Mnozí radioamatéři v USA i západní Evropě vzpomínají na stavebnice Heathkit, díky jimž se naučili základům radiotechniky a za přijatelnou cenu si pořídili své první zařízení, odpovídající tehdejším standardům. Firma však přestala stavebnice vyrábět, posléze ukončila i výrobu hotových zařízení pro radioamatéry a trh prakticky úplně ovládli japonští výrobci. Z pásem postupně vymizely signály podomácku zkonstruovaných zařízení, čímž došlo k zásadnímu zlepšení kvality signálů na pásmech a snížení rušení, současně to však znamenalo konec domácích konstrukcí. Stejný osud potkal i stavebnice – objevovaly se sice konstrukce jednodušších CW QRP transceiverů, vyvinuté většinou různými QRP kluby a občas nabízené ve formě stavebnice, ale všepásmový CW/SSB transceiver zůstal doménou hotových konstrukcí (např. ani populární HW-101 neměl 160 m).

Když v roce 1998 založili Wayne Burdick (N6KR) a Eric Swartz (WA6HHQ) v kalifornském Aptos firmu Elecraft, která přišla se stavebnicí QRP transceiveru pro KV pásma, věnovali tomu zpočátku pozornost pouze příznivci QRP, kteří rádi konstruují vlastní zařízení. V roce 1999 se objevily první vzorky stavebnic transceiverů K1 a K2 a bylo již zřejmé, že velkým japonským výrobcům zařízení pro radioamatéry zde vyrůstá konkurent, schopný nabídnout transceivery, které v mnohém překonávají i jejich špičkové modely.

Zařízení si přitom může postavit průměrně zdatný konstruktér sám, bez použití speciální měřicí techniky a za třetinovou až čtvrtinovou cenu oproti japonským modelům. Příkladem je stowattová verze transceiveru K2 (obr. 1).

Malý rozměry, velký výkonem

Obr. 1. Transceiver Elecraft K2/100 (verze s výkonem 100 W)

Charakteristickým rysem transceiveru K2 je modulární kontrukce. Základní verze pracuje na pásmech 80 – 10 m (včetně WARC) provozem CW a je svým výkonem 10 W vhodná pro příznivce QRP. Lze ji doplnit modulem pro SSB, modulem pro 160 m, který obsahuje také zvláštní vstup pro přijímací anténu (např. Beverage). Dalším modulem je doplněk pro ovládání transceiveru počítačem, který uvítají zejména závodníci, používající programy pro contesty (CT, TR Log apod.). K2 má instrukční sadu téměř shodnou s transceivery Kenwood. Dalším doplňkem je DSP jednotka, která svými vlastnostmi nijak nezaostává za DSP, používaným ve „velkých“ transceiverech. K2 lze také doplnit automatickým anténním členem, NF filtrem a omezovačem poruch. Všechny moduly jsou opět dodávány ve formě stavebnice. Základní verzi K2 lze doplnit PA o výkonu 100 W, který rovněž obsahuje doplněk pro ovládání transceiveru počítačem.

Transceiver K2 je konstruován jako univerzální. Při provozu ze stálého QTH ho můžete používat jako běžný transceiver o výkonu 100 W. Pokud jedete na dovolenou, stačí vyměnit vrchní víko transceiveru a proměnit ho v QRP verzi, napájenou z vnitních gelových akumulátorů. Očekáváte-li problémy s anténou, lze vyměnit vnitřní držák baterií za anténní člen. Pak je však nutné použít externí baterie. Ve všech případech však máte k dispozici velmi kvalitní přijímač, který v mnoha parametrech překonává „vlajkové lodi“ známých výrobců.

Velmi zajímavé jsou hodnoty, naměřené v laboratořích ARRL.

Tab. 1. Technické údaje (Elecraft K2 – QRP verze, výr. č. 00495)

Veškerá měření dynamického rozsahu byla provedena podle metodiky laboratoří ARRL Lab pro kmitočtový odstup 20 kHz.

¹⁾ s modulem pro 160 m (1,8-2 MHz).

²⁾ kmitočtový rozsah přijímače přesahuje rozsah vysílače, výkon neuveden.

³⁾ pomocí zvláštního nastavení pro bateriový provoz lze snížit odběr přijímače na 153 mA.

⁴⁾ MF/NF kmitočtová charakteristika pro nastavenou šířku pásma.

⁵⁾ Šířka pásma MF filtru je nastavitelná.

Obr. 2. Produkty intermodulačního zkreslení 3. řádu

Obr. 3. Tvar klíčované značky

Obr. 4. Kompozitní šum vysílaného signálu

Hodnoty nepotřebují žádný komentář. Vedoucí laboratoří ARRL, Ed Hare, W1RFI, napsal: „Je-li řeč o dynamickém rozsahu, nejlepší hodnoty pro odstup rušivého signálu 5 kHz na 14 MHz, které jsme zatím naměřili v laboratořích ARRL, měl Elecraft K2“.

Pozoruhodné je také srovnání K2 s „velkými“ transceivery, zpracované rovněž na základě měření laboratoří ARRL:

Tab. 2. Srovnávací měření různých typů transceiverů, provedené laboratořích ARRL

xx / xx = předzesilovač vyp. / zap., 14 MHz, 500 Hz CW filtr, AVC vyp., režim s vyšším IP. Veškeré údaje v dB

Podtržené údaje jsou nejméně o 10 dB horší, než srovnatelné parametry transceiveru Elecraft K2.

Poznámky:

¹⁾ Uvedena pouze jedna hodnota, protože přijímač má pouze jeden vstupní předzesilovač s pevně nastaveným ziskem. Dynamický rozsah IMD DR3 a bod zahrazení IP3 je nutné porovnávat se zařízeními s podobnými hodnotami ciltivosti (MDS), aby bylo možné zjistit, které hodnoty (pro zapnutý/vypnutý předzesilovač) lze použít pro vlastní srovnávání.

²⁾ Transceivery IC-756 PRO a PRO II mají dva předzesilovače s různým ziskem. Hodnoty jsou uváděny pro vypnutý předzesilovač, zapnutý předzesilovač 1 a zapnutý předzesilovač 2. Předzesilovač 2 má větší zisk, než předzesilovač 1, dynamický rozsah je ovšem nižší (vyšší zisk předzesilovače snižuje dynamický rozsah). Pro srovnání, hodnoty s vypnutým předzesilovačem a zapnutým předzesilovačem 1 se nejvíce blíží hodnotám K2 i dalších transceiverů a tato nastavení jsou v praxi nejčastěji používané.

³⁾ Hodnoty dynamického rozsahu pro FT-100 platí pro odstup 5 kHz a byly převzaty z rozšířeného zkušebního protokolu laboratoří ARRL.

Definice použitých zkratek

NL - omezeno šumem (šumové pozadí vzrostlo o 1 dB před tím, než došlo k poklesu citlivosti o 1 dB).

MDS (Minimum Discernible Signal) - citlivost (minimální rozeznatelný signál, 3 dB nad úrovní šumu). Vyšší záporné hodnoty jsou lepší, příliš velká citlivost může znamenat zhoršení dynamického rozsahu a IP3. Hodnoty MDS se zapnutým předzesilovačem -130 dBm a vyšší jsou víc, než dostačující pro KV zařízení, neboť základní úroveň šumu na KV pásmech je zpravidla nad touto hodnotou (na nižších pásmech je požadavek na citlivost nižší kvůli vyšší úrovni atmosférického šumu).

IMD DR3 – dynamický rozsah přijímače (omezený intermodulačními produkty třetího řádu) pro dva signály vzdálené 20 kHz. Test udává, jak se bude přijímač chovat z hlediska citlivost (MDS) v případě výskytu více silných sousedních signálů. Vyšší hodnoty jsou lepší. Hodnoty IMDDR3 +95 dBm a vyšší při vypnutém předzesilovači jsou považovány za vynikající.

IP3 – bod zahrazení (Intercept Point) třetího řádu pro odstup signálů 20 kHz. Test udává, jak se bude přijímač chovat v případě výskytu více silných sousedních signálů. Vyšší hodnoty jsou lepší. Hodnoty IP3 kolem +15 dBm při vypnutém předzesilovači jsou považovány za dobré, +20 dBm a vyšší za vynikající. Pozn.: Nižší citlivost přijímače může zvýšit naměřené hodnoty IP3.

IP2 – bod zahrazení (Intercept Point) druhého řádu pro 2 signály (8,020MHz, 6,000MHz). Test udává, jak se bude přijímač chovat v případě výskytu dvou velmi silných signálů mimo pásmo - např. signály rozhlasových stanic na 6 MHz a 8 MHz jsou příčinou vzniku hvizdů na 14 MHz. Vyšší hodnoty jsou lepší. Hodnoty kolem +55 dBm při vypnutém předzesilovači jsou považovány za dobré, +70 dBm a vyšší za vynikající.

BDR (Blocking Dynamic Range) – dynamický rozsah přijímače pro jeho blokování (znecitlivění) pro odstup rušivého signálu 20 kHz. Test udává, kdy se začne snižovat citlivost přijímače vlivem silného sousedního signálu (znecitlivění). Hodnoty BDR (20 kHz signal spacing) při vypnutém předzesilovači vyšší, než 120 dBm jsou považovány za dobré, hodnoty vyšší, než 130 dBm za vynikající. Hodnoty BDR se snižují, snižuje-li se odstup rušivého signálu.

Fázový šum = hodnota, odečtená z testovacího grafu ARRL +10 kHz od nosné. Uvádějí se nejhorší pro pásmo, na kterém bylo těchto nejhorších hodnot dosaženo. Čím větší záporné číslo, tím je parametr lepší. Vyšší hodnoty fázového šumu nepříznivě ovlivňují dynamický rozsah přijímače pro blokování (BDR, znecitlivění přijímače sousedním rušivým signálem). Hodnoty -120 dBc nebo lepší při odstupu +10 kHz lze považovat za vyhovující.

V mnoha případech je důležitější dynamický rozsah, měřený pro bližší odstup rušivých signálů, než 20 kHz. Srovnání hodnot dynamického rozsahu BDR a IMD DR3 pro odstup 5 kHz je uvedeno v následující tabulce. Jako podklady byly použity údaje z rozšířených zkušebních protokolů laboratoří ARRL, získané z měření pomocí rozmítaného signálu.

Tab. 3. Srovnání hodnot dynamického rozsahu BDR a IMD DR3 pro odstup 5 kHz

Pravděpodobně bude nutné znovu připomenout, že zde srovnáváme stavebnici v ceně 599 USD s transceivery, jejich cena (s výjimkou TS-570D) přesahuje 3000 USD.

Záleží na návrhu

Ptáte-li se, jak je možné dosáhnout takových parametrů, najdete odpověď ve schématu zapojení. Nejzajímavější bude asi vstupní část (obr. 5). Vstupní selektivitu zajišťuje dvojice podkriticky vázaných paralelních rezonančních obvodů. Impedanční přizpůsobení je zajištěno rozdělením kapacity rezonančního obvodu do dvou kondenzátorů, tvořících kapacitní dělič. Rezonanční křivka vstupních obvodů je poměrně široká a nerovná, použití např. eliptických filtrů třetího řádu by nepochybně přineslo zlepšení odolnosti přijímače vůci kmitočtově vzdáleným signálům. Takové filtry by však byly poměrně rozměrné (4 toroidní cívky, 4 kondenzátory) a nákladné, výsledný efekt by proto nemusel odpovídat vynaloženým prostředkům a transceiver by byl celkově větší.

Obr. 5. Vstupní část transceiveru Elecraft K2

Vstupní předzesilovač je osazen CATV tranzistorem 2N5109 a jeho vstupní i výstupní impedance je 50 W. Předzesilovač má poměrně malý zisk (kolem 8 dB), avšak vysokou linearitu. Stupeň pracuje ve třídě A s velkým klidovým kolektorovým proudem. Směšovač je osazen obvodem TUF-1, což je kruhový vyvážený směšovač se Schottkyho diodami. Jde o jeden z dražších typů s injekcí oscilátoru +7 dBm. Směšovač je zakončen širokopásmovým zesilovačem, opět s 2N5109. Zesilovač by měl zajistit konstantní vstupní a výstupní impedanci minimálně do 60 MHz a maximální míru oddělení vstupu od výstupu.

Zajímavý je i mezifrekvenční stupeň s krystalovým filtrem s proměnnou šířkou pásma (obr. 6).

Obr. 6. Mezifrekvenční stupeň s krystalovým filtrem

Při pohledu na schéma zapojení může leckdo mít obavu z nedostatečné selektivity – před vlastním mezifrekvenčním zesilovačem je pouze pětikrystalový příčkový filtr, jehož šířka pásma je navíc laděna pomocí kapacitních diod. Výsledek je však velmi dobrý, záleží na kvalitě použitých krystalů i na shodnosti jejich parametrů. MF zesilovač je v běžném zapojení s obvodem MC1350. Za ním (tedy před detektorem) následuje další dvoukrystalový filtr. Jeho úkolem není jen přispět k celkovému zlepšení selektivity přijímače, ale především odstranit intermodulační produkty, které mohou vznikat přímo v MF zesilovači vlivem velmi silných signálů, spadajících do propustného pásma prvního MF filtru. Detektor (NE602) tedy dostává „vyčištěný“ vstupní signál, což má velmi příznivý vliv na celkovou selektivitu přijímače, subjektivně vnímaný poměr signál/šum přijímaného signálu a především na funkci AVC. Pamětníci si jistě vzpomenou na úpravu přijímače Drake R4-C, kde se před detektor přidal málo využívaný AM filtr, což velmi výrazně zlepšilo odolnost přijímače „na blízko“. Konstruktéři tedy použili starý, téměř zapomenutý trik a dosáhli tak mnohem lepšího výsledku, než kdyby na vstupu MF řetězce použili sedmikrystalový filtr.

Parametry vysílače jsou plně srovnatelné s transceivery cenové třídy 3000 USD, úroveň kompozitního šumu patří spíš k lepšímu průměru. V poslední době je stále více aktuální problém kliksů, kterými jsou nechvalně známé zejména transceivery Yaesu FT-1000MP a FT-1000MP Mark V. Zde je K2 výrazně lepší (obr. 3), navíc existuje již vyzkoušená modifikace zapojení, která úroveň kliksů ještě dále snižuje.

Mezi telegrafisty se žertem říká, že se úroveň CW provozu výrazně zlepší, až si Japonci přečtou něco o telegrafii. Je tím myšleno zejména příliš pomalé přepínání RX/TX, které způsobuje, že již při rychlosti kolem 30 WPM „zmizí“ první tečka z vysílané značky – pásmo je pak plné „Peruánců“ (jde o JA stanice, kteří jsou po „zmizení“ první tečky slyšet jako OA). K tomuto nepříjemnému jevu přispívají také pomalá relé v používaných PA. Jeho odstranění není příliš jednoduché a vyžaduje jak úpravu transceiveru, tak i úpravu PA. Je nutné zdůraznit, že tyto problémy nejsou způsobovány ani tak rychlostí přepínacích obvodů, jako rychlostí přelaďování DDS syntezátorů, příp. PLL závěsů a konzervativním časováním všech obvodů, které se podílejí na přepínání RX/TX. Výrobci často volí raději delší časové konstanty, než by připustili riziko vysílání signálu, generovaného „neusazeným“ syntezátorem. Proto jsou syntezátory některých transceiverů (např. Ten-Tec) konstruovány i s ohledem na rychlost a je volen i jiný kmitočtový plán, umožňující rychlejší syntézu, aniž by bylo nutné slevit z požadavků na šumovou čistotu signálu. Některé transceivery proto ustupují od dnes již standardní koncepce up-konvertoru (např. Ten-Tec ORION). To je také důvodem, proč mnozí DXmani a závodníci berou s rezervou nově připravovanou „vlajkovou loď“ firmy ICOM, IC-7800, který má koncepci up-konvertoru a hlavní selektivita má být soustředěna do 32bitového DSP.

Telegrafistu rozhodně Elecraft K2 potěší. Akce QSK je patrná z obr. 3 a je třeba zdůraznit, že odpovídá rychlosti 60 WPM (tedy 300 zn./min.). V praxi máte dojem, že posloucháte na pásmu a k NF signálu je přimíchán signál z NF bzučáku, který klíčujete. Nejsou přitom nijak patrné časové prodlevy ani krácení značek, tón příposlechu je velmi příjemný a celkový dojem je nesrovnatelný s japonskými transceivery. Ačkoli je maximální rychlost vestavěného klíče kolem 220 zn./min., lze K2 klíčovat při plném QSK (full break-in) rychlostí až 70 WPM, tedy 350 zn./min.

I v zapojení vysílací cesty najdeme řadu pozoruhodných triků. Kdo by např. hledal v anténním přepínači (RX/TX) speciální PIN diody, nenajde je – k přepínání jsou použity běžné „síťové“ diody 1N4007. Ty však plně vyhovují díky malé kapacitě PN přechodu a vysokému závěrnému napětí. Nedochází proto k žádnému ovlivňování funkce přijímače ani vysílače, stejně tak PA snese i zátěž o značném ČSV. Stejný způsob přepínání se používá i u 100 W PA, použitého ve verzi K2/100.

Kritický pohled

Je-li K2 dokonalý pro CW provoz, budou SSB operátoři postrádat VF kompresor (RF clipper) a možnost příposlechu vlastního vysílaného SSB signálu. V K2 je použit pouze NF kompresor, který je sice velmi dobře navržený, ale jeho účinnost musí být z principu nižší. Je však pravděpodobné, že další verze SSB modulu budou obsahovat jak RF clipper, tak i příposlech vlastního signálu. Jak je u Elecraftu zvykem, bude určitě možné použít i starší verze transceiveru, který se „upgraduje“ pouhou výměnou modulu.

První verze K2 měly velmi jednoduše navržený PLL závěs, který připouštěl krátkodobý kmitočtový drift až 30 Hz/10 min. To mohlo způsobovat nejen lehký chirping („kuňkání“) při CW, ale transceiver byl prakticky nepoužitelný pro digitální druhy provozu, např. PSK31. V novějších verzích se kmitočtová stabilita pronikavě zlepšila, proto je nyní signál dokonale stabilní a K2 lze rovněž použít pro všechny druhy digitálních druhů provozu (podmínkou je samozřejmě SSB modul).

Další výhrada se týká funkce RIT/XIT. K jejich ovládání není použit optický inkrementální snímač, ale potenciometr. Proto může nastat situace, že při vytočení potenciometru do krajní polohy a vynulováni RIT pomocí tlačítka A=B bude možné ladění RIT/XIT jen jedním směrem. Operátor tedy musí dát pozor, aby před vynulováním otočil potenciometr přibližně do střední polohy.

Použitý MF filtr s proměnnou šířkou pásma sice svojí funkcí odpovídá např. IF VBT transceiverů Kenwood, ale při SSB provozu bude chybět možnost odříznout rušivý signál z boku propustné části MF filtru pomocí PBT. Někteří operátoři však uvádějí, že lze podobného účinku dosáhnout pečlivým laděním a změnou šířky pásma MF filtru, v SSB modulu je totiž použit další krystalový filtr.

Pro CW provoz by bylo jistě výhodou i laditelné BFO.

V K2 samozřejmě není k dispozici ani druhý přijímač, ani hlasový modul, velkoplošný barevný displej, ladění pomocí tlačítek na mikrofonu či další vymoženosti, které jsou v praktickém provozu sotva využitelné (samozřejmě kromě druhého přijímače, který je vynikající pomůckou v pile-up).

Opět je třeba připomenout, že srovnáváme malou krabičku o velikosti 86 x 200 x 251 mm s velkými transceivery pro stacionární použití, jejichž cena je oproti K2 čtyřnásobná.

Jak vypadá stavebnice?

Pokud patříte k radioamatérům, kteří propadli vůni kalafuny, pak si nepochybně přijdete na své. Stavebnice je totiž naprosto profesionální v každém směru. Radost vám udělají nejen kvalitní součástky a dokonale provedené desky s plošnými spoji (obr. 7), ale také promyšlená konstrukce bez „drátování“ – celá stavebnice má modulární konstrukci, moduly se na sebe nasouvají a jsou propojeny pomocí kvalitních konektorů, výjimečně k propojení slouží plochý kabel, jaký známe z počítačové techniky.

Obr. 7. Provedení stavebnice

Převážná většina konstruktérů dokáže celý transceiver postavit za 30 až 50 hodin. Nejpracnější je samozřejmě navinutí toroidních cívek. Osazení desek s plošnými spoji je poměrně snadné díky jejich profesionálnímu návrhu, prokoveným otvorům, nepájivé masce a potisku. Použitý materiál je velmi kvalitní, takže nedochází k odtržení pájecích plošek či jiným obvyklým problémům.

Mechanické díly jsou kompletně zpracované a hotové, není tedy třeba cokoli vyrábět. Ani podle vzhledu či povrchové úpravy není možné poznat, že se jedná o domácí konstrukci zhotovenou ze stavebnice. Celý transceiver působí velmi příznivým estetickým dojmem (obr. 8).

Obr. 8. Vnitřní uspořádání transceiveru

Součástí stavebnice je velmi podrobný, do nejmenšího detailu propracovaný konstrukční materiál, který popisuje krok za krokem stavbu celého zařízení (obr. 9). Každá položka, tj. zapájení jedné součástky či montáž jednoho prvku, je vyznačena zvlášť s možností zaškrtnutí, je-li úkon hotový a zkontrolovaný. U mnoha součástek je uvedeno jejich vyobrazení včetně způsobu montáže.

Obr. 9. Konstrukční manuál

Součástky jsou předtříděné a balené zvlášť pro každý konstrukční celek (obr. 10). Samozřejmostí jsou i identifikační pomůcky součástek – popis barevného značení rezistorů, kódové označení konenzátorů, barevné značení toroidních jader apod. U součástek, kde je možná záměna (např. u toroidních jader), je výrazné upozornění s návodem, jak s jistotou určit správnou součástku.

Obr. 10. Součástky stavebnice

K nastavení není potřeba žádných speciálních měřicích přístrojů. Stačí pouze digitální voltmetr, při slaďování se používá čítač, který je již k dispozici, neboť je součástí transceiveru. Další pomůckou je VF sonda, která je součástí stavebnice.

Manuál obsahuje i podrobný popis možných závad a jejich odstranění. Mimoto jsou k dispozici i internetové stránky http://www.elecraft.com/kde lze najít neuvěřitelné množství dalších doprovodných popisů, vše samozřejmě velmi přehledně setříděné. Elecraft zřídil rovněž diskusní fórum, kde se můžete zeptat nejméně 2000 konstruktérů, kteří mají se stavebnicí velké zkušenosti. Můžete si rovněž za přijatelnou objednat hotové navinuté cívky. Kdo se necítí na stavbu transceiveru, může si objednat jeho stavbu u několika desítek zkušených konstruktérů, z nichž většina vám transceiver postaví zdarma (!), většinou výměnou stavebnice za hotový a vyzkoušený transceiver. Samozřejmostí je i bezplatná pomoc starším či postiženým zájemcům o K2. Ptát se můžete rovněž přímo autorů stavebnice (WA6HHQ a N6KR), jim také můžete předkládat návrhy na zlepšení konstrukce. Pokud takový návrh projde všemi náročnými testy, stává se součástí další verze. Stejně tak je zlepšován i manuál. Majitelé starších verzí transceiveru K2 se nemusí obávat zastarávání své konstrukce – pokud inovace na novější verzi vyžaduje další součástky nebo nový modul, lze ho objednat za minimální cenu.

I když autoři upozorňují, že stavebnice není vhodná pro naprosté začátečníky (jim je doporučována stavebnice jednoduššího a menšího transceiveru K1), nemusí se průměrný radioamatér stavby obávat.

Závěr

Určitým problémem může být dostupnost stavebnice a její cena. K2 není sice nutné objednávat přímo v Kalifornii, je možné ho koupit např. v Berlíně, avšak problémem je cena – základní transceiver, jehož cena je 599 USD, přijde na 908 €. Stolní transceiver, vybavením srovnatelný např. s TS-850S, tak přijde na přibližně 1100 USD a po přepočtu (tab. 4) by byl cenově méně výhodný, než např. IC-706 nebo Alinco DX-77. U některých našich prodejců vyjde po přepočtu 1 USD až na 70 Kč, je tedy otázkou, zdali se u nás najde prodejce, ochotný nabídnout stavebnici za přijatelnou cenu.

Tab. 4. Ceny stavebnice K2 a jeho doplňků

Hodnota stavebnice však není jen v hotovém výsledku, ale především v tom, co se běhěm stavby může začínající radioamatér naučit. Proto je stavebnice transceiveru K2 námětem k úvahám těm, kteří se zabývají výchovou mladých operátorů.