Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - Kompakter 2-m-Transverter mit rauscharmer Vorstufe und sauberem Sendesignal
2-m-Transverter dienen zur Bereichserweiterung von 10-m-Transceivern auf das 2-m-Band. Unausgesprochen versteht es sich, daß es sich um linear arbeitende Umsetzer handelt, die sich für alle Modulationsarten eignen. Hier wird eine besonders kompakte und dabei leicht nachbaubare Ausführung beschrieben, die empfangsseitig mit einem äußerst rauscharmen DG-MOSFET und nachfolgenden Schottky-Dioden-Ringmischer ausgestattet ist, und sendeseitig etwa 100 mW mit sehr guter Ober- und Nebenwellen-Unterdrükkung abgibt. Diese Leistung reicht für Ortsrunden ohne weiteres aus, ansonsten kann man Linearverstärker nachschalten. Die Abmessungen des Transverters betragen 140 mm × 63 mm × 31 mm (inclusive BNC-Buchsen), und wie die Fotografie des Musteraufbaus in Bild 1 erkennen läßt, sind Sende- und Empfangspfad getrennt über Buchsen zugänglich.
Bild 1: Ein vollstandändiger Sende-/Empfangs-Umsetzer von 10 m in das 2-m-Band.
1. Schaltungseinzelheiten
Bild 2 zeigt, daß das "Herz" dieses Transverters ein für Sende- und Empfangsumsetzung gemeinsamer Quarzoszillator ist, der ohne Frequenzvervielfachung unmittelbar mit 116 MHz schwingt. Dazu ist ein rauscharmer Sperrschicht-FET (T1) eingesetzt, der 116-MHz-Schwingkreis besteht aus L4 und einem kapazitiven Spannungsteiler. Ein nachfolgender Doppel-Gate-MOSFET (T2) dient als Pufferverstärker und verstärkt die Leistung des "Injektionssignals" auf den für den Ringmischer (1E-500 oder ähnl. Typ) erforderlichen Wert von 7 bis 10 dBm (= 5 bis 10 mW).
Bild 2: Der Ringmischer wird - über PIN-Dioden umgeschaltet - sowohl für Empfang wie auch für Senden benutzt.
Am Ringmischer befinden sich vier PIN-Dioden (D1 bis D4), welche den Empfangspfad durchschalten, wenn am Spannungsversorgungsstift "RX" +12V anliegen, und den Sendepfad durchschalten, wenn am Stift "TX" +12V anliegen.
Im Empfangsfall wird das an der Buchse "IN" aufgenommene Antennensignal vom rauscharmen DG-MOSFET T4 verstärkt und über das Bandfilter mit L10 und L9 dem Ringmischer (Pin 1) zugeführt. Die Dioden D1 und D3 sind leitend, D2 und D4 sperren. Die Zwischenfrequenz als Differenz aus Antennensignal und Injektionssignal gelangt von den Stiften 3 und 4 des Ringmischers über D3 und einen Einzelkreis mit L2 an einen ZF-Vorverstärker (T3). Dieser rauscharme FET arbeitet in Gate-Schaltung; ein nachfolgendes Pi-Filter mit L3 transformiert seine Ausgangsimpedanz auf 50 Ω, so daß der 10-m-Nachsetzer-Empfänger über ein 50-Ω-Koaxialkabel an die Buchse "RX" angeschlossen werden kann.
Bei Sendebetrieb wird das 10-m-Steuersignal mit einer Leistung von maximal 100 mW in die Buchse "TX" eingespeist. Das Trimmpotentiometer P1 dient zum Anpassen des Sendemischers, der nur maximal 1 mW benötigt, an die vorhandene Steuerleistung. Der breitbandige ZF-Kreis mit L1 filtert weitabliegende Störsignale weg.
Die Dioden D4 und D2 leiten nun und die Dioden D3 und D1 sperren, so daß das Steuersignal mit der Injektionsfrequenz in das 2-m-Band hinaufgemischt wird und über das Bandfilter mit L6 und L7 an den Treibertransistor T5 gelangt. Der Drainkreis mit L8 erhöht die Unterdrückung von Oszillator- und Spiegelfrequenz. Im Kollektorkreis des Endtransistors T6 wurde zur besseren Oberwellenunterdrückung eine Pi-Filter-Anpassung gewählt. Bei optimaler Abstimmung sind alle Nebenwellen mit mehr als 50 dB unterdrückt. Wegen der hohen Verstärkung des Transistors BFR96 sind besondere Verdrosselungsmaßnahmen und eine getrennte Arbeitspunkt-Stabilisierung für die Endstufe vorgesehen.
1.1. Hinweise zu den Bauteilen
| T1, 3 | J310 (Siliconix) |
| T2 | BF910 (Texas Instruments) |
| T4 | BF981 (Valvo/Philips) |
| T5 | BF905 (TI) oder (neu!) BF907 |
| T6 | BFR96 (Siemens, Valvo) |
| Mischer | 1E-500, HPF-505, SRA-1 o.ä. |
| D1 ... D4 | BA379 (Siemens) |
| D5 ... D7 | 1N4148 oder 1N4151 o.ä. |
| Spannungsregler | 78L08 (National Semic.) |
| 1 Z-Diode: C5V6 | |
| L1, 2 | Neosid-BV 5049 (ge/ws) |
| L3 | Neosid-BV 5056 (gn/bl) |
| L4, 5, 8 | Neosid-BV 5061 (bl/bn) |
| L6, 7, 9, 10 | Neosid-BV 5063 (bl/orange) |
| L11 | 5 Wdg. versilb. Draht 0,8 mm ø auf 4-mm-Dorn wickeln, auf Lochabstand auseinanderziehen und freitragend einlöten |
| L12 | 6,5 Wdg.versilb. Draht 0,8 mm ø auf 6-mm-Rillenspulenkörper mit UKW-Kern, Anzapf ca. 1 Wdg. vom kalten Ende |
| 5 Stück Min.-Ferritdrosseln (RM 10): 1 µH | |
| 1 Stück Min.-Ferritdrossel (RM 10): 10 µH | |
| 1 Ferritperle 3 mm lang | |
| 1 Stück Folientrimmer 7 mm ø: 45 pF | |
Alle keramischen Scheibenkondensatoren: RM 2,5 (Ausnahme: 2 keramische Flachrohrkondensatoren mit 100 nF: RM 5)
2 Stück keram., lötbare Durchführungskondensatoren, kurze Bauform: ca. 1 nF (Wert unkritisch)
1 Stück Trimmpotentiometer 100 Ω, RM 10/5 (Piher)
Alle Widerstände: Kohleschichtwiderstände der Bauform 0207 (RM 10)
1 Stück Weißblech-Gehäuse 102 × 60 × 28 mit 2 Deckeln
4 Stück BNC-Flanschbuchsen UG-290 A/U
1 Quarz 116,000 MHz, 5. Oberton, Halter HC-18/U (KVG)
2. Aufbau-Anleitung
Die in Bild 2 gezeigte Schaltung wird auf einer 101 mm × 60 mm großen, beidseitig kaschierten Platine aufgebaut (Bild 3). Die Bestückungsseite ist durchgehend kaschiert und dient als Massefläche, die nur um die Bauelemente-Anschlußdrähte herum freigeätzt oder freigebohrt wird. Für die 4 Streifenleitungstransistoren (T2, T4, T5, T6) werden 5-mm-Löcher, für die beiden DF-Kondensatoren 2,6-mm-Löcher gebohrt, alle anderen haben 0,8 mm Durchmesser.
Bild 3: Die beidseitig kaschierte Leiterplatte ist nur 101 mm × 60 mm groß.
Nun drückt man die beiden Rahmenteile des Gehäuses in einen Deckel und lötet sie zusammen ohne den Deckel mitzulöten. Die Innenleiter der 4 BNC-Buchsen sind auf 2 mm Länge zu kürzen. Dann setzt man sie von außen auf die Bohrungen im Rahmen und schraubt sie mit M2,5-Schrauben von innen fest. Die Teflon-Durchführungen für die Betriebsspannungsanschlüsse +12 V (RX) und +12V (TX) werden von außen eingedrückt und innen auf 2 mm Länge gekürzt. Nun kann man die Platine mit der Massefläche (= Bestückungsseite) zu den Buchsen gerichtet von unten so in den Rahmen einpassen, daß die Einbauhöhe durch die Befestigungsschrauben der Buchsen bestimmt wird (auf der Lötseite bleiben etwa 3 mm frei). Dabei ist darauf zu achten, daß die Bohrungen für die beiden Durchführungskondensatoren an der einen Stirnseite unter die Teflon-Durchführungen zu liegen kommen. Das Foto in Bild 1 kann hier als Orientierungshilfe dienen.
Die Leiterplatte ist nun auf der Masseseite ringsherum, und auf der Leiterbahnseite in der Nähe von L12 zweimal mit dem Rahmen zu verlöten. Die DF-Kondensatoren werden von der Bestückungsseite her eingesetzt und mit Masse verlötet. Auf der Leiterbahnseite sind die Drähte dieser beiden Kondensatoren umzubiegen, zu kürzen und an die entsprechenden Leiterbahnen zu löten. Auf der Oberseite verbindet man sie mit den Teflondurchführungen.
Jetzt kann die Platine bestückt werden und man beginnt mit den keramischen Kondensatoren. Die nach Masse führenden Kondensatoren werden an vielen Stellen über Lötpunkte an Spulengehäusen oder Widerständen "geerdet", so daß hier das Verlöten an der Masseseite entfallen kann. Bei allen anderen sind die Anschlußdrähte möglichst kurz zu halten, damit keine unerwünschten Leitungsinduktivitäten entstehen. Die Innenleiter-Stifte der mit IN und OUT gekennzeichneten Buchsen sind über je einen 1-nF-Kondensator mit den entsprechenden Punkten der Platine zu verbinden. Die mit RX beziehungsweise TX bezeichneten Buchsen dagegen schließt man über kurze Drahtstücke an.
Den Folientrimmer und die Spule L12 ein-löten. Die einzige zu wickelnde Spule L11 herstellen und ebenfalls einlöten. Hierbei unbedingt den richtigen Wickelsinn (durch die Platine vorgegeben) einhalten.
Alle Widerstände, Drosseln und Dioden außer D5 einlöten.
Alle Fertigspulen einsetzen und die Abschirmgehäuse zusätzlich auf der Massefläche anlöten. Das sollte schnell gehen, also verwendet man einen heißen Lötkolben mit etwa 3 mm breiter Spitze.
Den Ringmischer einlöten und auch hier das Gehäuse auf der Masseseite in einem kurzen Arbeitsgang anlöten. Ein Verlöten der beiden Stirnflächen reicht aus.
Den Quarz und das Trimmpotentiometer einlöten.
Die Transistoren und den Spannungsregler einlöten. Wenigstens bei diesem Arbeitsgang sollten Lötkolben und Platine geerdet sein, da die Transistoren BF905, BF910 und BF981 MOS-FETs sind, die unter Umständen trotz der Gate-Schutzdioden durch höhere Spannungen zerstört werden können.
Schließlich lötet man die Diode D5 ein, und zwar auf der Leiterbahnseite und unmittelbar an das Gehäuse von T6 gedrückt.
3. Abgleich des Transverters
Für den genauen Abgleich sollten ein Vielfach-Meßinstrument mit HF-Tastkopf, besser ein HF-Millivoltmeter oder ein Oszilloskop mit HF-Tastkopf, sowie ein HF-Leistungsmeßgerät mit 100-mW-Bereich und für den Empfangsumsetzer möglichst ein Meßsender zur Verfügung stehen. Während des Abgleichs muß - wie später im praktischen Betrieb - der untere Deckel aufgesetzt sein.
3.1. Abgleich der Oszillatoraufbereitung
Eine 12-V-Quelle anschließen: + an eine der beiden Durchführungen, Masse an das Gehäuse. HF-Tastkopf an G1 von Transistor T2 legen und den Kern der Spule L4 auf maximale Anzeige drehen. Betriebsspannung kurz aus- und wieder einschalten und den Kern von L4 ein wenig verdrehen, bis der Oszillator bei jedem Einschalten sicher anschwingt.
HF-Tastkopf an Pin 8 des Ringmischers anschließen und den Kern der Spule L5 auf maximale Anzeige abgleichen. Falls entsprechende Meßgeräte vorhanden sind, kann man an dieser Stelle Frequenz und Leistung (1 nF auslöten) überprüfen. Eine eventuelle Abweichung der Frequenz von 116,000 MHz läßt sich an der Spule L4 verringern, doch sind sicheres Anschwingen und ausreichende Leistung (mindestens 5 mW) wichtiger als eine Abweichung von einigen hundert Hertz.
3.2. Abgleich des Empfangsteils
Ein 10-m-Empfänger wird an die Buchse "Rk" und eine 2-m-Antenne oder ein Meßsender an die Buchse "IN" angeschlossen (mit 50-Ω-Koaxialkabel). Bei Leerlauf am Eingang schwingt die Vorstufe mit T4, deshalb ist dieser Zustand zu vermeiden und stets eine Antenne, ein 50-Ω-Abschlußwiderstand oder eine andere 50-Ω-Last an die Buchse IN zu legen. Die Durchführung + UB (RX) erhält +12 V.
Zuerst stimmt man die Spulen L3 und L2 auf lautestes Rauschen im angeschlossenen Empfänger ab. Danach macht man das Gleiche mit den Spulen L9, L10 und L12. Ergibt sich bei allen genannten Spulen ein eindeutiges Maximum, so arbeitet der Empfangsumsetzer einwandfrei, so daß nun der Feinabgleich vollzogen werden kann:
Nachsetzer auf 28 MHz einstellen - L3 und L10 auf lautestes Rauschen beziehungsweise maximale Anzeige am S-Meter trimmen.
Nachsetzer auf 30 MHz einstellen - L2 und L9 auf Maximum trimmen. Abschließend muß die Spule L12 auf größten Rauschabstand eines schwachen Signals in Bandmitte (145 MHz/29 MHz) oder im wichtigsten Frequenzbereich (beispielsweise 144,3 MHz/28,3 MHz) abgeglichen werden. Ein sehr schwaches Bakensender-Signal ist hierfür am besten geeignet - von den entsprechenden Meßgeräten natürlich abgesehen.
3.3. Abgleich des Sende-Umsetzers
Man sollte sich durch Messung überzeugen, daß die Steuerleistung aus dem 10-m-Sender in keinem Betriebszustand 100 mW übersteigt! Steht nur 1 mW zur Verfügung, so kann das Trimmpotentiometer an seinen rechten Anschlag gedreht werden. Liegt die Leistung zwischen 1 und 100 mW, so muß das Potentiometer mehr oder weniger weit im Gegen-Uhrzeigersinn gedreht werden.
An die Buchse "OUT" schließt man ein Milliwatt-Meter und an die Durchführung +UB (TX) +12V an. Zuerst legt man den HF-Tastkopf an die Stifte 3 und 4 des Ringmischers und stimmt die Spule L1 auf maximale Anzeige ab.
Nun legt man den Tastkopf an G1 des Transistors T5 und gleicht L6 und L7 auf Resonanz ab. In der Regel zeigt nun das Leistungsmeßgerät am Ausgang bereits eine geringe Leistung an, so daß der Schwingkreis mit L8 und der Ausgangstrimmer des Pi-Filters auf maximale Ausgangsleistung abgestimmt werden können. Ist das nicht der Fall, so legt man den HF-Tastkopf an den Kollektor von T6 und stellt nun L8 auf maximale Anzeige ein. Nun kann man den 45-pF-Trimmer auf größte Ausgangsleistung drehen.
Danach folgt der Feinabgleich:
Steuersender auf 28 MHz einstellen und die Spulen L1 und L7 auf maximale Ausgangsleistung trimmen.
Steuersender auf 30 MHz einstellen und L6 und L8 auf maximalen Output trimmen. Steuersender auf 29 MHz einstellen und den 45-pF-Trimmer vorsichtig auf maximale Ausgangsleistung einstellen.
Bei sorgfältiger Einstellung vor allem dieses Trimmers wird auch ohne Spektrum-Analysator eine Oberwellenunterdrückung von wenigstens 45 dB erreicht. Die angegebenen Werte von über 55 dB sind in der Regel jedoch nur mit entsprechenden Meßmitteln zu verwirklichen.
Wird der Transverter nur in einem schmalen Teil des 2-m-Bandes eingesetzt - beispielsweise nur im SSB-Band - so kann der Abgleich hierfür optimiert werden. Die Leistungsverstärkung des Sendeteils wird dann bei mehr als 20 dB liegen. Allgemein sollte für die erzielbare Ausgangsleistung die kleinstmögliche Steuerleistung eingesetzt werden; der Mischer arbeitet dann sehr sauber.
Aufgrund der im 2-m-Band sehr hohen Verstärkung des Transistors T6 (BFR96) ist ein reeller Abschluß mit 50 Ω an der TX-Buchse (OUT) erforderlich. Bei nachgeschalteter Leistungsendstufe kann es wegen der schwankenden Eingangsimpedanz dieser Verstärker in Abhängigkeit von der Aussteuerung zum Schwingungseinsatz kommen. In diesem Fall schafft ein Austausch des 220-Ω-Dämpfungswiderstandes parallel zur Kollektordrossel von T6 gegen 100 Ω Abhilfe. Die Ausgangsleistung reduziert sich dadurch jedoch auf ca. 50 mW.
4. Meßwerte
An einem Musteraufbau wurden vom Verlag die folgenden Werte gemessen:
Oszillatorfrequenz
Stabil zwischen UB = 8 und 13,5 V
Empfangsumsetzer
Rauschzahl F = 1,6 dB. Nach Änderung des Anzapfes an L 12 auf 1 Windung vom kalten Ende (1-nF-Kondensator direkt von der Buchse an die Spule gelötet): F = 1,2 dB
Sende-Umsetzer
Maximale Ausgangsleistung: 250 mW (UB = 12 V; in = 1 mW)
Ausreichend lineare Ausgangsleistung: 150 mW (Pin = 0,5 mW)
Oberwellenabstand (gemessen bis 500 MHz): min. 55 dB
5. Betriebshinweise
Viele Kurzwellen-Transceiver haben eingebaute Buchsen zum Anschließen eines Transverters. Wo solche Buchsen fehlen, sollte wenigstens für die Entnahme eines kleinen Teils der Treiberleistung (eventuell über ein Dämpfungsglied) eine Buchse eingebaut werden. Zusätzlich ist ein zweipoliger Umschalter erforderlich, der bei Transverterbetrieb die Betriebsspannung der KW-Endstufe abschaltet und die Treiberleistung auf die Extra-Buchse schaltet. Von dort gelangt die passend reduzierte Leistung an die Buchse "TX". des Transverters. Die Buchse "RX" verbindet man dann mit der Antennenbuchse des KW-Transceivers. Auf diese Weise wird ein Relais zum HF-Umschalten auf der 10-m-Seite überflüssig.
Die Betriebsspannung für den Transverter muß für Sende- und Empfangsbetrieb (eventuell über ein Relais) umgeschaltet werden, und zwar bei Empfang an die Teflon-Durchführung RX, bei Senden an TX.
Die beiden 2-m-Buchsen IN und OUT müssen über ein Koaxialrelais an die 2-m-Antenne geschaltet werden. Eventuell verwendete Empfangs-Vorverstärker oder Sendeverstärker können leicht zwischen Transverter und diesem Relais eingeschleift werden. Die Empfindlichkeit dieses Transverters ist - wie der Meßwert von 1,2 dB zeigt - so hoch, daß ein zusätzlicher Vorverstärker jedoch nur dann eine Verbesserung bringt, wenn er unmittelbar an der Antenne montiert wird und somit die Kabelverluste eliminiert.
DK8DD, Rolf Albert.