Transvertor HF / VHF pro použití ve VKV závodech


Jak již bylo v radioamatérské literatuře několikrát diskutováno (například také na našich webových stránkách www.qsl.net/ok2kkw), je v současné době problém zajistit komerčně vyráběný špičkový VKV transceiver, který by svými parametry, zejména fázovým šumem oscilátoru, intermodulační odolností, stopbandem MF filtrů a čistotou výstupního spektra vysílače uspokojil náročné požadavky, kladené na zařízení ve velkých VKV závodech.

Proto se stále více a více pro tento účel používají transvertory ke kvalitním KV transceiverům. Hodnotit KV transceivery s hlediska použitelnosti ve VKV závodech se vymyká z rozsahu tohoto článku, pravidlem však je, že jen to nejlepší z nejlepšího je použitelné pro VKV závody, protože na VKV jsou na parametry zařízení obvykle kladené podstatně vyšší požadavky, než na KV.

Oblíbeným KV transceiverem, používaným s transvertorem pro provoz na VKV je FT 1000 MP. Tento KV transceiver je používán na VKV velmi často s osvědčeným transvertorem LT2S od firmy SSB electronic. Bohužel uvedený transvertor se již přestal vyrábět a proto je mnoho radioamatérů postaveno před otázku, jak zajistit kvalitní transvertor pro pásmo 144 MHz.Také v našem radioklubu OK2KKW jsme byli postaveni před stejnou otázku. Dosud používané transceivery Sněžka (TXR 210) již pomalu přestaly vyhovovat, nikoli snad pro své vf parametry, ale protože nejsou vybaveny obvody DSP, vf omezovačem modulace (clipper), volbou různých mf filtrů apod. Také postranní fázový šum oscilátoru bylo vhodné poněkud zlepšit. Sáhli jsme proto po osvědčeném transceiveru FT 1000 MP a protože transvertor LT2S již nebyl k dispozici, bylo nutné vhodný transvertor realizovat svépomocí.

Při průzkumu různých obvodových řešení transvertorů, které jsou dostupné na internetu se ukázalo, že pro tento účel mají tyto konstrukce různé slabiny. Typickými problémy jsou: pasivní směšovač ve vysílací cestě, což má za následek zvýšený širokopásmový šum vysílače, použití 13.5 V výkonových tranzistorů (nebo hybridů) v budiči vysílače, produkující na své krátké přenosové charakteristice značnou úroveň nežádoucích intermodulačních produktů a konečně ve vstupním konvertoru přijímače pásmové filtry s nedostatečným útlumem v oblasti zrcadlového kmitočtu, který padá při MF 21, či 28 MHz do oblasti FM rozhlasového pásma a při provozu v blízkosti silného FM rozhlasového vysílače může operátorům celý závod značně znechutit.

Proto jsme se rozhodli postavit vhodný transvertor svépomocí. A protože na rozsáhlý vývoj se v dnešním světě poněkud nedostává času, pro inspiraci jsme sáhli po osvědčeném a sériovou výrobou prověřeném) obvodovém řešení výše jmenovaného transceiveru Sněžka. Jednotlivé obvody, i když již poněkud staršího data konstrukce, jsou totiž ve srovnání s jinými zapojeními stále na výši doby, jsou opakovatelné v amatérských podmínkách a hlavně jsou schopny dalšího vývoje, protože jednotlivé aktivní prvky lze nahrazovat moderními, vysoce intermodulačně odolnými tranzistory, a tak parametry transvertoru v průběhu času dále zlepšovat. Nikoli nepodstatným důvodem dále uvedeného obvodového návrhu bylo také zužitkování „šuplíkových" zásob, které přinesly podstatné zlevnění celé konstrukce.

Jak celá konstrukce transvertoru vypadá? Jak se můžete podívat zde a zde, jde o konstrukci na dvou oboustranně plátovaných deskách plošných spojů bez použití jakýchkoli mechanicky složitých stínících krabiček, či přepážek. Deska transvertoru obsahuje vstupní zesilovač, 4 obvodový pásmový filtr, vyvážený aktivní směšovač a oddělovač, zajišťující širokopásmové impedanční zakončení směšovače. Vysílací cesta začíná aktivním vyváženým směčovačem, oddělovačem, pásmovou propustí a nízkoúrovňovým budičem. Oba směšovače, přijímací i vysílací, jsou zásobovány konverzním kmitočtem z krystalového oscilátoru, který kmitá s malou úrovní, aby nedocházelo k rozšíření kmitočtového spektra vlivem přetíženého krystalu, což je častou chybou amatérských konstrukcí. Na druhé desce plošného spoje je výkonový zesilovač s výkonem do 15 až 20 W, který je z intermodulačních důvodů napájen z napětí 24 V a jehož budicí stupně až do výkonu cca 0,6 W pracují ve třídě A, aby se co nejlépe potlačila tvorba intermodulačních produktů lichých řádů.

Schema celého transvertoru je uvedeno zde. Hodnoty součástek najdete tady.

Dosažené parametry  transvertoru:
Kmitočtový převod:   21,000 MHz  na 144,000 MHz
Dlouhodobá kmitočtová stabilita:  cca 200 Hz
Postranní šum konverzního oscilátoru:  cca – 156 dBc/Hz ve vzdálenosti 20 kHz od nosné
Přijímací konvertor: 
šumové číslo:  cca 2 dB
konverzni zisk: cca 16 dB
bod zahrazení IP3  :  cca + 2 dBm (se standardními polovodičovými prvky)
potlačení zrcadlového příjmu: >  80 dB
selektivita pásmové propusti:    ± 1 MHz :  0,5 dB,        ± 15 MHz :  60 dB
Vysílací cesta:
Vstupní úroveň mf  21 MHz:   max  - 6 dBm (bez vstupního attenuátoru)
Nominální výstupní výkon :  10 W
Maximální výstupní výkon:  20 W
Potlačení intermodulačních produktů 3 / 5 řádu při nominálním výkonu PEP: -43/-54 dB
Potlačení  harmonických kmitočtů:  288 MHz: - 50 dB,  432 MHz:   - 65 dB
Potlačení konverzního oscilátoru na výstupu:  cca – 56 dB

Konstrukce transvertoru:

Motivy desek plošných spojů najdete zde a zde. Použije se oboustranně plátovaná deska plošného spoje o tlouštce 1,5 mm ze standardního sklolaminátu. Osazovací schema desek plošných spojů je uvedeno zde a zde.

Druhá strana plošných spojů je tvořena neodleptanou zemní stranou, kterou v místech průchodu neuzemněných vývodů součástek mírně zahloubíme vrtákem o průměru cca 3 mm.V místech, kdemají být vývody součástek uzemněny, zemní folii neodstraňujeme a vývody součástek zde na uzemněnou stranu plošného spoje propájíme (tyto body jsou na osazovacím schematu označeny zelenou barvou). V místech, kde je nutné vytvořit zemní spoj s malou impedancí (na osazovacím schematu body označené „N"), je před osazením součástky osazen dutý mosazný nýtek o průměru i výšce cca 2 mm, který je po okrajích z obou stran propájen.

Deska transvertoru je na základovou desku z plechu připevněna pomocí 4 sloupků o výšce 5 mm, deska zesilovače je k základovému plechu (chladič) připevněna pomocí výkonových tranzistorů a je svojí zemní stranou vf uzemněna na straně výstupních konektorů pomocí pájecích oček s co nejkratší délkou. Vývody „živých spojů" na vf vstupní a výstupní konektory jsou z Cu drátu 1mm o maximální délce 1 cm. Pokud máte konektory umístěny jinde, je nutno k nim vývody vyvést koaxiálním kabelem. Za poznámku ještě stojí délka vývodů tranzistoru budiče (2N3866), která by měla být cca 6 – 7 mm. Stejnou délku vývodů zachovejte i u zesilovače konverzního oscilátoru (BFY 90). Při obvodové konstrukci se totiž počítá s indukčností vývodu emitoru. Podstatnou otázkou je u této konstrukce (ale i u jiných VKV konstrukcí obecně) použití vhodných blokovacích kondenzátorů. Typicky u blokovacích kondenzátorů totiž není podstatná jejich kapacita, ale ztrátový úhel jejich dielektrika a indukčnost vývodů. Proto byla tato konstrukce navržena na použití „šuplíkových" blokovacích kondenzátorů Tesla TK 774 390 pF.Tyto kondenzátory, označené písmenkem U pod údajem hodnoty jsou totiž na rozdíl od ostatních podobných kondenzátorů schopné efektivně blokovat signál v pásmu 144 MHz. Bohužel v nabídce současných firem zabývajících se prodejem elektronických součástek není uveden vhodný kondenzátor přibližně této hodnoty, stejným dielektrikem a drátovými vývody. Proto je nutné sáhnout po SMD blokovacích kondenzátorech z dielektrika NPO a tyto blokovací kondenzátory připájet mezi příslušné plošky se strany plošného spoje s tím, že v místě uzemnění blokovacího kondenzátoru se prostrčí plošným spojem drátek, který se propájí na obou stranách plošného spoje. Je to řešení sice pracnější, ale zabrání nedefinovatelným sklonům k případnému kmitání. Jinak jsem se snažil SMD součástkám vyhnout, aby byla konstrukce dostatečně robustní a snesla dodatečné „bastlení", zejména při zkoušce použití lepších, intermodulačně výkonnějších tranzistorů v přijímacím konvertoru. (A navíc na SMD součástky nejsou již mé oči nejvhodnější).

Tranzistory směšovačů a oddělovače přijímacího konvertoru, které jsou osazeny paralelně, jsou pájeny po dvojicích po obou stranách plošného spoje. Všechny tranzistory směšovačů je třeba vybrat na stejnou strmost s tolerancí do 5–ti % - provede se to tak, že si zhotovíme z kousku plošného spoje přípravek, ve kterém tranzistory (stejného typu) vybíráme podle hodnoty stejnosměrného proudu, tekoucího tranzistorem ze zdroje 12V = přičemž všechny elektrody dvoubázového FETu (s výjimkou kolektoru) jsou uzemněny. Injekce signálu konverzního oscilátoru do směšovače by měla být přibližně na úrovni + 16 dBm. Odporové trimry v emitorech tranzistorů směšovačů se nastaví na co nejlepší potlačení signálu oscilátoru na výstupu směšovače. Seriový rezonanční obvod L1 a C2 se normálně neosazuje. Osaďte ho jen v případě, že na vaší kótě je mimořádně silné rušení od lokálního FM vysílače a použijte tento obvod jako odlaďovač. RC kombinace R 35 a C 65 slouží ke zpoždění "náběhu" výkonu při zaklíčování vysílače aby se stačila přepnout všechna relátka (zejména anténní).

V případě, že pro buzení transvertoru použijeme jiný KV transceiver, než FT 1000 MP, osadíme útlumový článek z odporů R 26, R 27 a R 28 tak, aby vstupní budicí výkon do směšovače vysílače nepřesahoval při P1 vytočeném na maximum úroveň -6 dBm (0,25 mW). Spočítat hodnoty tohoto útlumového článku jistě zvládnete sami.

Civky jsou navinuty na inkurantních tzv. „pardubických cívkách" , kterých je mezi radiomatéry přehršel. Závitová jádra M4 jsou z ferritového materiálu N01P růžovofialové barvy. V případě potřeby snížit indukčnost cívky použijeme hliníkové závitové jádro. Ostatní konstrukční postupy jsou obvyklé a nevyžadují další komentář.

Ostatně konstrukce transvertoru je dobře vidět také zde a zde. Pro úspěch je kritické dodržet předepsané průměry drátů u cívek pásmových propustí. Použití jiných, než předepsaných průměrů vede k tomu, že filtry buď nelze naladit na žádoucí kmitočet, nebo je průchozí útlum pásmových propustí příliš veliký (normálně je útlum okolo 4 - 6 dB, při použití slabších drátů může být útlum i větší, než 20 dB...).

Klidový proud koncového PA tranzistoru KT 930 A je nastaven na cca 100 až 150 mA. Napětí na kolektoru budicího tranzistoru KT 983V (KT 922A) je při zaklíčování cca 18 V =.

V případě, že chceme použít MF kmitočet 28 MHz, namísto zde navrženého 21 MHz, použijeme v konverzním oscilátoru krystal 116 MHz a snížíme hodnotu kondenzátorů C32 a C33 na cca 10 pF. Ostatní obvodové prvky se nezmění.

Pokud budeme chtít v transvertoru použít moderní aktivní prvky s vyšší intermodulační odolností, doporučuji nejprve transvertor realizovat podle tohoto návodu a teprve po jeho kompletním oživení a dosažení výše deklarovaných parametrů přistoupit k aplikaci takových součástek, protože uvedené součástky nemusí vždy znamenat zlepšení reálných parametrů (ba naopak).

K kvalitnímu oživení transvertoru je zapotřebí alespoň základní VF přístrojové vybavení, doporučuji tedy jeho oživení svěřit někomu, kdo takové vybavení má, protože ten s ním (a také s oživováním vf obvodů obecně) také obvykle umí zacházet. Nastavování „cejchovaným šroubovákem" vede zákonitě k nezdaru. V souvislosti s tím prosím případné zájemce o stavbu tohoto transvertoru o pochopení, že opravdu nejsem schopen jejich výrobky oživovat.

Tuto službu pro ty z vás, kteří mají o pomoc při stavbě transvertoru zájem, nabídl Franta OK1WC (ok1wc@seznam.cz ).

S přáním mnoha zdaru jak při stavbě transvertoru, tak i ve VKV závodech

OK1VPZ

PS: Vaše případné zkušenosti, či potíže se stavbou transvertoru můžete diskutovat na naší diskusní stránce zde. Uvítáme všechny případné názory a upozornění na chyby, neboť "žádný učený z nebe nespadl".

PPS: Na setkání slovenských radioamatérů ve Vysokých Tatrách jsme tento transvertor pokřtili "pri flaši spišskej borovičky" jménem Sitno... Je jen na vás, zda tento název přijmete.

Dodatek z roku 2004: protože se u některých kusů vyskytnul problém s relaxováním koncového tranzistoru v PA, byl změněn předpis pro výrobu bázové tlumivky TL11, která je nyní řešena jako 10závitů CuL na odporu 1/4 W. Viz zde.



 Přílohy: 
(s plným rozlišením obrazových příloh) 
schema transvertoru      
deska plošného spoje transvertoru 
deska plošného spoje zesilovače
osazovací schema desky transvertoru
osazovací schema desky zesilovače
rozpiska součástek a navíjecí předpisy cívek 
číslování vývodů cívek
způsob osazení C 4  a C 46  
pohled na osazenou desku transvertoru
pohled na osazenou desku zesilovače
stupnice ampérmetru
stupnice wattmetru
pohled na transvertor zpředu
pohled na transvertor zezadu
pohled na transvertor "v akci"