Téměř před
rokem jsem v
reportáži z mikrovlnného závodu 2004 mezi řečí slíbil, že napíšu něco o
oscilátoru pro 10 GHz transvertor. Původně jsem chtěl o této záležitosti
pohovořit na letošním setkání na Studnici, ale po
událostech loňského
podzimu už pochopitelně mé vystoupení na tomto setkání OK-VHF Clubu možné není.
Proto chystaný článek společně s podrobným konstrukčním popisem praktického
řešení uvádím zde na stránkách OK2KKW stejně, jako i v případě dalších
konstrukčních
řešení, které u nás v klubu
vznikly předtím.
Všichni ti, kdož
nezůstali pouze v zajetí pásem krátkých vln znají ten asi nikdy neustávající boj
o spektrální čistotu, stabilitu a absolutní přesnost oscilátorů VKV zařízení.
Zatímco v případě provozu KV stále stačí k provozu dobré VFO, na VKV bychom s
takovým zařízením dnes už neuspěli - bez přesných a stabilních oscilátorů by
totiž nebylo spojení EME, ani MS - na protistanici bychom se prostě "netrefili".
A protože snahou opravdových radioamatérských DXmanů je překonávání obtížných
překážek, mnozí z nich již dávno pracují nejen na běžných, ale také na vyšších
mikrovlnných pásmech. Aby i zde mohli provozovat sofistikovaná spojení typu
WSJT, je evidentní, že bez velmi kvalitního oscilátoru pro transvertory na
taková vyšší pásma se to prostě neobejde.
Nicméně nemusíme se ani snažit jen o nějaká technicky raritní
spojení - všichni příznivci provozu CW velmi dobře vědí, že tento druh provozu
má na VKV pásmech jednu úžasnou vlastnost: díky schopnosti lidského
mozku provozovat (navíc v režimu "multitasking") od pánaboha naprogramovaný
velmi kvalitní DSP, je člověk schopen relativně pohodlně číst telegrafní signály
i hluboko pod šumem a rušením. Avšak - jen za jednoho předpokladu:
spektrální rozložení šumu musí být stabilní stejně, jako kmitočet telegrafního
signálu, který je pod šumem "schován" - jinak ten korelační přijímač mezi našima
ušima prostě nefunguje.
A tady se
dostáváme k meritu věci - se stoupajícím kmitočtem klesá absolutní stabilita
oscilátorů - a tak se na vyšších mikrovlnných pásmech stále dost často setkáváme
s ukňouranými, nestabilními signály, které během spojení ujíždí o stovky hertzů
i kilohertzy - a co je ještě horší - při provozu navíc "poskakují" vlivem
krátkodobé frekvenční nestability. V tom okamžiku korelační přijímač v naší
hlavě přestává fungovat - a signály na úrovni šumu jsou rázem zcela nečitelné.
A to ani
nehovořím o tom, že úspěch, či neúspěch v závodě je na mikrovlnných pásmech
přímo závislý nejen na výkonu, ale také na přesnosti kmitočtu - protože jen tak
lze po domluvě na nižších pásmech skutečně také navázat a dokončit soutěžní
spojení na předem dohodnutém kmitočtu.
Nároky na
stabilitu oscilátoru pro praktický DX provoz jsou na pásmech 23 cm a výše již
tak vysoké, že běžný krystalový oscilátor nevyhoví. Dobrý (nejlépe dvojitý)
termostat pro krystalový oscilátor sice může zajistit (ovšem za předpokladu
vhodného obvodového řešení oscilátoru) dostatečnou krátkodobou stabilitu, ale
neřeší se tím otázka stability dlouhodobé - a tedy přesnosti naladění na signál
protistanice, kterou právě neslyšíme - přičemž na možnost naladění s maximální
odchylkou do 100 Hz závisí úspěch, či neúspěch pokusu o QSO.
K tomu navíc
přistupuje ještě to, že kmitočet transpozičního oscilátoru může být vyžadován
jako necelý, často dost "podivný" tak, aby po vynásobení dal požadovaný místní
oscilátor pro transvertor k mezifrekvenčnímu zařízení - což vede víceméně jistě
k tomu, že příslušný krystal je nutné
objednat "na míru". Cena takto vyrobeného krystalu sice není pro
opravdové radioamatéry překážkou - ale nově vyrobený krystal je nutno nechat
nejprve "vystárnout", aby dosáhnul předpokládané stability - a ta stejně není
pro běžné krystaly z hlediska provozních požadavků mikrovlnných pásem
dostatečná.
Proto jsem se
rozhodl vyrobit a pro radioamatérskou veřejnost popsat jednotku oscilátoru pro
mikrovlnné transvertory, která by tyto vlastnosti splňovala:
Navržené řešení je vlastně jednoduchým kmitočtovým syntezátorem pro jeden
jediný, předem zvolený výstupní kmitočet, který je "opřený" o vysoce přesný
normálový oscilátor, a to buď kvalitní OCXO na takovém kmitočtu, kde je
dlouhodobá stabilita krystalového oscilátoru optimální (jednotky MHz až 20 MHz),
nebo je použit normálový oscilátor syntetizovaný ze satelitního přijímače GPS
(například podle
G3RUH),
z příjmu normálového kmitočtu vysílaného na dlouhých vlnách (DCF77), případně z
jiného zdroje přesného kmitočtu.
Blokové schema
syntezátoru je zde:

Jak je patrné, v
závislosti na zvoleném dělicím poměru děliček D1 a D2 lze z normálového
referenčního kmitočtu (obvykle 10 MHz) vytvořit prakticky jakýkoli požadovaný
kmitočet. Protože určení vhodného dělicího poměru je náročné, vytvořil jsem v
Excelu jednoduchý program pro jeho vyhledání pomocí matematické iterace. Tento
program lze stáhnout
zde. Připomínám jen, že je napsán pro český MS Office 2000, a proto
neručím za jeho funkčnost v jiných SW verzích. Snad už jen malou
poznámku k použití tohoto programu - desetinná čárka se zadává
skutečně jako čárka, nikoli jako tečka, jak je v počítačové praxi obvyklé.
Jaké budou dělicí
poměry a provozní kmitočty pro obvykle používané oscilátory? S použitím
uvedeného programu jsem sestavil následující tabulku:
kmitočtový
převod
[MHz] |
oscilátor
pro směšovač
[MHz] |
násobič
oscilátoru
[n] |
základní
kmitočet oscilátoru
[MHz] |
referenční
kmitočet
[MHz] |
násobek
reference
[MHz] |
rozdílový
kmitočet
[MHz] |
kmitočet
FD
[kHz] |
Dělicí
poměr D1
[n] |
Dělicí
poměr D2
[n] |
144 - 1296 |
1152 |
12 |
96,0000000 |
10 |
9 |
6,0000000 |
20,8333 |
288 |
480 |
145 - 1296 |
1151 |
12 |
95,9166667 |
10 |
9 |
5,9166667 |
20,8333 |
284 |
480 |
146 - 1296 |
1150 |
12 |
95,8333333 |
10 |
9 |
5,8333333 |
20,8333 |
280 |
480 |
147 - 1296 |
1149 |
12 |
95,7500000 |
10 |
9 |
5,7500000 |
20,8333 |
276 |
480 |
144 - 2320 |
2176 |
24 |
90,6666667 |
10 |
8 |
10,666667 |
20,8333 |
512 |
480 |
145 - 2320 |
2175 |
24 |
90,6250000 |
10 |
8 |
10,625000 |
20,8333 |
510 |
480 |
146 - 2320 |
2174 |
24 |
90,5833333 |
10 |
8 |
10,583333 |
20,8333 |
508 |
480 |
147 - 2320 |
2173 |
24 |
90,5416667 |
10 |
8 |
10,541667 |
20,8333 |
506 |
480 |
144 - 3400 |
3256 |
32 |
101,7500000 |
10 |
9 |
11,750000 |
25,0000 |
470 |
400 |
145 - 3400 |
3255 |
32 |
101,7187500 |
10 |
9 |
11,718750 |
22,3214 |
525 |
448 |
146 - 3400 |
3254 |
32 |
101,6875000 |
10 |
9 |
11,687500 |
20,8333 |
561 |
480 |
147 - 3400 |
3253 |
32 |
101,6562500 |
10 |
9 |
11,656250 |
31,2500 |
373 |
320 |
144 - 5760 |
5616 |
48 |
117,0000000 |
10 |
12 |
3,000000 |
20,8333 |
144 |
480 |
145 - 5760 |
5615 |
48 |
116,9791667 |
10 |
12 |
3,020833 |
20,8333 |
145 |
480 |
146 - 5760 |
5614 |
48 |
116,9583333 |
10 |
12 |
3,041667 |
20,8333 |
146 |
480 |
147 - 5760 |
5613 |
48 |
116,9375000 |
10 |
12 |
3,062500 |
20,8333 |
147 |
480 |
144 - 10368 |
10224 |
96 |
106,5000000 |
10 |
12 |
13,500000 |
20,8333 |
648 |
480 |
145 - 10368 |
10223 |
96 |
106,4895833 |
10 |
12 |
13,510417 |
10,4166 |
1297 |
960 |
146 - 10368 |
10222 |
96 |
106,4791667 |
10 |
12 |
13,520833 |
20,8333 |
649 |
480 |
147 - 10368 |
10221 |
96 |
106,4687500 |
10 |
12 |
13,531250 |
31,2500 |
433 |
320 |
430 - 24048 |
23618 |
192 |
123,0104167 |
10 |
12 |
3,0104167 |
10,4166 |
289 |
960 |
431 - 24048 |
23617 |
192 |
123,0052083 |
10 |
12 |
3,0052083 |
5,20833 |
577 |
1920 |
432 - 24048 |
23616 |
192 |
123,0000000 |
10 |
12 |
3,0000000 |
20,8333 |
144 |
480 |
1296 - 47088 |
45792 |
384 |
119,2500000 |
10 |
10 |
19,250000 |
20,8333 |
924 |
480 |
1297 - 47088 |
45791 |
384 |
119,2473966 |
10 |
10 |
19,247396 |
8,00645 |
2404 |
1249 |
10368 - 77500 |
67132 |
576 |
116,5486111 |
10 |
12 |
3,451389 |
6,94444 |
497 |
1440 |
10369 - 77500 |
67131 |
576 |
116,5468750 |
10 |
12 |
3,453125 |
15,6250 |
221 |
640 |
Ovšem uvedený
kmitočtový syntezátor neposlouží jen jako zdroj místního oscilátoru pro
mikrovlnné transvertory. Stejně dobře by mohl posloužit i jako zdroj signálu pro
radioamatérské majáky - a protože právě pro tuto aplikaci je bezpodmínečně nutné
dodržet mimořádně vysokou dlouhodobou stabilitu - nejlépe "zavěšením" na nějaký
kmitočtový standard - použití
obvodu kmitočtové syntézy se pro
takovou aplikaci přímo nabízí.
Návrh kmitočtové
syntézy pro některé majáky v OK a OM - zejména v souvislosti se změnou
kmitočtového pásma pro majáky 70 cm podle sporného
rozhodnutí IARU a navržené
úpravě kmitočtů některých
mikrovlnných majáků tak, aby pracovaly ve vyhrazeném majákovém
pásmu, je zde:
Maják
-
pásmo |
kmitočet majáku
[MHz] |
kmitočet
oscilátoru majáku
[MHz] |
referenční
kmitočet
[MHz] |
násobek reference
[n] |
rozdílový kmitočet
[MHz] |
kmitočet
FD
[kHz] |
Dělicí
poměr D1
[n] |
Dělicí
poměr D2
[n] |
OK0EA
70cm |
432,489
*) |
108,122250 |
10 |
12 |
11,877750 |
4,889976 |
2429 |
2045 |
OK0EB
70cm |
432,446
*) |
108,111500 |
10 |
12 |
11,888500 |
6,968641 |
1706 |
1435 |
OK0EC
70cm |
432,452
*) |
108,113000 |
10 |
12 |
11,887000 |
5,485464 |
2167 |
1823 |
OK0EO
70cm |
432,406
*) |
108,101500 |
10 |
12 |
11,898500 |
3,057169 |
3892 |
3271 |
OK0EP
70cm |
432,436
*) |
108,109000 |
10 |
12 |
11,891000 |
8,257638 |
1440 |
1211 |
OK0EZ
70cm |
432,470
*) |
108,117500 |
10 |
12 |
11,882500 |
4,137360 |
2872 |
2417 |
OM0MUA
70cm |
432,478
*) |
108,119500 |
10 |
12 |
11,880500 |
4,631774 |
2565 |
2159 |
OK0EA
23cm |
1296,900 |
108,075000 |
10 |
12 |
11,925000 |
25,00000 |
477 |
400 |
OK0EL
23cm |
1296,930 |
108,077500 |
10 |
12 |
11,922500 |
3,003905 |
3969 |
3329 |
OK0EJ
23cm |
1296,960 |
108,080000 |
10 |
12 |
11,920000 |
20,00000 |
596 |
500 |
OK0EO
23cm |
1296,965 |
108,080417 |
10 |
12 |
11,919583 |
12,970169 |
991 |
771 |
OK0EQ
23cm |
1296,973 |
108,081083 |
10 |
12 |
11,918917 |
27,027027 |
441 |
370 |
OM0MSA
23cm |
1296,888 |
108,074000 |
10 |
12 |
11,926000 |
3,303601 |
3610 |
3027 |
OK0EL
13cm |
2320,930 |
96,705417 |
10 |
9 |
6,705417 |
2,473411 |
2711 |
4043 |
OK0EQ
13cm |
2320,973 |
96,707208 |
10 |
9 |
6,707208 |
2,966479 |
2261 |
3371 |
OK0EL
9cm |
3400,930 |
106,279063 |
10 |
12 |
13,720938 |
23,25581 |
590 |
430 |
OK0EQ
9cm |
3400,973 |
106,280406 |
10 |
12 |
13,719594 |
4,422822 |
3102 |
2261 |
OK0EA
6cm |
5760,940
**) |
144,023500 |
10 |
15 |
5,976500 |
1,780310 |
3357 |
5617 |
OK0EL
6cm |
5760,930
**) |
144,023250 |
10 |
15 |
5,976750 |
2,527167 |
2365 |
3957 |
OK0EX
6cm |
5760,960
**) |
144,024000 |
10 |
15 |
5,976000 |
8,00000 |
747 |
1250 |
OK0EQ
6cm |
5760,973 |
144,024325 |
10 |
15 |
5,975675 |
1,788589 |
3341 |
5591 |
OK0EL
3cm |
10368,935
**) |
108,009740 |
10 |
12 |
11,990260 |
3,246753 |
3693 |
3080 |
OK0EA
3cm |
10368,905
**) |
108,009427 |
10 |
12 |
11,990573 |
3,625816 |
3307 |
2758 |
OK0EX
3cm |
10368,875
**) |
108,009115 |
10 |
12 |
11,990885 |
3,505082 |
3421 |
2853 |
OK0EW
3cm |
10368,894 |
108,009313 |
10 |
12 |
11,990668 |
11,641444 |
1030 |
859 |
OK0EQ
3cm |
10368,973 |
108,010135 |
10 |
12 |
11,989865 |
3,378378 |
3549 |
2960 |
OM0MYA
3cm |
10368,885 |
108,009219 |
10 |
12 |
11,990781 |
4,191115 |
2861 |
2386 |
OK0EX
1,5cm |
24192,870
**) |
126,004531 |
10 |
12 |
6,004531 |
7,552870 |
795 |
1324 |
OK0EL
1,5cm |
24192,935
**) |
126,004870 |
10 |
12 |
6,004870 |
1,873010 |
3206 |
5339 |
OK0EW
1,5cm |
24192,915
**) |
126,004766 |
10 |
12 |
6,004766 |
7,942812 |
756 |
1259 |
Poznámky:
*) -
připravované
kmitočty 70cm majáků podle nového
bandplánu IARU
pro pásmo 70cm
**) - navržené nové kmitočty mikrovlnných majáků tak, aby
odpovídaly doporučení IARU - jejich stávající kmitočty najdete
zde.
______________________________________________________
Tolik tedy
stručná ukázka toho, k čemu všemu se tento univerzální kmitočtový syntezátor
hodí - a nyní již k jeho praktické realizaci:
(při kliknutí na obrázky se vám tyto
objeví v plném rozlišení)
Obvod podle výše
uvedeného blokového schematu je postaven na oboustranné desce plošných spojů o
rozměrech 90 x 110 mm a při jeho konstrukci jsem vycházel z faktu, že přílišná
miniaturizace není vzhledem k mému zraku žádoucí - a naopak žádoucí je co
nejlepší využití mých "šuplíkových zásob"- proto najdete
v zapojení tolik blokovacích kondenzátorů 4,7nF a tolik odporů 3k9 :-). Srdcem
zařízení je rozlaďovaný krystalový oscilátor a dvě statické programovatelné
děličky 74HC4059, jejichž dělicí
poměr
se dá na desce plošných spojů cínovými propojkami nastavit od 1 až do 9999. V
praxi samozřejmě takový rozsah nevyužijeme - plně postačuje nastavení dělicího
poměru cca od 100 do 4000. Obvod kmitočtové syntézy je osazen obvody HC-MOS a
C-MOS. Krystalový oscilátor je běžného zapojení, na rozdíl od mnoha amatérských
konstrukcí se dbá na to, aby oscilátor kmital s malou amplitudou tak, aby nebyl
přetěžován krystal, což by mohlo vést k poklesu jeho provozního Q a s tím
související krátkodobou fázovou nestabilitou, která se na mikrovlnných pásmech
projevuje neblaze známým způsobem (poskakováním
kmitočtu v řádu desítek, až stovek hertzů). Proto je oscilátor provozován velmi
"krotce", je použit pouze nepříliš strmý FET BF245A a navíc je ještě výrazně
sníženo napájecí napětí pro oscilátor. Rozladění krystalového oscilátoru
varikapem je možné v řádu jednotek kHz. Zapojení oscilátoru je navrženo pro
běžné krystaly mezi 96 až 110 MHz - pro nižší kmitočty bude možná zapotřebí
doplnit paralelně k L2 kondenzátor cca 2,2pF, pro mírně vyšší kmitočty použít
hliníkové ladicí jádro namísto jádra z hmoty N01 (červené). Cívka L1 slouží
pouze ke kompenzaci kapacity krystalu, její nastavení není kritické a správně
nastavena je tehdy, pokud oscilátor nekmitá nikde jinde, než na seriové
rezonanci použitého krystalu. Za oscilátorem následuje oddělovač s tranzistorem
KF910 (typ dvoubázového FETu není kritický), na jehož výstupu jsou připojeny dva
monolitické zesilovače MAR3 -typ monolitického zesilovače opět není kritický a
je možno použít
i jiné typy, případně
typy jiných výrobců za předpokladu, že obvod pracuje v kmitočtovém rozmezí
alespoň do 1 GHz, má zisk alespoň 12 až 15 dB a pro 1 dB kompresi je schopen dát
na svém výstupu výkon nejméně + 10 dBm. Pochopitelně podle typu monolitického
zesilovače budeme pravděpodobně muset upravit jejich napájecí odpor. Jeden z
těchto zesilovačů pracuje jako oddělovač dodávající vzorek signálu z
krystalového oscilátoru do směšovače fázového závěsu, přičemž současně brání
tomu, aby se do cesty výstupního užitečného signálu přes směšovač dostaly
parazitní kmitočty z násobiče oscilátoru kmitočtové reference. Na výstupu
syntezátoru je umístěna mírně nadkriticky vázaná pásmová propust, která dále
zabraňuje tomu, aby se na výstup syntezátoru dostaly nežádoucí kmitočty z
kmitočtové syntézy a zároveň filtruje harmonické kmitočty vzniklé ve výstupním
monolitickém zesilovači, který pracuje téměř ve své saturaci. Důležitým prvkem
zapojení je feritová trubka na výstupu monolitického zesilovače IO2, která
zabraňuje jeho případnému kmitání někde v GHz oblasti.
Zde dovolte malou odbočku - možná se ptáte, proč taková péče o spektrální
čistotu výstupního kmitočtu oscilátoru, proč filtrace jeho harmonických
kmitočtů, když za ním stejně bude následovat násobič, který linearitou právě
neoplývá... Důvod je prozaický - při konstrukci prvního vzorku tohoto
syntezátoru - viz reportáž
zde - jsme si naběhli - a
narazili na problém spektrální čistoty připojeného transvertoru pro pásmo 10GHz.
Původní obvod kmitočtové syntézy byl totiž o dost jednodušší a na svém výstupu
obsahoval parazit signálu z násobiče referenčního oscilátoru, pronikající přes
směšovač PLL do výstupního signálu. Vzhledem k tomu, že tento parazit byl proti
užitečnému signálu na úrovni cca minus 40dB a byl od užitečného signálu vzdálen
asi o 1,5 MHz, mávnul jsem nad ním rukou, řka, že po vynásobení (96x) bude tento
parazit vzdálen 192 MHz od užitečného signálu, neprojde filtrem vysílače a
nemusím se jím tedy zabývat - a to byl omyl! Tvrdě jsem narazil na
skutečnost, že i ve výstupním signálu na 10 GHz byly parazity právě o těch 1,5
MHz na každou stranu - ale co hůř, nebyly osamocené - signál vysílače 10 GHz
vypadal na zapůjčeném spektrálním analyzátoru jako "koště" a produktů po 1,5 MHz
v něm bylo nepočítaně - a ty nejhorší jen o 6 dB méně než úroveň užitečného
signálu! Rozborem situace se ukázalo, že můj předpoklad byl (jako obvykle :-))
chybný a že na parazity ve výstupním spektru oscilátoru se nelze dívat jenom
jako na parazity v kmitočtové oblasti, ale také jako amplitudovou modulaci
signálu oscilátoru parazitním (v uvedeném případě 1,5MHz) signálem, přičemž
vzhledem k funkci připojených násobičům transvertoru, které jsou co do ohledu na
amplitudu vynásobeného n-tého harmonického produktu velmi citlivé na vstupní
úroveň, tato parazitní "amplitudová" modulace vstupního signálu způsobila rovněž
amplitudovou modulaci příslušné harmonické, což se "úspěšně" opakovalo až do
pásma 10GHz... Následovalo tedy "léčení" toho prvního vzorku kmitočtového
syntezátoru - nejprve byl zařazen oddělovací zesilovač v cestě ke směšovači PLL,
což zvedlo odstup parazitů cca o 30 dB a nakonec jsem z časových důvodů ještě na
výstup prvního vzorku dodělal přídavný krystalový filtr... Přitom je třeba se
zmínit i o tom, že "léčení" na základním kmitočtu oscilátoru nestačilo -
harmonické kmitočty prvního vzorku syntezátoru nesly tyto vzorky parazitní
"amplitudové modulace" také, a protože vstup navazujícího násobiče není příliš
selektivní, pronikaly do transvertoru také touto cestou - proto bylo nutné dát
na výstup ještě rejekce na harmonické kmitočty...
Proto, abych
radioamatérské veřejnosti nepředkládal návod na nějaký "šmejd", celý syntezátor
jsem kompletně přestavěl a do nového zapojení, které zde uvádím, byly zařazeny
obvody oddělovače mezi cestou užitečného signálu a směšovačem PLL, přibyl
výstupní zesilovač, který pracuje téměř v saturaci a tak "likviduje" případný
zbytek parazitní amplitudové modulace pronikající do užitečného signálu a na
výstupu je navíc relativně ostrá pásmová propust, která zabezpečuje dodatečné
potlačení všech parazitů včetně harmonických kmitočtů - což má za následek to,
že v rámci dynamiky pro vývoj tohoto obvodu použitého spektrálního analyzátoru
(80dB) se již žádné parazity nepodařilo naměřit.
Ale vraťme se teď k popisu
zapojení: vstupní signál kmitočtové reference je natvarován, jeho část je
zavedena do děličky D1 a druhá je připojena do báze tranzistoru T3 - ten
pracuje ve třídě C jako násobič. Na jeho výstupu je podkriticky vázaná
pásmová propust (v popisu zapojení uvedené hodnoty umožňují přeladit tuto
pásmovou propust
cca
v rozmezí 100 až 120 MHz), která slouží k výběru vhodného harmonického
produktu, který je zaveden do směšovače PLL s dvoubázovým FETem běžného
typu. Ten má na svém druhém hradle připojen signál z oddělovače
krystalového oscilátoru. Na výstupu směšovače je pásmová propust na
požadovaný směšovací produkt (navržené hodnoty této pásmové propusti ji
dovolují přeladit cca mezi 11 až 15 MHz). Na výstupu této pásmové propusti
je připojen tvarovač signálu a za ním následuje dělička D2. na výstupu
obou děliček D1 i D2 je klopný obvod typu "D", který mění "jehlové"
výstupní signály z děliček na "poctivý" obdélníkový signál o střídě 50%,
protože následující C-MOS fázový detektor (osvědčený typ 4046) by nebyl
schopen zpracovat úzké "jehlové" signály z děliček D1 a D2. Použití tohoto
klopného obvodu ovšem způsobuje dodatečné dělení dvěma, takže ve fázovém
detektoru se ve skutečnosti zpracovávají obdélníkové signály o
polovičním kmitočtu, než je uvedeno v tabulkách výše - ale to vzhledem ke
stabilitě krystalového oscilátoru prakticky nevadí. Možná ještě, že vás
napadne, proč ta na první pohled zbytečná komplikace s různým napájením
obvodů a proč nebyl použit přímo fázový detektor na technologii HC-MOS,
který by žádnou "tvarovací" předděličku nepotřeboval ? Důvod je i v
tomto případě jednoduchý - 12ti voltové napájení obvodu CD4046 (MHB4046)
oproti 5-ti voltovému napájení obvodů HC-MOS dovoluje využít více, než
dvojnásobného rozkmitu ladicího napětí pro PLL smyčku VCXO, což zabraňuje
rozpadnutí fázového závěsu při extrémních změnách teploty a stárnutí
krystalu.
Na výstupu fázového detektoru jsou filtrační obvody smyčky PLL, jejichž
hodnoty jsou navrženy kompromisně tak, aby pokryly včechny
předpokládané dělicí poměry, použité v radioamatérské praxi. Na indikačním
výstupu fázového detektoru je připojena zelená LED indikující svým stálým
svitem řádnou funkci PLL. (Pokud není PLL řádně zavěšen, tato LED nesvítí,
nebo bliká.) Výstup PLL LED na desce se přitom propojí s kladným napájecím
napětím - potom funkci obvodu indikuje jen malá LED na desce plošného
spoje, nebo se mezi kladné napájecí napětí a tuto špičku připojí externí
zelená LED na panelu zařízení.
Celá deska kmitočtové syntézy je napájena z vnějšího kladného napětí 15 až
24V - přitom se ovšem doporučuje malý 12-ti voltový stabilizátor 78L12 na
desce plošného spoje nahradit běžným 7812 ( protože malý stabilizátor s
ohledem na odebíraný proud pracuje na mezi svých parametrů), resp. takový
stabilizátor umístit raději někde na šasi zařízení, aby byl dostatečně
chlazen.

Oživení zařízení:
pro oživení je zapotřebí mít nejméně čítač, osciloskop, wobler, nebo spektrální
analyzátor. Osazenou desku zkontrolujeme, ověříme funkci napájení a vestavěných
stabilizátorů. Zprovozníme krystalový oscilátor a nastavíme výstupní pásmovou
propust na maximální signál na výstupu desky kmitočtové syntézy - výstupní
signál by měl být alespoň 0 dBm. Pokud se nám nepodaří dosáhnout této
úrovně, pomocí wobleru, nebo s využitím spektrálního analyzátoru s tracking
generátorem kontrolujeme výstupní pásmovou propust - která má vstupní i výstupní
impedanci blízko 50 Ohm a vložný útlum do 6 dB. Potom na vstup spektrálního
analyzátoru nebo KV transceiveru připojíme vysokoimpedanční sondu (od
osciloskopu) a sáhneme jí na pin2 IO5 74HC00. Na žádoucím kmitočtu
"mezifrekvence" PLL (viz hodnota rozdílového kmitočtu v tabulce nahoře)
nastavíme jádry cívek L4, L5 a L6,L7 maximum signálu. Záznějový kmitočet se
přitom může od vypočteného lišit i o několik kHz, protože PLL zatím není
zasynchronizováno. Cívky by měly ladit definovaně a ostře. Po nastavení maxima
připojíme namísto přijímače osciloskop. Hodnota napětí v tomto místě by měla být
minimálně 100 mV špička-špička a mělo by jít o sinusovku bez znatelného
zkreslení.
Nyní naprogramujeme děličky D1 a D2 na požadovaný dělicí poměr podle tabulky
nahoře , nebo podle výsledku výpočtu dle výše uvedeného SW (provede se to pomocí
cínových spojek u programovacích vstupů děliček). Osciloskopem a pomocí čítače
zkontrolujeme na výstupech děličky IO8 74HC74 (piny 6 a 9), že děličky D1 a D2
dělí správným číslem a případně najdeme a opravíme chybu.
Protože
se mne občas někdo ptá, jak konkrétně se děličky "programují", dovolte jeden
praktický příklad. Především je třeba říci, že datasheet obvodu
74HC4059 je trochu zavádějící. Pravda je taková, že programovatelné děličky
obvodu se aktivují úrovní H (1), i když datasheet je v tomto směru trochu
neurčitý. Pokud chcete, aby dělička dělila nějakým určitým číslem, zkuste to
takhle:
Příklad: dělicí poměr například
1649:

Pokud je
požadovaný násobek referenčního oscilátoru nad kmitočtem krystalového oscilátoru
(podobně je tomu nahoře u blokového schema), nic na zapojení neměníme, pokud je
tomu naopak, překřížíme odpory R21 a R23 na výstupech IO8. Nyní by se nám již
měl PLL zavěsit a pokud tomu tak není, doladíme kmitočet krystalového oscilátoru
jádrem L2. Po zasynchronizování PLL kontrolujeme osciloskopem připojeným
paralelně k C14, jaká je reakce smyčky PLL na změnu parametrů oscilátoru
(například sáhneme na tlumivku TL1). Ladicí napětí smyčky PLL nesmí oscilovat a
na nastavenou stejnosměrnou úroveň by se mělo vracet do 2 vteřin po odstranění
rozladění oscilátoru bez zbytečných překmitů. Pokud by smyčka PLL relaxovala
(zejména při vysokých dělicích poměrech), zmenšíme poněkud hodnotu C59 a C60.
Pokud je vše v pořádku, nastavíme jádrem L2 stejnosměrné napětí ve smyčce PLL na
4 až 4,5 V . Zkontrolujeme ještě jednou výstupní úroveň a spektrum kmitočtového
syntezátoru, které by mělo být bez měřitelných parazitů nejméně do -70dB (pozor
na lokální FM rozhlasové vysílače, které se mohou tvářit jako nežádoucí
parazity).
Pokud bude deska
kmitočtové syntézy vestavěna v zařízení někde "na stole", nemusí být stíněna.
Pokud ji budeme chtít vestavět společně s transvertorem hned u antény,
doporučuji ji dát do krabičky z pocínovaného plechu a vývody provést kapacitními
průchodkami, případně (u VF vstupu a výstupu) malými koaxiálními konektory,
protože silné elektromagnetické pole, zejména od antén pásma 144 MHz by mohlo
činnost obvodu negativně ovlivnit.
V případě zájmu o
dodávku plošného spoje se můžete obrátit
sem.
Pokud tato
konstrukce napomůže zvýšení radioamatérské aktivity na VKV pásmech,
nebyla moje práce marná.
73! OK1VPZ
Příloha:
Parametry zařízení:
kmitočtový
syntezátor pro výstupní kmitočty v pásmu min. 96 až 120 MHz
výstupní úroveň: min. 0, typicky + 3 dBm na impedanci 50 Ohm
potlačení nežádoucích produktů: min 70, typicky 80 dB
vstup referenčního oscilátoru: 5 až 20 MHz, typicky 10 MHz, min 100 mVpp
napájení 15 až 24V, odběr ze zdroje max. 200 mA
Rozpiska součástek a navíjecí předpisy cívek:
Kmitočtový syntezátor pro transvertory mikrovlnných pásem - rozpiska
součástí |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kondenzátory |
popis |
hodnota |
poznámka |
|
Rezistory |
popis |
hodnota |
poznámka |
C1 |
kondenzátor keramický |
33pF |
|
|
R1 |
rezistor metalizovaný |
820R |
0,25W |
C2 |
kondenzátor keramický |
5,6pF |
|
|
R2 |
rezistor metalizovaný |
3k9 |
0,25W |
C3 |
kondenzátor keramický |
3,3pF |
|
|
R3 |
rezistor metalizovaný |
4k7 |
0,25W |
C4 |
kondenzátor keramický |
1pF |
|
|
R4 |
rezistor metalizovaný |
6k8 |
0,25W |
C5 |
kondenzátor keramický |
1pF |
|
|
R5 |
rezistor metalizovaný |
220R |
0,25W |
C6 |
kondenzátor keramický |
4,7nF |
|
|
R6 |
rezistor metalizovaný |
180R |
0,25W |
C7 |
kondenzátor keramický |
4,7nF |
|
|
R7 |
rezistor metalizovaný |
100k |
0,25W |
C8 |
kondenzátor keramický |
22pF |
|
|
R8 |
rezistor metalizovaný |
12R |
0,25W |
C9 |
kondenzátor tantalový |
2,2uF |
25V |
|
R9 |
rezistor metalizovaný |
100k |
0,25W |
C10 |
kondenzátor keramický |
4,7nF |
|
|
R10 |
rezistor metalizovaný |
3k9 |
0,25W |
C11 |
kondenzátor keramický |
330pF |
|
|
R11 |
rezistor metalizovaný |
390R |
0,25W |
C12 |
kondenzátor keramický |
330pF |
|
|
R12 |
rezistor metalizovaný |
12R |
0,25W |
C13 |
kondenzátor tantalový |
2,2uF |
25V |
|
R13 |
rezistor metalizovaný |
100k |
0,25W |
C14 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
R14 |
rezistor metalizovaný |
390R |
0,25W |
C15 |
kondenzátor keramický |
4,7nF |
|
|
R15 |
rezistor metalizovaný |
12R |
0,25W |
C16 |
kondenzátor keramický |
4,7nF |
|
|
R16 |
rezistor metalizovaný |
2R2 |
0,25W |
C17 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
R17 |
rezistor metalizovaný |
2R2 |
0,25W |
C18 |
kondenzátor keramický |
6,8pF |
|
|
R18 |
rezistor metalizovaný |
150k |
0,25W |
C19 |
kondenzátor keramický |
2,7pF |
|
|
R19 |
rezistor metalizovaný |
12R |
0,25W |
C20 |
kondenzátor keramický |
2,7pF |
|
|
R20 |
rezistor metalizovaný |
12R |
0,25W |
C21 |
kondenzátor keramický |
47pF |
|
|
R21 |
rezistor metalizovaný |
3k9 |
0,25W |
C22 |
kondenzátor keramický |
není |
|
|
R22 |
rezistor metalizovaný |
1k2 |
0,25W |
C23 |
kondenzátor keramický |
6,8pF |
|
|
R23 |
rezistor metalizovaný |
3k9 |
0,25W |
C24 |
kondenzátor keramický |
10nF |
|
|
R24 |
rezistor metalizovaný |
1k2 |
0,25W |
C25 |
kondenzátor tantalový |
2,2uF |
25V |
|
R25 |
rezistor metalizovaný |
2R2 |
0,25W |
C26 |
kondenzátor keramický |
12pF |
|
|
R26 |
rezistor metalizovaný |
15k |
0,25W |
C27 |
kondenzátor keramický |
4,7nF |
|
|
R27 |
rezistor metalizovaný |
15k |
0,25W |
C28 |
kondenzátor keramický |
1,5pF |
|
|
R28 |
rezistor metalizovaný |
27k |
0,25W |
C29 |
kondenzátor keramický |
1,5pF |
|
|
R29 |
rezistor metalizovaný |
3k9 |
0,25W |
C30 |
kondenzátor keramický |
33pF |
|
|
R30 |
rezistor metalizovaný |
2k2 |
0,25W |
C31 |
kondenzátor keramický |
není |
|
|
R31 |
rezistor metalizovaný |
10k |
0,25W |
C32 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
R32 |
rezistor metalizovaný |
22k |
0,25W |
C33 |
kondenzátor keramický |
4,7nF |
|
|
R33 |
rezistor metalizovaný |
68k |
0,25W |
C34 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
R34 |
rezistor metalizovaný |
3k9 |
0,25W |
C35 |
kondenzátor keramický |
150pF |
|
|
|
|
|
|
C36 |
kondenzátor keramický |
není |
|
|
|
integrované obvody |
náhrada |
C37 |
kondenzátor tantalový |
2,2uF |
25V |
|
IO1 |
stabilizátor 78L08 |
|
C38 |
kondenzátor keramický |
22pF |
|
|
IO2 |
zesilovač MAR3 |
|
C39 |
kondenzátor keramický |
22pF |
|
|
IO3 |
zesilovač MAR3 |
|
C40 |
kondenzátor keramický |
56pF |
|
|
IO4 |
stabilizátor 7812 |
|
C41 |
kondenzátor keramický |
150pF |
|
|
IO5 |
hradlo 74HC00 |
74HCT00 |
C42 |
kondenzátor keramický |
4,7nF |
|
|
IO6 |
dělička 74HC4059 |
|
C43 |
kondenzátor elektrolytický |
100uF |
35V |
|
IO7 |
dělička 74HC4059 |
|
C44 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
IO8 |
dělička 74HC74 |
74HCT74 |
C45 |
kondenzátor keramický |
4,7nF |
|
|
IO9 |
stabilizátor 78L05 |
|
C46 |
kondenzátor tantalový |
2,2uF |
25V |
|
IO10 |
fázový detektor CD4046 |
MHB4046 |
C47 |
kondenzátor tantalový |
2,2uF |
25V |
|
|
|
|
|
C48 |
kondenzátor tantalový |
2,2uF |
25V |
|
|
tranzistory |
|
C49 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
T1 |
BF245A |
|
C50 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
T2 |
KF910 |
BF964 |
C51 |
kondenzátor elektrolytický |
100uF |
16V |
|
T3 |
KF189 |
BFY90 |
C52 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
T4 |
KF910 |
BF964 |
C53 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
T5 |
KC238 |
BC546 |
C54 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
T6 |
KC238 |
BC546 |
C55 |
kondenzátor elektrolytický |
100uF |
16V |
|
T7 |
KC238 |
BC546 |
C56 |
kondenzátor tantalový |
2,2uF |
25V |
|
|
|
|
|
C57 |
kondenzátor keramický |
10nF |
|
|
D1 |
dioda - varikap KB105G |
BB205 |
C58 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
D2 |
dioda křemíková KA206 |
1N4148 |
C59 |
kondenzátor tantalový |
22uF |
16V |
|
D3 |
dioda křemíková KA206 |
1N4148 |
C60 |
kondenzátor tantalový |
22uF |
16V |
|
D4 |
dioda křemíková KA206 |
1N4148 |
C61 |
kondenzátor keramický |
100nF |
|
|
D5 |
dioda křemíková KA206 |
1N4148 |
Poznámka:
kondenzátory 4,7nF musí být schopné blokovat kmitočty okolo 100MHz - vyhněte se
proto
subminiaturním supermitovým typům. Integrované obvody 74HC4059 bylo
možné koupit u
firmy NEDIS.
Pokud se vám nedaří je sehnat, zkuste to u
Farnellu.
Navíjecí předpisy cívek |
L1 |
5,25 záv CuL 0,4mm mezi vývody 1 a 3. Jádro N01
nebo jádro AL |
L2 |
5,25 záv CuL 0,4mm mezi vývody 1 a 3. Jádro N01 nebo jádro AL |
L3 |
2x 5 závitů CuL 0,315mm bifilárně na toroidu H20, vinutí zapojit de serie
|
L4 = L5 |
5,25 záv CuL 0,25mm na spodní části kostry mezi vývody 4 a 5. Dále 9,25
závitů CuL 0,4 mezi vývody 1 a 3.
Jádro N01, nebo AL |
L6 |
15,5 záv CuL 0,315 mezi vývody 3 a 5. Jádro N05 nebo AL. |
L7 |
15,75 záv CuL 0,315 mezi vývody 1 a 3. Odbočku na 5,5 závitu od vývodu 3
vyvést na vývod 4,
Jádro N05, nebo AL. |
L8 = L9 |
1,25 záv CuL 0,315 na spodní části kostry mezi vývody 4 a 5. Dále 5,75
záv.CuL 0,4mm mezi vývody 1 a 3.
Jádro N01 nebo AL. |
Cívky jsou vinuty
(s výjimkou L3) na tzv. "pardubických" cívkových kostrách o průměru 6mm s
hliníkovým
krytem. Rozložení vývodů cívkové kostry je stejné, jako u
navíjecích
předpisů cívek
transvertoru Sitno.
(Poznámka: pokud
používáme stabilní OCXO jako opěrný oscilátor pro tento kmitočtový syntezátor
pro mikrovlnná pásma, je nutno dbát na to, aby toto OCXO mělo analogové,
proporcionální topení termostatu! Oscilační druh termostatování - topí /
netopí - je pro vysoce přesné oscilátory zcela nevhodný.)
|