23cm LNA - 1296MHz fejerősítő készítése
A HA5KFZ klubállomáson évek óta használjuk a 23cm-es sávot versenyzésre. Az első fejlesztés egy szekvenszerrel egybeépített 40W-os végfok volt, amely jelentősen javította a versenyeredményeinket, de előerősítő nélkül a nagy DX-ek elmaradtak.
A végvok relévezérlésénél bekerült a szekvenszerbe az LNA táprelé kapcsolása is- de az LNA eddig váratott magára.
A szekvenszer (sorrendkapcsoló) fontossága:
Adásra kapcsolás ELŐTT át kell kapcsolni az antennaágban lévő reléket vételtől adásra, hogy ne adhassunk rá az előerősítő kimenetére. Az SSB üzemmód ugyan minimálisan védi a relét - hiszen a PTT-nyomás után szólalunk meg (van pár 100ms a teljesítmény megjelenéséig) de ez csak elméletben igaz, mert a PTT mikrokapcsoló kattanása és a mikrofon testének recsegése jó pár Watt teljesítményként jelentkezik az antennaporton a kapcsolás pillanatában.
Hogy ez a teljesítmény ne jelenhessen meg a vevőerőrístőnk bemenetén, az adót, végfokot és LNA-t egymáshoz képest időzítve kell kapcsolni.
Esetünkben a sorrend vételről adásra kapcsolásnál: PTT > LNA átkapcsolása adásra > Adó végfok kimeneti relé átkapcsolása > Adó végfok bemeneti relé átkapcsolása > Adásra megy a 2m/23cm keverő > Rádió adásra kapcsol (Az egész kb 400ms)
Ha CW üzemet használunk, a relék fokozott terhelése miatt a BK üzem nagyon nem ajánlott! (egy relé kb 15000Ft, az előerősítő kb 40 000, tehát közel 100 000 Ft körüli kárral számolhatunk egy meghibásodás esetén)
Az LNA kiválasztása:
A fejerősítő legfontosabb paramérterei:
- -Maximálisan engedélyezett bemeneti teljesítmény;
- -Zajszám;
- -Harmadrendű intermodulációs pont értéke;
- -Erősítés értéke;
- -Sávszűrés lehetősége
A bemeneti teljesítmény megadja, hogy milyen minűségű relével kell elválasztani az adóoldaltól / mekkora teljesítmény kerülhet rá a be vagy kimenetére. Esetünkben az adóteljesítmény 43dBm, a relé csillapítás minimum 60dB, igy az LNA várhatóan -17dBm idegen jelet fog kapni.
A zajszám jelentése az, hogy az erősítő lezárt és zajmentes bemenet mellett mennyivel emeli meg a kimenet zaját. A 0,3..1dB közötti érték jónak mondható
A harmadrendű intermodulációs pont (IP3) az erősítő túlvezérelhetőségét jelenti. Ha a sávban egyetlen nagyszintű állomás hallható (és a sávon kívüli tartományban is) akkor a nagyerejű állomás jelemiatt az LNA elkezd felharmonikusokat termelni a 3. 5. 7. ...felharmónikus frekvencián. (pl egy 144.2 MHz-es távíró állomás az LNA után kapcsolt rádiónkon vehető lesz 432.6, 721 és 1012.2 MHz-en is. Ez alapjában nem is lenne probléma, hiszen ott nem veszünk, a jel pedig csak a rádiónkon belül jelentkezik. Azonban ha két, vagy több nagy szintű állomás is van az antenna kábelén, ezek frekvenciáinak x3, x5, x7 értékeinek különbségei és összegei is megjelennek, és ezek már könnyen kerülhetnek a vételi sávba. Az erősítő IP3 értéke legyen minnél nagyobb, biztosítva ezzel a tiszta sávot akkor is, ha valaki 500W-al CQ zik a sávban 20kHz-el alattunk! Az IP3 számítása: Ha egy erősítő IP3 értéke 35dBm, az azt jelenti, hogy két darab közel 4W telejesítményű jel kell a bemenetén ahhoz, hogy a kimeneten mért kikeveredett jel ugyan akkora legyen, mint a kimeneten mérhető két mérőjel. (persze megette a fene, ha a zavarjelek S9+60 -nal vehetők a rádión de nem is jellemző a 4W-os benenő az antenna felől...)
Több információ: https://rf-tools.com/ip3/description.html
| Folytassuk
az erősítés
értékével. Az ideális
értéke egy ideális
világban annyi, amennyi az antenna és a
rádiónk közötti
kábel
csillapítása. Ez persze ideálisan 0,
tehát nem kell LNA :) A profi
rendszereknél az érték
valóban a
kábelcsillapítással egyezik meg, mert
a rádió vevőjének elhiszik, hogy
tökéletes - így külső
erősítőt nem
kell használni hozzá - és a profik nem
akarnak zajszint alól ismeretlen
jeleket kihalászni - egyszóval a DX
terjedés problémákat okoz,
és nem
örömet. A rádióamatőr viszonylatban azonban a DX az élet sava-borsa, ezért a lehető legnagyobb erősítés kell a bemeneten. Azonban az erősítést az erősítő zaja, IM3 pontja korlátozza, hiszen az erősítés növelésével előbb-utóbb az LNA zaját fogjuk halgatni az állomások helyett a rádióban. Az állandó alapzajt a rádió bemenő jelnek értékeli, és elkezdi visszavenni az erősítését. Ez látszik az AGC értéken, illetve elkezd emelkedni az S-mérő mutatója. Az AGC leszabályozás elkerülése: HA5ED Ernő szerint az ideális az, ha az LNA a rádión S1-nél nem okoz nagyobb bemenő zajt. Ehhez kell beállítani az előerősítés értéket, ami gond, hiszen legtöbbször az előerősítők erősítésének értéke nem szabályozható. Megoldás gyanánt a veőoldalra, az LNA UTÁN akkora csillaptást kell betenni, mi mellett beáll az S1-es vételi zajszint. A csillapítást az LNA bemenére tenni a konstruktőr súlyos hibája lenne, ugyanis szabály szerint az első erősítő bemenetén lévő csillapítás értékével azonos szintű zajt generál a rendszerbe. (10dB csillapítás esetén és 0,3dB LNA zaj melett az eredő 10.3dB LNA zaj lesz!) |
 |
Ezzel alacsony zajszint, jó IM3 érték és nagy erősítés érhető el.
A szűk átviteli ablakú erősítők több körösek, ezért nagyobb a beiktatási csillapításuk. Ráadásúl ezek jelentős, sok mikroszekundumos késleltetést is okoznak, szerencsére ez rádióamatőr viszonylatban teljesen mellékes paraméter.
Mitől kell védeni az LNA bemenetét egy amatőrnek?
- Elsősorban a saját, alsó sávi jeleitől, ha az állomáson több sávon rádióznak egyszerre.
- Másodsorban a külső zavaroktól
- Sávon belüli nagyszintű jelek (Csak a jó IM3 a védelem)
- Külső forrásból származó jelek (TV, Rádióadók)
A fentiek szerint a szűrő átviteli karakterisztikája legyen állandó jó a sávon kívüli jelekre, és kíváló az Fo/3 frekvenciájú alsó rádióamatőr sáv jeleire.
Megjegyzés: Maradjunk a 2m/70cm általános példánál. Az állomáson 144 és 432MHz-en egyszerre üzemeltetnek berendezéseket.
-Ha a 70cm-es rádió vevőjében tisztán hallatszik a 2m-en üzemelő adó, akkor az azért van, mert a 2m-es adó által kibocsájtott 3. felharmónikust vesz a 70cm RIG. Ezzel a vételi problémával a 70cm -es rádiónál nem lehet semmit tenni, hiszen a jel külső forrásból érkezik, nem a rádióban vagy előerősítőben keletkezik. Ez esetben felülvágó szűrőt kell tenni a 2m-es adó kimenetére, hogy a rádió átlag 60dBc-s (vivőhöz viszonyított hartmadrendű zavarjel érték) jelet további 40-50dB csillapítással elnyomjuk. Sajnos, tökéletes elnyomás nem létezik, a jel mindíg vehető lesz, de nem mindegy, hogy kitakarja-e a gyenge 432MHz-es bejövő jeleket, vagy halkan közöttük hallatszik.
-Ha a 70cm-es vevőben minden frekvencián durván megnő a sávzaj, illetve erős ismétlődő, több helyen vehető jelek jelennek meg, az a 70cm-es bemenet túlvezérlődésére utal. Erre jó a bemeneti szűrő és a jó IM3 érték.
F1OPA LNA: két erősítő elem között strip-line szűrő az alsóbb sávokra - Az erősítés 35dB
Az erősítő modul mérése 432MHz és 2,1GHz között történt -30dBm es meghajtó jel mellett.
Két mérési markert használva ellenőrízhető volt az átviteli sáv erősítésének értéke és a 432Mhz-es sáv átvitele is:
ADÁS/VÉTEL VÁLTÓ RELÉK
Szóba került korábban a relé vezérlése és paramétetrei. A paraméterek közül a legfontosabbak:
- Impedancia
- Maximális kapcsolható teljesítmény
- Beiktatási csillapítás
- Izoláció
- Működtető áram/feszültség
- Megbízhatóság
A jól tervezett méretek magadják a jó impedanciát valamint a használt anyagok (aranyozás) minősége a kis beiktatási csillapítást (0,5dB alatt)
A maximális kapcsolható teljesítmény lehet jóval kevesebb az általunk használt kimenőnél, mert a szekvenszer meakadályozza a teljesítmény alatti kapcsolást, ezzel a beégést.
Az izoláció az egyik legfontosabb kérdés, hiszen GHz-es tartományban már szinte minden antennaként viselkedik a relén belül is. Ezáltal a jel átkerülhet a relé által leválasztott kontaktusokra is. Ha a két kikapcsolt láb között a jel ezrede mégis átmegy (30dB csillapítás) a végfokozatunk akár tönkre is teheti az érzékeny előerősítőnket.
Hosszú távú tapasztalatok alapján bebizonyosodott, hogy a félvezetők statisztikailag jobban viselik a túlvezérlést táp alatt. Ez azt jelenti, hogy az LNA jobban jár, ha állandó tápot kap az erősítője, az adás/vétel váltást pedig másik vezetéken csak a reléket kapcsolja.
HA5ED Ernő szerint a "sokat látott" koax relék kontaktusait un. nedvesíteni kell a használat előtt. A kontaktusokon ugyanis az állás miatt vékony oxidhártya alakul ki, amely pár mA kapcsolgatása hatására leválik, ezzel a relé megbízhatósága újra megfelelő lesz.
A kapcsolandó áram DC 20-50mA, a relét pedig 10-50Hz -el kell kapcsolgatni pár percig a kívánt tisztító hatás eléréséhez.
Koax relé nedvesítése:
Koax relé beiktatási csillapítás / izoláció mérése:
A kész, felszerelhető fejerősítő beépítése egy LNA célra készült kültéri dobozba történt, de sok gondot okozott az, hogy az erősítő túl nagy erősítéssel rendelketett: közel 35dB-t mértem. A túlzott erősítés S4-re emelte az FT-290 térerőjelzőjének mutatóját, és emellett beindult a beépített ALC.
Ez első mechanikailag kifogástalan és szép megoldásban sajnos nem volt helye a kimeneti csillapítónak:
Nagyon sok próbálkozás után sikerült elérni, hogy elférjenek a semirigid kábelek és a csilapítók is a relék kimenetén, és az egész beleférjen a kültéri dobozba:
(Az erősítő modul kimenetén a két db 3dB 2W csillapító, amelyek értéke későbbiekben változtatható lesz, a versenyzési tapasztalatoknak megfelelően.)
Az összeszerelt, ipari vizmentes DC csatlakozóval ellátott kültéri LNA-t ezek után ellenörző mérésnek vetettem alá, hogy bizos legyen a relék működése, és ellenőríztem szakadt bemenetes működéssel az esetleges gerjedékenységet is.
KEGÉSZÍTÉS - A linearitás mérése 2020-08-04
Az LNA akkor éri el működésének optimális értékét, ha a teljes vételi láncban lévő összes erősítő/ keverő/ demodulátor..stb.. túlvezérlés nélkül, ideálisan üzemel, a maximális dinamikatartomány elérése mellett.
Mivel az UHF-SHF sávokon sok esetben transvertereket használunk a kívánt frekvencia eléréséhez az alacsonyabb sávon üzemelő TCVR mellé, az átviteli láncban lévő aktív ezközök száma megsokszorozódik.
Hogyan lehet mégis, az összes elem egyenkénti behangolása és szintezése nélkül beállítani az ideális bemeneti erősítést a rendszerünkhöz?
Ha rendelkezünk hangfrekvenciás "csővoltmérővel" amely dB skálán tud mérni, a megoldás az alábbi:
1 Kikapcsoljuk (kikötjük) a vevőágba lévő LNA-t.2 A rádió bemenetére lezárót teszünk, vagy a sáv egy csendes helyére hangolunk.
3 A hangerő szabályozót halk, de hallható sustorgásra állítjuk, és továbbiakban nem szabad hozzányúlni.
4 A szintmérővel (1980 előtt születetteknek CSVM) megmérjük a hangszóróból jövő jel szintjét. pl -35dBm
5 Generátorról adunk, vagy a sávban lévő amatőr barátunktól kérünk egy gyenge vivőt, amin maximális kitérésre hangolunk.
6 Szimtmérővel ismét megmérjük a hangszóró jelszintjét. pl -15dBm
A két mérési érték között 20dBm szintkülönbség van. Ez a szám jelenleg még semmire sem használható.
7 Bekötjük, vagy bekapcsoljuk az előerősítőt, melynek erősítése előzőleg ismert: 22dB
8 Ismét végigcsináljuk lezáróval és bemeneti jellel a mérésket.
Fontos, hogy a bemeneti jel értékén ne változtassunk, és a hangoláson / szűrők beállításán sem!
9 Az új szinkülönbség nagyobb lesz, pl 38dBm.
A két mért szintkülönbség közötti érték a példában 18 dBm. Az erősítő mért értéke 22dBm, tehát a TELJES ERŐSÍTÉSI LÁNC közel ideálisan üzemel.
Ha a két szint nagyon eltér egymástól , az azt jelzi, hogy az erősítési láncban valahol leszabályozás történt, túlvezérlés miatt.
A fenti mérés természetesen AM (CW-SSB) üzemmódok esetén működik, hiszen ekkor a kimeneti hangerőszabályozó éppen úgy része az erősítési láncnak, mint az előerősítő.
Jó munkát, köszönöm HA5ED Ernő tanácsait!
| Látogass
el a Ganz
Rádióklub facebook oldalára is! Videók, információk, leírások, fotók... |
 |
