Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - CQ-DL - Ein 9-cm-Transvertersystem moderner Konzeption
A high performance 9 cm transverter (3456 MHz) using the same technique as used by the authors for the 6 cm project in cq-DL 12/87,1/88 and 2/88. Part one: presentation, receive-transmit mixer 144-1656 MHz with 40-60 mW and second mixer to 3456 MHz on two PC-boards. The project requires 9 VDC (for portable use) and experience in building GHz-gear is mandatory. To be followed.
DJOSL
Sende-/Empfangsmischer 3456 MHz: Platinenrückseite mit Resonatorfiltern, Musteraufbau DCODA.
Einleitung
In der cq-DL 12/87 bis 2/88 wurde ein 6cm-Transvertersystem beschrieben, welches inzwischen von mehreren Funkamateuren erfolgreich nachgebaut wurde. Selbst die etwas anspruchsvolle Röhrenendstufe von DJ6EP konnte mit den angegebenen Durchgangsverstärkungen sowie den Ausgangsleistungen realisiert werden. Besonderen Anklang fand der eigentliche Sende-/Empfangsmischer von DJ6EP und DCODA.
Diese guten Resultate gaben den Autoren Anlaß, auf der gleichen Basis ein modernes Transvertersystem für das 9-cm-Amateurfunkband (3456 MHz) zu entwickeln. Auch diese Artikelserie gliedert sich in drei Teile:
- Teil 1: Sende- und Empfangsmischer, Frequenzaufbereitung;
- Teil 2: Transistorsendeverstärker, Hochfrequenzverstärker;
- Teil 3: Röhrenendstufe.
Die einzelnen Beschreibungen der Bausteine enthalten nur die wichtigsten Hinweise für den Nachbauer. Es wird Bastelerfahrung auf den GHz-Bändern vorausgesetzt. Um den mechanischen Aufwand so gering wie möglich zu halten, wurden alle Bausteine bis auf die Röhrenendstufe in Platinentechnik realisiert. Selbst ohne Röhrenendstufe dürfte die Transverter-Line für viele Funkamateure interessant sein. Hier ist speziell auch an den portablen Einsatz gedacht.
Gegen Erstattung eines entsprechenden Unkostenbeitrages sind komplette Foliensätze beim Autor DCODA erhältlich. Sie umfassen die in Teil 1 und 2 veröffentlichten Layouts.
Dem aufmerksamen Leser wird nicht entgangen sein, daß sich hier eine Gruppe von aktiven Funkamateuren zusammengefunden hat, die es überhaupt erst ermöglichte, ein Konzept in solch schlüssiger und abgerundeter Form dem interessierten Nachbauer vorzustellen. Deshalb sei schon an dieser Stelle den Mitautoren Dank ausgesprochen.
Teil I. Der Sende-/Empfangsmischer
Funktionsbeschreibung
Sende-/Empfangsmischer 3,4 GHz
Platine: Teflonmaterial 0,79 mm stark, er = 2,2 bis 2,6 (unkritisch), RT Duroid oder Keene
Abmessungen: 108x 72 mm passend für Weißblechgehäuse Nr. 6 A (74 x 111 x 50 mm).
Resonatorfilter:
MS-Rohrstück: 28 mm Ø außen, 26 mm Ø innen, 14 mm hoch.
Deckelblech: 1 mm MS, 29x 29 mm
Abstimmschraube: M5 MS mit Muttern lichte Eintauchtiefe: ca. 13 mm (3,4 GHz)
Einkoppelstifte: 1 mm Ø CuAg, 7 mm lichte Höhe über Platine
Abstimmelemente (Anpaßnetzwerke):
ausgeschnittene Streifen aus Kupferfolie (siehe Photo)
Anhaltswerte vom Musteraufbau DCODA:
RX Gate - 6 x 9 mm - Abstand 8 mm
RX Drain - 6 x 7,5mm-Abstand 10mm
TX Gate - 6 x 13 mm - Abstand 6 mm
TX Drain - 6 x 7,5 mm - Abstand 11 mm
Transistorströme (Musteraufbau DCODA):
BFR91A - 4 mA (Gesamtschaltung)
RX MGF 1502 21 mA
TX MGF 1502 42 mA
Meßdaten (Musteraufbau DCODA):
Ausgangsleistung: 30 mW (bei 56 mW Oszillatorleistung)
Eingangsrauschzahl: 3,8 dB (Einseitenband)
Durchgangsverstärkung: 24 dB
Oszillatorunterdrückung (3312 MHz): 45 dB
Spiegelfrequenzunterdrückung (3168 MHz): 31 dB
alle weiteren Frequenzen: > -40 dB
Wegen der hohen Nachbausicherheit wurde für das Mischprinzip, wie auch schon für den 6-cm-Transverter, ein subharmonischer Diodenmischer gewählt.
Die benötigte Oszillatorleistung bei 1656 MHz (bei Verwendung von 144 MHz als Zwischenfrequenz) bei einer Größe zwischen 40 und 60 mW teilt sich ungleichmäßig auf den Sendemischer und Empfangsmischer auf, da erfahrungsgemäß der Empfangsmischer sein bestes Mischverhalten bei relativ geringem Oszillatorpegel (etwa 10 mW) zeigt.
Das zum Mischen benötigte ZF-Signal von 144 MHz wird dem Sendemischer über ein Einstellpoti zugegeben. Bei Einsatz eines Transceivers mit etwa 3 W Ausgangsleistung (z. B. IC 202) kann der Eingang des Sendemischers mit einem entsprechenden Widerstand bedämptt werden. Der Musteraufbau wurde für 100 mW Ansteuerleistung eines umgeschalteten FT 290R ausgelegt.
Beim Empfangsmischer wird das entstehende ZF-Signal durch einen normalen bipolaren HF-Transistor verstärkt.
Sowohl hinter dem Sende- als auch hinter dem Empfangsmischer folgt je ein Resonatorfilter in bewährter Bauform, um die Oszillator- und Spiegelfrequenz zu unterdrücken.
Das Erproben noch vertretbarer Durchmesser der Resonatorfilter stellte anfänglich ein Problem dar, da einerseits aus Stabilitätsgründen ein gewisses Weißblechkästchenmaß nicht überschritten werden sollte, andererseits aber eine ausreichende Güte der Filter gewährleistet sein mußte. Nach mehreren Filterversuchen im Einzelaufbau wurden dann die angegebenen Abmessungen gefunden.
Hinter den Filtern ist je eine Verstärkerstufe mit einem GaAs-FET angeordnet, einmal als Sendeverstärker und einmal als Empfangsverstärker.
Die gate- und drainseitige Anpassung des Transistors an die Schaltung stellte ein weiteres Flächenproblem dar. Transformations-glieder in der Form wie beim 6-cm-Transverter ließen sich nicht unterbringen. Der Einsatz teurer Trimmkondensatoren für den GHz-Bereich (Gigatrims) sollte ebenfalls bewußt vermieden werden. So wurde die Anpassung letztendlich in der sogenannten "Stubtechnik" ausgeführt.
Ein Vorversuch erbrachte erstaunlich hohe Durchgangsverstärkungswerte bei Einsatz eines MGF 1502. Da aber auch andere GaAs-FET-Typen eingesetzt werden sollen (je nach Preissituation), wurde auf die Festlegung im Layout verzichtet. Die Stubs werden daher aus dünnem Kupferblech ausgeschnitten und ihre Abmessungen sowie Sitze an den Leiterbahnen individuell je nach GaAs-FET-Typ ermittelt. Sie werden mit einem Holzstab auf der Leiterbahn hin- und hergeschoben und nach Erreichen der optimalen Verstärkungswerte an der Leiterbahn festgelötet.
Die Platine hat die Abmessungen 108 x 72 mm und paßt in das Weißblechgehäuse Nr. 6A (74x111 x 50). Sie besteht aus doppelseitig kaschiertem, glasfaserverstärktem Teflonmaterial mit0,79 mm Stärke. Die Dielektrizitätskonstante des Materials kann zwischen 2,2 und 2,6 liegen. Beim Musteraufbau wurde aus Stabilitätsgründen ein Teflonsubstrat mit der Bezeichnung Keene Di-Clad mit einem er von 2,55 verwendet. Es ist z. B. bei der Firma SSB-Electronic in Iserlohn in den Abmessungen 100 x 150 mm erhältlich.
Erforderliche Meßmittel
- Vielfachmeßinstrument
- Frequenzmeser für 1,6 GHz (z. B. Resonatorfilter nach DJ4GC mit Diodenabschluß)
- geeignetes Wattmeter (z. B. Bolometer nach DJ4GC oder geeichter Diodentastkopf mit 50-0-Abschluß)
Bei der Wahl der Meßmittel sollten die Veröffentlichungen von DJ4GC in der cq-DL und in den UKW-Berichten beachtet werden.
Angaben zum Aufbau
Die Platine wird maßgerechtzugeschnitten und auf beiden Seiten mit Anreibeversilberung bearbeitet. Sie darf jedoch nicht mit Lackspray behandelt werden!
Nach dem Bohren der Platine werden zuerst die runden Abblockkondensatorscheiben in die dafür vorgesehenen Platinenbohrungen gesteckt. Die Bohrlöcher sind dafür vorher auf der vollkaschierten Seite der Plati ne mit breiten, aufgelöteten Weißblechstreifen zu schließen, so daß die Kondensatorscheiben auf ihnen aufliegen. Es sind Scheiben von maximal 1 mm Dicke zu verwenden, möglichst aus einem hellen Keramikgrundmaterial (Güte!). Falls sie nicht schon vorverzinnt sind, muß die aufliegende Seite vorher verzinnt werden. Der Blechstreifen braucht jetzt nur mit der Lötkolbenspitze erwärmt zu werden, und die Kondensatorscheibe zieht sich plan innenseitig auf den Blechstreifen auf.
Bevor die Resonatorringe auf die Platinenrückseite gelötet werden, müssen die Einbzw. Auskoppelstifte eingesetzt werden. Für die Zentrierung schlägt man sich am besten mit dem Stechzirkel vorher einen Kreis, dessen Durchmesser etwa 1 mm größer als der angegebene Außendurchmesser des Resonatorringes ist. Nur so ist eine genaue Positionierung der Ringt zu den Stiften gewährleistet.
Alle weiteren Angaben zum Nachbau gehen aus dem Schaltplan, dem Bestückungsplan und den Photos hervor.
Zur Versteifung der Platine muß vor und hinter den Filtertöpfen ein Weißblechstreifen eingelötet werden.
Angaben zum Abgleich
Nach Anschließen des Oszillators mit etwa 40 mW Leistung wird der Senderausgang mit einem Wattmeter verbunden und etwa 100 mW Trägerleistung auf die ZF-Buchse gegeben. Danach wird die M5-Abstimmschraube des Resonatorfilters nach den Angaben in der Tabelle in den Resonator hineingedreht. Obwohl die GaAs-FET-Verstärkerstufe noch nicht optimiert ist, muß bereits eine Mischleistung von einigen mW meßbar sein.
Jetzt können Ein- und Ausgang der Verstärkerstufe, wie bereits beschrieben, optimiert werden. Die Leistung des ZF-Signals muß mit dem Poti so eingestellt werden, daß der Mischer noch nicht zugeregelt wird. Bei Wegnahme des ZF-Signals darf fast keine Leistung mehr meßbar sein.
Aufgrund der Funktion des subharmonischen Mischers ist die Oszillatorfrequenz stets besser unterdrückt als die Spiegelfrequenz (siehe Angaben in der Tabelle). Dies hat nichts mit den Selektionseigenschaften des nachgeschalteten Resonatorfilters zu tun.
Für den Abgleich des Empfangsteils ist ein Bakensignal erforderlich, welches möglichst über das Antennenkabel von außen auf die Eingangsbuchse gelangt. Nicht jeder wird aber eine starke Bake in der Nähe zur Verfügung haben. Hier hilft dann nur ein ahqeschinnter Obetwellensender (1152-M11zOszillator mit Vervielfacherdiode).
Der ZF-Vorverstärker wird einfach auf maximale Durchgangsverstärkung abgeglichen.
Der Empfangsmischer wird so lose wie möglich mittels des selbstgebauten Koppelkondensators angesteuert. Die Kopplung soll so klein sein, daß gerade keine merkbare Abschwächung des Empfangssignals mehr feststellbar ist. Natürlich hat die Kopplung auch Einfluß auf die Durchgangsverstärkung. Hier ist auf bestes Signal-/Rauschverhältnis zu achten.
Das Resonatorfilter und die GaAs-FETVorstufe sind auf beste Signalstärke analog dem Sendemischer abzugleichen.
Die Frequenzaufbereitung
Die Frequenzaufbereitung bietet von der Schaltung her keine Neuheiten. Das Layout wurde von DD9DU von einer Frequenzaufbereitung für 2160 MHz übernommen (X5T2176, 13-cm-Oszillator von DD9DU, UHF-Unterlage Teil V, DJ9HO). Für die neue Frequenzfolge wurden die Streifenleitungsfilter entsprechend verlängert. Durch ihre Platinengröße paßt die Frequenzaufbereitung gut zu dem Sende-/Empfangsmodul und kann später platzsparend im Gehäuse neben diesem angeordnet werden. Obwohl nur in den letzten beiden Verdopplerstufen ein 2-Pol- bzw. ein 3-Pol-Filter geplant ist, ist das Ausgangssignal derAufbereitungfürden vorgesehenen Zweck nebenwellenarm genug (siehe Tabelle).
Frequenzaufbereitung DD9DU X5T 1656 MHz. Leiterbahnseite, Musteraufbau DCODA.
Die Platine ist aus 1,6 mm starkem, doppelseitig kaschiertem Epoxydmaterial mit den Abmessungen 108 x 54 mm und paßt in das Weißblechgehäuse Nr. 35 (55,5 x 111 x 30).
Die Frequenzaufbereitung besitzt genügend Reserve in ihrer erreichbaren Ausgangsleistung. Sämtliche Stufen werden mit einer stabilisierten Spannung von 9 V betrieben, so daß auch bei Portabel-Betrieb Spanungsschwankungen der VersorgungsbatTerie keine änderungen der Ausgangsleistung hervorrufen.
Weitere Einzelheiten sind aus dem Schalt-und dem Bestückungsplan bzw. den Photos zu entnehmen.
Frequenzaufbereitung DD9DU X5T 1656 MHz. Bestückungsseite, Musteraufbau DCODA.
Literaturhinweise
- DK2AB: Resonatorfilter fur 9, 6und 3 cm, DUBUS 1/86.
- DJ4GC: Abstimmbare Durchgangsfilter von VHF-SHF, UKW-Berichte 2/86.
- DC8UG: Subharmonic-Mixerfur5,7 GHz. Manuskriptunterlagen für die WeinheimerUKW-Tagung.
- DJ4GC: Resonatoren für die Bänder 23-13 cm, cq-DL 10/86.
- DJ4GC: Präzisionsleistungsmesser von Gleichstrom bis in den Mikrowellenbereich, cq-DL 3/86.
- DD9DU: X5T2176-P, TX/RX-Oszillatorplatine für das 13-cm-Band, UHF-Unterlage Teil V, DJ9HO.
DCODA, Jürgen Dahms; DK2DB, Ewald Göbel; DJ6EP, Roman Wesolowski; DD9DU, Gerd Wehrhahn.
Sende-/Empfangsmischer 3456 MHz: Leiterbahnseite, Musteraufbau DCODA.