|
Něco o 24GHz aneb o prvním qso na 24 GHz v OK [1989] Pavel Šír, OK1AIY
Myšlenkou udělat zařízení pro 24 GHz jsme se spolu s OK1MWD začali zabývat v roce 1984, když už bylo zařízení pro pásmo 10 GHz tak zvládnuté, že s ním bylo možné navazovat v každém závodě spojení a sem-tam, při zlepšených podmínkách, se podařilo udělat spojení delší - i na několik set kilometrů. Zkušenosti z pásma 3 cm tedy jakési už byly, ale že cesta nebude jednoduchá, jsme věděli již od začátku. Vždyť součástky pro 1,25 cm prakticky nejsou. Situace byla zcela jiná než v pásmu 3 cm, kde profesionálně je již technika zvládnutá 50 let a tu a tam se objevuje i nějaký vyřazený materiál. Prakticky nic z toho se však pro 24 GHz nedá použít, protože rozměry součástek pro pásmo 1,25 cm by měly být podstatně menší. Přece jenom tu ale pro začátek něco bylo: např. malé sovětské diody (např. typu D403) i podobné jiné, určené pro směšovače a detektory v pásmu 18 GHz, které se koncem šedesátých let objevily ve výprodeji za několik korun. Pečlivé prostudování dostupných katalogů dávala určitou naději a první praktické zkoušky v pásmu 3cm ukázaly, že diody jsou opravdu velmi dobré. V ročence Amatérského radia z roku 1973 jich je celá řada a jako nejlepší se nakonec osvědčila dioda typu DK-V8. Počítalo se rovněž s vyzkoušením Schottkyho diod pro 10 GHz, které takřka všechny „jsou funkční“ až do kmitočtů 40 GHz. Podle možností jsme zvolili i koncepci jednotlivých transvertorů. Jeden byl navržen podobně jako pro 3 cm. Je-Ii totiž varaktorový násobič a zároveň směšovač „povedený“, dává relativně dost velký vf výkon. Jestliže by se tento kombinovaný stupeň nepovedl, postačila by jeho funkce jenom jako násobič 9, jenž by vyprodukoval potřebný oscilátorový signál na kmitočtu 24,047 GHz. Směšovač byl pro začátek uvažován jako průchozí (v cizí literatuře jej nazývají „probublávací“) s možností přimíchání SSB signálu při vysílání v případě, že by se výše uvedený násobič - směšovač nepovedl. Druhý transvertor byl řešen podobně s možností využití dobrých vlastností subharmonického směšovače, jenž má jednu podstatnou výhodu: vyžaduje totiž oscilátorovou injekci na polovičním kmitočtu, což je skutečnost tak lákavá, že stojí za to v tomto směru nějaký ten experiment udělat. Zhotovit „injekci“ na kmitočtu 12024 MHz je podstatně snazší, uvážíme-Ii, že lze použít díly pro 3 cm; stačí jen změnit kmitočet oscilátoru a doladit poslední násobiče. Vf výkonu u takovéhoto oscilátorového řetězce lze dosáhnout řádu desítek mW a to je důležité zvlášť pro první pokusy, kdy jak víme, nebývá výkonu nikdy dost Mezifrekvenční kmitočet byl zvolen pro oba systémy 144 MHz. Není to sice zcela výhodné z hlediska „zrcadla“ a „přišumování“, praktičtější by bylo např. 432 MHz ale chtěl! jsme se vyvarovat dalších komplikací a „vázat“ další pásmo. Navíc se to „z 2m“ lépe dělá a zesilovač S KF907 pečlivě přizpůsobený ke směšovací diodě dokáže na tomto kmitočtu malý zázrak. (Na 23 cm už musel být na zesilovači FET GaAs 3SK97 a přizpůsobení se zdaleka tak nepovedlo).Nebojte se však nízkých mf kmitočtů, je jen třeba „posadit" pásmo tam, kde je při závodě volno, to znamená např. nad 144,5 MHz. Jinak je nebezpečí, že zesílené signály okolních stanic, které pronikají do sebelépe odstíněného dílu, budou slabý signál z vyššího pásma spolehlivě rušit. Naproti tomu cílevědomé umístění začátků mikrovlnných pásem umožní pracovat od jednoho stolu na několika pásmech současně.
Obr. 1. Schéma zapojení základního oscilátoru (blok oscilátoru v termostatu, teplota na stavitelná v rozsahu 35 až 45°C). L1 - 14 z drátu CuL o Ø 0,4 mm na 5 mm, jádro N01, L2 - 4 z stejným drátem na stejném průměru, odb. v 1/2 cívky, Tl1 - 8z, drát o Ø 0,2 mm CuL na ferit, tyčce z materiálu H18, průměr tyčky 2 mm. Rezistor s hvězdičkou - odpor vyzkoušet. Znamená to tedy použít krystal o správném kmitočtu - a již je tu málem neřešitelná komplikace. Když se totiž dopočítáme nějakého přijatelného kmitočtu, potřebný krystal většinou není. Nejinak tomu bylo i v našem případě, ale nakonec se přece jen našel krystal kolem 12,37 MHz z vyřazené radiostanice, jehož kmitočet jsme vysokofrekvenčním výbojem posunuli směrem nahoru. Podmínkou je krystal ve skle. Ne že by to snad s výbrusem v kovovém pouzdru nefungovalo, ale stabilita je přece jen horší a je třeba dělat vše proto, abychom signál nemuseli, jak se říká, honit po stupnici. Celý oscilátor i s násobičem a oddělovacím stupněm je umístěn v duralovém bloku, na kterém je přimontován termostat. Pro zajímavost je na obr. 1 zapojení, které se po mnoha pokusech ukázalo jako nejlepší. (A nedivte se tomu, prosím, všechna ostatní „progresivní“ zapojení byla nepoužitelná). Termostat není třeba zapínat např. při práci v místností, v níž je stabilní teplota a spojení, které děláme, je za několik minut hotové; pro práci v terénu je bezpodmínečně nutný. Příkon by měl být alespoň 5 W, aby se blok dostatečně rychle vyhřál a je vhodné jej nechat zapnutý po celou dobu závodu. Blok s termostatem by měl být obložen polystyrénem tloušťky asi 10 mm a uzavřen v další kovové skříňce. Tím však starosti nekončí. Rozčarování je, když oscilátor sice „sedí“, ale kmitočet „jódluje“. Je veliké štěstí, když to spraví jen výměna krystalu. Stabilizace napájecího napětí byla řešena jako dvoustupňová, při 5 V napájecího napětí dával celý blok dostatečný výkon a přitom se vlastní příkon tedy í zahřívání zmenšilo a ihned se to projevilo na lepší stabilitě. A ještě další dobrá zkušenost - výborné stabilizátory pro tyto účely jsou naše MAC01. (Mají dokonce menší šum a lepší stabilitu než např. 78L10.) To vše jsou vlastně jen kosmetické problémy, na které je čas, když už celé zařízení funguje Než se na ně dostalo, uteklo v našem případě vlastně několik let. Prakticky tři roky neko nečné práce a experimentování bez měřicích přístrojů jen s přípravky doma udělanými. Některé díly jsme vyráběli společně, některé vzhledem k odlišnému kmitočtovému plánu (obr. 2) si vyráběl každý sám. Práce t byla opravdu zdlouhavá a někdy i celý měsíc úsilí vyšel naprázdno, když se v dalších zkouškách ukázalo, že předpokládaný záměr nevyšel a že, jak se říká, „tudy cesta nevede“, Jako „ideový vzor“ nám posloužil popis v časopise DUBUS (od DB6NT), ovšem tímto způsobem nešlo v našem případě postupovat, protože součástky použité ve vzorku jsme prostě neměli.
Koncem roku 1987 už byla zařízení mechanicky i elektricky v tak pokročilém stavu, že mohlo být přikročeno k první praktické funkční zkoušce. Samozřejmě se nedalo čekat, že se obě zařízení proti sobě nasměrují a všechno půjde zcela samo. Abychom se vyhnuli zdlouhavému tápání a zbytečnému ztráceni času, byla vypracována „metodika“, co všechno musíme udělat, abychom se na pásmu vůbec našli. Digitálním kmitočtoměrem jsme změřili kmitočet oscilátorů v obou transvertorech a spočítali, kam „padne“ začátek pásma na stupnici transvertorového transceiveru a kde se tedy musíme hledat. Silné signály jsme ani nečekali a dokonce jsme oba transvertory museli propojit přímo kusem vlnovodu, abychom se po několika hodinách asi 30 kHz od vypočítaného kmitočtu vůbec našli. To byl důležitý moment v celém dlouhém konání a pak už události dostaly rychlý spád. Ještě důležitá kontrola přeladění o několik kHz přesně o tentýž kmitočet bylo třeba doladit druhé zařízení a pak následovalo nastavování všech prvků na nejsilnější signál střídavě na jednom a druhém zařízení. Po několika minutách se úroveň signálů zvětšila natolik, že mohl být odstraněn kus propojovacího vlnovodu a namontovány antény typu „horna“. A tak mohlo být uskutečněno první spojení SSB mezi OK1MWD a OK1AIY/p. Bylo to 5.12. 1987 v Jičíně.
Signály byly tak slabé, že spojeni bylo jenom z jednoho konce stolu na druhý, ale pro začátek to byl vlastně úspěch. Ukázalo se, kde je třeba zlepšovat a tak po několika týdnech už bylo možné komunikovat na větší vzdálenost - pro nasazení do závodu to ještě nebylo. Mezitím bylo uvolněno pásmo 5760 MHz, takže bylo třeba zvládnout celou problematiku znovu; dík zkušenostem právě z pásma 24 GHz se to povedlo velmi rychle, takže po dvou měsících práce již bylo možno uskutečnit první spojení SSB a při první příležitosti udělat na 6 cm spojení i v závodě. Také bylo třeba zlepšovat zařízení pro 3 cm, lépe řečeno udělat zařízení zcela nové koncepce, takže se na 24 GHz jaksi trochu pozapomnělo. Zlepšily se však konstrukční možnosti použitím tranzistoru FET GaAs, které se dík sníženým cenám staly dostupnějšími. A protože se zařízení na 3 cm docela vydařilo, pustil jsem se do podobného transvertoru i pro pásmo 1,25 cm. Popisy od DB6NT v časopise DUBUS byly natolik inspirující, že bylo jasné, jak „nato“, ovšem přesně podle těchto popisů nebylo možno postupovat a tak jednoduchý transvertor opět nakonec vypadal docela jinak. Směšovač s MGF 1303 dodává zatím výkon jen 20 až 30 μW, tentýž tranzistor je i na vstupu. Celek je proveden technikou plošné montáže na oboustranně plátovaném Duroidu tloušťky 0,25 mm. Protože už bylo druhé zařízení „po ruce“, nebyl takový problém s nastavováním. Každý zásah bylo možné ihned ověřit, takže po několika měsících bylo možné zkusit opravdové spojení na větší vzdálenost. Oba transvertory je možno přes stejné konektory připojit ke kterémukoliv zařízení pro 2 m, používanému i v naší kolektivní stanici OK1KZN. Pro dokončení příprav bylo využito několik volných dnů o vánocích 1988 a pak jsme jen určili den po kusů (zakončit úspěšný rok a udělat spojení na Silvestra nebo zahájit sezónu roku 1989?). Milan, OK1UFL, se rozhodl pro druhou možnost a tak 1. ledna 1989 bylo uskutečněno oboustranné spojení SSB na vzdálenost 80 m. Jedno zařízení bylo v místnosti, druhé na konci zahrady. Ihned jsme vyzkoušeli účinek okenních skel a ověřili stabilitu transvertoru, který ležel několik hodin na sněhu. Stabilita byla dobrá, signály kvalitní, ale velmi slabé. Pokusy celému kolektivu „učarovaly“a tak se všichni pustili do práce. Místo „horny" byly vyzkoušeny parabolické antény o průměru 50 a 75 cm se štěrbinovými ozařovači vše snadno demontovatelné a zaměnitelné. 26. února měla nastat „hodina pravdy“ vzdálenost přes údolí mezi naším klubovým QTH v Křížlicích a Beneckem byla 6 km. Počasí nám příliš nepřálo a ledový vítr ochladil nezakrytý blok oscilátoru natolik, že jej prostě termostat nestačil vyhřát a jeho kmitočet na 111,3315 MHz „utekl“ o 1,2 kHz. To už stačilo, aby protistanice „utekla ze stupnice“. Nezbývalo tedy než jet zpět do Křížlic; ochlazený oscilátor ještě nějakou chvíli i v místnosti držel nesprávný kmitočet, takže závada byla kmitočtoměrem ihned zjištěna.
Po zakrytí a prohřátí bylo zařízení v zapnutém stavu převezeno opět na Benecko a po umístění na stativ jsme okamžitě udělali spojení. Směrování parabolických antén je velmi kritické - vždyť odchylka o 1º způsobí, že se velmi slabý signál zaručeně přehlédne. Totéž platí rovněž při elevaci (jestliže jsou stanice blízko sebe a výšky QTH jsou rozdílné, je třeba nastavit parabolu i v tomto směru). Je velmi výhodné nastavit antény vzájemně na 3 cm a teprve pak přejít na pásmo vyšší, což se osvědčilo při pokusech s DB6NT. Překlenutá vzdálenost 95 km je sice v současné době rekordní, rezervy v signálech však dávají naději udělat spojení delší. Úspěšně proběhlo i souběžné spojení během Polního dne, takže do výsledkové listiny přibyla další rubrika . . . Tedy zase krok kupředu. A tohle všechno se pro to muselo udělat. Stovky hodin práce, tisíce ujetých kilometrů. Sám sebe se někdy ptám, jestli to všechno stojí za to. Většina radioamatérské veřejnosti namítne, že nemá smysl pro dvě nebo tři spojení za rok dělat zařízení. Mají pravdu. Dnes ještě mají pravdu. Ale co zítra? Jak překlenout dobu, než nám Japonci nabídnou nějaký ten „lcom“, který bude jistě mít i automatické nastavování azimutu a elevace, abychom se nemuseli obtěžovat s pracným směrováním antén? Ono se již opravdu dá v tomto směru takřka všechno koupit. Ale kde zůstal ten pravý radioamatérský sport? Na mikrovlnách je široké pole působnosti pro všechny ty, kteří se nespokojí s lacinou a stereotypní zábavou a hledají v nekonečné práci i kus dobrodružství. Výsledkem práce udělané doopravdy jsou pak nakonec i unikátní spojení - mnohdy první a neopakovatelná. Myslím, že ta práce za to stojí. Co myslíte vy?
RADIOAMATÉRSKÝ ZPRAVODAJ 11-12/1989 Obrázky použity z http://www.cbjilemnice.com/index.php?page=24 V roce 2007 přepsal a upravil pro web OK2KKW se souhlasem OK1AIY Matěj OK1TEH |
