Konvertor verze 3 s ATF53189 na vstupu
Po první verzi konvertoru která je na mých stránkách popisovaná jesm postavil druhou, která byla zapojená stejně ale byla menší a jednodesková. Pásmová propust byla navržena za použití běžných Pardubických kostřiček. Konvertor měl nepatrně horší vlastnosti než verze 1 ale byl bez problému použitelný. Pak jsem narazil na zesilovač s ATF53189. Okamžitě mi bylo jasné, že by to mohl být ten správný zesilovač pro náhradu zesilovače se 4x BF998 který není právě ideální a spolehlivý. Postavil jsem zkušební verzi tohoto zesilovače a ukázalo se, že je pro náš účel takřka ideální.
Logickým krokem tedy bylo postavit další verzi konvertoru s ATF53189 na vstupu. Použil jsem vyzkoušené obvodové řešení konvertoru verze 2 a zaměnil jen vstupní zesilovač.
Dosažené parametry
Cílem této konstrukce bylo především dosažení vysoké odolnosti celého zařízení. Konvertor je určen zejména pro použití v závodech. Šumové číslo na 14MHz zatím měřit neumím a proto ho mohu jen odhadnout ze známých parametrů vstupního zesilovače na nějakých 1,4dB. To je zamozřejmě počítáno bez KV zařízení které výsledné šumové číslo celého zařízení výrazně zhorší.
Zde vidíme simulaci konvertoru bez připojeného KV přijímače. Je vidět, že hlavní vliv na odolnost má na rozdíl od předchozí konstrukce již směšovač. Pro další zvýšení odolnosti by bylo potřeba použít výkonnější směšovač.
Tento obrázek ukazuje simulaci konvertoru včetně připojeného KV přijímače. Běžné KV přijímače mívají vysoké šumové číslo okolo 18dB. Proto před ním musí být zisk dost velký na to, abychom dosáhli šumového čísla celé soustavy cca 2dB potřebné na pásmu 144MHz pro tropo provoz. Potřebný zisk konvertoru je nějakých 24dB. Předřazením takového zisku však i velmi kvalitní KV přijímač přebírá hlavní vliv na odolnost celého systému. Potřebovali bychom buď KV přijímač s výrazně nižším šumovým číslem které by bylo ideální pod 10dB a zároveň s IP3 okolo +30dBm nebo přijímač s obvyklým šumovým číslem ale výrazně vyšším IP3 okolo +40dBm. Pokud je mi známo první varianta se nevyrábí, druhá se prodává za astronomické sumy. Možná by stálo za úvahu pokusit se postavit přijímač který by vyhovoval variantě 1. V dnešní době by asi bylo nejjednodušší jít cestou SDR přijímače.
Na obrázku jsou vidět výsledky měření IP3. Vychází nám výstupní IP3 okolo 30dBm což při zisku 24dB odpovídá vstupní odolnosti 6dBm. Uvedené hodnoty jsou naměřeny při napájecím napětí 13,8V a oscilátorové injekci do směšovače cca 18 - 19dBm. Při snižování napájecího napětí či injekce oscilátoru odolnost konvertoru mírně klesá. Šumové číslo jsem prozatím nemohl ověřit, protože na kmitočtu 14MHz ho měřit neumím.
Změna 25.4.2012. Na EME setkání 2012 mi OK1CA šumové číslo konvertoru změřil. Naměřili jsme hodnotu 1,5dB. To je o 0,1dB horší výsledek než v jaký jsem doufal. V konečném důsledku to znamená, že abychom dosáhli požadovaného šumového čísla celé sestavy cca 2dB potřebujeme KV přijímač který má na 14MHz šumové číslo 17dB nebo lepší. Původní propočty počítaly se šumovým číslem KV přijímače 18dB. Přesto si myslím, že je dosažený výsledek velmi dobrý a mohu být spokojen. I poslechové testy na pásmu 144MHz s KV SDR přijímačem Perseus neukázaly žádný rozdil oproti poslechu na můj IC821 který používám ve svém provozu MS i EME. Až budu mít k dispozici nový měřič šumového čísla (jehož koncepci právě v tomto čase promýšlím) mohu se pokusit dále konvertor optimalizovat pro dosažení ještě lepšího šumového čísla. Věřím, že nahnat tu chybějící desetinku by neměl být nepřekonatelný problém.
Zde vidíme měření odolnosti celé sestavy konvertoru + přijímače Perseus. Perseus má velmi přesně cejchovaný měřič úrovně signálu a proto ho lze k takovému měření dobře použít. Zde ještě naměřené hodnoty vypadají velmi dobře. Stačí ale zvýšit ürovně budících signálů o 1dB a Perseus se dostane do limitace. V tom okamžiku vedlejší produkty vyletí o desítky dB. Jde o vlastnost SDR přijímače. Přiznám se, že moc nevím jak srovnat měření sestavy analogové sestavy a SDR sestavy. Kdybychom měli klasický KV přijímač znamenala by hodnota IP3 +30dBm že se přijímač dostává do limitace při cca +15dBm. Přijímač Perseus se ale dostane do limitace při -10dBm. Když připočítáme 24dB zisku konvertoru dostane se analogový přijímač do limitace při -9dBm, zatímco Perseus již při -34dBm. A to je propastný rozdíl. Na druhé staně ale Perseus limitaci obsluze jasně oznámí, takže přesně víme co se děje a dokud nelimituje jsou výsledky srovnatelné s analogovým KV přijímačem. Zatím se mi tedy jeví srovnávat IP3 analogového přijímače a IP3 SDR přijímače jako sčítat hrušky s jablky. Každý z těchto údajů hovoří úplně o něčem jiném. Postranní vrcholy na signálu 2 jsou dány nekvalitním generátorem G4-151 který jsem k měření použil.
Popis zapojení
Zapojení se příliš neliší od původní verze konvertoru se vstupem s 4x BF998. Jiný je vstupní zesilovač a pásmová propust 144MHz.
Klišé pro výrobu DPS fotocestou.
Vstupní zesilovač
Jak již bylo řečeno na vstupu jsem použil tranzistor ATF53189. Zesilovač osazený tímto tranzistorem vyniká vysokou odolností a zároveň přijatelným šumovým číslem. Signál je ze vstupního konektoru veden přes vazební kondenzátor C2 na vstupní cívku. Použil jsem plošnou cívku vyleptanou na DPS. Na DPS jsou plošky na připojení případného dolaďovacího kondenzátoru ale v praxi se ukázalo, že jsem se cívkou trefil do pásma a dolaďovací kondenzátor nebyl potřeba. Dlouho jsem uvažoval zda nepoužít kvalitní vinutou cívku, nakonec jsem se ale rozhodl ponechat cívku plošnou. S vinutou cívkou by patrně bylo možno dosáhnout lepšího šumového čísla. Nakonec jsem se ale rozhodl ponechat plošnou cívku zejména proto, že takto provedený zesilovač vykazuje skvělou stabilitu i při nejvyšším zisku a nechtěl jsem si přidělat prípadné problémy s nestabilitou zesilovače. Z cívky je signál veden na G tranzistoru ATF53189 přes vazební kondenzátory C1 a C3. Doladěním C3 a případnou změnou hodnoty C2 lze dostavit šumové číslo zesilovače na optimum. Zisk zesilovače je nastaven odporem R1 přibližně na 25dB. Zesilovač je napájen napětím 5V ze stabilizátoru IC1. Trimrem T13 nastavíme proud tranzistorem na 140mA. Signál ze vstupního zesilovače pokračuje přes propojku R8 na pásmovou propust 144MHz.
Pásmová propust
Pásmovou propust jsem jako obvykle navrhl svým oblíbeným programem NAF. Záměrem bylo navrhnout pokud možno co nejužší propust c co nejnižším útlumem. To jsou pochopitelně protichůdné požadavky a tak jsem musel zvolit vhodný kompromis. Filtr jsem navrhl jako tříobvodový se vstupní i výstupní impedancí 50Ω. Šířka pásma vyšla okolo 6MHz a útlum v propustném pásmu nějakých 3,2dB.
Po vylaborování propusti na optimální útlum odrazu na vstupu i výstupu jsem dosáhl charakteristiky která je na obrázku. Myslím, že se dílo celkem podařilo. Cívky jsou navinuty na "Pardubických" kostřičkách s krytem. Aby se zamezilo nežádoucí vazbě jsou kryty připájeny k DPS i na straně součástek. Navíc jsou kryty propájeny i mezi sebou. Kromě omezení nežádoucích vazeb se dosáhne i zpevnění konstrukce propusti a lepší stability filtru.
Z obrázku vidíme provedení cívek pásmové propusti. Všiměte si, že vstupní civka (napravo) má kratší vinutí než výstupní. Neudělejte stejnou chybu. Správné provedení je vidět na cívce vlevo, tedy vinutí je po celé délce kostřičky. Při mém provedení vyšlo optimální naladění přesně při plně vyšroubovaném jádru. Ve verzi konvertoru 2 jsem dokonce musel použít mosazné jádro. Jádra jsou zajištěna igelitovým páskem. To je daleko lepší než oblíbené gumičky nebo molitan. Igelit ani po dlouhé době nepřestane plnit svou funkci. Gumičky i molitan po čase zpuchří a jakmile s jádrem otočíme buď se zadře nebo se začne otáčet příliš volně a časem se filtr rozladí. Protože má vstupní zesilovač menší zisk vynechal jsem útlumový článek před propustí a za propustí jsem útlum snížil asi o 1dB.
Následující obvody již nemá smysl popisovat, protože jsou totožné s první verzí konvertoru kde již byly popsány. Jediná důležitá změna je použití RFC tlumivky v kolektorovém obvodu zesilovače 130MHz. Ukázalo se, že původní tištěnou tlumivku se mi nepodařilo udělat správně a zesilovač se dostával do limitace. S feritovou tlumivkou jsou výsledky lepší.
Oscilátor
Zapojení oscilátoru je obvodově shodné oscilátorem z první verze konvertoru. Pouze jsem ho zmenšil použitím SMD součástek velikosti 0805. Na místě snímacích odporů v regulátoru topného proudu jsem místo obtížně sehnatelných 1W SMD odporů použil řadu paralelně spojených SMD odporů velikosti 1206 a zároveň snížil topný proud na hodnotu přiblížně 1A která je pro funkci termostatu zcela dostatečná.
