Úvod Amatérske rádio uBITX IMD modifikácie – aktualizované

uBITX IMD modifikácie – aktualizované

ZDIEĽAŤ
IMD produkty s MSA-1105 MMIC pri výkone 2W
IMD produkty s MSA-1105 MMIC zosilňovačom a 45 MHz filtrom pri výkone 2W

Stavebnice transceivera uBITX pre sa vyznačovali v nižších verziách zlými intermodulačnými vlastnosťami pri vysielaní. To znamená, že vysielaný signál by zaberal na pásme oveľa väčšiu šírku pásma ako je prípustné a mohol spôsobovať rušenie okolitých frekvencií. Intermodulačné produkty sa merajú dvojtónovou skúškou. Článok popisuje úpravu, ktorá kvalitu vysielaného signálu výrazne vylepší.

Dvojtónová skúška SSB vysielača

Warren WA8TOD spravil veľmi podrobné merania dvojtónovou SSB skúškou. Dvojtónová skúška vychádza z princípu, že do SSB vysielača sa privedú dva nízkofrekvečné modulačné signály, napríklad 700 Hz a 1900 Hz. Na nelinearitách vysielača vzniknú nové signály, ktorým hovoríme intermodulačné produkty. V praxi sa najčastejšie merajú IMD produkty 3. a 5.rádu. Na základe ich krivky sa dá potom odhadnúť aj generovanie IMD produktov vyšších rádov.

Čo je zdrojom IMD produktov v uBITX?

WA8TOD zistil, že hlavný zdrojom IMD produktov sú bi-drekcionálne zosilňovače. Z hľadiska zjednodušenia konštrukcie je pôvodné zapojenie upravené, čo sa prejavuje vo väčšej frekvenčnej závislosti, no najmä horších IMD vlastnostiach.

Druhou príčinou sú vlastnosti zmiešavačov a aktívnych prvkov. Tie z princípu vytvárajú ďalšie IMD produkty a ovplyvňujú nimi aj jednotlivé časti vysielača.

Spôsoby vylepšenia IMD produktov v uBITX

To nasmerovalo viacero konštruktérov, ktorí realizovali sériu úprav. Novšie verzie transceivera uBITX majú už určité vylepšenia priamo zapracované. Došlo najmä k zmene frekvencií v uBITX, tranzistorov v zosilňovačoch, úprave pracovného bodu zosilňovača a pridaniu LC filtra za druhý bi-direkcionálny zosilňovač.

Warren vyskúšal zmenu bi-drekcionálnych zosilňovačov za jednoduché zosilňovače s MMIC. Dosiahol markantné zlepšenie IMD produktov. V rámci širšie generovaného spektra však ani táto úprava celkom nerieši čistotu vysielaného signálu v rámci krátkovlnného spektra. Preto je účelné buď použitie prídavného filtra 45 MHz (verzia 3) alebo LC filtra.

IMD modifikácia a merania IMD produktov uBITX

Ako prvé som vykonal improvizované meranie IMD produktov uBITX. Využil som online generátor dvojtónového signálu zo stránky http://www.onlinetonegenerator.com/binauralbeats.html Prvý signál mal sínusový priebeh na frekvencii 700 Hz. Druhý rovnaký priebeh signálu na frekvencii 1900 Hz. Odstup týchto signálov bol teda 1200 Hz alebo inak povedaná 1,2 kHz.

Tento signál bol privedený do transceivera prepnutého na vysielanie SSB. Za bi-direkcionálnym zosilňovačom na medzi frekvencii 45 MHz bol zaradený delič 1200 / 50 ohmov cez kondenzátor 1nF. Na tento bod bol pripnutý lacný SDR prijímač s RTL2832. Ako software bol použitý SDR Console. Ide síce o provizórne a orientačné meranie, ale dokáže veľmi pomôcť.

Merania IMD produktov uBITX

Najprv boli zmerané produkty neupraveného zosilňovača pričom výstupný výkon bol nastavený pomocou wattmetra na 2W:

IMD produkty originálne zapojenie uBITX
IMD produkty originálne zapojenie uBITX

Na frekvenciách 44 991,8 kHz a 44 993 kHz je vidieť oba modulačné signály. To, že frekvencia je niekoľko kHz nižšie je zrejme dôsledok odchýlky frekvencie SDR. Na jednu aj druhá stranu vidieť viacero špičiek, z ktorých nás najviac zaujímajú tie na 44 994,2 kHz (teda o 1,2 kHz vyššie od vrchnej frekvencie. To je IMD 3.rádu a pokiaľ budeme indikácii veriť, je len -12dB pod úrovňou modulačných signálov.  O 1,2 kHz opäť vyššie (44 995,4 kHz) sa nachádza IMD 5.rádu. Ten je cca. -22 dB pod úrovňou modulačných signálov.

IMD produkty s MSA-1105 MMIC
IMD produkty s MSA-1105 MMIC zosilňovačom a 45 MHz filtrom pri výkone 3W

Následne bol zaradený upravený zosilňovač s filtrom. Tento zosilňovač má o máličko vyšší zisk, takže výstupný výkon sa priblížil k 3W. Tu je nastavená troška iná šírka pásma pri meraní, no hneď sa dá spozorovať, že výsledný signál je čistejší. IMD 3.rádu sú cca. -23 dB pod úrovňou modulačných signálov a IMD 5.rádu cca. -33 dB pod úrovňou modulačných signálov.

Posledné meranie bolo vykonané so zosilňovačom filtrom, no moduláciou tak, aby výstupný výkon bol opäť 2W:

IMD produkty s MSA-1105 MMIC pri výkone 2W
IMD produkty s MSA-1105 MMIC zosilňovačom a 45 MHz filtrom pri výkone 2W

IMD 3.rádu sú cca. -34 dB pod úrovňou modulačných signálov a IMD 5.rádu cca. -41 dB pod úrovňou modulačných signálov. Toto je už veľmi čistý signál na jednoduchý transceiver a úplne vyhovujúci na prevádzku na rádioamatérskych pásmach.

Modifikácia v uBITX za účelom zlepšenia IMD produktov

Pôvodný bi-direkcionálny zosilňovač s tranzistormi Q20, Q21 a Q22 bol vyradený. Kondenzátory C20 a C22 boli vyletované z plošného spoja. Zosilňovač bol postavený na kúsku univerzálneho plošného spoja. Oba stupne sú osadená MMIC MSA-1105 (domáce zásoby). Zisk týchto stupňov by mohol byť cca. 2x 12dB.

Zosilňovač MMIC MSA-1105 a filter 45 MHz
Zosilňovač MMIC MSA-1105 a filter 45 MHz
Plošný spoj v uBITX
Plošný spoj v uBITX

Za nimi nasleduje transformátor, ktorého úlohou je prispôsobiť impedanciu výstupu zosilňovačov (50 ohmov) ku impedancii kryštalového filtra 45MHz (ebay). Tá je odhadovaná na 600 ohmov. Transformátor ma 2 závity na primárnom vinutí, 7 závitov na sekundárnom vinutí. Rovnaký je aj výstupný transformátor, ktorý je však zapojený opačne. Tým sa dosiahne opäť impedancia 50 ohmov. Používa sa dvojotvorové jadro BN 43-2402 (nie je podmienkou). Výstup je zapojený priamo na zmiešavač (nepoužíva sa ani R27).

Schéma zapojenia

Schéma zapojenia MMIC zosilňovača s filtrom pre uBITX
Schéma zapojenia MMIC zosilňovača s filtrom pre uBITX

Zosilňovač je uchytený nad hlavným plošným spojom uBITX. Takto sa dosahujú relatívne krátke prípojky.

Záver

Popisovanou úpravou je možné výrazne zlepšiť IMD uBITX transceivera. Ideálne by bolo vymeniť aj prvý bi-direkcionálny zosilňovač na frekvencii 12 MHz, čím by sa kvalita výstupného signálu ešte zlepšila.

Zároveň je prezentovaný spôsob merania IMD produktov SSB vysielačov, ktorý je dostupný širokému spektru rádioamatérov nakoľko nevyužíva žiadnu nedostupnú techniku.

Použité zdroje

http://www.onlinetonegenerator.com/binauralbeats.html

https://ubitx.net/2018/09/15/details-of-the-anti-spurs-mod-added-45mhz-filter/

https://ubitx.net/2018/10/21/the-last-challenge-reducing-imd/

https://ubitx.net/2018/09/15/on-the-matter-of-ubitx-imd/

https://ubitx.net/2018/09/15/imd-using-an-alternative-mmic-amplifier/

https://www.sdr-radio.com/download

Update 30.05.2020 – zmena aj prvého zosilňovača na SNA586 MMIC

Tento výrazný posun v kvalite vysielaného signálu rozhodne stojí za použitie MMIC aj miesto zosilňovača Q40 – Q42. Kvôli nízkej frekvencii by bol použitý iný MMIC, SNA586. Výsledky meraní:

IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zosilňovačom a 45 MHz filtrom pri výkone 2W
IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zosilňovačom a 45 MHz filtrom pri výkone 2W

Pri výkone 2W sú IMD produkty 3.rádu potlačené o fantastických -45dB!

IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zosilňovačom na 45 MHz filtrom pri výkone 5W
IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zosilňovačom na 45 MHz filtrom pri výkone 5W
IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zosilňovačom na 45 MHz filtrom pri výkone 10W
IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zosilňovačom na 45 MHz filtrom pri výkone 10W

Pokiaľ zvýšime budenie, tak IMD produkty vzrastú. Tu by sa dalo uvažovať, či neupraviť úroveň budenia vysielača trimrom RV1. Ak totiž IMD produkty vznikajú v prvých zosilňovačoch, tak zvýšením budenia poddimenzovaného koncového stupňa by sa mohla kvalita výstupného signálu zlepšiť.

Dá sa však povedať, že ak obmedzíme výstupný výkon na 3W a menej, tak je možné budiť takýmto vysielačom aj koncový stupeň bez obáv z toho, že by bol signál nekvalitný.

ZDIEĽAŤ
Predchádzajúci článokCQ WPX Contest 2020
Viliam OM0AAO / OM0A
Od roku som sa začal pravidelne zúčastňovať rádioamatérskych pretekov, najprv samostatne na VKV, neskôr v klube OM3RKP tiež na VKV. Od získania prístupu na KV sa venujem len tejto oblasti, predovšetkým contestingu (CQWW, IARU HF, SSB Liga, OMAC a iné).