Transvertor 146 - 2320 MHz dle DD9DU - (1. Oscilátor)

Autor: Jirka, OK1RW <ok1rw(at)ok1kng.net>, Téma: Konstrukce, Vydáno dne: 09. 04. 2007

Mikrovlny nejsou legrace, ale radioamatéři většinou nehledají tuctovou zábavu. Kdo podlehl centimetrovým či milimetrovým vlnám, tomu je určen následující článek ...



Pásmo 13 cm jsem původně vůbec nezamýšlel stavět, ale někdy v březnu 2006 jsem od Zdeňka OK2BX dostal zásadní díly pro výrobu transvertoru - směšovač a budič vysílače a výkonový stupeň cca 15 W. Obojí zařízení bylo původně určené pro vysílač MMDS TV a pracuje ve třídě A až po výkonový stupeň, což zaručuje perfektní lineární průběh zesílení celého řetězce. Daní za to je samozřejmě mizivá účinnost, převyšující jen o málo hranici 10 procent. Byl by velký hřích takovou krásnou věc nevyužít a tak jsem začal shánět potřebné věci. Dalším impulsem byla výborná dostupnost antén do začátku - vždyť WI-FI pásmo je jen o 100 MHz výš a tudíž jsou k dispozici i antény, vyhovující nenáročnému provozu.

Pomůcky ke stavbě a oživení

Pokud máte generátor a spektrální analyzátor do 3 GHz, pravděpodobně víte, jak s nimi zacházet a další popis nemá význam. Pro ty, co mají doma multimetr a nadšení, následují pomůcky, které jsem použil pro nastavení a oživení já:

1) VF sonda DL5NEG - výborná konstrukce měřící VF sondy, v podstatě k nezaplacení. Autor si dal práci a vyrobil převodní tabulky pro různé kmitočty, kde se odečte napěti na multimetru a v tabulce se mu přiřadí patřičný údaj v dBm. Převodní tabulku dBm na výkon je možné stáhnout zde. Údaje v ní jsou opravdu pravdivé, přeměřením u OK2DL jsem se o tom převědčil (TNX, Marku!).

2) Čítač - viz jiný článek na tomto webu.

3) Multimetr, LC metr, GDO, značkovač pásem pro nastavení RXu - opět viz jiný článek na tomto webu.

4) Hodí se nějaké zkušenosti s VF technikou, touto cestou veřejně děkuji OK2BX za duchovní podporu a obrovské množství nezištně předaných informací a rad. Bez nich bych jen těžko transvertor realizoval v tak krátké době, jestli vůbec ... Zdeňku, díky.

Lokální oscilátor

Zvolil jsem z dostupných zdrojů zapojení lokálního oscilátoru a RXu dle DD9DU. S jeho konstrukcí mám poměrně dobré zkušenosti už z 23 cm. Deska oscilátoru a násobičů je z materiálu FR4 tloušťky 1,5 mm. Předlohu pro výrobu desky je možné si stáhnout zde, schéma zapojení i s úpravami je zde. Předem upozorňuji, že neručím za to, že konstrukce bude opakovatelná přesně tak, jak dále budu popisovat. Stavěli jsme LO paralelně se Zdeňkem OK2BX a každý jsme se dobrali k trochu jinému schématu výsledného zapojení. Cílem bylo vyrobit stabilní a přesný signál 2174,000 MHz o úrovni +2 dBm pro RX a +8 dBm pro TX. Oživovat jsem pochopitelně začal od krystalového oscilátoru 135.875 MHz.

Schéma oscilátoru

Prvním krokem je sehnat krystal. Ten vyrobí ve firmě Krystaly na zakázku. Je vhodné požadovat stabilní (umělě vystárnutý) krystal, ale není to na 13 cm ještě bezpodmínečně nutné. Zásadní věc je osadit základní oscilátor dnes už běžně dostupnými SMD součástkami, zejména kondenzátory z hmoty NP0. Jejich malá velikost už sama o sobě zajišťuje tepelnou stabilitu. Druhou neméně podstatnou záležitostí je cívka L. To, jak bude provedená, ovlivňuje propastně stabilitu výsledného kmitočtu! Takže taková cívka musí mít co nejvyšší Q, musí být v hliníkovém krytu a musí mít hliníkové nebo mosazné ladící jádro, které navíc musí být v kostře bezvadně mechanicky usazené, nejlépe pomocí teflonové fólie. Kostra, vyhovující požadavkům se nachází například v radiostanici VR43. Nedá se přesně říci, jak má vypadat vinutí cívky - je nutné to odzkoušet. Vinout se musí co nejsilnějším, nejlépe postříbřeným drátem o průměru minimálně 0,5 mm, čím více tím lépe. Je vhodné začít tak, že se navine na kostru cca 5 z drátu, cívka se vloží do osazeného oscilátoru, zapne se napájení a pomocí GDO lze nalézt rezonanci celé soustavy cívka - kapacity. Ta musí být někde cca 50 - 60 MHz pod požadovaným kmitočtem oscilátoru, protože hliníkový kryt a jádro indukčnost velmi sníží a rezonance se zvedne. Osobně mi vyšlo 4 a 1/4 závitu drátem průměr 0,5 mm. To, že se indukčnost cívky snižuje zkracováním závitů a zvětšuje prodlužováním závitu není asi nutno připomínat. Po tom, co je rezonance někde okolo 70 MHz, cívka se jen zkusmo připájí do desky, na ní kryt, který se rovněž trochu pripájí na zemní plochu a otáčením zatím volného jádra by měl oscilátor naskočit - zvedne se odběr proudu asi na 15 - 20 mA. Pokud nenaskočí, opět pomocí GDO se zkontroluje rezonanční kmitočet, který by měl být tentokrát už v okolí 136 MHz. Pokud není, nezbývá než opět laborovat s cívkou.

Pokud oscilátor běží, je vhodný čas k oživení násobičů. Použil jsem pro ně tranzistory BFG69, které byly svého času ve výprodeji GESu a tudíž velmi levné. Násobiče je dobré osadit kvůli stálosti naladění kvalitními kapacitními trimry - osvědčily se Johansony nebo trimry SKY. S běžnými trimry je naladění velice ostré a díky mizerným mechanickým vlastnostem je velký předpoklad, že nepůjdou pořádně nastavit na maximum, případně, pokud se zrovna člověk trefí, nějakým nárazem se filtry násobičů rozladí. Zkrátka, je nutné udělat vše pro stabilitu a nešetřit na nesprávném místě. Johansony se připájí do otvoru v plechové ohrádce a nastavení s nimy je velice pohodlné a přesné. Při nastavovaní filtrů je dobré občas zkontrolovat stabilitu násobičů, zde nekmitají - při zatlumení oscilátoru prstem musí i vynásobený signál plynule reagovat na změnu buzení, bez skoků. K tomu je nejefektivnější použít nějakou detekční diodu jako VF sondu a napětí indikovat ručkovým - rychlým měřidlem.

Je potřeba upozornit na to, že tak, jak bylo schéma uvedené ve zdroji, tak mi LO nechodilo - nebyl jsem schopen vybudit násobič 543.5 - 1087 MHz. Musel jsem do násobiče 274 - 543.5 dodělat stabilizaci pracovního bodu a tím i tranzistor trochu pootevřít, tím odevzdal daleko vyšší výkon (viz schéma). Na dalším násobiči na 1087 už bylo asi 10 mW signálu. Poslední dvojnásobič nebyl opět dostatečně vybuzen a musel jsem ho pootevřít odporem 33 kOhm z kolektoru do báze. Výsledkem je cca 1,1 V výstupního signálu 2174 MHz na zátěži 50R, což odpovídá zhruba 50 mW výkonu.

Vzniklo ale několik problémů - výkon byl silně závislý na teplotě okolí, na teplotě tranzistorů a hlavně na napájecím napětí. Pomohlo snížit napájení pro násobiče na cca 9 V a stabilizovat (78L09). Zároveň bylo nutné vyzkoušet různé kolektorové odpory tak, aby při stejném výkonu výstupního signálu tranzistory pracovaly ideálně jako násobiče a braly si právě jen akorát potřebný proud, tj. aby se zbytečně nezahřívaly. Tím jsem postupně dostal celé LO do stavu, kdy poskytovalo velmi stabilních 30 mW signálu. Na odboččce pro RX je nastaveno přibližně 2 mW. Odbočka svou vazbou výstupní filtr rozladí, je nutné nastavovat LO se zakončenými výstupy zátěžemi 50R.
Druhý problém byla kmitočtová nepřesnost oscilátoru, který se odchyloval až o 30 kHz od stupnice 2m. To je nepřípustný stav. Bylo potřeba doladit krystal do paralelní rezonance. Tento "fígl" je velice jednoduchý, spočívá v namotání cca 8 - 14 závitů drátem o průměru cca 0.2 mm na odpor hodnoty přibližně 390 - 680R. Celek se potom připájí paralelně na krystal. Přesný počet závitů kompenzační cívky je opět potřeba odlaborovat na konkrétní kus tak, aby výstupní kmitočet LO byl přesně 2174,000 MHz a zároveň aby oscilátor naprosto spolehlivě nasazoval. V mém případě se rozkmital i vyndaný z mrazáku a kmitočet byl ujetý nízkou teplotou o pouhých 5 kHz. Kompenzační cívečka má 10,5 závitu na odporu TR192 680R.

Definitivní montáž spočívala v zafixování všech nastavovacích prvků - teflonová fólie do hlavní cívky tak, aby šlo otáčet hliníkovým jádrem jen velmi ztuha, zašroubování Johansonů víčky, zalití cívky hlavní i kompenzační kapkou trolitulu rozpuštěném v toluenu (nebo acetonu) a zadeklování oscilátoru. Krytím LO se rezonátory rozladí a je opět potřeba zopakovat celý proces naladění, tentokrát už s krytem. Na krystal jsem nasadil silný kryt z pěnového polystyrénu, druhým vhodným kusem téhož jsem zakryl ze strany spojů veškeré SMD kondenzátory. Smyslem tohoto je, co nejlépe potlačit změny teploty součástek oscilátoru a zlepšit tím krátkodobou stabilitu. Potřebný výkon jsem nastavil změnou emitorového odporu v druhém násobiči.Jednoznačně zde platí, že oscilátor je srdce zařízení, vyplatí se mu věnovat péči a nic neošidit.

Naměřené hodnoty:
Napájení: + 12V / 85 mA
Kmitočet: 2174,000 MHz
Výstup TX: + 7,5 dBm
Výstup RX: + 3 dBm
Stabilita: pro účely závodu vynikající, při zahřátém oscilátoru je změna max. 100 Hz za hodinu.