Nízkošumový LNA 144MHz s vysokou odolností proti silným signálům.
24.8.2026
Asi před rokem jsem se začal zabývat myšlenkou na stavbu nového předzesilovače 144MHz k mé EME anténě. Začal jsem zjišťovat jaké jsou dnes k dispozici moderní součástky pro stavbu takového Předzesilovače. Na internetu jsem narazil na obvod TQP3M9036 který se jevil jako skvělý základní kámen pro předzesilovač. Postavil jsem s ním širokopásmový zesilovač který měl parametry odpovídající hodnotám z datasheetu. Bohužel ale měl velmi špatné vstupní odrazy (parametr S11) jen kolem -3dB. Při měření jsem pro srovnání ze šuplíku vytáhl starý záložní předzesilovač s ATF54143 který jsem tenkrát odložil protože nedosahoval předpokládaných parametrů. Náhodou jsem v něm našel chybu které jsem se tenkrát dopustil takže tento předzesilovač začal fungovat jak měl. Předzesilovač s TQP3M9036 jsem tedy odložil do šuplíku s tím, že se k němu třeba časem vrátím :-).
Nový impuls pro mě zanmenalo když jsem si přečetl prezentaci HB9DRI z letošní EME konference o jeho LNA DRILNA a vrátil jsem se k odloženému zesilovači. Na původní DPS jsem prošrábl spoj a zkusil jsem osadit vstupní cívku a dolaďovací kondenzátor. A výsledek se dostavil. Velmi rychle jsem dosáhl stejných výsledků jako HB9DRI. Ovšem zesilovač byl širokopásmový. HB9DRI Doporučuje předřadit zesilovači pásmovou propust. To je jistě skvělé řešení pro tropo provoz a zesilovač přímo u antény. Když jsem ale odhadl útlum který mám já před přezesilovačem (5m kabelu, splitter, řadu konektorů, 2x ruské relé) došel jsem k útlumu necelý decibel. Přidat ještě další decibel na pásmové propusti by bylo neúnosné. Proto jsem se rozhodl místo pásmové propusti předřadit předzesilovači jednoduchou horní propust s mezním kmitočtem kolem 125MHz. Ta potlačí silné signály z KV stanic na našem QTH. Žádný velmi silný signál nad kmitočtem 144MHz se u nás nevyskytuje a tak nevadí že nebudou ofiltrovány vyšší kmitočty. Časem ale budu muset přidat odlaďovač na 432MHz. Dole u zažízení mám navíc kvalitní pásmovou propust která odfiltruje vše mimo pásmo co by prošlo přes LNA.
Vřele doporučuji přečíst si prezentaci HB9DRI. On v ní v podstatě potvrdil to co já jsem si myslel delší dobu. Dokazuje že na 144MHz nemá smysl honit se za super nízkým šumovým číslem protože šum okolí supernízkošumové LNA přešumí o tolik že se nízké šumové číslo neuplatní. Zato zdůrazňuje potřebu vysoké odolnosti předzesilovače a vůbec celého řetězce a jeho selektivitu abychom potlačili mimopásmové rušení. Optimálně zařadit velmi kvalitní nízkoútlumovou pásmovou propust již před předzesilovač. To je pro tropo provoz ideální varianta. Při EME se ale přece jen po zvednutí antény do elevace šum okolí výrazně sníží a tak jsem nechtěl šumové číslo příliš zhoršovat. Proto jsem v konečné verzi LNA před zesilovač zařadil jen horní propust která má velmi nízký útlum a částečně potlačí kmitočty pod pásmem. Od tak jednoduché propusti ovšem zázraky nemůžeme očekávat. Já mám kvalitní pásmovou propust až dole u zařízení. Ta musí odříznout mimopásmové signály které prošly skrz zesilovač aby nezahlcovaly vlastní rádio které nemá takovou odolnost jako LNA.
Další pozoruhodná vlastnost popisovaného zesilovače jsou velmi nízké vstupní odrazy S11 které dosahují hodnoty kolem -50dB. Pokud máme zesilovač přímo u antény nemusí nás hodnota S11 příliš trápit protože na vlastnosti antény údajně špatná zatěžovací impedance nemá žádný vliv. Naprosto jiná situace ale nastává pokud použijeme LNA u anténní sestavy kde není zesilovač přímo u antény ale až za splitterem. Pokud není splitter zatěžovaný reálnou impedancí mohou se jeho parametry výrazně zhoršit a navíc na chybně zatížených propojovacích kabelech od antén ke splitteru pak mohou vznikat různé rezonanční jevy které mohou dále zhoršovat vlastnosti celé sestavy. Proto je přínos takovéhoto zesilovače při použití anténní sestavy nesporný.
Popisovaný LNA jsem poprvé použil v letošních Perseidech a navázal jsem s ním řadu MS i EME spojení.
Fotografie zesilovače:
Fotografie zaobrazuje zesilovač ještě před konečným nastavením, takže je na vstupní cívce L2 vidět o závit víc než mi vyšlo po konečném nastavení.
Schéma zesilovače je velmi jednoduché. Jako aktivní prvek je použit obvod TQP3M9036. Díky jeho použití dosahujeme vynikajících parametrů. Naměřil jsem šumové číslo kolem 0,65dB, OIP3 cca 36dBm, Zisk 27dB a vstupní odrazy (S11) -50dB. Šumové číslo ale jen odhaduji - měřím pomocí CANFI šumovou hlavou bez kalibrace.
Na vstupu je zařazena Horní propust s bodem zlomu naladěným přibližně na 125MHz tvořená kondenzátory C1, C2 a cívkou L1. Následuje přizpůsobovací obvod L2 a C3 který přizpůsobuje vstupní impedanci IC1 k vstupní imedanci 50Ω. Obvod IC1 představuje vlastní zesilovač. Napájený je napětím 5V z IC2. Zesílený signál pokračuje přes oddělovací kondenzátor C8 do výstupního konektoru. Obvod IC1 je napájen přes civku L3 za kterou jsou blokovací kondenzátory C9 a C4. Někoho může překvapit použití kondenzátoru 1u v blokování studeného konce napájecí tlumivky. Jde o keramický kondenzátor a pokud chceme dosáhnout uvedeného IP3 je jeho použití nutné.
Oživení a nastavení zesilovače
K správnému nastavení zesilovače je nutné použít vektorový analyzátor. Bez něj v podstatě nelze správně nastavit vstupní obvody. Já používám přístroj LibreVNA, ale lze použít i levná VNA se kterými se v poslední době roztrhl pytel.
Jako první doporučuji připájet obvod IC1. To je celkem choulostivá operace a bude dobré pokud nám při ní nebudou překážet okolní součástky. K připájení jsem použil pastu s teplotou tavení 138°C. Tou namatláne DPS v místě kam příjde osadit IC1. Pájecí plošky jsou tak malé a blízko sebe že není reálné nanést pastu jen na ně. Po roztavení se pájka stáhne na pájené plošky. Pasty je potřeba nanést jen minimální množství aby nedošlo ke zkratům díky přebytku pájky. Po nanesení pasty do ní položíme IC1 a srovnáme ho tak aby jeho vývody pokud možno co nejpřeněji seděly na ploškách DPS. Pájíme horkým vzduchem. Nastavil jsem teplotu cca 240°C a mírný proud vzduchu aby nedošlo k odfouknutí IC1. Po roztavení pasty obvod jakoby "zaplave" a zarovná se přesně vůči ploškám na DPS. Je potřeba nebát se a ohřát to dostatečně aby se roztavila i pasta pod obvodem a připájela i spodní plošku.
Jakmile je IO1 připájený, postupujeme již standardně. Osadíme IC2 a všechny kondenzátory kolem. Zatím neosazujte L3! Nejprve ověříme že je na výstupu IC2 skutečně 5V a teprve pak můžeme L3 osadit. Po osazení L3 zesilovač zapneme a změříme proud který zesilovač odebírá. U mě to bylo 80mA. Pokud je odběr jen přibližně 3mA nepodařilo se správně připájet IC1. Pravděpodobně není připájená ploška pod IC1. Pak je potřeba IC1 znovu ohřát a nechat ho prohřát aby došlo k připájení této plošky.Teď již můžeme pokračovat oživením vstupních obvodů. Mě se osvědčilo rozdělit to na 2 etapy. V první jsem ponechal L1 neosazenou, kondenzátor C1 jsem nahradil propojkou a místo C2 jsem osadi kondenzátor s hodnotou cca 1k. Teď nejprve naladíme přizpůsobovací obvod L2, C3. K zapnutému LNA připojíme VNA a nastavíme přizpůsobovací obvod na minimální S11. Ladíme tak aby minimum S11 bylo na kmitočtu cca 144.100. Hodnota S11 by měla dosáhnout hodnoty kolem -50dB.
Mělo by to vypadat takto:
Tento obrázek pochází z doby kdy jsem ještě měl chybu ve výstupním obvodu. Hodnota S22 by měla být alespoň -20dB nebo lepší.
Teď již můžeme osadit horní propust - C1, C2 a L1. Horní propust je spočítaná tak že její minimum S11 padne také na 144.100MHz. Díky tomu by prakticky nemělo dojít ke zhoršení S11 a po naladění cívky L1 je S11 stále kolem vynikajících -50dB. Ladění obou obvodů je velmi ostré a mírně ho ovlivňuje i nazazení víčka na zesilovač. Je nutné ladit na minimální S11, nelze ladit na zisk. Proto můj názor že bez VNA zesilovač naladit nelze.
Měření hotového zesilovače:
Mechanické provedení zesilovače:
LNA je postaven na malé oboustranné DPS z mareriálu FR4 tloušťky 1mm. To je nutné dodržet - pro jinou tloušťku by bylo nutné přepočítat šířku 50Ω vedení. Destička je umístěna ve frézovaném boxu, který zajišťuje mechanickou stabilitu zesilovače. Vstupní i výstupní konektory jsou SMA. V mnou popisovaném kusu jsem použil na místě C1 a C2 běžné kondenzátory ze šuplíku. Lepší by bylo použít kvalitní ATC kondenzátory. Použitím kvalitnějšího mikrovlnného materiálu DPS, lepších kondenzátorů a postříbřených cívek L1 a L2 by možná bylo možné dosáhnout maličko lepšího šumového čísla. Otázka je zda desetinka dB na šumovém čísle na 144MHz za to stojí. Dole v sekci ke stažení je klišé pro výrobu DPS fotocestou. Je nutné ho vytisknout přesně 1:1.
