Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - Sende-Umsetzer 28MHz/432MHz mit Schottky-Dioden-Ringmischer
Es wird ein Transverter vorgestellt, der SSB-Signale aus dem 10-m-Band in das 70-cm-Band umsetzt. Wie in seinem Vorbild (1), der Baugruppe DJ6ZZ 005 (Transverter 9 MHz bzw. 28 MHz / 144 MHz), bestimmt auch in dieser Baugruppe der preiswerte Schottky-DiodenRingmischer IE-500 die wesentlichen Eigenschaften. Bei 12V Betriebsspannung steht auf 432 MHz eine Hochfrequenzleistung von 2 W zur Verfügung. Dadurch wird die Baugruppe - von der Stromversorgung her gesehen - verwendbar für Heim- oder Portabelbetrieb.
Der Ringmischer
Den Datenblättern zufolge würde beim Mischen auf die Frequenz von 432 MHz mit dem Ringmischer SRA-1 ein Mischverlust von 7 dB, mit dem 1E-500 ein Mischverlust von 9 dB zu erwarten sein. Aus Preisgründen konzentrierten sich die ersten Aufbauten auf den Einsatz des um 2 dB schlechteren Ringmischers IE-500.
Während die Verwendbarkeit der Standardausführung dieses Ringmischers bei 150 MHz anscheinend optimal ist, so erschien es zunächst fraglich, ob dieser Mischer in der geplanten Baugruppe eingesetzt werden kann. Das gewünschte Signal auf 432 MHz liegt doch sehr nahe an der Grenze, wo die Mischverluste sehr steil ansteigen. Die Anpassung der 404-MHzBaugruppe und der Linear-Verstärkerkette für 432 MHz durch abstimmbare Pi-Glieder, konnte jedoch die Verwendbarkeit des Ringmischers IE-500 sicherstellen. Wie die Meßwerte zeigen, sind die unerwünschten Signale sehr gut unterdrückt. Dazu tragen allerdings Bandfilterkopplung und Kammerbauweise wesentlich bei. Bild 1 zeigt den dritten Versuchsaufbau.
Bild 1: Versuchsaufbau des 10-m/70-cm-Sende-Umsetzers 1.
2. Schaltungsbeschriebung
Das Schaltbild (Bild 2) zeigt, daß der vorliegende Sende-Umsetzer keine eigene Injektionssignal-Aufbereitung hat. Die Injektionsfrequenz von 404 MHz ist sinnvollerweise einer separat aufgebauten Baugruppe, wie zum Beispiel der von Günter Sattler, DJ4LB, beschriebenen Injektionsfrequenz-Baugruppe DJ4LB 003 zu entnehmen(2). Sie kann gleichzeitig das Injektionssignal für den Empfangskonverter zum Transceivebetrieb liefern. Für den Sende-Umsetzer DJ6ZZ 006 ist ein Injektionssignal von etwa 700 mV an 50 Ω (= 10 dBm) erforderlich.
Bild 2: Schaltbild des Sende-Umsetzers 28 MHz / 432 MHz
Das umzusetzende Signal von 28 MHz wird an Anschluß Pt3 angelegt und darf im Hinblick auf ein sauberes Ausgangssignal 100 mV nicht überschreiten. Es wird in einer Stufe verstärkt, von Oberwellen befreit und dem Ringmischer zugeführt. Das Mischprodukt wird durch ein Pi-Filter ausgesiebt und - optimal angepaßt - der ersten Linearverstärkerstufe mit dem Transistor T2 zugeleitet. Da diese Stufe die Mischverluste gerade ausgleicht, sind noch drei weitere Linearverstärkerstufen mit den Transistoren T3 bis T5 erforderlich, um auf 2 W Sendeleistung zu kommen. Versuche zeigten, daß für die Stufen mit T2 und T3 Transistor-Typen mit sehr hoher Verstärkung bei einigen zehn mW Leistung erforderlich sind. BF224 und BFX62 waren für diese Stufen nicht gut genug. Der verwendete BFX 59 ist ein Kleiiileistungstyp für UHF-Antennenverstärker. Die Stufen mit T2, T3 und T4 sind durch Bandfilter gekoppelt, um unerwünschte Mischprodukte von vornherein nicht den Leistungstransistoren T4 und T5 zur Verstärkung zuzuführen.
Zur Stabilisierung der Arbeitspunkte von Treiber- und Endstufe (T4, T5) ist ein integrierter 5-V-Spannungsregler eingesetzt, der die Basisspannungsteiler speist.
Die Kollektoren von T4 und T5 sind ständig an ihre Betriebsspannung angeschlossen. Sie sind im Empfangszustand durch ihre Basiswiderstände gesperrt. Bei Senden wird an Pt2 die Betriebsspannung von +12 V angelegt. Dadurch erhalten der 5-V-Regler und alle übrigen Stufen ihre notwendigen Versorgungsspannungen.
2.1. Spezielle Bauteile
| T1 | BF224 |
| T2, T3 | BFX59 (Siemens) |
| T4 | C1-12 (CTC) |
| T5 | C3-12 (CTC) |
| I1 | LM309 (National Semiconductor), SG309T (Silicon General) |
| I2 | Ringmischer IE-500 |
| L1 | 18 Wdg. Kupfer-Lack-Draht (CuL) 0,3 mm ø auf 5-mm-Spulenkörper mit Kern grün |
| L2 | 3 Wdg. Draht wie für L1 auf der Kernseite über L1 |
| L3 | 12 Wdg. CuL 0,4 mm ø auf 3-mm-Dorn gewickelt, freitragend eingelötet. Übrige Spulen aus versilbertem Kupferdraht 1 mm ø |
| L4 | 1,5 Wdg. Innendurchmesser 5 mm |
| L5 | 2,5 Wdg. Innendurchmesser 4 mm |
| L6, L8 | 1,5 Wdg. Innendurchmesser 4 mm |
Bild 3: Bestückungsplan und Leiterplatten-Unterseite von DJ6ZZ 006
3. Aufbauhinweise
Alle Bauteile sind auf einer beidseitig kupferkaschierten Leiterplatte untergebracht. Die Leiterplatte mit den Abmessungen 123 mm × 73 mm trägt die Bezeichnung DJ6ZZ 006. Bild 3 zeigt den Bestückungsplan und die Leiterbahnen der Unterseite dieser Platine. Es sind 25 mm hohe Abschirmbleche erforderlich, welche entsprechend der gestrichelten Linie - zuerst miteinander verlötet - nach dem Bestücken der Platine mit allen Bauelementen auf die Massefläche aufgelötet werden. Für die Basisdurchführung ist an dem kleineren Blech eine Aussparung vorzusehen (Bild 4a).
Nach dem Bohren der Löcher von der Lötseite her, wird auf der Bestückungsseite die Kupferkaschierung zur Durchführung der Bauteile-Anschlüsse auf 2 bis 3 mm Durchmesser aufgefräst, indem mit einem Bohrer angesenkt wird.
Der Ringmischer wird in die Platine eingesetzt und an beiden Stirnseiten des Gehäuses durch kleine Lötstellen mit der Massefläche verbunden. Es ist darauf zu achten, daß der Ringmischer richtig herum in die Platine eingesetzt wird. Zum Löten am Ringmischer sollte ein leistungsfähiger Lötkolben (etwa 60 W) verwendet werden, der einen schnellen, sauberen Lötvorgang gewährleistet.
Alle Bauteile, die einseitig an Masse liegen, werden mit dem entsprechenden Ende unmittelbar auf die Massefläche gelötet. Alle freitragenden Spulen sollten möglichst einen lichten Abstand von 1 mm zur Massefläche einhalten. Die Gehäuse von T2 und T3 haben einen Abstand von etwa 2 mm zur Massefläche. Die Rotoranschlüsse der Trimmer C8 und C9 werden vor dem Anlöten auf 1 mm Länge gekappt und so umgebogen, daß die Trimmer auf der Platine aufsitzen. Die Trimmer C11, C15, C17, C21 und C23 werden nur einseitig auf diese Weise behandelt, weil jeweils ein Rotoranschluß in einem Sackloch ohne Kontakt zur Massefläche angelötet wird.
Alle Trimmer außer C29, C30, C35 und C36 (Lufttrimmer) sind Folientrimmer, welche gute Frequenzkonstanz der zugehörigen Schwingkreise sichern. Alle Kondensatoren sind Scheibenkondensatoren und werden so kurzdrähtig wie möglich, aber ohne Masseschluß zu bilden, eingelötet. Die Windungszahlen der Drosseln sind unkritisch.
4. Kühlung der Leistungstransistoren
Der Treibertransistor T4 (C1-12) wird auf den Zylinderkopf einer 4-mm-Messingschraube aufgelötet. Danach können T4 und der Endtransistor T5 auf einen gemeinsamen Aluminiumblock zur Kühlung aufgeschraubt werden. Ein Aluminiumblock mit den Abmessungen 25 mm × 85 mm × 5 mm hat sich auch für Dauerbetrieb als ausreichend erwiesen. Bild 5 läßt diesen Kühlkörper auf der Unterseite der Leiterplatte erkennen.
5. Gehäuse
Nachdem die ersten Aufbauten ohne Gehäuse in Betrieb genommen wurden und sich als handempfindlich erwiesen, wurde die vorliegende Musterbaugruppe in ein 35 mm hohes Gehäuse aus beidseitig kaschiertem Leiterplattenmaterial eingelötet. Die Berührungsempfindlichkeit konnte allein dadurch noch nicht beseitigt werden. Erst das Einlöten der Trennbleche (mit Lötstellen alle 15 mm) beseitigte die Berührungsempfindlichkeit vollständig. Die Versorgungsspannungen werden über Durchführungskondensatoren, die Hochfrequenz-signale über Koaxialbuchsen geführt.
Bild 4: a) Abschirmbleche; b) Spule L12
Bild 5: Unterseite des Versuchsaufbaus DJ6ZZ 006
6. Abgleich und Inbetriebnahme
- Alle Luft- und Folientrimmer auf minimale Kapazität einstellen.
- Betriebsspannung +12 V an Pt1 über mA-Meter (500 mA) anlegen.
- Betriebsspannung +12 V an Pt2 anlegen. Am Anschluß 2 von I1 muß eine Spannung von +5 V meßbar sein. Durch empirisches Ermitteln der Widerstände RX1, 2 und RY1, 2 die Ruheströme von T4 (30 mA) und T5 (60 mA) einstellen. Da nicht immer passende Widerstände vorhanden sind, und die Transistoreigenschaften streuen können, sind Bohrungen für je zwei Parallelwiderstände vorgesehen. (Richtwerte für RX 1 : 330 Ω, für RY 1 : 430 Ω). An den Emitterwiderständen von T2 und T3 muß jeweils eine Spannung von 1,5 V meßbar sein (-10 mA Ruhestrom).
- An Pt3 Nutzsignal von etwa 80 mV und an Pt 4 Injektionssignal von etwa 700 mV anlegen. An Pt5 Abschlußwiderstand von 50 Ω (60 Ω) mit Leistungsmesser oder Reflektometer anschließen.
- L1 / L2 und alle Trimmkondensatoren außer C9 nacheinander mehrmals auf maximales Ausgangssignal abstimmen. Dabei muß in einem Kontrollempfänger das Sollsignal bei 432 MHz abgehört werden, da sonst zu leicht auf 404 MHz oder sogar auf 376 MHz abgestimmt wird. Der Anzapf an den Spulen L7 und L9 ist während des Abgleichvorgangs vom kalten Ende schrittweise so weit in Richtung heißes Ende hochzusetzen, bis keine Leistungserhöhung mehr erfolgt.
- Ist ein Kontrollempfänger vorhanden, mit welchem bei vollem Ausgangssignal die Injektionsfrequenz abgehört werden kann, so kann nun mit dem Trimmer C9 das Injektionssignal auf Minimum abgestimmt werden. Dieses liegt nahe der ganz herausgedrehten Rotorplattenstellung. Ist eine solche Abhörmöglichkeit nicht gegeben, so bleibt C9 ganz herausgedreht.
7. Meßwerte
Im exakt abgeglichenen Zustand liefert die Baugruppe bei 100 mV Steuersignal 2 W bei 432 MHz.
Aus Bild 6 kann man entnehmen, daß das Injektionssignal (2. Signal von links) gegenüber dem Spitzenoutput des Nutzsignals um mehr als 55 dB unterdrückt ist. Die Spiegelfrequenzunterdrückung (376 MHz) erreicht eine ähnliche Größenordnung; das Mischprodukt mit der 1. Oberwelle des Trägers (2. Signal von rechts) ist 55 dB und das mit der 2. Oberwelle des Trägers (ganz rechts) 55 dB gegenüber dem Ausgangssignal abgesenkt.
Bild 6: Ausgangsspektrum von DJ6ZZ 006 zwischen 330 und 530 MHz (Vertikal: 10 dB/Teilstrich; horizontal: 20 MHz/Teilstrich)
Während alle Mischprodukte bei Abnahme der Steuersignalstärke auch entsprechend kleiner werden, wird das Injektionssignal am Ausgang etwas stärker.
Die Unterdrückung der 1. Oberwelle des Ausgangssignals ist mit 35 dB im Durchschnitt relativ schlecht. Es scheint deshalb ein Bandpaßfilter angezeigt, besonders dann, wenn noch ein größerer Leistungsverstärker nachgeschaltet werden soll.
Weiter wurde eine Messung mit zwei Steuersignalen durchgeführt, um das Intermodulationsverhalten zu untersuchen. Beide Träger wurden dem Transverter bei 1,6 kHz Frequenzabstand mit 30 mV zugeführt. Das Ergebnis ist in Bild 7 zu sehen. Im Abstand von 5 kHz zur Trägergrenze ist das Signal auf unter 55 dB abgefallen. Auch im praktischen Betrieb konnte Simon Dennerlein, DL3SP, der mein Signal mit über 60 dB empfing, im Abstand von 6 kHz zur Sollfrequenz kein "Kratzen" mehr wahrnehmen.
Bild 7: IM-Spektrum von DJ6ZZ 006 bet Ansteuerung mit 2 Signalen (30 mV/1,6 kHz Abstand; Vert.: 10 dB/T. Horaz.: 2 kHz/T.)
Noch besser wird das Signal natürlich bei geringerer Aussteuerung (2 × 15 mV): Die Intermodulationsprodukte 3. Ordnung sind hier rund 26 dB schwächer als jedes der Zweiton-signale (Bild 8).
Bild 8: IM-Spektrum von DJ6ZZ 006 bei Ansteuerung mit 2 Signalen (15 mV/1,6 kHz Abstand; Vert.: 10 dB/T. Horiz.: 2 kHz/T.)
Bild 9 gibt die Abhängigkeit der sauberen Nutzleistung von der Betriebsspannung wieder. Die Aussteuerung durch das Steuersignal wurde bei dieser Messung konstant bei 100 mV (Einton) gehalten. Die Betriebsspannung der Injektionssignal-Aufbereitungsgruppe DJ 4 LB 003 wurde mit verändert. Ihre Ausgangsspannungswerte in mV sind in Klammern angegeben.
Bild 9: Nutzleistung in Abhängigkeit von der Betriebsspannung
In Klammern: Injektionssignal (404 MHz) in mV
Wird zum Umsetzen ein größeres Steuersignal als 90 bis 100 mV angeboten, so klingt das Ausgangssignal verzerrt, außerdem wird es breit. Dies zeigt an, daß der Ringmischer dann übersteuert ist.
Für die Durchführung der Messungen danke ich Ralf Meißner, DK3GH und Günter Schwarzbeck, DL1BU.
8. Literatur
- Weingärtner, F.: Sende-Umsetzer 9 MHz / 144 MHz oder 28 MHz / 144 MHz mit Schottky-Dioden-Ringmischer, UKW-Berichte 15 (1975), Heft 3, Seite 152 - 157
- Sattler, G.: Baugruppen für einen ATV-Sender nach dem ZF-Verfahren, UKW-Berichte 12 (1972), Heft 4, Seite 213 - 227
DJ6ZZ, Fritz Weingärtner.