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Die bisher beschriebenen und veröffentlichten 13-cm-Sender arbeiten ausschließlich mit hohen Injektionsleistungen. Leistungsmischer, beispielsweise mit einer Diode BXY28(1), oder mit einer Röhre 2C39(2), benötigen 1,5 bis 2,5 W Oszillatorleistung. Um sie zu erzeugen werden mehrere Leistungs-Varaktoren, sowie ein Leistungsverstärker im Bereich zwischen 350 und 500 MHz eingesetzt. Der mechanische, wie auch der finanzielle Aufwand sind nicht unerheblich. Aus diesen Gründen entstand nun ein Sender, der mit erheblich niedrigeren Kosten und geringem mechanischen Aufwand erstellt werden kann.
Zum Blockschaltbild
Wie Bild 1 zeigt, besteht der Sende-Umsetzer aus 5 Baugruppen; der Fingerfiltermischer und der ZF-Vorverstärker sind ebenfalls eingezeichnet.
Bild 1: Blockschaltbild des transistorisierten 13-cm-Transverters mit Empfangsmischer.
Die Injektionsfrequenz-Aufbereitung (DF5QZ 001) liefert ein äußerst nebenwellenarmes Signal an den Sendemischer (002). Hier wird über eine weitere BNC-Buchse das Oszillatorsignal für den Empfangsmischer abgezweigt. Als Empfänger dient ein Fingerfilter-Mischer mit ZF-Vorverstärker nach (3).
Der Sendemischer ist in Gegentaktschaltung aufgebaut, die das Oszillatorsignal und das 2m-Steuersendersignal in den Nutzfrequenzbereich (2320 - 2322 MHz) hochmischt. Zwei Linearverstärkerstufen heben das Nutzsignal um 10 dB an, bevor es zur 3. Baugruppe gelangt.
DF5QZ 003 ist ein weiterer zweistufiger Linearverstärker, der die zum Ansteuern der Treiber-Baugruppe (004) notwendige Leistung liefert. Es schließt eine Kleinleistungs-Endstufe (005) an, die 1 - 1,2 W Ausgangsleistung zur Verfügung stellt.
1. Injektionsfrequenz-Aufbereitung
Der Quarzoszillator dieser in Bild 2 gezeigten Baugruppe schwingt mit 90,666 MHz. Durch Verzwölffachen entstehen zunächst 1088 MHz (in das Schaltbild sind abgerundete Frequenzen eingetragen). Es folgt ein geätztes 3-Kreis-Filter, welches für ein einwandfreies Spektrum sorgt. Die anschließende Verdopplerstufe wird über den Serien-Resonanzkreis mit L9 angesteuert, und erzeugt die gewünschte Mischfrequenz 2176 MHz. Der Verdopplertransistor T5 arbeitet auf einen λ/2-Luft-Streifenleitungskreis (L10). Um optimalen Wirkungsgrad und gute Selektion zu erreichen, wurde auf die geätzte Ausführung dieses Kreises verzichtet.
Bild 2: Die Injektionsfrequenz-Aufbereitung DF5QZ 001.
Für den Sendemischer wird das Ausgangssignal am 50-Ω-Punkt des Kreises abgenommen, während die Auskopplung für den Empfangsmischer (RX) über einen Koppelbügel in unmittelbarer Nähe des Ausgangskreises geschieht.
Diese Frequenzaufbereitung kann auch für das 23-cm-Band eingesetzt werden, indem man einen 96,000-MHz-Quarz einsetzt, und die letzte Stufe mit T5 wegläßt. Die Ausgangsfrequenz von 1152 MHz wird am 50-Ω-Punkt von L8 (wo sonst L9 angelötet wird) ausgekoppelt. Das 3-Kreis-Filter mit L6...L8 ist hochselektiv, so daß man ein sehr sauberes Mischsignal für 1296-MHz-Geräte mit 144MHz-ZF erhält.
1.1 Bauteile
L1: Fertigspule NEOSID blau/braun
L2: 2 Wdg. versilb. Draht 1 mm, auf 6-mm-Dorn gewickelt, freitragend eingelötet
L3: wie L2
L4 ... L8: geätzt auf DF5QZ 001
L9: Bügel aus vers. Draht 1 mm ø, über 6-mm-Dorn gebogen, 10 mm hoch
L10: Messingblech-Streifen 6 mm breit, 35 mm Gesamtlänge, jedes Ende 4 mm abgewinkelt
Ca, Cb, Cc: Trapezkondensatoren ca. 1 nF; Schlitze in die Platine sägen!
Trimmer: 2 - 12 pF: Folientrimmer gelb (Valve)
0,5 - 6 pF: Folientrimmer grau (Valvo)
0,3 - 3 pF: keram. Spindeltrimmer (Valvo)
Dr.1 ... Dr.5: 2 Wdg. Kupfer-Lack-Draht ca. 0,4 mm ø in eine Ferrit-Dämpfungsperle gewickelt.
Dr.6: 2 Wdg. versilb. Draht 1 mm ø auf 2,5-mm-Dorn gewickelt, freitragend eingelötet.
Weißblechgehäuse: 74 × 148 × 50 (Deckelmaße x Höhe)
1.2 Aufbau
Für die Injektionsfrequenz-Aufbereitung wurde eine beidseitig kaschierte Leiterplatte (DF5QZ 001) entworfen (Bild 3). Sie ist 146 mm × 72 mm groß, und paßt damit in das genannte Weißblechgehäuse. Die Oberseite ist Massefläche, die lediglich um die nicht an Masse gelöteten Bauelementedrähte freigebohrt wird. Da die Massefläche des Bodens Einfluß auf die Ausgangsleistung hat, muß der Deckel auf der Leiterbahnseite rundum verlötet werden. Die Bestückungsseite benötigt keinen Deckelabschluß.
Bild 3: Leiterplatte DF5QZ 001 mit Bestückungsplan
Die Platine wird zunächst jedoch vollständig von der Bestückungsseite her bestückt. Die 3-pF-Spindeltrimmer (liegend) werden von der Leiterbahnseite eingelötet. Wichtig ist, daß die Masse-Anschlüsse dieser Trimmer mit der Bestückungsseite (= Massefläche) verbunden sind. Auch der Ausgangskreis L10 wird von der Leiterbahnseite montiert. Die kalten Enden von L5, L7 und L8 müssen mit einem Kupferblech-Streifen zur Bestückungsseite "durchkontaktiert" werden. Bild 4 zeigt diesen kritischen Teil der Platine.
Bild 4: Aufbau-Detail letzter Verdoppler auf DF5QZ 001.
1.3. Abgleichhinweise
Nachdem der Quarzoszillator eingerastet ist, wird die Frequenz überprüft. Die folgende Verdreifacherstufe überprüft man mit einem Dip-meter oder Frequenzzähler, da neben der benötigten dreifachen Frequenz auch auf die doppelte abgestimmt werden kann. Steht an dieser Stelle die gewünschte Frequenz an, können die nachfolgenden Kreise auf maximale Ausgangsleistung abgestimmt werden. Ein Fehlabgleich ist praktisch ausgeschlossen, da diese Kreise genau bemessen sind. Auch der Abgleich des λ/2-Kreises für die Endfrequenz ist problemlos und eindeutig möglich.
2. Sendemischer
Die Mischerbaugruppe weist 2 × BFR34A als Gegentaktmischer und zwei weitere Transistoren dieses Typs als selektive Linearverstärker auf - Bild 5. Sie ist ebenfalls in einem Weißblechgehäuse untergebracht, wobei die Stufen durch Trennbleche in Kammerbauweise getrennt sind.
Bild 5: Gegentaktmischer, 2-stufiger Linearverstärker und Vorspannungsversorgung.
Verschiedene Versuche, SHF-StandardTransistoren vom Typ BFR34A in geätzten Schaltungen auf Epoxydharz-Material zu betreiben, haben nicht zum gewünschten Erfolg geführt. Wegen der hohen Kosten konnten leider keine Versuche mit PTFE-(Teflon-) Material durchgeführt werden. Sicher erscheint aber, daß die zu erwartenden Leistungen nicht im Verhältnis zum Aufwand stünden.
In der hier vorgeschlagenen Aufbauweise mit λ/2-Luftstreifenleitungen (Bild 6) dürfte es wohl gelungen sein, die bei 2300 MHz erreichbaren Werte der Halbleiter tatsächlich erreicht zu haben. Hinzu kommt die ausgeprägte Selektion der Luftstreifenleitungs-Kreise, die zusammen mit der Kammer-Bauweise für ein einwandfreies Ausgangssignal dieser wichtigen Baugruppe sorgt.
Die hier vorgeschlagene Mischerversion mit eindeutiger Abstimmung des Kollektorkreises auf die Nutzfrequenz korrigiert alte Meinungen, daß eine Mischung nach 2300 MHz mit BFR34A nicht mehr sauber möglich sei. Das Problem dabei sind jedoch nicht die BFR34A, sondern die geätzten Aufbauten in modifizierter DF8QK-Art. Dort tritt wegen undefinierter Selektion die 16fache Frequenz des 2-m-Steuersignals auf, und wird dann verstärkt vom Sender abgestrahlt.
Dieses Problem tritt hier nicht auf, und das anschließende Filter verbessert das Ausgangssignal soweit, daß sich Nebenwellen mehr als ausreichend unterdrücken lassen. Weiterhin entscheidend ist die exakte Anpassung des nachfolgenden Transistor-Eingangs mit Hilfe des Serienkreises L9.
2.1. Bauteile
L1: 5 Wdg. versilb. Draht 1 mm ø auf 5-mm-Spulenkörper mit UKW-Kern; Einkopplung: 2 Wdg. isolierter Draht symmetrisch um den Mittenanzapf von L1. L2 ... L8: Messingblech-Streifen 6 mm breit, Länge vor dem Biegen 35 mm; an beiden Enden 4 mm um 90° abgewinkelt. L9, L10: Bügel aus versilb. 1 -mm-Draht, über 6-mm-Dorn gebogen Dr1, Dr2: λ/4-Drossel für 145 MHz = 50 cm Kupfer-Lack-Draht ca. 0,4 mm ø auf 4-mm-Dorn gewickelt, freitragend Dr3...Dr10:2 Wdg. Kuper-Lack-Draht ca. 0,4 mm ø, auf 2,5-mm-Dorn gewickelt, freitragend C1 ... C9: keram. Miniatur-Spindeltrimmer 0,5 - 3 pF (Valvo) Koppelkondensatoren: keram. Scheiben 10 bis 3 pF Durchführungskondensatoren: ca. 1 nF Weißblechgehäuse: 57 × 111 × 30 (Deckelmaße x Höhe)2.2.Aufbau-Hinweise
Man beginnt entsprechend Bild 6 mit den Bohrungen für die Spindeltrimmer im Bodenblech. Anschließend werden die λ/2-Kreise (mit Bohrungen für die Trimmer in ihrer Mitte), und die Trennwände eingelötet. Die Seitenwände erhalten die Bohrungen für BNC-Buchsen und Durchführungskondensatoren. Nach dem Zusammenbau des Bodenbleches mit den Seitenwänden können die Transistoren, Drosseln, Scheibenkondensatoren, sowie der 144-MHz-Kreis montiert und verlötet werden.
Bild 6: Aufbau der Baugruppe DF5QZ 002 (Mischer und Linearverstärker).
Das Netzwerk zum Einstellen der Mischer-symmetrie und der Arbeitspunkte wird außerhalb dieses Gehäuses auf einer Rasterplatine erstellt. Diese kann später unter den Mischerbaustein geschraubt werden. Bild 7 zeigt einen Prototyp des Verfassers.
Bild 7: Der Prototyp des Verfassers, Baugruppe DF5QZ 002.
2.3. Abgleich
Zunächst legt man Betriebsspannung und Injektionssignal an, und mißt den Spannungsabfall über dem Kollektorwiderstand eines der Mischtransistoren (zwischen +12V und Punkt 3 oder 4). Wenn der Ausgangskreis der Oszillatorbaugruppe (DF5QZ 001) und der Eingangskreis des Mischers in Resonanz gebracht sind, steigt der Spannungsabfall deutlich an. Die Kreise sind auf maximalen Spannungsabfall abzugleichen.
Danach wird ein 2-m-Steuerträger (max. 15 mW!) eingespeist, und der Spannungsabfall am Kollektor-Vorwiderstand des Mischtransistors weiterhin gemessen. Diese Ansteuerung bewirkt einen erneuten Spannungsanstieg. Mit dem Spulenkern in L1 und der Kreiskapazität wird er maximiert. Anschließend den 2-m-Träger wieder abschalten, und die Ruheströme der Transistoren auf ca. 10 mA einstellen.
Das 2-m-Signal wieder einschalten, und den Spannungsabfall am Kollektor-Vorwiderstand des 1. Verstärkertransistors (Punkt 6) messen. Der Kollektorkreis des Gegentaktmischers, der Filterkreis und das Eingangsnetz- werk des 1. Verstärkers müssen nun ebenfalls auf größten Spannungsabfall abgeglichen werden.
Ebenso gleicht man die 2. Verstärkerstufe ab. Es ist darauf zu achten, daß nicht auf die Oszillatorfrequenz abgestimmt wird. Sämtliche Kreise sind scharf genug, um einwandfrei auf Nutz-, Injektions- oder Spiegelfrequenz abgleichen zu können! Als Faustregel gilt: Die Nutzfrequenz ergibt sich bei herausgedrehter Trimmerstellung (geringste Kapazität).
Ein empfindliches, frequenzgeeignetes Leistungs-Meß- oder Anzeigegerät dient zur abschließenden Optimierung dieser Baugruppe. Die Symmetrie des Mischers wird mit Hilfe des Wattmeters auf beste Oszillatorsignal-Unterdrückung eingestellt. Optimale Werte erreicht man allerdings nur mit einem Spektrum-Analysator. Die so gemessene Nebenwellenunterdrückung beträgt 45 dB, die Ausgangsleistung 5 mW.
Nachteilig ist die verwendete Zwischenfrequenz von 144 MHz. Wie bereits erwähnt, fällt die 16-fache Frequenz in das 13-cm-Band. Dieser Nebeneffekt ließe sich durch Wahl einer anderen ZF (beispielsweise das 70-cmBand) sehr einfach verhindern. Am Sichtgerät allerdings läßt sich diese Oberwelle des 2-m-Bandes mit Hilfe des 2-m-Kreises und der Mischer-Arbeitspunkte völlig unterdrücken.
Zur Ausgangsleistung sei gesagt, daß sie ausreicht, um einen 35 km entfernten Transponder (Gemeinschaftsprojekt von DCODA und DF5QZ, Eingabe 2320,13 MHz/Ausgabe 432,75 MHz, Standort DL38e) mit 45 dB über dem Rauschen voll auszusteuern. Der Mischer arbeitet stabil ohne Schwingneigung.
3. Linear Verstärker (2 × BFR34A)
Dieser Kleinleistungsverstärker mit 2 × BFR34A sollte möglichst selektiv bei gleichzeitig hoher linearer Verstärkung werden. Diese Anforderungen lassen sich aus den erwähnten Gründen nur in Kammer-Bauweise und mit Luft-Streifenleitungskreisen realisieren. Die Aufbauweise ist deshalb identisch mit der des 2-stufigen Verstärkers in der Mischerbaugruppe 002. Die HF-Schaltung zeigt Bild 8; Die Vorspannungsversorgung wird nach dem Teilschaltbild in Bild 5 ausgeführt. Eine Vorstellung vom Aufbau vermitteln die Skizze (Bild 9)und das Foto eines Versuchsaufbaus (Bild 10). Die Anordnung der Kreise und der Kammern ist unkritisch, doch sollte der Basisanschluß der Transistoren so kurz wie möglich mit den Trimmern des jeweiligen Anpaßkreises verbunden werden.
Bild 8: Zweistufiger Linearverstärker für ca. 60 mW im 13-cm-Band.
Bild 9: Aufbauvorschlag für die Linearverstärker-Baugruppe DF5OZ 003.
Bild 10: Prototyp DF5QZ 003 des Verfassers.
3.1. Bauteile-Hinweise
L1, L3, L4, L6, L7: Messingblech-Streifen 6 mm breit, 35 mm Gesamtlänge, an beiden Enden 4 mm abgewinkelt (90°)
L2, L5: Bügel aus versilb. 1-mm-Draht, über 3,5-mm-Dorn gebogen, Höhe 8 mm
Trimmer (7 Stück): keram. Miniatur-Spindeltrimmer 0,3 - 3 pF (Valvo)
Weißblechgehäuse: 72 × 57 × 30 (Deckelmaße x Höhe)
3.2. Abgleich
Zunächst stellt man die Ruheströme auf ca. 10 mA ein, und schließt ein Leistungsmeß- oder Anzeigegerät an den Ausgang an. Dann wird das Signal von etwa 5 mW aus der Mischerbaugruppe 002 an die Verstärkerbaugruppe 003 gelegt. Man mißt nun wieder den Spannungsabfall an den beiden Kollektor-Vorwiderständen, und gleich die Schwingkreise auf maximale Anzeige ab. Das Wattmeter sollte schließlich etwa 60 mW anzeigen. Die Verstärkung dieser Baugruppe wurde zu 12 dB gemessen, die 3-dB-Bandbreite zu 23 MHz.
4. Treiberstufe
Bedauerlicherweise gibt es kaum einigermaßen billige Leistungshalbleiter für den Frequenzbereich um 2500 MHz. Ein möglicher Typ wurde in (4) veröffentlicht. Das Layout der dort beschriebenen Platine wurde an einer Stelle modifiziert und dann mit den Transistortypen BFQ68 und BFQ34 getestet. Während der BFQ34 positive Ergebnisse lieferte, erwies sich der BFQ 68 als ungeeignet für diese Platine. Offenbar weichen die S-Parameter dieses Typs zu sehr ab, so daß seine Anpassung nur sehr schlecht zu realisieren ist.
Mit dem BFQ34 dagegen wurde bei 2,3 GHz eine Verstärkung von 5 bis 6 dB gemessen, und dabei eine Ausgangsleistung um 0,5 W erzielt. Es wurde daher nach diesen Vorversuchen die in Bild 11 gezeigt Doppelstufe mit 2 × BFQ34 aufgebaut, die erwartungsgemäß sichere 10 dB Verstärkung erreicht.
Bild 11: Zweistufiger Linearverstärker für ca. 600 mW im 13-cm-Band.
4.1. Zum Aufbau
Der zweistufige Treiberverstärker für 2300 MHz mit 2 × BFQ34 wird auf der in Bild 12 dargestellten Platine DF5QZ 004 aufgebaut. Sie besteht aus glasfaserverstärktem Epoxydharz (G10) und ist 108 mm × 52 mm groß. Damit paßt sie in ein Weißblechgehäuse der Größe 110 × 55 × 30 (Deckelgröße × Höhe). Die beiden Netzwerke zum Einstellen der Ruheströme sind auf einem Stück Rasterplatine außerhalb des Gehäuses untergebracht (Bild 13). Zur Kühlung reicht der Kontakt der Transistorschraubbolzen mit der Bodenplatte des Gehäuses aus. Die Kollektor- und Basis-Fahnen der Transistoren sind vor dem Eintöten mit einer Schere soweit zu kürzen und abzuschrägen, bis sie auf den zugehörigen Leiterbahnen deckungsgleich aufliegen. Die 4 Drosseln sind über den Anschlußdraht geschobene Ferritperlen.
Bild 12: Einseitig kaschierte Epoxy-Platine für den 2xBFQ34-Linearverstärker.
Bild 13: Prototyp DF5QZ 004 des Verfassers.
4.2. Abgleich des Treibers
Den Ruhestrom beider Transistoren stellt man auf 140 mA ein. Der Ausgang wird mit einem Leistungsmesser verbunden, die Treiberleistung zugeführt, und die Spindeltrimmer werden auf maximale Ausgangsleistung abgestimmt. Bei 60 mW Ansteuerleistung wurde eine Ausgangsleistung von 600 mW gemessen. Damit läßt sich eine Röhrenstufe nach (2) auf ca. 6 W aussteuern. Da der Bau einer solchen Röhrenstufe viel Arbeit macht, wurde versucht mit dem verhältnismäßig billigen BFQ34 die Leistung weiter zu verstärken.
5. Endstufe
Mit einer einstellbaren 2320-MHz-Leistungsquelle wurde der BFQ34 bei höheren Steuerleistungen untersucht. Das Ergebnis war, daß bei einer Ausgangsleistung von 1,2 bis 1,5 W die Leistungsfähigkeit dieses Transistortyps erschöpft ist. Ein Parallelschalten von 2 Stück BFQ34 brachte keinen nennenswerten Erfolg.
Um die ermittelten 3 dB Verstärkung im Bereich über 0,5 W sicher zu erreichen, ist ein geätzter Aufbau nach meinen Erfahrungen nicht mehr geeignet. Daher wurden die Anpaßglieder wieder in LuftstreifenleitungsTechnik hergestellt. Bild 14 zeigt das Schaltbild, Bild 15 den Aufbau und Bild 16 einen Prototyp.
Bild 14: 1-W-Endstufe für das 13-cm-Band, DF5QZ 005.
Bild 15: Aufbau am Boden eines Weißblechgehäuses.
Bild 16: Prototyp des 1-W-Endverstärkers DF5QZ 005.
Der Transistor ist auf den Boden geschraubt; außen wird ein 5 mm dickes Aluminiumblech in der Größe des Deckels zur Kühlung angebracht. Das Loch um den Transistor herum wird mit einer Laubsäge sorgfältig so ausge- führt, daß die Basis- und Emitterfahnen keine Bodenblech-Berührung haben.
5.1. Bauteil-Hinweise
L1: Messingblech-Streifen 6 mm breit, 15 mm lang, 4 mm über dem Bodenblech angebracht
L2: Messingblech-Streifen, 10 mm breit, 25 mm lang; Kollektorseitiges Ende 4 mm abwinkeln, anderes Ende abschrägen wie Bilder 14 und 16 zeigen, 6 mm über dem Bodenblech anbringen.
Dr1: versilb. Draht 1 mm ø, 10 mm lang
Dr2, Dr4: übergeschobene Ferritperle
Dr3: versilb. Draht 2 mm ø, 10 mm lang
Trimmer: 4 Stück keram. Miniatur-Spindeltrimmer 0,3 - 3 pF (Valvo) C1: freitragend zwischen Buchse und L1; C2...C4: liegend.
Weißblechgehäuse: 74 x 74 x 30 (Deckelmaße x Höhe)
Basis- und Kollektorspannungsversorgung: wie beim Treiber DF5QZ 004
5.2. Abgleich der Endstufe
Leistungsmesser mit dem Ausgang verbinden, und den Ruhestrom auf 140 mA einstellen. Treiberleistung zuführen und auf maximale Ausgangsleistung abgleichen. Sie beträgt beim Mustergerät bei 500 bis 600 mW Ansteuerung 1 bis 1,3 W. Zum Schluß möchte ich Herrn Bernd Bartkowiak (DK1VA) danken, der mir den Spektrum-Analysator AILTECH 757 und den Meßsender HP 8654 B zur Verfügung stellte.
6. Literatur
- Heidemann, R., DC3QS: SSB-Sendemischer für die SHF-Bereiche; Teil 1: 13-cm-Band, UKW-Berichte 18 (1978) Heft 2, Seite 105 - 115
- Senckel, H. J., DF5QZ: Misch- und Linearverstärker-Stufe für das 13-cm-Band mit der Röhre 2C39
- Dahms, J., DCODA: Fingerfilter-Konverter für die Amateurbänder im GHz-Bereich, UKW-Berichte 17 (1977) Heft 4, Seite 206 - 220
- Heidemann, R., DC3QS: Linearer 1-W-Verstärker für das 13-cm-Band, UKW-Berichte 21 (1981) Heft 2, Seite 101 - 103
DF5QZ, Hans-Joachim Senkel.