Zestawy do budowy transceivera uBITX w starszych wersjach charakteryzowały się słabymi parametrami intermodulacyjnymi podczas nadawania. Oznacza to, że sygnał nadawczy zajmowałby na paśmie znacznie większą szerokość pasma niż jest to dopuszczalne i mógłby powodować zakłócenia na sąsiednich częstotliwościach. Produkty intermodulacyjne mierzy się za pomocą testu dwutonowego. Artykuł opisuje modyfikację, która znacznie poprawi jakość nadawanego sygnału.
Dočítate sa:
Test dwutonowy nadajnika SSB
Warren WA8TOD przeprowadził bardzo szczegółowe pomiary za pomocą testu dwutonowego SSB. Test dwutonowy opiera się na zasadzie, że do nadajnika SSB doprowadza się dwa sygnały modulujące o niskiej częstotliwości, na przykład 700 Hz i 1900 Hz. W wyniku nieliniowości nadajnika powstają nowe sygnały, które nazywamy produktami intermodulacyjnymi. W praktyce najczęściej mierzy się produkty IMD trzeciego i piątego rzędu. Na podstawie ich krzywej można następnie oszacować również generowanie produktów IMD wyższych rzędów.
Co jest źródłem produktów IMD w uBITX?
WA8TOD odkrył, że głównym źródłem produktów IMD są wzmacniacze dwukierunkowe. W celu uproszczenia konstrukcji pierwotny schemat został zmodyfikowany, co przejawia się większą zależnością od częstotliwości, a przede wszystkim gorszymi parametrami IMD.
Drugą przyczyną są właściwości mieszaczy i elementów aktywnych. Z zasady generują one dodatkowe produkty IMD i wpływają nimi również na poszczególne części nadajnika.
Sposoby poprawy produktów IMD w uBITX
Skłoniło to wielu konstruktorów do wprowadzenia szeregu modyfikacji. Nowsze wersje transceivera uBITX mają już pewne ulepszenia wbudowane. Zmiany dotyczyły przede wszystkim częstotliwości w uBITX, tranzystorów w wzmacniaczach, dostosowania punktu pracy wzmacniacza oraz dodania filtra LC za drugim wzmacniaczem dwukierunkowym.
Warren przetestował zamianę wzmacniaczy dwukierunkowych na proste wzmacniacze z układami MMIC. Osiągnął znaczną poprawę w zakresie produktów IMD. Jednak w przypadku szerszego generowanego widma nawet ta modyfikacja nie rozwiązuje w pełni problemu czystości sygnału nadawanego w paśmie krótkofalowym. Dlatego celowe jest zastosowanie dodatkowego filtra 45 MHz (wersja 3) lub filtra LC.
Modyfikacja IMD i pomiary produktów IMD w uBITX
Najpierw przeprowadziłem prowizoryczne pomiary produktów IMD w uBITX. Skorzystałem z internetowego generatora sygnału dwutonowego ze strony http://www.onlinetonegenerator.com/binauralbeats.html. Pierwszy sygnał miał przebieg sinusoidalny o częstotliwości 700 Hz. Drugi sygnał miał ten sam przebieg, ale o częstotliwości 1900 Hz. Różnica między tymi sygnałami wynosiła zatem 1200 Hz, czyli 1,2 kHz.
Sygnał ten został doprowadzony do transceivera przełączonego w tryb nadawania SSB. Za wzmacniaczem dwukierunkowym na częstotliwości pośredniej 45 MHz podłączono dzielnik 1200 / 50 omów za pośrednictwem kondensatora 1 nF. Do tego punktu podłączono niedrogi odbiornik SDR z układem RTL2832. Jako oprogramowanie wykorzystano SDR Console. Chociaż są to pomiary prowizoryczne i orientacyjne, mogą one być bardzo pomocne.
Pomiary produktów IMD w uBITX
Najpierw zmierzono produkty nieprzetworzonego wzmacniacza, przy czym moc wyjściową ustawiono za pomocą watomierza na 2 W:
Produkty IMD w oryginalnym układzie uBITX
Na częstotliwościach 44 991,8 kHz i 44 993 kHz widoczne są oba sygnały modulacyjne. Fakt, że częstotliwość jest o kilka kHz niższa, wynika prawdopodobnie z odchylenia częstotliwości SDR. Po obu stronach widać kilka szczytów, z których najbardziej interesują nas te na częstotliwości 44 994,2 kHz (czyli o 1,2 kHz wyżej od górnej częstotliwości). Jest to IMD trzeciego rzędu i, o ile wierzyć wskazaniom, znajduje się zaledwie -12 dB poniżej poziomu sygnałów modulacyjnych. O 1,2 kHz wyżej (44 995,4 kHz) znajduje się IMD piątego rzędu. Znajduje się on około -22 dB poniżej poziomu sygnałów modulacyjnych.
Produkty IMD ze wzmacniaczem MMIC MSA-1105 i filtrem 45 MHz przy mocy 3 W
Następnie włączono zmodyfikowany wzmacniacz z filtrem. Wzmacniacz ten ma nieco wyższe wzmocnienie, dzięki czemu moc wyjściowa zbliżyła się do 3 W. W tym przypadku ustawiono nieco inną szerokość pasma podczas pomiaru, ale od razu widać, że wynikowy sygnał jest czystszy. IMD trzeciego rzędu wynosi ok. -23 dB poniżej poziomu sygnałów modulacyjnych, a IMD piątego rzędu ok. -33 dB poniżej poziomu sygnałów modulacyjnych.
Ostatni pomiar przeprowadzono ze wzmacniaczem i filtrem, przy czym modulację ustawiono tak, aby moc wyjściowa ponownie wynosiła 2 W:
Produkty IMD ze wzmacniaczem MMIC MSA-1105 i filtrem 45 MHz przy mocy 2 W
IMD trzeciego rzędu wynosi ok. -34 dB poniżej poziomu sygnałów modulacyjnych, a IMD piątego rzędu ok. -41 dB poniżej poziomu sygnałów modulacyjnych. Jest to już bardzo czysty sygnał jak na prosty transceiver i w pełni odpowiedni do pracy na pasmach krótkofalarskich.
Modyfikacja w uBITX w celu poprawy parametrów IMD
Pierwotny wzmacniacz dwukierunkowy z tranzystorami Q20, Q21 i Q22 został wyłączony. Kondensatory C20 i C22 zostały wylutowane z płytki drukowanej. Wzmacniacz został zbudowany na kawałku uniwersalnej płytki drukowanej. Oba stopnie są wyposażone w układ MMIC MSA-1105 (z domowych zapasów). Wzmocnienie tych stopni może wynosić około 2 × 12 dB.
Wzmacniacz MMIC MSA-1105 i filtr 45 MHz
Płytka drukowana w uBITX
Za nimi znajduje się transformator, którego zadaniem jest dostosowanie impedancji wyjściowej wzmacniaczy (50 omów) do impedancji filtra kryształowego 45 MHz (ebay). Szacuje się ją na 600 omów. Transformator ma 2 zwoje w uzwojeniu pierwotnym i 7 zwojów w uzwojeniu wtórnym. Tak samo wygląda transformator wyjściowy, który jest jednak podłączony odwrotnie. W ten sposób ponownie uzyskuje się impedancję 50 omów. Zastosowano rdzeń dwuotworowy BN 43-2402 (nie jest to warunek konieczny). Wyjście jest podłączone bezpośrednio do sumatora (nie stosuje się również R27).
Schemat połączeń
Schemat połączeń wzmacniacza MMIC z filtrem dla uBITX
Wzmacniacz jest zamontowany nad główną płytką drukowaną uBITX. W ten sposób uzyskuje się stosunkowo krótkie połączenia.
Podsumowanie
Opisana modyfikacja pozwala znacznie poprawić wskaźnik IMD transceivera uBITX. Idealnym rozwiązaniem byłaby również wymiana pierwszego wzmacniacza dwukierunkowego na częstotliwości 12 MHz, co jeszcze bardziej poprawiłoby jakość sygnału wyjściowego.
Jednocześnie przedstawiono metodę pomiaru produktów IMD nadajników SSB, która jest dostępna dla szerokiego grona radioamatorów, ponieważ nie wymaga stosowania żadnej niedostępnej techniki.
Wykorzystane źródła
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
Aktualizacja z 30.05.2020 r. – zmiana pierwszego wzmacniacza na układ MMIC SNA586
Ta znacząca poprawa jakości sygnału nadawczego zdecydowanie uzasadnia zastosowanie układu MMIC zamiast wzmacniaczy Q40–Q42. Ze względu na niską częstotliwość zastosowano by inny układ MMIC, SNA586. Wyniki pomiarów:
Produkty IMD z MSA-1105 i wzmacniaczem MMIC SNA586 oraz filtrem 45 MHz przy mocy 2 W
Przy mocy 2 W produkty IMD trzeciego rzędu są stłumione o fantastyczne -45 dB!
Produkty IMD z wzmacniaczem MMIC typu MSA-1105 i SNA586 oraz filtrem 45 MHz przy mocy 5 W
Produkty IMD z wzmacniaczem MMIC MSA-1105 i SNA586 oraz filtrem 45 MHz przy mocy 10 W
Jeśli zwiększymy wzbudzenie, produkty IMD wzrosną. W tym miejscu można by rozważyć regulację poziomu wzbudzenia nadajnika za pomocą potencjometru RV1. Jeśli bowiem produkty IMD powstają w pierwszych wzmacniaczach, to zwiększenie wzbudzenia niedymenzowanego stopnia końcowego mogłoby poprawić jakość sygnału wyjściowego.
Można jednak stwierdzić, że jeśli ograniczymy moc wyjściową do 3 W lub mniej, to takim nadajnikiem można wzbudzać nawet stopień końcowy bez obaw, że sygnał będzie niskiej jakości.
