Конвертор на 1296 МГц

В статье приводится описание несложной аппаратуры, которая поможет радиолюбителям в начальном освоении диапазона 1296 МГц. Комплект аналогичной аппаратуры участвовал в соревнованиях “Полевой день — 2002” и, несмотря на простоту, позволил проводить связи на расстояния 150...200 км.

Цель данной публикации — показать коллегам-радиолюбителям, что бытующее мнение о трудности конструирования аппаратуры на диапазон 1260... 1300 МГц не вполне справедливо. Статья предназначена для тех, кто, как и автор, еще не разучился пользоваться паяльником и предпочитает работать на аппаратуре собственного изготовления. Хотелось бы подчеркнуть, что и самодельная аппаратура может быть весьма высокого класса, в принципе, и даже лучше иного аппарата промышленного изготовления. Но в этом случае ее конструирование потребует значительного времени и сил.

Для ускорения освоения диапазона 1296 МГц была поставлена задача разработать аппаратуру максимальной простоты, позволяющую при хороших антеннах работать на расстояниях в несколько десятков километров и более. Изготовив описанный здесь простейший конвертер, можно принимать сигналы любительских станций, работающих на диапазоне 23 см. Если у радиолюбителя есть еще и передатчик диапазона 432 МГц, то, добавив к нему несложный варакторный утроитель, можно начать работу и на передачу.

Конвертер 1296/144 МГц

Конвертер предназначен для совместной работы с приемником двухметрового диапазона. Если этот приемник перекрывает лишь любительский участок 144... 146 МГц, то и на диапазоне 23 см перекрытие будет всего лишь 2 МГц. При большем перекрытии на двухметровом диапазоне будет и большее перекрытие на диапазоне 23 см. Обычно вполне достаточно полосы принимаемых частот 2 МГц, но при этом, для того чтобы выделить нужный принимаемый участок диапазона 1260... 1300 МГц, потребуется точный подбор частоты задающего генератора гетеродина конвертера. Например, для того, чтобы частоте 1296 МГц соответствовала частота настройки базового приемника 145 МГц, необходимо иметь кварцевый резонатор на 63,944 МГц. При большей полосе перекрытия базового приемника требования к частоте кварцевого резонатора менее жесткие.

Принципиальная схема конвертера показана на рис. 1. Входной сигнал фильтруется укороченным полуволновым резонатором, образованным полосковой линией L1 и подстроечным конденсатором С1. Такое выполнение входной цепи позволяет использовать конденсатор типа КПК-МП, имеющий весьма большую, для данных частот, собственную индуктивность.

Усилитель ВЧ в конвертере не предусмотрен, и первым каскадом является смеситель на диоде VD1. Отсутствие УВЧ объясняется тем, что, во-первых, чувствительность базового приемника, как правило, весьма высока и даже в таком простейшем варианте чувствительность всей системы на 1296 МГц будет порядка 1 мкВ. Во-вторых, на частотах порядка 1 ГГц для получения высокой чувствительности целесообразно установить УВЧ непосредственно возле антенны, в виде отдельного блока. Такой блок может быть изготовлен в дальнейшем.

Особенностью данного конвертера является также то, что смеситель работает на третьей гармонике гетеродина и в нем применен широко распространенный диод с барьером Шоттки типа КД922А, который, имея предельную паспортную частоту 1000 МГц, хорошо работает и на 1300 МГц. Работа смесителя на третьей гармонике означает то, что последнее утроение частоты генератора, служащего гетеродином, осуществляется в самом смесительном диоде VD1 без выделения соответствующей частоты каким-либо контуром. Применение диода с барьером Шоттки является существенным. Расчеты, проведенные автором, показывают, что применение обычного диода с р-n переходом и сохранение высокой эффективности преобразования на третьей гармонике требует напряжения гетеродина около 5В непосредственно на диоде, что приводит к неоправданному усложнению гетеродина.

В связи с тем, что смеситель работает на высшей гармонике гетеродина, к диоду приложено также постоянное запирающее автоматическое смещение, формируемое на резисторе R1. По расчетам, при напряжении гетеродина около 1В и токе через диод КД922А, равном 0,25 мА, эффективность преобразования на третьей гармонике гетеродина оказывается всего на 2 дБ хуже, чем эффективность преобразования на первой гармонике гетеродина. Рабочий ток диода обеспечивается подбором резистора R1.

В данной конструкции при закороченном резисторе автоматического смещения ток через диод должен быть не менее 0,4 мА, иначе эффективность преобразования начнет снижаться. Большее значение тока только увеличивает эффективность преобразования, хотя и незначительно. В любом случае необходимо добиться максимального напряжения гетеродина и подбором резистора автосмещения установить ток через диод, обеспечивающий максимальную чувствительность. Обычно это около 0,25 мА.

Рис.2.

Гетеродин конвертера трехкаскадный и состоит из стабилизированного кварцем ZQ1 задающего генератора на транзисторе VT3 и двух умножителей частоты на транзисторах VT2 и VT1. Кварцевый резонатор ZQ1 возбуждается на пятой механической гармонике, что дает частоту 63,5 МГц. В умножителях для улучшения фильтрации применены двухконтурные полосовые фильтры. В фильтре L6C10C11C12L7 выделяется вторая гармоника частоты задающего генератора 127 МГц, а в фильтре L2C2C4CCBL5C3 выделяется третья гармоника частоты 127 МГц — 381 МГц. Конденсатор Ссв выполнен конструктивно, так как нужна весьма малая его емкость.

Напряжение гетеродина с частотой 381 МГц поступает на смесительный диод VD1, причем последний контур гетеродина L2C2C4 по отношению к сигналу промежуточной частоты работает как фильтр нижних частот. Контур L3C6L4 осуществляет фильтрацию сигнала ПЧ, а также согласование смесителя с входом базового приемника.

В задающем генераторе автором применен специальный гармониковый кварцевый резонатор на 63,5 МГц, но может также использоваться обычный резонатор на 12,7 МГц. При этом, однако, следует иметь в виду, что не все экземпляры таких резонаторов устойчиво работают на пятой механической гармонике. Можно также применить резонатор с основной частотой 14,1 МГц, возбудив его на третьей механической гармонике — 42,3 МГц. Для этого необходимо увеличить емкость конденсатора С15. В таком варианте в первом умножителе должна выделяться третья гармоника задающего генератора -126,9МГц.

Конвертер собран на плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Ее габариты и расположение элементов на ней показаны на рис. 2. Фольга платы, используемая в качестве общего провода, должна покрывать большую часть платы.

Монтаж выполнен навесным способом на выводах элементов с использованием также нескольких монтажных площадок, вырезанных острым ножом. Можно также применить известную технологию изготовления монтажных площадок, некогда предложенную С. Жу-тяевым (RW3BP). В качестве точек крепления деталей используются статорные выводы подстроечных конденсаторов (роторные выводы припаивают к фольге платы, чем обеспечивается жесткое крепление конденсаторов).

Не следует забывать, что на СВЧ длина соединительных проводов и выводов устанавливаемых деталей должна быть минимальной. На этих частотах и 5 мм — уже весьма длинный проводник. Особенно это касается выводов смесительного диода VD1, длина которых должна быть минимальной. При пайке диода необходимо применять теплоотвод и желательно использовать низкотемпературный припой.

Рис.3.

В конвертере применены подстроечные конденсаторы КПК-МП, постоянные — КД, КТ или КМ. Конденсатор С4 желательно использовать безвыводный, типа К10-42. Конденсатор Ссв - два отрезка провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм и длиной 15 мм, расположенных на расстоянии 1 мм друг от друга. На один из них желательно надеть фторопластовую трубку во избежание замыканий.

В качестве блокировочных конденсаторов С5, С8, С13, 019 удобно применить опорные конденсаторы, что уменьшит требуемое количество вырезаемых монтажных площадок, так как в их качестве можно будет использовать выводы этих конденсаторов. Все резисторы — МЛТ-0,25. Транзисторы можно заменить на КТ316, КТ325 с любой буквой.

Линия входного резонатора L1 изготовлена из полоски медной фольги шириной 6 и длиной 62 мм. Выгибается П-образная скобка длиной 50 мм и высотой 3 мм с откосами по 3 мм (см. верхнюю часть рис. 3), которую затем припаивают к плате. Толщина медной фольги не существенна, лишь бы она обеспечивала достаточную механическую прочность конструкции (0,2 мм уже достаточно). В центре линии припаивается статорный вывод подстроечного конденсатора С1. Выводы ротора конденсатора припаиваются к “общему проводу” (нижняя часть рис. 3).

Катушки индуктивности L2—L8 бескаркасные, намотаны медным голым проводом диаметром 0,8 мм. Катушки L2, L5 имеют по 2 витка, намотанных на оправке диаметром 4 мм, длина намотки — 7 мм. Катушки L3, L4 — по 7 витков, намотанных на оправке диаметром 6 мм, длина намотки — 14 мм. Отвод у L4 от третьего слева по схеме витка. Катушки L6, L7 — по 4,5 витка, намотанных на оправке диаметром 6 мм, длина намотки — 10 мм. Отвод у L7 от 1-го витка, считая от “горячего” конца. Катушка L8 имеет 6 витков, намотанных на оправке диаметром 6 мм, длина намотки — 18 мм. Отвод у L8 от верхнего по схеме 2-го витка.

Вход конвертера соединяют с ВЧ разъемом небольшим, подходящим по конструктивным соображениям, отрезком коаксиального кабеля. Оплетку кабеля необходимо припаять к общему проводу платы (не расплетая ее) в непосредственной близости от точки входа. Кабель лучше применить с фторопластовой изоляцией, которая не плавится при пайке. Входной разъем удобно применить “кабельного” типа, например, СР-50-1, СР-50-163. Если использовать разъем “приборного” типа, то необходимо соединить оплетку кабеля с корпусом разъема, непосредственно возле изолятора разъема, несколькими полосками фольги минимально возможной длины. В остальном конструкция конвертера особенностей не имеет.

Настройка конвертера сводится к настройке контуров на указанные частоты и установке рабочего тока через диод смесителя. Для этого на этапе настройки последовательно с резистором R1 необходимо включить миллиамперметр с током полного отклонения 1 мА. То, что в контурах умножителей гетеродина выделяются нужные гармоники и то, что задающий генератор работает на нужной частоте, желательно проконтролировать по подходящему приемнику. Необходимо помнить, что при изменении режима смесительного диода несколько расстраивается входной резонатор и последний контур гетеродина за счет изменения емкости диода. Поэтому при изменении резистора автосмещения диода надо подстраивать контуры.

В качестве входного сигнала на первом этапе настройки автор использовал сигналы базовых станций системы GSM-900, которые работают около частоты 960 МГц, настроив входной резонатор на зеркальный канал. Подстроечным конденсатором С1 входной резонатор перестраивается в пределах примерно 800...1500 МГц. При использовании кварца на 63,5 МГц сигналы GSM-900 (характерное жужжание цифровой передачи) прослушиваются при настройке приемника на частоту (приблизительно!) (3 х 381) - 960 = 183 МГц. Также эти сигналы прослушиваются на частоте 960 - (2 х 381) = 198 МГц (преобразование на второй гармонике гетеродина). Следует выбирать преобразование на рабочей третьей гармонике гетеродина (максимумы эффективности преобразования на разных гармониках гетеродина соответствуют несколько разным настройкам). После этого останется только перестроить входной резонатор на рабочую частоту (тут уж понадобится сигнал с частотой любительского диапазона), подстроить конденсатором С6 выходной контур конвертера на промежуточную частоту и немного уточнить настройку контура L2C2C4.