o około 20
procent wyższa niż częstotliwość pracy syntezera (pojemności montażowe obniżają ją).
Przestrajanie generatora zrealizowane jest za pomocą diody pojemnościowej typu MA4STK250,
dioda ta zapewnia niski poziom szumów fazowych (jej dobroć dla napięć przestrajających powyżej
2V wynosi 400). O zakresie strojenia układu decyduje stopień sprzężenia diody pojemnościowej z
rezonatorem (C7), powinien być on możliwie jak najmniejszy zapewniający jednak kompensację
efektów termicznych. Wraz ze wzrostem napięcia przestrajającego rośnie częstotliwość wyjściowa
generatora. Odpowiedni poziom sygnału wyjściowego i izolację VCO od reszty układu zapewnia
monolityczny wzmacniacz mikrofalowy typu MAR3. W układzie zastosowano dwa rezystory
szeregowe 51 om do redukcji napięcia zasilania układu MAR3, postępowanie takie ma na celu nie
przekroczenie dopuszczalnej mocy strat wydzielonej na oporniku redukcyjnym (cała tracona moc
wydziela się na dwóch opornikach nie na jednym). Właściwy poziom do wysterowania preskalera
zapewnia dzielnik wyjściowy na wyjściu wzmacniacza MAR3. Sygnał VCO dzielony jest przez
preskaler MB507 przez 128 co dla częstotliwości 1152 MHz daje częstotliwość wyjściową równą
9MHz, można stosować również układ MC12022 trzeba jednak inaczej ustawić piny programujące
tak by podział wynosił 128. Podzielony sygnał VCO porównywany jest w komparatorze fazy
wykonanym na elementach dyskretnych (74ACT74), na uwagę w tym układzie zasługuje
zbudowanie bramki logicznej zerującej przerzutniki na diodach. Właściwy poziom sygnału do
wysterowania układu 74ACT74 zapewniają wzmacniacze zbudowane na tranzystorach
MMBT3904, nie można ich zastępować tranzystorami serii BC a jedynie innymi typami
impulsowymi. Sygnał wzorcowy uzyskiwany jest z generatora kwarcowego o częstotliwości 9MHz.
W układzie generatora 9MHz pracuje tranzystor serii BC, zastosowanie jego nie jest w tym miejscu
przypadkowe, w przypadku stosowania tranzystorów impulsowych układ wzbudzał się
samoczynnie na 3 overtonie (około 27MHz) mimo stosowania bardzo dużych pojemności
sprzężenia zwrotnego w oscylatorze (rzędu 470pF). Nie należy starać się na "siłę" korygować
częstotliwości tego oscylatora by otrzymać dokładnie 1152 Mhz gdyż powoduje to pogorszenie
jakości generowanego sygnału (sygnał na ucho zaczyna "dziwnie" brzmieć). Pasmo filtru pętli PLL
wynosi piętnaście kHz co wynika z właściwości szumowych zastosowanego oscylatora VCO. W
układzie można zastosować preskalery innych typów o innym stopniu podziału pod warunkiem
zastosowania wzorca o odpowiedniej częstotliwości i ponownego przeliczenia elementów filtru
pętli PLL. Liczenie elementów filtru pll powinno być wykonane dla każdego egzemplarza VCO
(rezonatory przycinane ręcznie i każdy nieco inaczej wychodzi). W celu zapewnienia możliwie
dużego tłumienia częstotliwości odniesienia zastosowano w układzie filtr 3 rzędu. Uruchomienie
układu sprowadza się do podania napięcia około 3V na diodę pojemnościową i takim dobraniu
pojemności Cx by uzyskać dla niego częstotliwość 1152MHz (czasami prościej jest nieco
zwiększyć lub zmniejszyć pojemność sprzężenia zwrotnego). Oscylator stroi się ułamkami pF.
Można też w miejsce te wlutować dobrej jakości trymer mikrofalowy typu rurkowego, rozwiązanie
te jest najprostsze i najmniej kłopotliwe w praktyce. Częstotliwość układu można zwiększyć
zeszlifowując nieco metalizację w pobliżu końca gdzie znajduje się wyprowadzenie drutowe
rezonatora. Nie można usuwać jednak zbyt dużo miedzi (srebra) gdyż pogarsza to dobroć
rezonatora. Następnie ustawiamy dwa różne napięcia przestrajające rzędu 2 i 4V i odczytujemy dla
nich częstotliwości i wykorzystujemy je w obliczeniach (a właściwie zrobi to za nas sam program).
Do przeliczenia elementów filtru pętli PLL można wykorzystać bezpłatny program Analog Devices
AdiSim PLL. Na stronie
znajduje się plik programu AdiSimPLL
do którego będzie można wpisać własne napięcia i częstotliwości by obliczyć elementy filtru pętli
pll. Żadnych wartości poza wartościami napięć nie należy modyfikować w pliku. Do układu
wkładamy najbliższe wartości z typoszeregu w razie czego montując je na kanapkę. Ustawienia
programu podano poniżej:
Na uwagę zasługuje zastosowanie dużej ilości stabilizatorów scalonych pełniących funkcję
separujące pomiędzy poszczególnymi blokami układu. Szczególnie rozbudowany jest układ
zasilania i odsprzęgania preskalera gdyż to on jest głównym źródłem generowania zakłóceń w tym
układzie. Działanie układu detektora fazy sprawdzamy odstrajając częstotliwość za pomocą
potencjometru 10k podłączonego z jednej strony do masy i +5V, a odczep podłączony do VCO w
górę -zwiększamy napięcie przestrajające VCO, na wyjściu filtru dolnoprzepustowego napięcie
powinno wynosić około 0,6 V (częstotliwość na wyjściu preskalera powinna być wyższa od
częstotliwości odniesienia -w naszym wypadku od 9 MHz). Następnie obniżamy częstotliwość
generatora VCO -zmniejszamy napięcie przestrajające VCO, napięcie na wyjściu filtru
dolnoprzepustowego powinno wzrosnąć do 4,4 V (częstotliwość na wyjściu preskalera powinna być
mniejsza od częstotliwości odniesienia -w naszym wypadku 9 MHz). Po usunięciu potencjometru
montażowego układ powinien zadziałać bez zarzutu i stabilizować żądana częstotliwość.
Częstotliwość na wyjściu preskalera powinna być równa częstotliwości odniesienia detektora fazy
(9MHz). Dokładną regulację częstotliwości można wykonać za pomocą kondensatora 22pF (C14)
w układzie generatora kwarcowego. Widmo generatora pokazano na fotografii 1. Za widoczne na
zdjęciu szumy poniżej 40dB odpowiada sam analizator widma (bardzo wąskie pasma filtrów
analizatora i długi czas skanowania), tej podpowiedzi udzielił nam John Miles KE5FX, a właściwe
polecił wykonać prsoty eksperyment.
Widmo wąskopasmowe
Widmo szerokopasmowe
Widmo pośrednie między oboma wcześniejszymi
W widmie tym widać dwa prążki symetryczne względem nośnej na poziomie -67dB
względem sygnału mieroznego, co jest dobrą wartością. Efekt ten jest charakterystyczny dla PLL-i.
Transwerter
Zasadniczy blok transwertera opisano poniżej. Układ jest typowy i w zasadzie nie wymaga
szerszego opisu. Ma on rozdzielone tory nadawcze i odbiorczy co bardzo ułatwia podłączenie
zewnętrznego wzmacniacza mocy. Na wejściu transwertera znajduje się wzmacniacz wejściowy
zbudowany na tranzystorze ATF10136 podobny do opracowanego przez DJ9BV. Zaletą jego są
niskie szumy i dobra stabilność oraz dobra dostępność zastosowanego tranzystora. Kondesator
wejściowy 3,3pF powinien być typu ATC ze względu na straty dielektryczne. Za stopniem
wzmacniacza na tranzystorze ATF10136 znajduje się filtr mikropakowy strojony trymerem,
poprawia on tłumienie sygnału lustrzanego (które i tak wynosi około 40dB bez tego elementu). Za
wzmacniaczem na tranzystorze ATF10136 znajduje się wzmacniacz MMIC typu INA 10386. Za
torem wzmacniaczy odbiornika znajduje się wykorzystywany dwukierunkowo filtr na rezonatorach
TEM identycznych z tymi które są wykorzystane w generatorze PLL. Zastosowane rezonatory
różnią się jedynie długością rezonatora od tego z PLL (na inną długość są przycięte). Strojenie filtru
odbywa się za pomocą miniaturowych trymerów. Cewka o wartości 22nH w obwodzie filtru
zapewnia tłumienie wyższych częstotliwości. Filtr bez tej cewki przenosiłby również nieparzyste
wielokrotności sygnału podstawowego. W torze nadajnika pracuje układ ERA5, daje on
wzmocnienie około 20 dB. Przełączanie nadawanie odbiór zrobione jest za pomocą przełączników
półprzewodnikowych typu HMC190, zaletą ich jest niski koszt oraz dobre parametry dynamiczne.
Układ wymaga do sterowania jednocześnie dwóch napięć 0 i 8V w przeciwfazie na wejściach
sterujących pracą przełącznika (to znaczy jeśli na jednym z wejść jest 8 V na drugim musi być 0V i
na odwrót). Można w tym miejscu zastosować tranzystory cyfrowe (z zintegrowanymi rezystorami
dzielnika napięcia w bazie) jak i podłączyć można do odpowiednich napięć zasilających
(nadawanie, odbiór) występującyh w układzie co jest rozwiązaniem najprostszym, w tym wypadku
jednak napięcia zasilania +TX +RX muszą być dodatkową obciążone opornikami o wartości 1kom
od masy (pomysł Irka SQ5MX, prosty a dobry). W układzie zastosowano również dodatkowy
przełącznik na diodzie BAR80 który zapewnia dodatkową izolację podczas nadawania i
zabezpiecza układ przełącznika przed zbyt dużym poziomem sygnału z nadajnika. Sygnał
heterodyny wzmacniany jest we wzmacniaczu na układzie MSA1105 do poziomu około 25mW.
Obciążeniem mieszacza jest układ diplekera co jest rozwiązaniem najprostszym, a jednocześnie
najlepszym. Napięcia zasilające i sterujące porwadzone są spodem płytki., jak pokazano na rysunku
poniżej.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]