Úvod amatérské rádio uBITX IMD modifikace – aktualizováno

uBITX IMD modifikace – aktualizováno

SDÍLET
IMD produkty s MSA-1105 MMIC pri výkone 2W
IMD produkty s MSA-1105 MMIC zesilovačem a 45 MHz filtrem při výkonu 2W

Stavebnice transceiveru uBITX pro se vyznačovaly v nižších verzích špatnými intermodulačním vlastnostmi při vysílání. To znamená, že vysílaný signál by zabíral na pásmu mnohem větší šířku pásma než je přípustné a mohl způsobovat rušení okolních frekvencí. Intermodulační produkty se měří dvoutónovou zkouškou. Článek popisuje úpravu, která kvalitu vysílaného signálu výrazně vylepší.

Dvoutónová zkouška SSB vysílače

Warren WA8TOD udělal velmi podrobné měření dvoutónovou SSB zkouškou. Dvoutónová zkouška vychází z principu, že do SSB vysílače se přivedou dva nízkofrekvečné modulační signály, například 700 Hz a 1900 Hz. Na nelinearita vysílače vzniknou nové signály, kterým říkáme intermodulační produkty. V praxi se nejčastěji měří IMD produkty 3. a 5.rádu. Na základě jejich křivky lze pak odhadnout i generování IMD produktů vyšších řádů.

Co je zdrojem IMD produktů v uBITX?

WA8TOD zjistil, že hlavní zdrojem IMD produktů jsou bi-drekcionálne zesilovače. Z hlediska zjednodušení konstrukce je původní zapojení upraveno, což se projevuje ve větší frekvenční závislosti, ale zejména horších IMD vlastnostech.

Druhou příčinou jsou vlastnosti směšovačů a aktivních prvků. Ty z principu vytvářejí další IMD produkty a ovlivňují nimi i jednotlivé části vysílače.

Způsoby vylepšení IMD produktů v uBITX

To nasměrovalo několik konstruktérů, kteří realizovali sérii úprav. Novější verze transceiveru uBITX mají již určité vylepšení přímo zapracovány. Došlo zejména ke změně frekvencí v uBITX, tranzistorů v zesilovačích, úpravě pracovního bodu zesilovače a přidání LC filtru za druhý bi-direkcionálny zesilovač.

Warren vyzkoušel změnu bi-drekcionálnych zesilovačů za jednoduché zesilovače s MMIC. Dosáhl markantní zlepšení IMD produktů. V rámci širší generovaného spektra však ani tato úprava zcela neřeší čistotu vysílaného signálu v rámci krátkovlnného spektra. Proto je účelné buď použití přídavného filtr 45 MHz (verze 3) nebo LC filtru.

IMD modifikace a měření IMD produktů uBITX

Jako první jsem provedl improvizované měření IMD produktů uBITX. Využil jsem online generátor dvoutónové signálu ze stránky http://www.onlinetonegenerator.com/binauralbeats.html první signál měl sinusový průběh na frekvenci 700 Hz. Druhý stejný průběh signálu na frekvenci 1900 Hz. Odstup těchto signálů byl tedy 1200 Hz nebo jinak řečena 1,2 kHz.

Tento signál byl přiveden do transceiveru přepnutého na vysílání SSB. Za bi-direkcionálnym zesilovačem na mezi frekvenci 45 MHz byl zařazen dělič 1200 / 50 ohmů přes kondenzátor 1nF. Na tento bod byl připnutý levný SDR přijímač s RTL2832. Jako software byl použit SDR Console. Jde sice o provizorní a orientační měření, ale dokáže velmi pomoci.

Měření IMD produktů uBITX

Nejprve byly změřeny produkty neupraveného zesilovače přičemž výstupní výkon byl nastaven pomocí wattmetru na 2W:

IMD produkty originální zapojení uBITX
IMD produkty originální zapojení uBITX

na frekvencích 44 991,8 kHz a 44 993 kHz je vidět oba modulační signály. Na, že frekvence je několik kHz níže je zřejmě důsledek odchylky frekvence SDR. Na jednu i druhá stranu vidět několik špiček, z nichž nás nejvíce zajímají ty na 44 994,2 kHz (teda o 1,2 kHz výše od vrchní frekvence. to je IMD 3.řádu a pokud budeme indikaci věřit, je pouze 12dB pod úrovní modulačních signálů. O 1,2 kHz opět výš (44 995,4 kHz) se nachází IMD 5.rádu. Deset vás cca. -22 dB pod úrovní modulačních signálů.

IMD produkty s MSA-1105 MMIC
IMD produkty s MSA-1105 MMIC zesilovačem a 45 MHz filtrem při výkonu 3W

Následně byl zařazen upravený zesilovač s filtrem. Tento zesilovač má o maličko vyšší zisk, takže výstupní výkon se přiblížil k 3W. Zde je nastavena troška jiná šířka pásma při měření, no hned se dá zpozorovat, že výsledný signál je čistší. IMD 3.řádu jsou cca. -23 dB pod úrovní modulačních signálů a IMD 5.rádu cca. -33 dB pod úrovní modulačních signálů.

Poslední měření bylo provedeno se zesilovačem filtrem, no modulací tak, aby výstupní výkon byl opět 2W:

IMD produkty s MSA-1105 MMIC při výkonu 2W
IMD produkty s MSA-1105 MMIC zesilovačem a 45 MHz filtrem při výkonu 2W

IMD 3.řádu jsou cca. -34 dB pod úrovní modulačních signálů a IMD 5.rádu cca. -41 dB pod úrovní modulačních signálů. Toto je již velmi čistý signál na jednoduchý transceiver a zcela vyhovující pro provoz na amatérských pásmech.

Modifikace v uBITX za účelem zlepšení IMD produktů

Původní bi-direkcionálny zesilovač s tranzistory Q20, Q21 a Q22 byl vyřazen. Kondenzátory C20 a C22 byly vyletované z plošného spoje. Zesilovač byl postaven na kousku univerzálního plošného spoje. Oba stupně jsou osazena MMIC MSA-1105 (domácí zásoby). Zisk těchto stupňů by mohl být cca. 2x 12dB.

Zesilovač MMIC MSA-1105 a filtr 45 MHz
Zesilovač MMIC MSA-1105 a filtr 45 MHz
Plošný spoj v uBITX
Plošný spoj v uBITX

Za nimi následuje transformátor, jehož úkolem je přizpůsobit impedanci výstupu zesilovačů (50 ohm) v impedancii krystalového filtru 45MHz (ebay). Ta je odhadována na 600 ohm. transformátor mě 2 závity na primárním vinutí, 7 závitů na sekundárním vinutí. Stejný je i výstupní transformátor, který je však zapojen opačně. Tím se dosáhne opět impedance 50 ohm. Používá se dvouotvorová jádro BN 43-2402 (není podmínkou). Výstup je zapojen přímo na směšovač (nepoužívá se ani R27).

schéma zapojení

Schéma zapojení MMIC zesilovače s filtrem pro uBITX
Schéma zapojení MMIC zesilovače s filtrem pro uBITX

Zesilovač je uchycen nad hlavním plošným spojem uBITX. Takto se dosahuje relativně krátké přípojky.

závěr

Popisovanou úpravou lze výrazně zlepšit IMD uBITX transceiveru. Ideální by bylo vyměnit i první bi-direkcionálny zesilovač na frekvenci 12 MHz, čímž by se kvalita výstupního signálu ještě zlepšila.

Zároveň je prezentován způsob měření IMD produktů SSB vysílačů, který je dostupný širokému spektru radioamatérů jelikož nevyužívá žádnou nedostupnou 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

Aktualizace 30.05.2020 – změna i prvního zesilovače na SNA586 MMIC

Tento výrazný posun v kvalitě vysílaného signálu rozhodně stojí za použití MMIC i místo zesilovače Q40 – Q42. Kvůli nízké frekvenci by byl použit jiný MMIC, SNA586. výsledky měření:

IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zesilovačem a 45 MHz filtrem při výkonu 2W
IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zesilovačem a 45 MHz filtrem při výkonu 2W

při výkonu 2W jsou IMD produkty 3.řádu potlačené o fantastických -45dB!

IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zesilovačem na 45 MHz filtrem při výkonu 5W
IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zesilovačem na 45 MHz filtrem při výkonu 5W
IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zesilovačem na 45 MHz filtrem při výkonu 10W
IMD produkty s MSA-1105 a SNA586 MMIC zesilovačem na 45 MHz filtrem při výkonu 10W

Pokud zvýšíme buzení, tak IMD produkty vzrostou. Zde by se dalo uvažovat, zda nezvolit úroveň buzení vysílače trimrem RV1. Pokud totiž IMD produkty vznikají v prvních zesilovačích, tak zvýšením buzení poddimenzovaného koncového stupně by se mohla kvalita výstupního signálu zlepšit.

Dá se však říci, že pokud omezíme výstupní výkon na 3W a méně, tak je možné budit takovým vysílačem i koncový stupeň bez obav z toho, že by byl signál nekvalitní.

SDÍLET
Předchozí článekCQ WPX Contest 2020
Další článekOM LOW POWER VHF CONTEST 2020
Viliam OM0AAO / OM0A
Od roku jsem se začal pravidelně účastnit radioamatérských závodů, nejprve samostatně na VKV, později v klubu OM3RKP také na VKV. Od získání přístupu na KV se věnuji pouze této oblasti, především contestingu (CQWW, IARU HF, SSB Liga, Mácím a jiné).