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SHF-Varaktor-aufwärtmischer mit gutem Wirkungsgrad und geringen IM-Verzerrungen 2

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Frequenzumsetzer mit Oszillatorfrequenz-Aufbereitung für das 23-cm-Band

Der nachfolgend beschriebene Frequenzumsetzer setzt Signalfrequenzen vom 2-m-Band linear in das 23-cm-Band um. Die Oszillatorfrequenz von 1152 MHz wird über einen 96-MHz-Quarzoszillator mit den entsprechenden Vervielfacherstufen erzeugt (Bild 1). Der Mischer arbeitet als Varaktor-Leistungsaufwärtsmischer, sein Wirkungsgrad, bezogen auf die Oszillatorleistung, ist im wesentlichen von der Grenzfrequenz fc der Diode abhängig. Bild 2 zeigt diesen Zusammenhang für einen abrupten pn-Varaktor bei maximaler Aussteuerung mit der Signalfrequenz. Die in Teil 1 angegebenen Leistungsverhältnisse für Aufwärtsmischer gelten für verlustfreie Dioden bei Kleinsignal, das heißt für parametrische Aussteuerung des Mischers. Wird der Mischer jedoch maximal ausgesteuert, um möglichst große Ausgangsleistung zu erzielen, dann gilt die Abhängigkeit nach Bild 2.

Bild 1
Bild 1: Linearer Sende-Umsetzer 144 MHz/1296 MHz aus drei Baugruppen

Bild 2
Bild 2: HF-Wirkungsgrad als Funktion des Verhältnisses Betriebs. frequenz/Grenzfrequenz

Die Oszillatorfrequenz-Aufbereitung liefert bei 1152 MHz eine Ausgangsleistung von P2 = 0,8 W. Mit der angegebenen Varaktordiode BXY27 läßt sich auf Grund ihrer Grenzfrequenz fc = 100 GHz ein HF-Wirkungsgrad von ηHF = 0,7 erzielen. Die Ausgangsleistung bei 1296 MHz ist also ohne Kreisverluste P3 = 0,56 W. Gemessen wurde eine Leistung von 0,4 W, die durch die Verwendung einer Diode mit niedrigerer Grenzfrequenz und durch die Verluste in den Filter- und Anpaß-Schaltungen zustandekommt.

Die Sendeleistung wird bei einem Intermodulationsabstand IMR1 ≥ 20 dB für das 1. Intermodulationsprodukt bei Zweiton-Aussteuerung erzielt. Dabei beträgt die Signalfrequenzleistung 0,2 bis 0,3 W und die Oszillatorfrequenz-Unterdrückung 28 dB.

Der Frequenzumsetzer kann direkt für mobilen oder tragbaren Betrieb, oder als Steuersender einer entsprechenden Linearverstärkerstufe verwendet werden. Ferner ist es möglich, den Sende-Umsetzer direkt als Empfangsumsetzer zu betreiben, oder mit der zweiten Auskopplung am Oszillator einen externen Empfangsmischer zu versorgen.

1. Funkttionsbeschreibung

Der Oszillator besteht aus zwei getrennten Baugruppen: der 384-MHz-Aufbereitung DC8UG 001 und dem Leistungsverdreifacher mit dem Transistor C3-12 (Baugruppe DC8UG 002).

1.1. 384-MHz-Aufbereitung

Bild 3 zeigt die Schaltung dieser Baugruppe. Sie entspricht im wesentlichen der von Werner Rahe, DC8NR in (4) gemachten Veröffentlichung mit Ausnahme der Endstufe, der Halbleiterbestückung und einiger damit verbundenen Dimensionierungsänderungen. Der Signalpegel nach der 1. Geradeausstufe (T4) beträgt 40-50 mW an 50 Ω. Transistor T5 verstärkt dieses Signal auf ca. 150 mW und T6 gibt je nach Betriebsspannung zwischen 1,1 und 1,3W ab.

Bild 3
Bild 3: Die 384-MHz-Aufbereitung DC8UG 001

Nach der Ausgangsleitwert-Transformation mit L7 - C7 - C8 folgen ein Hochpaß und ein variabler Tiefpaß in Pi-Schaltung. Diese beiden Kettenleiter liefern eine zusätzliche Selektion des 384-MHz-Trägers. Ein mehrkreisiges, kritisch gekoppeltes Bandfilter ist an dieser Stelle natürlich besser, aus Gründen der Nachbausicherheit wurde jedoch darauf verzichtet. Bild 4 zeigt das gemessene Ausgangsspektrum dieser Baugruppe bei Po = 1,3 W an 50 Ω. Die Analysierbreite betrug 0 bis 900 MHz, bei 100 MHz/cm, die Dämpfung der Harmonischen war besser als 40 dB.

Bild 4
Bild 4: Das Ausgangsspektrum der 384-MHz-Aufbereitung

1.2. Verdreifacher 384/1152 MHz

Der Verdreifacher arbeitet mit dem Transistortyp C3-12 der Firma CTC. Dieser Typ ist kein spezieller Vervielfachertransistor, wie beispielsweise der RCA-Transistor 2N4012, dafür ist er aber um 2/3 billiger. Leistungsvervielfacher arbeiten im C-Betrieb, wobei der Stromflußwinkel θ die Größe der Ausgangsspannung bestimmt. Bild 5 zeigt die Durchgangskennlinie eines Leistungsverstärkers im C-Betrieb. Die Kennlinie wird nur noch durch die Spitzen des Eingangssignals ausgesteuert, so daß im Ausgang oberwellenreiche Stromimpulse entstehen. Die Wahl des Stromflußwinkels über den Widerstand RBE ermöglicht die Maximierung des Ausgangssignals. Man ermittelt den günstigsten Wert am besten durch Versuche(6).

Bild 5
Bild 5: C-Betrieb-Kennlinie und Aussteuerungsspitzen

Bild 6 zeigt das elektrische Schaltbild dieser Baugruppe. Der Widerstand RBE liegt im Bereich von 150 Ω, der Idler-Kreis im Ausgang erhöht den HF-Wirkungsgrad. Der Widerstand RD in der Gleichspannungszuführung ist zur Dämpfung parasitärer Schwingungen unbedingt erforderlich und darf 5 Ω nicht unterschreiten ! Die Anpassung des Transistor-Ausgangsleitwertes an das 1152-MHz-Bandfilter erfolgt über einen Serienkreis mit variablem Koppelkondensator, der auf Grund seines großen kapazitiven Blindwiderstands bei niedrigen Frequenzen zusammen mit dem Bandfiltereingangskreis einen sehr guten Hochpaß darstellt.

Bild 6
Bild 6: Der Verdreifacher 384 MHz/1152 MHz DC8UG 002

1.3. Frequenzumsetzer

Das Prinzip der Frequenzumsetzung wurde bereits in Teil 1 erläutert. Für Leistungs-Aufwärtsmischer gilt der aus der Großsignaltheorie hergeleitete Zusammenhang zwischen RF-Wirkungsgrad und dem Verhältnis obere Seitenbandfrequenz zu Varaktorgrenzfrequenz, den Bild 2 zeigt. Der Aufwärtsmischer arbeitet prinzipiell mit jeder Varaktordiode zufriedenstellend, deren Grenzfrequenz um 100 GHz liegt. Im Interesse eines hohen HF-Wirkungsgrads sollte man jedoch möglichst Dioden mit einem abrupten pn-Übergang (ausgeprägte C/U-Abhängigkeit im Sperrbereich), oder Ladungsspeicherung bei Aussteuerung in das Flußgebiet verwenden.

Bei Speicherdioden ist wichtig, daß die Schaltzeit möglichst kurz (≈ 1 ns), und die Speicherzeit groß gegenüber der Periodendauer der Hochfrequenz ist. Das Mustergerät arbeitet mit einem Speichervaraktor der Firma Varian vom Typ VAB811 EC mit einer Grenzfrequenz von 74 GHz, einer Speicherzeit von 200 ns und einer Schaltzeit um 1,5 ns. Diese Diode ist durch die relativ niedrige Grenzfrequenz und große Schaltzeit schlechter im Wirkungsgrad als die Varaktordiode BXY27 der Firma Valvo. Die BXY27 hat den charakteristischen C/U-Verlauf einer Speicherdiode (Bild 7). Sie ist speziell für den Frequenzbereich des S-Bandes vorgesehen, und ermöglicht HF-Wirkungsgrade um 70 %.

Bild 7
Bild 7: C/U-Kennlinie der Varaktordiode BXY27

An dieser Stelle soll noch erwähnt werden, daß GaAs-Dioden zwar höhere Grenzfrequenzen erreichen, jedoch für die Umsetzung größerer Leistungen wegen ihres höheren Wärmewiderstandes gegenüber Silizium nicht brauchbar sind. Ferner kann man mit GaAs nur schlecht Speicherdioden herstellen, da die Lebensdauer der Minoritätsträger zu gering ist.

Im Frequenzspektrum des Umsetzers treten folgende wesentliche Signale auf:

1152 + fzf = f3f3: Nutzsignal Angaben in MHz (fzf = 2-m-Frequenzen)
1152Oszillator
9 × fzfHarmonische von fzf
1152 + 2 × fzfMischprodukt
2 × f3 - 9 × fzfIntermodulationsprodukt

Bild 8 zeigt das Schaltbild des Umsetzers. Durch das Bandfilter im Ausgang erzielt man eine Oszillatorfrequenz-Unterdrückung von 28 dB und eine Dämpfung des Mischprodukts mit der 2. ZF-Harmonischen von rund 50 dB. Die 9. ZF-Harmonische und ihr Intermodulationsprodukt liegen in der Durchlaßkurve des Filters. Ein Umstand, der mit der harmonischen Bandwahl der Amateurfrequenzen zusammenhängt. Sie lassen sich je nach Aussteuerung des Mischers mit 40 bis 50 dB unterdrücken. Im praktischen Betrieb bereiten diese Signale jedoch selten Schwierigkeiten; denn wenn das Nutzsignal bei 1296,1 MHz liegt, sind die Produkte bereits 900 kHz entfernt. Mit einem etwas niedriger schwingenden Quarzoszillator und einer entsprechend höheren Signalfrequenz (z.B. 144,1 MHz - 1296,0 MHz) kann das Problem ganz gelöst werden. Jeder beliebige andere Mischer für das 23-cm-Band mit einer Zwischenfrequenz von 144 MHz hat dieses Signalspektrum ebenfalls, und zwar meistens mit erheblich schlechteren Werten.

Bild 8
Bild 8: Der lineare Sende-Umsetzer DC8UG 003

2. Baubeschreibung und abgleich

Für den Nachbau der Schaltung sind einige Meßgeräte unentbehrlich, die man sich entweder beschaffen oder/und nachbauen sollte.

Hierzu gehören:

  1. Vielfachmeßgerät oder Röhrenvoltmeter
  2. Frequenzmesser von 200 bis 1300 MHz(5),(7)
  3. Dipmeter oder Frequenzzähler bis 200 MHz
  4. Leistungsmesser bis 1300 MHz oder Richtkoppler mit reflexionsarmem Abschlußwiderstand (mehrere induktivitätsarme Widerstände parallelschalten).

Amateure, die im GHz-Bereich keine Erfahrungen gesammelt haben, sollten sich beim Nachbau mit erfahrenen SHF-Leuten zusammentun; viele, meist Meß- und Abgleichfehler, werden so von vornherein vermieden. Die Kabellängen zwischen den Baugruppen sollten aus Anpassungsgründen so kurz wie möglich (kürzer als ein Zehntel der Wellenlänge) sein, oder ein ganzzahliges Vielfaches von λ/2 (elektrisch) betragen.

2.1. Oszillatorfrequenz-Aufbereitung

Die beidseitig kaschierte Leiterplatte DC8UG 001 (Bild 9) wird bis zur 5. Stufe (2N4427) entsprechend der Beschreibung in (4), nämlich DC8NR 006 aufgebaut. Dabei sind folgende Änderungen zu beachten:

  1. Abmaße: 160 × 70 für die Platine und 46 mm Gehäusehöhe mit 30 mm hohen Trennblechen.
  2. Die Transistoren T2, T3, T4 werden durch die Typen T2 = BFW92, BFY90 / T3 = T2 / T4 = BFY90 ersetzt. Der BFW92 muß auf der Leiterbahnseite eingelötet werden.
  3. Die Zenerdiode wird auf 10 V erhöht und der Vorwiderstand beträgt 82 Ω.
  4. Der Kollektorwiderstand von T3 beträgt 27 Ω, von T4 22 Ω und von T5 10 Ω. Der BasisEmitterwiderstand von T5 wird auf 620 Ω verkleinert.
  5. Bei L7 liegt der Anzapf in der Mitte des Leitungskreises.

Bild 9
Bild 9: Beidseitig kaschierte Leiterplatte DC8UG 001

Der Transistor T6 (C1-12) wird mit der Basis und dem Kollektor in die Schlitze der Platine gesteckt, wobei darauf zu achten ist, daß die Schlitze auf der Oberseite ca. 2 mm breit von der Kaschierung befreit werden, am besten mit einem scharfen Messer. Der Transistor muß zur Kühlung auf der Platine aufliegen. Basis und Kollektor werden von unten verlötet, während die Emitteranschlüsse auf der Oberseite befestigt werden. Das zugehörige Trennblech wird mittig über dem Transistor eingelötet, wobei man soviel Platz lassen muß, daß er gegebenenfalls wieder ausgelötet werden kann (20 mm × 10 mm Durchbruch). Die Einzelheiten sind aus dem Foto (Bild 10) und der Platinenbestückung zu ersehen.

Bild 10
Bild 10: Probeaufbau der 384-MHz-Aufbereitung

Hat man sich mit der Lage und dem Einbau aller Bauteile vertraut gemacht, dann beginnt man am besten mit der Bestückung der Widerstände, Kondensatoren und Transistoren, sowie Spulen bis zum Transistor T3. Es ist absolut notwendig, eine Funktionskontrolle der einzelnen Stufen durchzuführen, bevor man weitere Bauteile einlötet. Dazu wird der Oszillator mit Hilfe eines UKW-Rundfunkempfängers oder eines Absorptionsfrequenzmessers auf einwandfreies Arbeiten überprüft. Das 192-MHz-Signal kann ebenfalls mit einem auf Absorption geschalteten Dipmeter auf Maximum gezogen werden (C2 und C3). Sind die 192-MHz-Kreise in Resonanz, dann gibt es nur ein Maximum für C4, wenn über den Koppelkondensator C = 150 pF ein Leistungsmesser angeschlossen wird. Die Anzeige muß bei 10 mW an 50 Ω liegen. Damit steht ein 384-MHz-Signal zur Verfügung, das der Transistor T4 auf 50 mW verstärkt. Nach dieser schrittweisen Methode mit stufenweisem Bestücken (Trennbleche eingebaut) und Kontrollieren geht man weiter vor. An L6 muß eine Leistung von 150 mW zu messen sein, bei einem Gesamtstrom von etwa 140 mA bei 13,5 V.

Abschließend wird der Transistor C1-12 mit den zugehörigen Filterkreisen eingebaut. Bevor die Gesamtfunktion überprüft wird, wird die Platine nach Bild 11 beidseitig mit dem Gehäuse und den Trennblechen aus 0,5 mm dickem Messingblech verlötet und eine BNC-Buchse im Ausgang installiert. Zunächst koppelt man das Ausgangssignal an Trimmer C7 auf den Leistungsmesser aus und lötet dazu den 10,7-pF-Kondensator des Hochpasses ab. An dieser Stelle steht eine Leistung von 1,4W nach optimalem Abgleich der Eingangs- und Ausgangskreise an. Der Gesamtstrom beträgt 250 bis 260 mA. Die HP-TP-Kombination wird angeschlossen und die Ausgangsleistung durch Variation der Kondensatoren C8, C7, C9 und C10, sowie leichtes Verbiegen der Spule L8 auf rund 1,3W gebracht. Die fertiggestellte Baugruppe kann mit einem Deckel versehen werden, den man an den Seiten fiedert und umbördelt. Die hohen Seitenwände verhindern eine kapazitive Beeinflussung.

Bild 11
Bild 11: Layout der Baugruppe DC8UG 001 mit wichtigen Maßen

2.2. Verdreifacher

Die Skizze (Bild 12) und das Foto (Bild 13) zeigen die mechanischen Abmessungen, sowie die Lage der Bauteile des Verdreifachers. Er besteht aus einer gedruckten Schaltung, in die ein zweikreisiges Filter aus diskreten Elementen integriert ist. Bild 14 zeigt die Leiterplatte DC8UG 002 für den Verdreifacher. Die Auskopplung zum Frequenzumsetzer DC8UG 003 ist galvanisch, während das Signal für den Empfängermischer kapazitiv über eine schraubbare BNC-Buchse ausgekoppelt wird. Der Innenleiter und die Teflon-Isolierung werden hierzu bis zum Metall der Buchse gekürzt.

Bild 12
Bild 12: Layout der Baugruppe DC8UG 002 mit wichtigen Maßen

Bild 13
Bild 13: Probeaufbau des Verdreifachers 384 MHz/1152 MHz

Bild 14
Bild 14: Leiterplatte DC8UG 002 für den Verdreifacher

2.2.1. Bauteile zu DC8UG 002

C1Folientrimmer 2 - 22 pF (grün), Valvo
C215-pF-Tronser o.ähnl.
C31 pF keramisch
C4, 80,6 - 6 pF Rohrtrimmer (Valvo)
C54 - 20 pF keramischer Trimmer
C61 nF Durchführungskondensator
C7100 nF keramisch; außerhalb befestigt
CK, 9, 10, 11siehe Bilder
L1, 2auf der Platine geätzt
L31,5 Wdg. versilberter Kupferdraht 1,2 mm ø auf 6-mm-Dorn eng gewickelt
L61 Wdg. versilberter Kupferdraht 1,2 mm ø auf 6-mm-Dorn gewickelt
RD5 bis 10 Ω
RBEWert experimentell ermitteln. Ca. 100 bis 200 Ω, 1/4 W, Kohleschicht
T1C3-12 CTC

Bild a Bild b

Den Aufbau beginnt man mit dem Zuschneiden aller Teile und dem Anbringen aller Bohrungen nach Bild 15. Der Abstand zwischen Grundplatte und Platine wird durch 2,4 mm dicke Distanzstücke sichergestellt. Zunächst lötet man den Trimmer C4 in die Grundplatte ein, anschließend werden die Grundplatte und die gebohrte Platine (eine 10-mm-Bohrung für den Transistor und eine 6-mm-Bohrung für den Trimmer C4) mit den beiden Distanzstücken verklebt. Die Filterwand mit Durchbruch wird auf die Grundplatte gelötet (100-W-Lötkolben), danach werden die Seitenwände mit der Platine und der Grundplatte verlötet. Die Filterstempel und die Abstimmschrauben können nun montiert werden, ebenso das Trennblech im Filter. Nach dem Anlöten der Front- und Rückseite mit den zugehörigen BNC-Buchsen werden die Trimmer, Spulen, Widerstände und Kondensatoren aufgelötet. Der Trimmer C4 wird mit dem Leitungskreis verbunden und das Koppelblech angelötet. Zum Schluß installiert man den Transistor.

Bild 15
Bild 15: Blechtelle für die Baugruppen DC8UG 002 und 003

2.2.2. Abgleich des Verdreifachers

In die Versorgungsleitung wird ein Instrument mit 500-mA-Bereich eingeschaltet, der Ausgang wird mit einem Leistungsmesser verbunden. Der Bandfilterkreis ist sehr selektiv, und muß deshalb zuerst in Resonanz gebracht werden. Dazu steuert man die Baugruppe mit dem 384-MHz-Signal an und stellt an den Trimmern C1 und C2 einen Kollektorstrom von maximal 300 mA ein. Anschließend bringt man das Bandfilter in Resonanz, wobei die Schrauben etwa 0,8 mm Abstand zu den Stempeln haben. Jetzt muß' der Leistungsmesser oder der Richtkoppler im empfindlichsten Bereich eine Anzeige bringen. Danach gleicht man wechselseitig Idlerkreis (C8), C4, Koppelkondensator CK und die Eingangs- und Bandfilterkreise ab, bis die maximale Ausgangsleistung erreicht ist. Wenn der Verdreifacher exakt arbeitet, dann beträgt die Stromaufnahme 260 mA bei 13,5 V und die Leistung liegt bei 0,8 W. Der Filterdeckel wird nach dem Abgleich aufgelötet.

An der Empfängermischer-Auskopplung muß je nach Stellung der schraubbaren BNC-Buchse eine Leistung von 5 bis 50 mW auszukoppeln sein.

Bild 16
Bild 16: Beldseitig kaschierte PTFE-Platine DC8UG 003

2.3. Frequenzumsetzer

Die Mischerbaugruppe ist auf einer beidseitig kaschierten Leiterplatte aus PTFE (Teflon) aufgebaut. Die Platine DC8UG 003 nach Bild 16 ist 75 mm × 60 mm groß. Bild 17 zeigt die mechanischen und elektrischen Einzelheiten der gesamten Baugruppe, die 61 mm × 106 mm groß ist. Die Unterseite der Platine wird zur besseren Kühlung des Varaktors und zur Erhöhung der mechanischen Stabilität mit der Grundplatte aus 1 mm dickem Messingblech verlötet. Hierzu bohrt man an den durch + gekennzeichneten Stellen 3-mm-Löcher in die Grundplatte und senkt sie zur Platinenseite hin an. Siehe hierzu Einzelheit A in Bild 17. Danach werden beide Teile miteinander verlötet, indem man das Zinn durch die nichtangesenkte Seite zwischen Teflonplatine und Grundplatte laufen läßt.

Bild 17
Bild 17: Layout der Baugruppe DC8UG 003 mit wichtigen Maßen

Bild 18
Bild 18: Probeaufbau des Linear-Mischers DC8UG 003

Anschließend werden die Löcher gebohrt, das Trennblech zum Filter eingelötet und die Aussparung für die BNC-Buchse des 1152-MHz-Eingangs angebracht. Nun erstellt man die Gehäusewände nach Bild 15 aus 0,5 mm dickem Messingblech und bringt die benötigten Bohrungen an. Es empfiehlt sich, zunächst die Rohrtrimmer in das Bodenblech einzupassen und einzulöten, und ebenso die BNC-Buchse für das Oszillatorsignal. Die Seitenteile und Filterteile können jetzt eingelötet werden; hier verfährt man ebenso wie beim Verdreifacher. Den Abschluß ilden die Front- und Rückseite; im Bereich des Filters sollte man mit dem Zinn mögli st sparsam umgehen.

Im nachfolgenden Arbeitsgang befestigt man die 144-MHz-Kreise, lötet die Rohrtrimmer an die Leitungskreise und bringt die Koppelbleche an. Der Varaktor wird in einer gefiederten Messingbuchse gehalten, die durch die auf der Platine gekennzeichnete Stelle geschoben und mit der Ober- und Unterseite verlötet wird. Siehe hierzu Einzelheit B in Bild 17. Für die BXY27 besteht die Buchse aus einem 3-mm-Rohr mit 1,7 mm Innendurchmesser, das man sich in Modellbaugeschäften beschaffen kann. Ist der Varaktor eingebaut, dann kann der Kondensator C3 mit seiner Rotorfahne auf der Leiterbahn und mit dem Statoranschluß am Varaktor befestigt werden. Hierzu kann man die Statorfahne entweder schnell mit einem sehr heißen Lötkolben an die Diode anlöten, oder mit Hilfe einer kleinen geschlitzten Buchse (siehe Einzelheit B) die Verbindung herstellen. Generell muß auf kurze Anschlüsse geachtet werden ! Die Spule L4 wird anschließend an C3 angelötet, ebenso der Widerstand R an C3 und Masse.

2.3.1. Bauteile zu DC8UG 003

C1, 2, 3, 4Keramischer Rohrtrimmer 0,6 - 6 pF (Valvo)
C5, 7Folientrimmer 2 - 22 pF (grün), Valvo
C61,5 pF keramischer Scheibenkondensator
CK, 8, 9siehe Bilder 17 und 18
L1, 2, 3geätzte Streifenleitungen
L4, 55 Wdg. versilberter Kupferdraht 1,2 mm ø auf 6-mm-Dorn, I = 8 mm. L5: Anzapf bei 1,5 Wdg. vom kalten Ende
L6, 7siehe Bilder 17 und 18
DSpeicher- oder Sperrschichtvaraktor mit einer Grenzfrequenz um 100 GHz Ptot > 2 W; z.B. BXY27, VAB811EC, 1N5155, 1N5152
R100 kΩ; 0,5 W, Kohleschicht
Bu1BNC UG 1094/U (Einloch)
Bu2, Bu3BNC UG 290/70 (Vierkantflansch)

2.3.2. Abgleich des Mischerbausteins

Man steuert die fertig montierte Baugruppe mit dem 1152-MHz-Signal und einem 144-MHzSignal von maximal 30 mW an. Am Ausgang mißt man selektiv das 23-cm-Signal, wozu man einen Empfänger benutzen kann.

Zunächst wird der 144-MHz-Eingang auf geringstes Stehwellenverhältnis eingestellt, danach optimiert man das Bandfilter, bis das gemischte Signal ausgekoppelt ist. Ist sichergestellt, daß das umgesetzte Signal am Ausgang vorhanden ist, werden alle Kreise abwechselnd auf Maximum getrimmt. Hierzu müssen auch die Koppelbleche und C3 variiert werden. Der Serienkreis C5 - L4 beeinflußt die Unterdrückung der 9. Harmonischen der Eingangsfrequenz. Man gleicht C5 hierzu auf Minimum dieses Signals ab, indem ein Kontrollempfänger benutzt wird. Besitzt man keinen Empfänger, dann genügt es, wenn die Stellung von C5 mit der von C7 übereinstimmt. Der Einfluß des Kreises liegt bei rund 10 dB Absenkung der 9. Harmonischen.

Anschließend wird der Umsetzer mit dem 144-MHz-Signal so weit ausgesteuert, bis die Ausgangsleistung nicht mehr ansteigt (Sättigung). Die ZF-Leistung liegt hier im Bereich von 0,2 bis 0,3 W und die Ausgangsleistung muß nach Feinabgleich zwischen 0,4 und 0,5 W liegen, wenn die BXY27 verwendet wird. Danach kann der Filterdeckel aufgelötet werden.

3. Zusammenfassung der Meßwerte

Der beschriebene Frequenzumsetzer mit Oszillatorfrequenz-Aufbereitung wurde am Spektrumanalysator vom Typ 851B und mit einem thermischen Leistungsmesser vom Typ 435A von Hewlett-Packard durchgemessen. Die Spektren sind auf den nachfolgenden Fotos abgebildet. Alle Messungen wurden bei 13,5 V und maximaler Ausgangsleistung der Baugruppen durchgeführt. Hier eine Zusammenfassung der wichtigsten Meßergebnisse:

384-MHz-Signalaufbereitung DC8UG 001

Spektrum: Bild 4
P = 1,3 W
Alle Harmonischen besser als 40 dB unterdrückt.

Verdreifacher DC8UG 002

Spektrum: Bild 19
P2 = 0,8 W an 50 Ω
Alle Harmonischen besser als 56 dB unterdrückt.
Analysierbreite: 350 bis 2100 MHz bei 200 MHz/cm

Bild 19
Bild 19: Spektrum des Verdreifachers

Frequenzumsetzer DC8UG 003

Spektrum 1: Bild 20
Analysierbreite: 800 - 1800 MHz bei 100 MHz/cm
a1152 = -28dB, a1152 + 2 × fzf = -50 dB bei P3 = 0,4 W an 50 Ω

Bild 20
Bild 20: Spektrum 1 des Umsetzers

Spektrum 2: Bild 21
Analysierbreite: 1291,1 - 1301,1 MHz bei 1 MHz/cm
f3 = 1296,1 MHz mit P3 = 0,4 W
Obere Spektrallinie = 9 x 144,1 MHz = 1296,9 MHz
a = -48 dB
Untere Spektrallinie = 2 x 1296,1 MHz - 1296,9 MHz = 1295,3 MHz
a = -46 dB

Bild 21
Bild 21: Spektrum 2 des Umsetzers

Intermodulationsabstand für das erste Intermodulationsprodukt 2 fa ± fb

Diese Messung wurde von Fritz Edinger, DK2DPX, an einem Nachbau des Mischers DC8UG 003 mit der BXY27 durchgeführt. Bei einer Oszillatorleistung von 1,7 W und einer ZF-Leistung von 0,7 W ermittelte er einen Abstand von 41 dB! Theoretische Abhandlungen(1) zum Intermodulationsabstand von Varaktor-Aufwärtsmischern besagen, daß auch bei Aussteuerung bis zur Sättigungsleistung P3 max der Intermodulationsabstand nicht schlechter als 19,6 dB wird, wie Bild 22 zeigt. Praktische Messungen übertreffen diese Werte meistens.

Bild 22
Bild 22: Intermodulationsabstand als Funktion der Aussteuerung

An dieser Stelle möchte der Autor dem Institut für Hochfrequenztechnik der TU Braunschweig und den Amateuren Fritz Edinger, DK2DPX, und Dietrich Brandt, DJ2WW, für die hilfreiche Beratung und für die zur Verfügung gestellten Meßgeräte danken.

4. Literatur

  1. Perlow, S.M. und Perlman, B.S.: A Large-Signal Analysis Leading to Intermodulation Distortion Prediction in Abrupt Junction Varactor Upconverters, IEEE, Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. Mtt-13 No. 6, Nov.1965
  2. Unger, Harth: Hochfrequenz-Halbleiterelektronik S. Hirzel-Verlag, Stuttgart, 1972.
  3. Valvo-Handbuch, Halbleiterbauelemente für die professionelle HF-Technik 1971-72.
  4. Rahe, W.: Linear-Sende-Umsetzer 144 MHz / 1296 MHz mit geringem Aufwand, UKW-Berichte 15 (1975), Heft 2, Seite 66 - 79
  5. Hupfer, K.: Ein Frequenzmesser für SHF zum Selbstbau, UKW-Berichte 14 (1974), Heft 4, Seite 194 - 196
  6. Brandt, H.: Selektive Vervielfacher, UKW-Berichte 16 (1976), Heft 4, Seite 211 - 219
  7. Dahms, J.: Ein Absorptionsfrequenzmesser für 70 MHz bis 1350 MHz, UKW-Berichte 16 (1976), Heft 4, Seite 220 - 227

DC8UG, Harald Fleckner.

Hinweise - Verbesserungen - Änderungen

Außerdem müssen zu den Spulen noch folgende Hinweise gegeben werden:

L4Anzapf 13 mm vom kalten Ende
L5Anzapf 14 mm vom kalten Ende
L6Anzapf 16 mm vom kalten Ende
L72 Wdg. Draht 1,2 mm 0, Dorn: 5 mm ø, geformt wie in Bild 11 skizziert
L82 Wdg. Draht 1,2 mm 0, Dorn: 6 mm ø, Länge 7 mm
L91,5 Wdg. Draht 1,2 mm 0, Dorn: 7 mm ø, Länge 3 mm
Dr28 Wdg. Kupfer-Lack-Draht 0,5 mm ø, Dorn: 7 mm ø, eng gewickelt.

In Bild 9 auf Seite 72 und auf der vom Verlag angebotenen Leiterplatte sind folgende Fehler: Die Basis von T1 erhält keine Spannung, weil ein 3 mm langes Stück Leiterbahn zwischen den Widerständen 82 Ω (falsch: 83 Ω) und 10 kΩ fehlt. Bei den Abklatschkondensatoren 1 nF und 5 nF neben T2 fehlt die Masseverbindung. Von T5 sind Emitter und Kollektor im Bestückungsplan vertauscht.

DC8UG