Трансвертер 144/28 МГц с ключевым смесителем на микросхеме ADG774A

В.ЕРМАШКЕВИЧ, EW6BA,

г.Витебск. E-mail: ew6ba@yandex.ru

В условиях современного горо­да, в котором существует большой уровень помех от кабельного ТВ, компьютерных сетей, радиовеща­тельных радио- и телепередатчи­ков и прочих передающих уст­ройств, бывает сложно найти час­тоту в диапазоне 2 м, которая не была бы поражена каким-либо сиг­налом. Многие радиолюбители, наверно, это замечали, особенно в начале диапазона 144 МГц. В таких сложных условиях приема очень желательно иметь высоко­динамичный трансвертер с каче­ственными полосовыми фильтра­ми на спиральных резонаторах и кварцованным гетеродином с пре­дельно малым фазовым шумом. Разумеется, базовый KB трансивер, с которым работает трансвер­тер, также должен иметь высокую динамику. В этом случае эффек­тивность работы в эфире по всем параметрам будет выше, чем при использовании многих промыш­ленных УКВ аппаратов. Именно по такой схеме — высококачествен­ные трансвертер и трансивер — построены УКВ радиостанции многих любителей ЕМЕ - и MS-paдиосвязи в России и за рубежом.

Для получения больших значений по IP3 в современных УКВ трансвертерах чаще всего применяют высокоуровневые двойные балан­сные диодные смесители — либо самодельные (на дискретных эле­ментах), либо промышленные (на­пример, фирмы Minicircuitsсуровнем LO +17 дБм). К сожалению, промышленные высокоуровневые смесители очень дороги и их труд­но приобрести (по крайней мере, в Беларуси). Для примера, смеситель SYM-18H, который есть в прайсах некоторых фирм "под заказ", стоит около 1100 росс.руб. за 1 штуку, а его поставка со склада в США — в течение месяца.

В коротковолновых трансиверах высокого класса для достижения предельных параметров по динами­ческому диапазону применяют клю­чевые смесители с использованием как биполярных и полевых транзи­сторов, так и микросхем быстродейстующих электронных ключей (на­пример, К590КН8А, 74НС4053, FSA3157, ADG774).

В последние годы в первых смеси­телях, разработанных радиолюби­телями KB трансиверов (например, Мастер-2010, SW-2010 и т.д.), ус­пешно применяется микросхема ADG774 фирмы Analog Devices. А как обстоит дело с использованием ключевых смесителей на УКВ? Фир­ма Analog Devices выпускает мик­росхему ADG774A, имеющую более высокое быстродействие по сравне­нию с ADG774. Как заявлено про­изводителем, электронные ключи позволяют коммутировать сигналы с частотами до 400 МГц при сопро­тивлении замкнутого ключа не бо­лее 2,2 Ом, время переключения — 3 нс. Но одно дело пропускать че­рез замкнутые контакты сигналы частотой 400 МГц, а другое — ком­мутировать этот сигнал без наруше­ния работы смесителя.

На одном из форумов [1, 2] попу­лярного портала CQHAM.RU были сообщения о применении микросхе­мы ADG774A в смесителе диапазо­на 144—146 МГц. Идея такого сме­сителя мне очень понравилась, и я решил сначала сделать только сме­ситель (рис.1) и проверить его пара­метры при входном сигнале 144 МГц и частоте гетеродина 116 МГц.

 Ис­пользовалась микросхема ADG774A в "маленьком" корпусе QSOP с мар­кировкой на корпусе ADG774ABRQ. За основу я взял схему 1-го смеси­теля трансивера Мастер 2010 с не­большими изменениями. По реко­мендации С.Макаркина, RX3AKT, смещение на ключах было выбра­но не 0,5и_пит, а около 0,25И_пит. Если обратить внимание на зависи­мость сопротивления замкнутого ключа ADG774A от приложенного к нему напряжения, которая приведе­на в технической документации на эту микросхему, то можно увидеть, что в интервале напряжений от 0 до 0,5и_ПИт. расположена линейная часть этой характеристики, и, соот­ветственно, середина линейного участка находится в точке, соответ­ствующей примерно 0,25И_Пит.

На гетеродинном входе я также использовал аналогичное смеще­ние, чтобы можно было подать си­нусоидальное напряжение. Дело в том, что микросхема содержит внут­ренний формирователь импульсов управления (гетеродина), поэтому на нее удобно подать синусоидаль­ный сигнал от кварцевого генерато­ра с уровнем около 0,5—1 В_Эфф..

В идеале, ключи смесителя дол­жны управляться меандром, а при синусоидальном управлении режим работы ключей будет зависеть от уровня поданного напряжения ге­теродина и от параметров делите­ля напряжения смещения на 1-м выводе микросхемы. К сожалению, проконтролировать, получился ли по управлению меандр, можно толь­ко косвенно, с помощью анализато­ра спектра на выходе смесителя по минимуму побочных продуктов пре­образования.

В смесителе применены промыш­ленные ВЧ трансформаторы ТС4-1 фирмы Minicircuits.

Структурная схема макета (рис.2) для испытаний была такая: на входе смесителя—4-контурный полосовой фильтр на спиральных резонаторах от венгерской радиостанции FM-301; после смесителя — 3-контурный по­лосовой фильтр с центральной ча­стотой 28-МГц. Кварцевый гетеро­дин на частоту 116 МГц был изго­товлен UA3AOH. Напряжение гете­родина усиливалось широкополос­ным каскадом на транзисторе BFG591, а затем фильтровалось "подчисточным" ФНЧ с частотой среза 120 МГц.

Уже результаты первых измере­ний мне понравились — общее за­тухание в режиме приема от входа полосового фильтра 144 МГц до выхода фильтра 28 МГц получилось всего -6...-7 дБ. В качестве нагруз­ки использовалось устройство на базе пленочного резистора сопро­тивлением 50 Ом (КСВ=1,05), при­крученное к тройнику ТП-116 от вольтметра В7-26.

Используемые приборы: генера­тор Г4-176, вольтметр В7-26 и из­меритель АЧХ Х1-48, с помощью которого наглядно контролировал­ся весь процесс настройки полосо­вых фильтров.

Смеситель обратимый, поэтому я просто переключал местами нагруз­ку и генератор и проверял прохождение сигналов либо на прием, либо на передачу. В обоих режимах получились примерно одинаковые затухание и форма АЧХ.

Уровень по входу (максималь­ный, какой я сумел получить от своего генератора на 144 МГц) — 0,9 В (в генераторе блок стабили­зации амплитуды "барахлит" и пас­портные 2 В не выдает).

На выходе тракта приема напря­жение частотой 28 МГц нарастало линейно от приращения напряже­ния частотой 144 МГц на входе. На передачу я подавал напряжение около 1,2 В в диапазоне 28 МГц, а на выходе получал напряжение ча­стотой 144 МГц, уровень которого был на 6—7 дБ меньше входного. Напряжение частотой 144 МГц на выходе ТХ также нарастало пропор­ционально входному напряжению 28 МГц, т.е. компрессии сигналов при этих уровнях сигнала я не от­метил.

На базе макета этого смесителя мною был изготовлен трансвертер на 144/28 МГц. На момент написа­ния настоящей статьи трансвертер активно эксплуатируется в эфире уже больше месяца.

Трансвертер изготовлен с исполь­зованием современной элементной базы, в нем широко применяются электронные компоненты для по­верхностного монтажа (SMD). Все каскады выполнены в виде отдель­ных блоков по 50-омной схемотех­нике, что удобно при монтаже и "стыковке" блоков, если нужно за­менить или переделать какой-ни­будь из них. Для передачи входных и выходных сигналов между блока­ми используется тонкий фторопла­стовый кабель РК-50.

Общая структурная схема трансвертера (рис.3) и многие его каска­ды базируются на схемах, которые применил в своих конструкциях [3] Иван Шор, RA3WDK. Эти схемы были проверены и опробованы мною ранее в трансвертерах диа­пазонов 144 и 432 МГц.

     

Рассмотрим принципиальную схему трансвертера (рис.4). В ре­жиме приема с антенного входа сиг­нал поступает на УВЧ, выполнен­ный по схеме, предложенной PA3BIY, на AsGa НЕМТ-транзисторе ATF54143, специально предназ­наченном для малошумящих усили­телей (МШУ). Применяемая схема близка к авторской, но рисунок пе­чатной платы в формате Sprint Layout был взят с интернет-странич­ки [5] Эдуарда Дергаева, UA4NX, и подвергся небольшим изменени­ям. Ток стока транзистора ld=60 мА, точка 1РЗ=+4 дБм, G=22 дБм, а вот о коэффициенте шума К_ш ничего сказать не могу. Дело в том, что у PA3BIY заявлен К_ш=0,3 дБ, и тран­зистор вполне обеспечивает такой параметр. Однако авторский (PA3BIY) МШУ установлен непос­редственно на антенне или антен­ном реле. При этом тщательно со­гласуется входная цепь со входом антенны по минимуму К_ш. Конден­саторы на входе МШУ должны иметь минимальные диэлектричес­кие потери. Кстати, при минимуме К_ш КСВ по входу у этого МШУ дале­ко не 1.

В моем случае МШУ использует­ся в 50-омном варианте, и я не про­водил "тонкого согласования" по входу, только настроил входную цепь в резонанс. Ток стока каскада (около 60 мА) устанавливается с помощью подстроечного резистора сопротивлением 4,7 кОм в цепи базы транзистора КТ203.

Был проверен и второй вариант подачи входного сигнала — через качественный разделительный кон­денсатор к части витков входного контура (рис.5).

 Коэффициент шума измерить у меня пока нечем, но я предполагаю, что он не хуже 0,8 дБ.

По рекомендации Ивана, RA3WDK, для защиты транзистора от стати­ческих разрядов прямо на входном разъеме RX установлен разрядник с минимально возможной емкос­тью. Я применил Р-73, т.к. других не нашел.

Катушка входного контура намо­тана на оправке диаметром 8 мм посеребренным проводом 0,2 мм с шагом между витками 3 мм. Наруж­ный диаметр катушки должен быть 10 мм, ее длина — 10 мм, доброт­ность — более 600. Антипаразит­ные катушки, включенные в истоке транзистора, содержат по 1,25 вит­ка, намотанных на оправке 0.3 мм проводом 00,8 мм. Такая же катуш­ка установлена последовательно в цепи затвора транзистора.

На схеме (рис.4) в цепи истока транзистора УВЧ установлены эле­менты "без опознавательных зна­ков", похожие на резисторы. Это полосковые индуктивности, выпол­ненные прямо на печатной плате. Они также служат для подавления возможной генерации каскада на СВЧ.

Реле на выходе каскада — 12-вольтовое G5V-2-H1 — распаяно навес­ным монтажом. Все резисторы и конденсаторы — для поверхностно­го монтажа, типоразмера 0805.

В принципе, применение в трансвертере УВЧ с таким высоким уси­лением должно снижать динами­ческий диапазон на величину коэф­фициента усиления. Правильно было бы использовать СВЧ транзи­стор средней мощности (КТ939А, BFG540, BFG541) в УВЧ с неболь­шим усилением (примерно 10 дБ) при токе коллектора 50—60 мА, а минимума К_ш и максимума чувстви­тельности добиваться с помощью МШУ с дополнительным полосовым фильтром на выходе, которые уста­новлены непосредственно на антен­не. При этом потребуется еще кас­кад усиления после смесителя — для получения достаточного уровня сигнала на входе трансивера. Одна­ко мне очень захотелось установить каскад с ATF54143 непосредствен­но в трансвертер, тем более, что до антенны у меня всего 8 м кабеля. Возможно, летом, во время мощных "спорадиков", я сделаю к трансвертеру другой УВЧ, с меньшим коэф­фициентом усиления и с большим динамическим диапазоном, а МШУ на транзисторе ATF54143 установ­лю на антенне.

Могу порекомендовать для по­вторения еще один вариант УВЧ [4], который очень хорошо себя за­рекомендовал. В этом УВЧ приме­няются 4 транзистора BF998, включенных параллельно. Такой УВЧ был применен в трансвертере Javornik и также испытан мною на протяжении 1,5 лет в другом трансвертере.

Транзисторы BF998 недороги и широко распространены, но опыт­ные радиолюбители рекомендуют применять эти транзисторы ста­рых годов выпуска, выпаянные, например, из ТВ тюнеров, т.к. со­временные производители этих транзисторов не внушают доверия.

После УВЧ усиленный сигнал про­ходит через аттенюатор (рис.4), обеспечивающий затухание -2 дБ. Аттенюатор установлен на той же плате УВЧ и служит для повышения устойчивости к самовозбуждению и улучшения согласования выхода каскада с полосовым фильтром. В зависимости от параметров базово­го трансивера, коэффициент зату­хания аттенюатора можно увели­чить, если необходимо убрать из­быток общего усиления.

После аттенюатора через нор­мально замкнутые контакты реле сигнал поступает на 4-контурный высокодобротный полосовой фильтр 144—146 МГц, выполнен­ный на спиральных резонаторах. Используется фильтр от венгерс­кой УКВ ЧМ радиостанции FM-301, перестроенный на любительский 2-метровый диапазон.

О фильтре скажу несколько слов отдельно. По данным измерений Ивана, RA3WDK, этот фильтр име­ет затухание за полосой пропуска­ния около -70 дБ при расстройке 6— 8 МГц. По моим измерениям, в по­лосе прозрачности фильтр вносит затухание не более 2 дБ. Аналогич­ных фильтров со столь высокими параметрами при сравнительно не­больших габаритах я не встречал ни в одной известной мне промышлен­ной радиостанции. Самостоятель­но изготовить столь качественный фильтр на эти частоты, думаю, бу­дет трудно.

Такой фильтр очень хорошо уста­новить сразу после МШУ (или в со­ставе МШУ), размещенного "навер­ху" (на антенне).

После полосового фильтра сиг­нал поступает на смеситель, выпол­ненный на микросхеме ADG774A. Симметрирующие ВЧ трансформа­торы с коэффициентом трансфор­мации 1:4 — ТС4-1 фирмы Minicircuits. Я старался использо­вать готовые ВЧ трансформаторы с нормированными параметрами в широкой полосе частот, т.к. опасал­ся, что самодельные трансформа­торы нарушат симметрию и балан­сировку смесителя на столь высо­ких частотах. Кроме того, хотелось применить максимально качествен­ные комплектующие.

(Продолжение следует)