Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - Linearer Sende-Umsetzer 28 MHz/1296 MHz mit Gegentaktmischer
Lineare Sende-Umsetzer für das 23-cm-Band wurden bisher meistens als Leistungsmischer mit Röhren (1), (2) oder Varaktordioden (3) ausgeführt, weil Kleinsignalmischer mit Dioden oder Transistoren nur eine sehr geringe Leistung abgeben, und die zur linearen Verstärkung erforderlichen Transistoren (noch) nicht preiswert zu erhalten waren. Hier wird nun ein Sende-Umsetzer mit Transistormischer und dreistufigem Linearverstärker beschrieben, dessen 5 Transistoren zur Zeit etwa 100 DM kosten. Er ist auf einer beidseitig kaschierten Epoxyd-Glasfaser-Leiterplatte aufgebaut und gibt bei einer Betriebsspannung von 12 V eine Leistung von rund 300 mW ab. Diese Leistung reicht für tragbaren Betrieb von erhöhten Standorten aus.
Eine Besonderheit ist der Gegentaktmischer, welcher die Oszillatorfrequenz um mindestens 40 dB unterdrückt, wenn er optimal symmetriert wurde. So ist nur noch ein Bandfilter nach (4) oder (5) erforderlich, um die Spiegelfrequenz zu unterdrücken. Sie liegt im ungünstigsten Fall (10-m-Band als ZF) 56 MHz unter der Nutzfrequenz, und kann bereits mit dem einfachen Filter nach (4) um etwa 20 dB geschwächt werden. In Verbindung mit der Selektion des Linearverstärkers von etwa 15 dB ergeben sich insgesamt etwa 35 dB. Wird im stationären Betrieb eine 2C39-Stufe mit Hohlraumresonator angesteuert, so kann das Spiegelfrequenz-Filter entfallen, da derartige Endstufen eine ausreichende Selektion gewährleisten.
1. Blockschaltbild
Die Blockschaltung in Bild 1 gibt einen Überblick des Konzepts und der verwendeten Transistoren. Zum Ansteuern der Baugruppe wird im 10-m-Band eine Leistung von höchstens 5 mW benötigt. Die Oszillatorfrequenz bei 1268 MHz muß mit einer Leistung von rund 5 mW vorhanden sein. Sie läßt sich aus einer entsprechend bequarzten Baugruppe DJ4LB 003(6) und einem anschließenden Frequenzverdreifacher gewinnen. Hierauf wird in dieser Arbeit nicht weiter eingegangen, da andere bereits passende oder leicht modifizierbare Frequenzaufbereitungen beschrieben haben (wie z.B. DC0DA 005 in diesem Heft - Redaktion).
Bild 1: Gegentakt-Sende-Umsetzer mit Oszillator
2. Schaltungseinzelheiten
Bild 2 zeigt die Schaltung der Baugruppe; es fällt der Gegentaktmischer mit seiner umfangreichen Beschaltung auf. Das modulierte Signal im 10-m-Bereich wird im Gegentakt zugeführt, die Oszillatorspannung im Gleichtakt. Um die 28-MHz-Spule L1 streng symmetrisch zu bekommen, ist sie bifilar (zweidrähtig) gewickelt. Da meist mehr als genug Steuerleistung zur Verfügung steht, ist zum einfachen Einpegeln der optimalen Aussteuerung das Potentiometer P1 vorgesehen. Die Oszillatorleistung wird etwa 8 mm vom kalten Ende des verkürzten λ/4-Kreises L2 / C6, der auf 1268 MHz abzustimmen ist, eingespeist. Mit den Trimmwiderständen P2 und P3 lassen sich die Gleichspannungs-Arbeitspunkte der beiden Transistoren auf gleiche Werte einstellen. Für die Ausgangsfrequenz 1296 MHz ist die Mikrostreifenleitung L3 da, die mit den Trimmern C12 und C13 abgestimmt wird. Diese Leitung ist elektrisch λ/2 lang, die Trimmer befinden sich an den "heißen" Enden (Spannungsbauch), und die Spannungen sind an den Enden zueinander in Gegenphase. In der Mitte befindet sich eine Stelle ohne HF-Spannung (Spannungsknoten) - hier wird die Kollektorspannung zugeführt. Unterschiedliche Ausgangskapazitäten der beiden Transistoren werden durch entsprechendes Einstellen der Trimmer kompensiert; somit kann auch auf der Ausgangsseite exakte Symmetrie hergestellt werden, so daß die Oszillatorfrequenz optimal unterdrückt wird.
Bild 2: Sende-Umsetzer 144 MHz / 1296 MHz für rund 400 mW Output
Auch die Belastung des Mischer-Ausgangskreises ist symmetrisch, indem ein gleichartiger Auskoppelkreis benutzt wird. Der erste Verstärkertransistor (T3) ist nahe dem kalten Punkt (Mitte von L4) angekoppelt. L3 und L4 stellen ein Bandpaßfilter dar.
Der Kollektor des Transistors T3 ist auch wieder über eine kurze Anpaß-Induktivität an einen kapazitiv verkürzten λ/4-Kreis gekoppelt, dessen kaltes Ende durch einen Scheibenkondensator nach Masse abgeblockt ist. Die Basis des folgenden Transistors T4 ist über ein Anpaßnetzwerk aus C20, C21 und eine geätzte Induktivität angekoppelt. Auch der Kollektor von T4 arbeitet auf einen kapazitiv verkürzten λ/4-Kreis (L6).
Der Endtransistor T5 ist in ähnlicher Weise angepaßt, wogegen im Ausgang durch die Längsinduktivität L7 und die Trimmer C35 und C36 auf 50 Ω transformiert wird. Auch diese Induktivität ist wie alle anderen - mit Ausnahme von L1 - geätzt, so daß es keine Nachbauprobleme gibt.
Sämtliche Basisspannungen werden über geätzte λ/4-Drosseln zugeführt, die am Ende durch ebenfalls geätzte Kapazitäten abgeblockt sind. Die kleinen bei 1300 MHz erforderlichen Kapazitätswerte machen dies nachbaufreundliche Verfahren möglich.
Sehr viel Mühe wurde auf die Basisspannungsteiler und die Ruhestrom-Einstellung verwandt. Dabei sollten die folgenden Forderungen erfüllt werden:
- Möglichst geringe Ruhestrom-Änderung bei Änderungen der Betriebsspannung;
- Gute Stabilität gegenüber Änderungen der Umgebungstemperatur;
- Kein Hochlaufen der Ruheströme (Gefahr für die teuren Transistoren) bei Dauerbetrieb;
- Unkritischer Abgleich des Ruhestromes.
Sehr schwierig war Punkt 3 in den Griff zu bekommen. Dazu mußten die Dioden D4 und D5 in thermischen Kontakt zum zugehörigen Transistor gebracht werden. Die genannten Dioden befinden sich auf der Unterseite der Platine; D4 wird mit Wärmeleitpaste auf das Plastikgehäuse von Transistor T4 gesetzt, während Diode D5 mit Wärmeleitpaste am Gewindebolzen von T5 angeklebt wird.
Als weitere Maßnahme mußte T5 einen Kühlkörper erhalten. Als ausreichend erwies sich ein 2 mm dicker, etwa 50 mm langer und 10 mm breiter Aluminiumstreifen, der etwa 15 mm von den Enden leicht abgewinkelt ist und mit dem Gewindebolzen von T5 verschraubt ist.
Der Betriebsspannungsanschluß der Endstufe ist getrennt herausgeführt, damit sie eventuell auch mit 24 V betrieben werden kann. Die Ausgangsleistung beträgt dann ungefähr 400 mW.
3. Aufbauhinweise
Bild 3: Die Leiterplatte für del Linear-Sende-Umsetzer (Unterseite voll kaschiert)
Der Aufbau des Sende-Umsetzers dürfte keine unüberwindlichen Schwierigkeiten bereiten, da nur wenige mechanische Arbeiten durchzuführen sind. Bild 3 zeigt die 170 mm × 75 mm große beidseitig kaschierte Epoxyd-Leiterplatte DF8OK 001. Sie wird nach dem Ätzen folgendermaßen bearbeitet:
Nach dem Bohren der Löcher für die Bauteile müssen für die Kondensatoren C18 und C26 mit der Laubsäge Schlitze in die Platine gesägt werden. Am Masse-Ende des Oszillatorkreises L2 ist ein weiterer Schlitz von der Breite eines Sägeblatts erforderlich, um mit einem Streifen aus Kupferfolie die Durchkontaktierung nach Masse auszuführen. Weitere 2 Schlitze von etwa 5 mm Länge sind für die Emitter-Anschlußfahnen des Transistors T5 zu sägen. Danach kann schon mit dem Bestücken begonnen werden. Die Transistoren T1 ... T4 liegen in 5 mm-Bohrungen. Der Emitteranschluß wird um 90° nach unten gebogen (bei T1 nach oben!) und mit in die Bohrung für den Transistorkörper eingesteckt, die dafür an der einen Seite etwas erweitert werden muß. Für T5 ist eine Bohrung von 7 mm ø erforderlich.
C29 ist mit einem Rotoranschluß zur Masseseite durchgesteckt, das zweite und die Statoranschlußfahne werden um 90° nach außen gebogen und direkt auf die Basis- und Emitteranschlußfahnen von T5 vorsichtig aufgelötet.
Die Widerstände R7, R11, R15, R16, R19, sowie die Scheibenkondensatoren C10, C17, C23, C25, C31, C32, C38 als Lötstützpunkte befinden sich auf der Unterseite der Platine.
Zur Einkopplung des Oszillatorsignals und Auskopplung des Sendesignals kann das Anschlußkabel von der Unterseite her direkt angelötet werden. Um die entsprechende Bohrung entfernt man dazu auf der Unterseite die Massefläche zusätzlich etwa 1 mm. Der Innenleiter wird durchgesteckt und auf der Leiterbahnseite, sowie der Außenmantel auf der Masseseite ringsherum verlötet. Es läßt sich auch eine BNC-Einlochbuchse auflöten, wobei die vorstehende Isolierung abgeschnitten wird, so daß die Buchse auf der Massefläche aufliegt und verlötet werden kann.
Ein Gehäuse für die Platine läßt sich recht gut aus einseitig kaschiertem Leiterplattenmaterial aufbauen. Die Höhe der Seitenwände sollte etwa 40 mm betragen, wobei der Abstand der Platine zum Boden 15 mm beträgt.
Bild 4 zeigt einen fertigen Sende-Umsetzer ohne Gehäuse und mit Trimmern anstelle der Widerstände R10 und R14.
Bild 4: Fertiger Sende-Umsetzer vor dem Gehäuse-Einbau
3.1. Besondere Bauteile
| T1, T2, T3 | BFR34A (Siemens) oder mit Einschränkung BFR91 (Valvo) |
| T4 | BFR96 (Valvo) oder bei geringerer Ausgangsleistung BFT12 |
| T5 | BFR94 (Valvo) oder bei geringerer Ausgangsleistungs BFR64 |
| D1...D5 | 1N4148 |
| L1 | 2 x 9 Windungen bifilar auf Spulenkörper mit 6 mm ø, ohne Kern Ankopplung: 1 bis 2 Windungen über der Mitte |
| Dr3 | 1,5 Wdg. Kupfer-Lack-Draht durch Ferritperle |
| Dr7 | 2 Wdg. (versilberter) Kupferdraht auf 3-mm-Dorn, freitragend eingelötet |
| C1 | 22 pF (grün) |
| C2, C3 | 56 pF keramischer Scheibenkondensator |
| C4, C5, C16, C22, C30 | geätzte Kapazitäten |
| C6, C12...C15 ,C19...C21, C27...C29, C35, C36 | 6pF(grau) |
| C7, C8 | ca. 10 pF keramischer Scheibenkondensator unter 3 mm Durchmesser |
| C9, C11, C24, C33, C34, C37 | 1 nF Durchführungskondensator 3 mm ø |
| C10, C17, C23, C25, C31, C32 | zwischen 220 p und 1 n, Scheibenkond. ohne Drähte |
| C18, C26 | 1 nF Scheibenkondensator ohne Drähte, 8 mm ø |
| P1...P3 | 100 Ω |
| P4 | 1 kΩ |
Alle Trimmer sind Folientrimmer mit 7 mm ø
Alle Trimmpotentiometer liegend mit Raster 10/5 mm
4. Abgleich
Der Abgleich läßt sich mit folgenden einfachen Geräten durchführen:
- Vielfachmeßgerät
- Absorptionsfrequenzmesser bis 1,3 GHz, (UKW-Berichte Heft 4/1976)
- 50-Ω-Abschluß und Leistungsmesser (braucht nicht geeicht zu sein).
Als Erstes werden die Ruheströme der Transistoren auf folgende Werte eingestellt:
T3: 2 mA ≡ 0,2 V an R 11
T4: 2 mA ≡ 0,11 V an R15
T5: 60 mA ≡ 0,6 V an R 19
Danach: P1 auf Linksanschlag, P2 und P3 in Mittelstellung (ca. 0,52 V Basisspannung); C1 und C20 halb eindrehen, C29 und C36 viertel eindrehen, alle anderen Trimmer ganz ausdrehen.
Nun das Oszillatorsignal dazugeben und so dosieren, daß an R7 etwa 7 V abfallen. Oszillator wieder abschalten und stattdessen das ZF-Signal zugeben. Mit C1 den ZF-Kreis in Resonanz bringen. Pegel mit P so einstellen, daß an R7 etwa 0,1 V abfallen. Oszillator wieder einschalten.
Spannungsabfall an R11 beobachten und mit C6, C12 ... C15 auf Maximum abgleichen. Nach jeder Trimmerveränderung ZF-Signal abschalten und kontrollieren, daß der Spannungsabfall wieder zurückgeht (andernfalls wurde auf 1268 MHz abgestimmt).
Spannungsabfall an R15 messen und mit C19 ... C21 auf Maximum abgleichen. Jetzt muß das 1296-MHz-Signal am Ausgang bereits deutlich feststellbar sein. Mit C27 ... C29, C35 und C36 auf maximale Ausgangsleistung abgleichen. Damit ist der Grobabgleich durchgeführt.
Anschließend werden nocheinmal alle Trimmer feinfühlig auf maximale Ausgangsleistung nachgestimmt. Man sollte auch am Schluß nocheinmal kontrollieren, ob nicht auf 1268 MHz abgestimmt wurde.
Schließlich folgt die Symmetrierung des Mischers:
ZF-Signal abschalten, Absorptionsfrequenzmesser in die Nähe des Ausgangskreises bringen und auf 1268 MHz einstellen. Das Oszillatorsignal ruft dann wahrscheinlich noch einen deutlichen Ausschlag hervor.
Zunächst mit P2 und P3, dann mit C12 beziehungsweise C13 minimale Anzeige einzustellen versuchen (die Trimmer sind fast ganz herausgedreht). ZF-Signal wieder einschalten und mit C13 beziehungsweise C12, sowie mit C14 und C15 wieder auf maximale Ausgangsleistung bei 1296 MHz abgleichen.
Diese beiden Abstimmvorgänge sind mehrmals zu wiederholen - dabei koppelt man den Absorptionsfrequenzmesser immer fester an - bis keine Verbesserung mehr möglich ist.
Nach beendetem Abgleich stellen sich bei UB = 13 V folgende Spannungen an den Widerständen ein:
| 28 MHz | 1268 MHz | 1296 MHz | U(R7) | U(R11) | U(R15) | U(R19) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| - | - | - | ≈ 0 V | 0,2 V | 0,1 V | 0,6 V |
| - | x | - | 7 V | 0,2 V | 0,1 V | 0,6 V |
| x | - | - | ≤ 0,1 V | 0,2 V | 0,1 V | 0,6 V |
| x | x | x | ≈ 6,5 V | ≈ 3 V | ≈ 2,7 V | ≈ 0,6 V |
5. Betrieb bei einer anderen Zwischenfrequenz
Als ZF läßt sich auch 144 MHz verwenden. Dazu ist nur L1 entsprechend zu ändern: 4 Windungen versilberter Kupferdraht 1 mm ø auf 5-mm-Dorn, Anzapf in der Mitte, Ankopplung 1 Windung.
Der Sende-Umsetzer wurde von DJ7HY schon erfolgreich für ATV auf 1252,5 MHz eingesetzt, wobei mit 62 MHz (Kanal 4) angesteuert wurde. Eine Spannung von 0,2 V (= 1 mW) genügte schon zur Ansteuerung. Die Spule L1 wurde dazu auf 2 × 5 Windungen verkleinert. Die Oszillatorfrequenz lag bei 1190 MHz.
Bis zu einer Ausgangsleistung von 200 mW BAS-Signal bei 1252 MHz arbeitete der Sende-Umsetzer linear, was mit Hilfe eines dreieckmodulierten Bildträgers auf einem Oszilloskop, der das demodulierte Signal am Ausgang anzeigte, nachgewiesen werden konnte. Mit einem Bildmuster-Generator zeigten sich keine Stauchungen der Synchronimpulse. Bewährt hat sich zur Demodulation die Baugruppe DJ4LB 005, die über 1 bis 2 pF an den Ausgang gekoppelt wurde. Die Schwingkreis-Induktivität auf der Demodulatorplatine besteht aus einem kleinen Drahtbügel.
Die Basisdrosseln und Basisspannungsteiler sind für die vorkommenden Modulationsfrequenzen so niederohmig, daß sich zusätzliche Elkos zur Abblockung erübrigen.
6. Praktische Erfahrungen - Meßergebnisse
Es zeigte sich, daß die Einstellung der Mischerpegel nicht sehr kritisch ist. Bei Oszillatorleistungen zwischen 1 und 10 mW arbeitete der Umsetzer zufriedenstellend. Die Einstellung der Arbeitspunkte konnte ebenfalls in weiten Bereichen geändert werden, solange auf Symmetrie geachtet wurde. Nur bei ATV ließ sich anhand der Kurvenform der Dreieckspannung eine Veränderung feststellen, bei SSB war dies nicht hörbar.
Bei allen Abgleicharbeiten konnten keine Schwingneigungen oder Rückwirkungen festgestellt werden. Bei der Beurteilung der Modulation durch mehrere Stationen ließ sich - auch im Nahfeld - kein Unterschied zu einem vorhandenen Linearumsetzer nach (2) feststellen.
Es bestand leider noch nicht die Möglichkeit, den Intermodulationsabstand zu messen. Die Oszillatorfrequenz ist rund 40 dB, die Spiegelfrequenz rund 15 dB unterdrückt. Nebenausstrahlungen sind wenigstens 40 dB schwächer als der Nutzträger. Abschließend möchte ich mich für die durchgeführten Messungen bei Rolf Heidemann, DC3QS, und für den ATV-Test bei Gerd Kiehl, DJ7HY, bedanken.
Bild 5: Demodulierte Dreieckspannung beim ATV-Test. Pout: ca. 160 mW
Bild 6: Ausgangsleistung: 300 mW
Bild 7: 160 mW BAS-Signal, von einem Dreieck-Generator. Der normgerechte Synchronpegel von 25 % wird eingehalten.
Bild 8: 250 mW BAS-Signal des Gittermustergenerators, zum Vergleich eine Dreieckspannung. Das Synchronsignal ist schon gestaucht.
7. Literatur
- Jux, R. und Dittberner, H.: Mischer und Linearverstärker für 23-cm-SSB-Sender mit 4 × 2C39 im Viererzug, UKW-Berichte 14 (1974) Heft 3, Seite 132 - 147
- Rahe, W.: Linear-Sendeumsetzer 144 MHz/1296 MHz mit geringem Aufwand, UKW-Berichte 15 (1975) Heft 2, Seite 66 - 79
- Fleckner, H.: SHF-Varaktor-Aufwärtsmischer mit gutem Wirkungsgrad und geringen IM-Verzerrungen, UKW-Berichte 17 (1977) Heft 1, Seite 15 - 21 und Heft 2, Seite 66 - 81
- Dahms, J.: Dreistufiger Antennenverstärker für das 23-cm-Band, UKW-Berichte 17 (1977) Heft 2, Seite 89 - 96
- Vollhardt, D.: Schmalbandige Filter für die Bänder bei 23 cm, 13 cm und 9 cm, UKW-Berichte 17 (1977) Heft 2, Seite 97 - 106
- Sattler, G.: Baugruppen für einen ATV-Sender nach dem ZF-Verfahren, UKW-Berichte 12 (1972) Heft 4, Seite 213 - 227
DF8OK, Udo Beckmann.
Hinweise - Verbesserungen - Änderungen
Die benötigte Oszillatorleistung von 5 - 10 mW bei 1268 MHz läßt sich mit einer Baugruppe DC0DA 005 erzeugen, bei der die Stufe mit dem Transistor T6 (C1-12) weggelassen ist. DF8QK selbst verwendet eine Oszillatoraufbereitung mit der Stufenfolge: Quarz 70,444 MHz (BF199) - Verdreifacher auf 211 MHz (BF199) - Verdoppler auf 422 MHz (BF199) - Geradeaus (BF199) - Verdreifacher auf 1268 MHz (BFR34A oder BFR90/91). Am Schluß ist ein Bandfilter aus λ/4-Koaxialkreisen angeordnet. Eine Schaltbildkopie mit den notwendigen Angaben kann vom Verlag angefordert werden (adressierter Frei-Umschlag).
DL3WR.