Stavebnice transceiveru uBITX se v dřívějších verzích vyznačovaly špatnými intermodulačními vlastnostmi při vysílání. To znamená, že vysílaný signál by na pásmu zabíral mnohem větší šířku pásma, než je přípustné, a mohl by způsobovat rušení okolních frekvencí. Intermodulační produkty se měří pomocí dvoutónového testu. Článek popisuje úpravu, která výrazně zlepší kvalitu vysílaného signálu.
Dočítate sa:
Dvoutónová zkouška SSB vysílače
Warren WA8TOD provedl velmi podrobná měření pomocí dvou tónové SSB zkoušky. Dvoutónová zkouška vychází z principu, že do SSB vysílače jsou přivedeny dva nízkofrekvenční modulační signály, například 700 Hz a 1900 Hz. Na nelineárních prvcích vysílače vznikají nové signály, kterým říkáme intermodulační produkty. V praxi se nejčastěji měří IMD produkty 3. a 5. řádu. Na základě jejich křivky lze pak odhadnout i vznik IMD produktů vyšších řádů.
Co je zdrojem IMD produktů v uBITX?
WA8TOD zjistil, že hlavním zdrojem IMD produktů jsou bidirekcionální zesilovače. Z důvodu zjednodušení konstrukce bylo původní zapojení upraveno, což se projevuje větší frekvenční závislostí, ale zejména horšími vlastnostmi z hlediska IMD.
Druhou příčinou jsou vlastnosti směšovačů a aktivních prvků. Ty z principu vytvářejí další IMD produkty a ovlivňují jimi i jednotlivé části vysílače.
Způsoby zlepšení IMD produktů v uBITX
To inspirovalo řadu konstruktérů, kteří provedli řadu úprav. Novější verze transceiveru uBITX již mají určitá vylepšení přímo zabudovaná. Došlo zejména ke změně frekvencí v uBITX, tranzistorů ve zesilovačích, úpravě pracovního bodu zesilovače a přidání LC filtru za druhý obousměrný zesilovač.
Warren vyzkoušel nahrazení obousměrných zesilovačů jednoduchými zesilovači s MMIC. Dosáhl výrazného zlepšení IMD produktů. V rámci širšího generovaného spektra však ani tato úprava zcela neřeší čistotu vysílaného signálu v rámci krátkovlnného spektra. Proto je vhodné použít buď přídavný filtr 45 MHz (verze 3), nebo LC filtr.
Modifikace IMD a měření IMD produktů uBITX
Nejprve jsem provedl improvizované měření IMD produktů uBITX. Využil jsem online generátor dvoutónového signálu ze stránky http://www.onlinetonegenerator.com/binauralbeats.html. První signál měl sinusový průběh na frekvenci 700 Hz. Druhý signál měl stejný průběh na frekvenci 1900 Hz. Rozdíl mezi těmito signály byl tedy 1200 Hz, nebo jinými slovy 1,2 kHz.
Tento signál byl přiveden do transceiveru přepnutého na SSB vysílání. Za obousměrným zesilovačem na mezifrekvenci 45 MHz byl zapojen dělič 1200 / 50 ohmů přes kondenzátor 1 nF. K tomuto bodu byl připojen levný SDR přijímač s čipem RTL2832. Jako software byla použita aplikace SDR Console. Jedná se sice o provizorní a orientační měření, ale může být velmi užitečné.
Měření IMD produktů uBITX
Nejprve byly změřeny produkty neupraveného zesilovače, přičemž výstupní výkon byl pomocí wattmetru nastaven na 2 W:
IMD produkty původního zapojení uBITX
Na frekvencích 44 991,8 kHz a 44 993 kHz jsou vidět oba modulační signály. Skutečnost, že frekvence je o několik kHz nižší, je zřejmě důsledkem frekvenční odchylky SDR. Na obou stranách je vidět několik špiček, z nichž nás nejvíce zajímají ty na 44 994,2 kHz (tedy o 1,2 kHz výše než horní frekvence). Jedná se o IMD 3. řádu a pokud budeme věřit indikaci, je pouze -12 dB pod úrovní modulačních signálů. O 1,2 kHz výše (44 995,4 kHz) se nachází IMD 5. řádu. Ten je přibližně -22 dB pod úrovní modulačních signálů.
Produkty IMD se zesilovačem MSA-1105 MMIC a filtrem 45 MHz při výkonu 3 W
Následně byl zapojen upravený zesilovač s filtrem. Tento zesilovač má o něco vyšší zisk, takže výstupní výkon se přiblížil 3 W. Zde je při měření nastavena o něco jiná šířka pásma, ale hned je patrné, že výsledný signál je čistší. IMD 3. řádu je přibližně -23 dB pod úrovní modulačních signálů a IMD 5. řádu přibližně -33 dB pod úrovní modulačních signálů.
Poslední měření bylo provedeno se zesilovačem a filtrem, avšak s modulací tak, aby výstupní výkon opět činil 2 W:
IMD produkty se zesilovačem MSA-1105 MMIC a 45 MHz filtrem při výkonu 2 W
IMD 3. řádu je přibližně -34 dB pod úrovní modulačních signálů a IMD 5. řádu přibližně -41 dB pod úrovní modulačních signálů. Jedná se o velmi čistý signál pro jednoduchý transceiver, který zcela vyhovuje provozu na amatérských pásmech.
Úprava v uBITX za účelem zlepšení IMD produktů
Původní obousměrný zesilovač s tranzistory Q20, Q21 a Q22 byl vyřazen. Kondenzátory C20 a C22 byly vypájeny z desky plošných spojů. Zesilovač byl sestaven na kousku univerzální desky plošných spojů. Oba stupně jsou osazeny MMIC MSA-1105 (z domácích zásob). Zisk těchto stupňů by mohl být přibližně 2 × 12 dB.
Zesilovač MMIC MSA-1105 a filtr 45 MHz
Deska plošných spojů v uBITX
Za nimi následuje transformátor, jehož úkolem je přizpůsobit impedanci výstupu zesilovačů (50 ohmů) impedanci krystalového filtru 45 MHz (ebay). Ta se odhaduje na 600 ohmů. Transformátor má 2 závity na primárním vinutí a 7 závitů na sekundárním vinutí. Stejný je i výstupní transformátor, který je však zapojen opačně. Tím se opět dosáhne impedance 50 ohmů. Používá se dvoudírkové 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
Zesilovač je umístěn nad hlavní deskou plošných spojů uBITX. Tím se dosáhne relativně krátkých propojení.
Závěr
Popisovanou úpravou je možné výrazně zlepšit IMD transceiveru uBITX. Ideální by bylo vyměnit také první bidirekční zesilovač na frekvenci 12 MHz, čímž by se kvalita výstupního signálu ještě zlepšila.
Zároveň je představen 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. 5. 2020 – změna i prvního zesilovače na SNA586 MMIC
Tento výrazný posun v kvalitě vysílaného signálu rozhodně stojí za to, aby se MMIC použil i namísto zesilovače Q40 – Q42. Vzhledem k nízké frekvenci by se použil jiný MMIC, a to SNA586. Výsledky měření:
IMD produkty s MMIC zesilovačem MSA-1105 a SNA586 a 45 MHz filtrem při výkonu 2 W
Při výkonu 2 W jsou IMD produkty 3. řádu potlačeny o fantastických -45 dB!
IMD produkty se zesilovačem MSA-1105 a MMIC SNA586 s filtrem 45 MHz při výkonu 5 W
IMD produkty s MMIC zesilovači MSA-1105 a SNA586 s 45 MHz filtrem při výkonu 10 W
Pokud zvýšíme buzení, IMD produkty vzrostou. Zde by se dalo zvážit, zda neupravit úroveň buzení vysílače pomocí trimru RV1. Pokud totiž produkty IMD vznikají v prvních zesilovačích, zvýšením buzení poddimenzovaného koncového stupně by se mohla zlepšit kvalita výstupního signálu.
Lze však říci, že pokud omezíme výstupní výkon na 3 W a méně, je možné takovým vysílačem budit i koncový stupeň bez obav z toho, že by signál byl nekvalitní.