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Versuche mit einem 10-GHz-Vervielfacher mit Fingerfilter-Ankopplung

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In (1) veröffentlichte DK1UV einen Verdreifacher von 3,456 GHz nach 10,368 GHz, der jedoch hohe Umsetzverluste aufwies. Es wurde nach Verbesserungsmöglichkeiten für den schlechten Wirkungsgrad gesucht.

Darüber hinaus wurde versucht, den verbesserten Vervielfacher gleichzeitig als Aufwärtsmischer für ein 10,3-GHzSchmalbandsystem einzusetzen. Als Zwischenfrequenzbereich war das 144-MHzBand vorgesehen.

1. Verbesserungen des Verdreifachers

Die Umsetzverluste von über 10 dB konnten mehrere Ursachen haben:

  1. Falsche Diode
  2. Falsche Anpassung
  3. Falscher Arbeitspunkt
  4. Hohe Verluste bei 3,4 GHz

Zu 1: Die namenlose, billige Diode aus England (in der Form der 1N23) ist weit verbreitet erfolgreich eingesetzt worden und soll auch im 10-GHz-Band noch funktionieren (DC3QS). Aufgrund ihrer Verbreitung lohnt sich eine auf diese Diode zugeschnittene Beschreibung.

Zu 2 und 3: Nachdem Anpassung und Arbeitspunkt ebenso gelöst sind wie in ähnlichen Beschreibungen, muß erst einmal davon ausgegangen werden, daß die Werte in etwa stimmen.

Zu 4: Ein Vergleich zeigte, daß hier das Problem liegt. Es wurde nämlich ein Fingerfilter-Mischer für das 9-cm-Band nach (2) mit einer Schottky-Diode HP 2800 versehen und mit einer bekannten Leistung angesteuert; der dabei auftretende Diodenstrom wurde notiert. Dann wurde dieselbe Diode in die Fingerfilter-Anordnung nach (1) eingebaut und diese mit der gleichen HF-Leistung angesteuert - der Diodenstrom war um mehr als den Faktor 10 kleiner!

Der Versuch wurde mit verschieden hohen Steuerleistungen und mit anderen Dioden wiederholt und ergab eindeutig, daß die Verluste auf dem Weg von der Eingangsbuchse zur Diode zu hoch waren. Um eine Neuberechnung und/oder eine Versilberung der Filterteile zu umgehen, wurde zur drastischen Verringerung der Verluste einfach die Dimensionierung aus (2) übernommen. Ungeachtet einiger Detail-Änderungen, auf die noch eingegangen wird, ergab sich mit dieser Ausführung ein Diodenstrom wie im originalen 9-cm-Fingerfilter-Konverter.

1.1. Aufbau des Verdreifachers

Der Versuchsaufbau (Bild 1) zeigt oben den Hohlleiterteil, in der Mitte den Fingerfilter-Teil mit Eingangsbuchse für das 3456-MHz-Signal und unten eine 144-MHz-Sektion für den Aufwärtsmischer. Genaueres ist in Bild 2 zu erkennen. Alle drei Finger bestehen aus un-versilbertem, polierten Messing; zwei haben 10 mm ø und sind 16 mm lang, der dritte hat 12 mm 0 und ist 16,5 mm lang.

Bild 1
Bild 1: Der geöffnete Musteraufbau.

Bild 2
Bild 2: Gesamtanordnung und wichtigste Maße.

Die Maße von der SMA-Buchse bis zum 3. Finger - er trägt die Vervielfacher-Diode - wurden original übernommen. Es fällt vielleicht auf, daß der Finger für die Diode umgedreht eingebaut wurde, um alle Abstimmschrauben auf eine Seite zu bekommen. Da dieser Finger sehr stark bedämpft ist, macht dies keinen Unterschied. Im übrigen ist dieser Finger isoliert eingebaut und hochfrequenzmäßig durch einen selbstgebauten Klatschkondensator (Bild 3) an Masse gelegt. Der so hergestellte Kondensator hat je nach Dielektrikum eine Kapazität von etwa 10 bis 100 pF. Über die M3-Schraube ist der Finger gleichstrommäßig zugänglich, so daß hier ein Trimmpotentiometer zur Arbeitspunkt-Einstellung angeschlossen werden kann. Übliche Werte liegen zwischen 20 und 100 kΩ.

Bild 2
Bild 3: Der die Diode tragende Finger ist kapazitiv an Masse gelegt.

Während Bild 4 den Ausgangs-Hohlleiter mit seinen 3 Bohrungen, der Abschlußplatte und dem Normflansch (die Länge von 57 mm gilt für einen Drosselflansch) zeigt, ist im Schaltbild (Bild 5) auch das Doppel-Pi-Glied für die Zuführung des ZF-Signals zu sehen. Dieses wird nur für den später beschriebenen Aufwärtsmischer benötigt.

Bild 4
Bild 4: Hohlleiterteil mit Drosselflansch.

Bild 5
Bild 5: Schaltbild des Verdreifachers/ Aufwärtsmischers.

Beim Aufbau der in Bild 3 gezeigten Anordnung ist besondere Sorgfalt erforderlich: Die Flächen, die den Klatschkondensator bilden, müssen plan sein; der Finger muß rechtwinklig auf dem Seitenteil stehen, damit später nicht die Diode zerstört wird. Ähnliches gilt für den Übergang Finger/Diode. Dieser Finger hat 12 mm Durchmesser und darf nicht länger als angegeben sein. Bei einigen Aufbauten zeigte sich, daß der Durchmesser in Grenzen kritisch war; verantwortlich ist hier der Wellenwiderstand dieses Fingers. Versuche, vor allem bei Verwendung anderer Dioden, führen sicher zum Erfolg.

1.2. Abgleich des Vervielfachers

Man führt der SMA-Buchse (siehe Bild 2) 3456 MHz mit einer Leistung zwischen 50 und 500 mW zu und gleicht den Fingerfilterteil so ab, wie es in (2) beschrieben ist. Nachdem dann die Schrauben S1 und S5 am Hohlleiter etwa 5 mm hineingedreht wurden, muß ein Diodenmeßkopf am Hohlleiterausgang bereits etwas anzeigen. Wechselseitiges Optimieren des Fingerfilter-Resonators und der Schrauben S1 und S5, sowie des Trimmers R beendet den Abgleich. Das Muster zeigte in keinem Fall irgendein abruptes Abstimmverhalten; die Ausgangsleistung ließ sich mit jedem Abstimmelement stetig verändern. Dies kann jedoch mit anderen Dioden anders sein.

Mit einer Ansteuerleistung von 120 mW wurden 27 mW bei 10368 MHz erzielt.

Wird die Einheit in eine Hohlleitergruppe eingebaut, so ist ein nachträglicher Feinabgleich an Schraube S5 vorteilhaft. Die in (1) angegebenen Schrauben 3 und 4 erwiesen sich in etlichen Testreihen als überflüssig, wogegen Schraube 2 bei einigen Exemplaren notwendig war. Es ist deshalb ratsam, die Löcher hierfür vorzusehen und bei Bedarf zu benutzen.

2. Verdreifacher / Aufwartsmischer

Diese Erweiterung des Verdreifachers wurde der Einfachheit halber in die Bilder 2 und 4 gleich mit eingezeichnet. Bild 6 zeigt noch einmal den geöffneten Musteraufbau von der anderen Seite.

Bild 6
Bild 6: Die Abstimmschrauben und der Klatschkondensator sind hier deutlich zu erkennen.

Für die Bauteile im 144-MHz-Teil sind folgende Angaben erforderlich:

L1, 25 Windungen versilberter Draht 0,8 bis 1 mm ø auf 6-mm-Dorn gewickelt, freitragend eingelötet
C1selbstgebauter Scheibenkondensator nach Bild 3
C2Folientrimmer 60 pF (Valvo, rot, große Bauform)
C3Folientrimmer 45 pF (Valvo, gelb, große Bauform) kann evtl. entfallen; probieren!
C4keram. Scheibenkondens. 4,7 nF
RTrimmpotentiometer 100 kΩ
Koaxialbuchse für 3 GHzSMA, SMC, evtl. auch andere.

2.1. Abgleich des Aufwärtsmischers

Zuerst führt man den unter 1.2. beschriebenen Abgleich durch. Als Indikator für 10368 MHz verwendet man ein bereits abgestimmtes Filter für diese Frequenz mit einem angebauten Detektor, oder einen vorhandenen Empfänger (beispielsweise einen "Gunnplexer") mit vorgeschaltetem Dämpfungsglied von etwa 80 bis 140 dB.

Man gibt nun die ZF hinzu (144 MHz mit ca. 150 mW) und stellt die Schrauben S 5 und S 1, sowie das Potentiometer R auf maximale Ausgangsleistung ein. Die Trimmkondensatoren C 2 und C 3 sind währenddessen halb eingedreht. Schließlich gleicht man C 3 auf bestes Nutzsignal, und C 2 auf beste Anpassung (kleinstes Stehwellenverhältnis) zwischen 2-m-Sender und Mischerbaugruppe ab.

Am Muster wurden folgende Werte gemessen:

Oszillatorleistung (3408 MHz)120 mW
Steuerleistung (144 MHz)150 mW
Verdreifachte Frequenz (10224 MHz)27 mW
10368 MHz hinter DB 6 NT-Filter8 mW

Versuche mit höheren Leistungen bei 3408 MHz ergaben bis jetzt, daß bereits bei ca. 0,7 W Sättigungseffekte auftreten. DK ZD führte Versuche mit dem Diodentyp DH 636 durch. Die Diode war mit ca. 2 W bei 2,... GHz in der Sättigung, so daß kaum Mischverstärkung vorhanden war und nur knapp 7 mW bei 10,368 GHz gemessen wurden. Durch eine Reduzierung der Steuerleistung auf 0,5 W erhöhte sich die Ausgangsleistung auf rund 20 mW ! Diese Versuche werden fortgesetzt.

2.2. Aufwärtsmischer mit anderer ZF

Der Aufwärtsmischer kann auch mit einer Zwischenfrequenz im 70-cm- oder 23-cmBand betrieben werden. Für letztere bietet es sich an, auch auf der ZF-Seite eine Fingerfiltersektion für eine selektive Weiterleitung zur Mischdiode einzusetzen. Eine solche Anordnung ist in Bild 7 skizziert. In Klammern sind die Frequenzen für eine ZF im 13-cm-Band angegeben.

Bild 7
Bild 7: Vorschlag für einen Vervielfacher/Mischer mit ZF im 23- oder 13-cm-Band.

Als Minimum werden je ein Ankoppel- und ein abstimmbarer Finger benötigt. Um mit nur einem Außenprofil auszukommen, sind die Finger für die ZF stark verkürzt. Zur Resonanzabstimmung benötigt man deshalb einen nicht zu kleinen Plattenkondensator.

3. Literatur

  1. Bröker, K.-D., DK1UV: Varaktorverdreifacher 3456 MHz × 3 = 10368 MHz, Dubus Heft 1/1980, Seite 22-23
  2. Dahms, J., DCODA: Fingerfilter-Konverter für die Amateurbänder im GHz-Bereich, UKW-Berichte 17 (1977) Heft 4, Seite 206-220

DK3UC, Uli Mallwitz.