Obsah článků          

    
 

Jednoduchá QRP stanice 432 MHz EME 70 simple


Úvod

V průběhu prázdnin 2014 - 2016 jsem si vždy zkonstruoval malou anténu pro pásmo 2m, 70 cm nebo 23 cm. A tyto antény jsem vozil na prázdniny, dovolenou nebo víkend s nějakým EME contestem. Antény jsem postupně vylepšoval, vyzkoušel je v provedení širokopásmovém, úzkopásmovém, s izolovanými prvky na ráhnech, s rozdílnými vlastnostmi, které jsem fázoval do soustav. A výsledkem bylo, že jsem spolehlivě dekódoval některá spojení na všech uvedených pásmech. V pokračování mě motivovaly 3 věci. Na Internetu bylo publikováno mnoho případů, kdy byly ke komunikaci použité malé QRPP stanice, tzv. small stations EME. QRP spojení stanice uskutečnily s maličkými výkony (do 100 Wattů) a při příjmu se mi dařilo silnější stanice slyšet a dekódovat po poměrně dlouhou dobu, naprosto stabilně, spolehlivě. Proto jsem se ke konci roku 2016 rozhodl zkonstruovat malou staničku z toho, co jsem si v průběhu roku navrhl, vyzkoušel a vyvinul. Na této stránce tedy nenajdete opravdu nic nového nebo převratného. Jen vidláckého (ve smyslu úvodního článku), nikoliv v pejorativním, hanlivém významu. Popsaná zařízení jsou funkční, na koleni zkonstruovaná, navržená podle zásad, o kterých píšu tady na webu.

Schéma malé staničky EME 70 simple

Stanička je velice jednoduchá a skládá se z některého z použitých TCVRů, se kterými jsem ji zkoušel (Icom 910H, Kenwood TS-2000, Icom 706 MK2G). Stanička je určená pro provoz JT-65 B na pásmu 70 cm. Stanička se skládá mimo transceiveru a PC s programem WSJT-X z těchto hlavních součástí:

1. Anténa pro pásmo 70 cm. Antény byly a budou ještě popisovány na tomto webu, nikoliv v tomto článku.
2. LNA předzesilovač s anténním relé. Několik konstrukcí i jednoduchý návrh byl popsán na tomto webu. Viz například tato stránka.
3. Napáječ antén. Jsou použité dva koaxiály. Jedním se přivádí výkon vysílače k anténě, druhým se přivádí zesílený přijímaný signal z LNA do TCVRu.
4. Výkonový zesilovač PA 70 simple. Pravděpodobně poslední (3 verze) byla popsána zde. Píšu, že jde o pravděpodobně poslední verzi. Zatím je plně funkční, ale nemám změřenou spektrální čistotu a rovněž oteplení aktivního prvku při jeho plném zatížení. Proto stále musím předpokládat, že budu provádět úpravy.
5. Dva napájecí zdroje 13.5 V. Jejich použití bylo pro mě a tuto koncepci nejjednodušší, protože jsem ty dva zdroje měl a bez problémů snášely zapojení jejich výstupů do série tak, aby daly 28 V, při odběru do 30 Ampér ze zdroje 1. Momentálně jsou nastavené tak, že zdroj č. 1 dává napětí cca 13.5 V při odběru 30 A a zdroj č. 2 dává napětí cca 15.2 V při odběru 12 A (tento zdroj napájí jen PA při vysílání).

Je tedy zřejmé, že malá stanička se bez napájecích zdrojů a standardního UHF transceiveru skládá jen ze dvou bloků - z anténního předzesilovače a z výkonového zesilovače.

 

Sériově spojené napájecí zdroje

Jak jsem se zmínil, pro napájení používám dva běžné spínané zdroje. Ze spodního zdroje je rovněž napájen TRX, proto je dimenzován na proudové dodávky do 65 Ampér. Horní zdroj napájí pouze PA. Tento zdroj je dimenzován jen na 45 Ampér.

Propojení zdrojů

Pokud budete propojovat zdroje, ověřte si v každém případě, zda opravdu výstupní svorky (+13.5 a -13.5 V) jsou izolované od jakéhokoliv vstupního vodiče, tedy i ochranného. Pokud tomu tak není, nelze zdroje řadit do série bez jakékoliv úpravy. Zdroje, které vidíte na obrázku, tj. Watson W-65XM a W-45XM nelze propojit bez úpravy, protože izolované nejsou. Jejich záporný pól (-13.5 V) je spojen s ochranným vodičem sítě.

1. Úprava je v takovém případě jednoduchá, ale provádíte ji zásahem na vlastní nebezpečí. Uvnitř zdroje stačí odpojit černý kabel se svorkou Faston od desky plošných spojů. Kabel vede od destičky síťové zásuvky k desce PCB.

2. Zdroje je třeba propojit do série. Já je mám propojené vodičem o průřezu 6mm2, který vidíte vlevo na fotografii, jak propojuje červenou svorku spodního zdroje s černou svorkou horního zdroje.

3. Ze spodního zdroje je napájen TRX. Proto je knoflíkem "Volts Adjust" nastaveno na tomto zdroji napětí 13.5V (knoflík má v takovém bodě aretaci). Horní zdroj je nastaven na maximální napětí. Oba takto nastavené zdroje, zapojené v sérii mi dávají napětí necelých 30V, jak je vidět na displeji voltmetru.

 

 

Poznámka:
1. Pro napájení jednoho PA, který jsem v tomto článku popsal, stačí použít zdroje dimenzované na 25 A. Tyto zdroje jsou schopné napájet dva nebo 4 sdružené PA. Jeden PA odevzdá cca 130 Wattů výkonu, dva PA cca 250 Wattů. Čtyři sdružené PA odevzdají s těmito zdroji cca 400 Wattů výkonu při asi 1200 Wattech příkonu.
2. Pokud opravdu nepotřebujeme výkony kolem 1000 Wattů, potom jsou koncepce PA s napájením 28 - 32 V díky použitým zdrojům zajímavým ekonomickým řešením.

Pomocné obvody stanice

Pro predikci azimutu a elevace používám SW Nova for Windows. Azimut a elevaci nastavuji pomocí malých rotátorů. Pro elevaci jsem použil Yaesu, myslím, že má označení 550.

Pro ovládání PA, pro napájení předzesilovače a pro přepínání signálových cest používám jednoduché obvody, jejichž vývoj a provedení jsem tu popsal na několika samostatných stránkách, např. zde a použitou verzi jsem popsal u popisu desky PA.

Související projekty

S konstrukcí malé staničky pro 70 cm musím ještě zmínit dva související projekty, které jsou si v mnoha věcech podobné:

1. Jde jednak o konstrukci "portable" verze pro 70 cm. Ta se liší tím, že pro generování potřebného výkonu jsou použité dva moduly s obvodem RA60H4047M1. Těm stačí k napájení napětí z automobilového akumulátoru. Dva sloučené obvody dají maximální výkon až 150 Wattů. Způsob sloučení modulů byl popsán.
2. Projekt malé EME 23 simple. Projekt vychází z popsané konstrukce, je v mnoha věcech velice podobný. Zvažuji však, zda má smysl publikovat tzv. "vidláckou" konstrukci, jako je tato. Nejsem si jist širším okruhem čtenářů. Projekt pro 23 cm využívá jiných polovodičů LNA (Ultra LNA MMIC SKY 67151 nebo MGA 633P8 v pouzdrech DFN). Použitá relé jsou stejná.

Klíčové součásti

1. Aktivní prvek LNA je obvod od RFMD, typ SPF5189 s optimalizací vstupu na minimální šumové číslo. U několika vzorků bylo dosaženo těchto šumových čísel na kmitočtech 432.2 MHz:  NF = 0.25 dB (u dále uvedené fotografie vidlácké konstrukce), 0.29 dB a 0.33 dB.
2. Aktivní prvek PA je LD MOS určený pro stanice GSM, EDGE, apod. v pásmu 900 MHz.
3. Přepínací relé jsou typu Panasonic ARE 10A12. Popis pokusů a katalogový list lze stáhnout např. z této stránky.
4. Koaxiální kabely. V tomto projektu jsou použité krátké (cca 6 m) koaxiální kabely typu H155. Tenké typy koaxiálů jsem si mohl dovolit ze dvou důvodů - předzesilovač je přímo u konektoru antény. Útlum kabelu při RX je kompenzován ziskem LNA a kabel příliš nezhoršuje šumové vlastnosti přijímací cesty. Výkon generovaný PA lze přenést rovněž tímto typem, aniž bych polovinu výkonu poztrácel.
5. Použité UHF konektory. Na LNA jsem použil ve finální (i vidlácké) verzi konektory typu N. Zkoušel jsem rovněž SMA konektory - žádný problém.
6. Porcelánové kondenzátory ATC (vstup LNA, vstupní a výstupní výkonové obvody PA)

Foto hlavních dílů

LNA a relé

 

Finální (vidlácká) verze prvního prototypu LNA s relé (na stole, před ošetřením silikonovou hmotou) vypadá takto:

Vstup je přizpůsoben kompromisně na hodnotu poblíž nejnižšího šumového čísla, s dobrou hodnotou RL na vstupu.

U tohoto prototypu bylo dosaženo:

- hodnota parametru return loss lepší než 10 dB
- hodnota NF cca 0.29 dB

Dole je foto před osazením aktivního prvku pHEMT SPF5189. Vlevo je modul v kuprextitové škatuli s konektory. Vpravo deska druhého kusu, která je připravená k zapájení do boxu. Je zapájena většina součástí s výjimkou SPF5189, vstupní a výstupní indukčnosti. Stabilizátor napětí je osazen a vyzkoušen, vstupní kondenzátor ATC a relé je osazeno, přepínání relé je vyzkoušeno ....

PA a RX/TX přepínač

Na obrázku dole je pohled na oživenou desku - resp. box prototypů verze 1. Vlevo jsou konektory pro připojení LNA a TCVRu (typ SMA), vpravo je konektor N pro připojení výstupního vedení PA k anténě (připojuje se na konektor LNA, v krabici LNA je relé). Dole jsou konektory CANON (pravý - napájení, levý - PTT, +13.5 V napájení BIAS, +13.5 V pro LNA).

Na pravé fotografii je pohled na krabičku PA 70 simple s ventilátorem. Konstrukce desky je popsána: konstrukce PA 70 simple verze 3.

 

 

Vývoj šel dál. Konstrukce PA s boxem zůstala pouze ve stádiu prototypů a moje snaha směřovala od pracné krabičky s PA směrem k jednoduché desce s chlazením, s konektory SMA, s jinými spínači hexfet a dokonce i s jinými polovodiči samotného zesilovače. Fotografie třetí verze:

Konstrukční poznámky (LNA i PA)
1. Díly krabiček jsou pájené trafopájkou a trubičkovým cínem o průměru 2 mm. Nespěchat, pájet kus a nechat vychladnout. Teprve, až bude pistolová pájka "u sousedů", vyndat ze zásobníčků polovodiče pHEMT a pájet mikropájkou. Dokonce ani indukčnosti ve vstupu a výstupu jsem nepájel po osazení aktivního prvku, ale obětoval jsem jeden z prototypů, na kterém jsem si odladil indukčnosti pro optimalizaci LNA na nejlepší NF a kompromis mezi NF a RL. Tyto LNA byly popsány dříve, v článcích o LNA. Prototyp jsem po nalezení hodnoty vstupní indukčnosti zahodil. Jak jste si mohli všimnout, v krabičce nakonec zůstal pouze LNA. PA 70 simple směřoval z krabičky k jednoduché desce.
 
2. Desky PCB jsou vidláckého provedení (nemají žádné prokovené díry). Proto musí být spájeny s bočními stěnami kuprextitové krabičky. Na důležitých místech jsou fólie propojeny pomocí tzv. "U propojek". U propojka je další vidlácký vynález. Určitě by stačil drát zaletovaný z obou stran. Jenže vidlácké konstrukce děláme proto, aby to bylo hned hotovo, nedalo to moc práce a nestálo to fůru peněz. Pokud jste letovali drát z obou stran, zjistili jste, že to rychle nejde. To je snad i dutý nýtek namontovaný rychleji. U propojka také. Když jí strčíte do dvou děr, už při pájení nevypadne. Po vyvrtání se U propojky zapájí nejdřív z jedné a potom z druhé strany, takže s deskou v držáku zbytečně nemanipulujete.
3. Další vidláckou pomůckou je vrtací šablona. Na to, aby se na kuprextitu rozměřovala poloha každé díry (na N konektoru jsou 4 malé a jedna velká), na to vidlák nemá čas. Já rozměřím jen základní body, např. středy konektorů a ostatní díry předvrtám vidláckou šablonou. Někdy ani toto nedělám a raději si vytisknu boční stěny krabičky se středy otvorů. Ty základní odůlčíkuji do kuprextitu. Vrtací šablony jsem si nadělal z kuprextitu fotometodou (na fotocitlivý kuprextit), jsou přiměřeně přesně. Po opotřebení je zahodím.

Dělá se s tím např. takto. Do rozměřeného a vyvrtaného středu vložím malý vrtáček. Na ten nasadím střed díry odpovídajícího konektoru ve vrtací šabloně, vystředím ji a malým vrtáčkem předvrtám 4 malé díry na přírubu konektoru.

Sundám šablonu a vyvrtám všechny díry na průměr 3.2 mm. Potom projedu centrální díru stuňovitým vrtákem na průměr 16 mm, začistím a je hotovo.

Pro ilustraci je na obrázku vpravo vzorek fotocestou vyrobené vidlácké šablony na vrtání děr na SMA a N konektory.

4. Pájení konektorů

Dřív, než budeme pájet levné N konektory, vyrobíme si okonektorovaný kabel. Vidláci nejsou totiž pouze mezi hamy, kteří si bastlí cosi doma na koleni, ale i mezi rádoby seriózními výrobci. A tak se stane, že si přinesete domů konektor, který nemá dielektrikum z teflonu, ale z termoplastu (ano, i takové konektory u vidláků nakoupíte). Jenže takový konektor nezapájíte bez poškození, pokud do něho nejdřív nezapojíte protikus na kabelu. Proto pozor na to. Buď si uděláte vidlácký přípravek na pájení N konektorů, který spočívá v kompletaci a následném zalepení jednoho N-male konektoru bez kabelu. Práce je s tímto přípravkem pohodlnější. Nebo před pájením zapojíte do samice okonektorovaný kabel.

Pozn.: PA obdobných parametrů, ale jiného provedení pořídíte také jako levnou a dostupnou stavebnici na Internetu. Mé zkušenosti jsou popsané zde.

Závěry

K zakončení projektu si dovolím několik závěrů. A odpovědí na otázky, které mi přišly od několika čtenářů:

1. Rozhodl jsem se dále nepublikovat tzv. "vidlácké" konstrukce, protože se domnívám, že do hamovny patří jak elektricky, tak mechanicky hezky provedená zařízení. Přiznám se, že jsem byl sám zvědavý, s jakým minimálním vybavením lze vyrobit z moderních součástí funkční zařízení. Moje odpověď je, že to jde. Doma lze zejména zvládnout poměrně přesnou výrobu plošných spojů fotocestou. Desky lze vyrobit s vynikající pájitelností, ale bez prokovených děr. Desky s prokovenými otvory vám však zakázkově z dodaných podkladů a v kusovém množství vyrobí celá řada specializovaných firem.

2. Pro vlastní potřebu se prototypová výroba UHF zařízení nevyplácí. Přeci jenom snadno zničíte celou řadu polovodičů. V tomto projektu jsem  zničil celkem 5 ks výkonových LDMOS tranzistorů. Jeden jsem obětoval bohům s navrženou deskou, která se mi nelíbila. Další 4 jsem zničil při zkoušce sdružených PA. Tento projekt byl realizován minimalisticky a v obvodech PA nejsou žádné ochranné obvody. Se 4 sdruženými PA jsem právě prováděl zkoušku oteplení při výkonu téměř 450 Wattů. Během několika milisekund došlo k přerušení přetížené umělé zátěže, do polovodičového nebe odešly všechny 4 PA. Rezistor Wattmetru mi propálil úplně nový ubrus ...

3. Byl jsem zvědavý, jak dopadne srovnání s polovodiči Motorola MRF275L v PA. Podrobnosti jsou v popisech PA. Polovodiče MRF275L obstály výborně.

4. Co bych na stanici EME 70 simple vylepšoval? 

a) Rozhodně bych nešetřil na mikrovlnných relé a blok LNA s blokem PA bych propojil pouze jediným koaxiálním kabelem. A to i za cenu, že bych přepínal ve vysílací cestě 2x. Taková rekonstrukce by znamenala předělat desky plošných spojů jak v LNA, tak v PA. Bohužel jde o zásadní změnu koncepce, kterou se mi už z časových důvodů nepodaří zrealizovat.

b) Láká mě realizovat PA s polovodiči od Mitsubishi pro napájení 12.5 V (přímo z autobaterie). Takový PA bere ze zdroje asi 20 A.

Tato elektronická publikace se vymyká mým záměrům v publikační činnosti na webu. Spíš šlo o mé určité osobní cíle. Potřeboval jsem si ověřit, nejen, zda lze doslova na koleni a ve volném čase tzv. 2. možná 3. kategorie, vyrobit funkční prototyp jednoduchého zařízení, nikoliv kopírováním návodu, ale s použitím jednoduchého vlastního návrhu, s jednoduchými prostředky pro návrh a jednoduchými postupy, které mi umožňuje domácí minidílna. A když už jsem se do toho dal, tak jsem nechal nahlédnout na skutečně "vidlácké" postupy, hi. Z této formy deníčku bylo také zřejmé, kdy a jak jsem se rozhodoval pro novou desku, pokud jsem nedocílil potřebných parametrů zařízení. Viděli jste, že i u tak jednoduchého zařízení jsem vyrobil spoustu funkčních vzorků osazených desek.

Podruhé určitě takovou odvahu nenajdu a navíc nevidím smysl, proč takto konat. Existují přece hezčí konstrukce, hezčí technologie a do hamovny patří hezká zařízení.

73, Míra


© 2017  Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 20.1.2017