tedy se vstupním a výstupním rezonančním obvodem bez bližšího popisu.

 Předpokládal jsem, že odbočka u vstupního obvodu je nastavena tak, aby se dalo dosíci nejlepšího šumového čísla a odbočka výstupního obvodu je nastavena tak, aby LNA měl maximální zisk.

A také jsem předpokládal, že v uvedeném zapojení bude zesilovač při dodržení určitých zásad (dobrých mravů) stabilní.

A dělal jsem to proto, že při V _G2S = 2 až 4 V bude NF lepší než 1 dB, viz obrázek vpravo.

Výrobce NXP uvádí v datasheetu hodnoty podobné, jako Siemens.

K experimentům jsem měl k dispozici pouze polovodiče Siemens, pravděpodobně ze dvou sérií a zkušenost s jinými výrobci nemám.

Jeho konstrukce se mi však zdála dost pracná, protože jsem už měl k dispozici mnohem jednodušší provedení LNA zesilovačů s MMIC obvody.

Proto jsem se ho pokusil konstrukčně zjednodušit.

Zesilovač jsem zrealizoval na jediné desce plošného spoje o rozměrech 50 x 35 mm, kuprextit FR4, tl.1.5 mm, oboustranná. Ze strany mědi jsou pouze indukčnosti, ladicí trimry C1 a C2:

Nenechte se zmást dalším trimrem Cx a dalším vstupním konektorem pro experimenty se vstupním obvodem. S tranzistory, které jsem měl k dispozici, mi alternativní zapojení vstupního obvodu nepřineslo snížení šumového čísla. V tomto konstrukčním uspořádání jsem se obával zejména kapacitního ovlivňování rezonančních obvodů. K tomu skutečně dochází a ladění je obtížnější, než u helix obvodů v kuprextitové krabičce. Proto ho doporučuji jenom tomu, kdo bude mít zesilovač u antény a nebudou se mu tam pohybovat žádné vodivé předměty kolem desky s LNA.

Alternativní vstupní a výstupní obvody

Zatímco alternativní provedení vstupní indukčnosti bez odbočky a její zatížení anténou přes kapacitní trimr mi nepřineslo zlepšení šumového čísla, ale jen zhoršení koeficientu odrazu na vstupu, dále jsem ho nepoužíval.

Zesilovač v téměř doporučeném zapojení se vstupním a výstupním rezonančním obvodem dosahovaly na kmitočtu 144.1 MHz výkonového zisku 28 dB. Tak velký zisk bych musel s ohledem na délku napáječe a další stupně tlumit útlumovým článkem, což mi připadalo dost hloupé. Zatlumení výstupního obvodu rezistorem bylo zajímavé. Ještě zajímavější byly výsledky, kdy byl výstupní rezonanční obvod nahražen rezistorem. Hodnotou rezistoru lze výkonový zisk snižovat, klidně na nějakých 15 dB, když je třeba. Zesilovač byl vždy stabilní.

Stejnosměrné hodnoty

Napájecí napětí buď od zdroje TRX (13.8V) nebo ze ss zdroje u antény (18V) je stabilizováno napěťovým regulátorem 78L12 v pouzdru SOT-89 na 12V. Napájení G2: dělič 120 kOhm / 56 kOhm, napětí je cca 3.8 V
Proudy Id byly u jedné série  asi 10 mA a u druhé asi 18 mA. Nevím, proč to tak bylo a nepátral jsem po tom.

Šumové číslo

V uvedeném zapojení bylo možné vždy dosáhnout NF = 0.6 dB, tak, jak popisoval výrobce v datasheetu.

Výsledky

Přestože jsem neměl v úmyslu popisovat právě tuto konstrukci, je pravdou, že oba zesilovače, jeden v krabičce a s helix obvody a druhý jen na PCB (a v plast. krabičce) jsem používal při experimentech s VHF anténami. Přestože nemají žádné oslňující parametry, byly to právě tyto zesilovače, se kterými jsem v pohodě dekódoval EME signály na 2m s malými anténami.
 

Historie Jak jsem již zmínil, obdobné zesilovače jsem na konci 80 let minulého století úspěšně používal pro satelitní komunikaci v projektu FO-20, kterou jsem popsal v RZ 1/91 (článek lze stáhnout zde). Satelit pracoval v módu J, tj. vysílalo se na 146 MHz a přijímalo se v pásmu 70 cm. Harmonické z TX jsem musel potlačit dolní propustí. V přijímači však nebyl pro 2m pásmo žádný odlaďovač a selektivita byla dána jen těmi rezonátory v LNA. S polovodičem CF300 bylo dosaženo šumového čísla kolem NF=1 dB a s polovodičem BF966 asi 3 dB. Předzesilovače jsem tenkrát popsal v RZ 4/89, str. 22 (článek lze stáhnout zde). Popsané zesilovače byly určené pro pásmo 70 cm. Pro retroinformaci lze zde stáhnout i neúplný  datasheet CF300. Za poznámku stojí, že Si dual gate tetroda se chová z hlediska s parametrů odlišně, než GaAs MESFET tetroda. I tak výrobce už tenkrát doporučil v katalogovém listu měřicí zapojení, které využívalo indukčnosti v "drain". S ohledem na vysoký zisk zesilovače pak později hamové nahrazovali výstupní obvod toroidním transformátorem, případně pouhým rezistorem. U mého exempláře LNA jsem stabilitu ani tenkrát a ani nyní, v tomto retroprojektu řešit nemusel. Při vhodně navržené indukčnosti v drain byly LNA stabilní. Ostatně, o několik let později bylo u jiného typu dual gate MESFET použito obdobného zapojení laděných obvodů, a to dokonce na kmitočtu 900 MHz a bylo dosahováno NF=1.1 dB.

Bohužel, od roku 1989 jsem se věnoval pouze provozu na satelitních transpondérech a LNA jsem nemodernizoval. Bohužel, trh s polovodiči se vyvíjel tak, že občas pro mne byly určité typy polovodičů nedostupné, pokud jsem si je nepořídil v době jejich hojnosti. To jsem však dělal a pro experimentování jsem pořídil celé řady populárních typů, od mezi hamy rozšířeného ATF54143, přes BF998. Bohužel, nemám žádné další GaAs dual gate tetrody. O modernizaci tohoto LNA jsem se tedy rozhodl také pro pásmo 70 cm, bohužel, nemám nic lepšího, než Si tetrodu BF998. Možná o tom někdy napíšu samostatný článek, protože si myslím, že to téma je pořád aktuální. Pokud by mi to dlouho trvalo, uvedu zde alespoň motiv spojů pro krátké provedení (vlevo), které využívá vstupního obvodu s vinutou indukčností a také motiv dlouhého provedení (rezonátor je tyčový - viz RZ 4/89). Myslím, že se v tom vyznáte, aniž bych tam psal hodnoty součástí. Motiv dlouhého provedení se 2 rezonátory jsem zatím nenamaloval, ale určitě by stál za vyzkoušení. Tedy pro toho, kdo chce vrazit šílené prachy do kapacitních trimrů Johanson (Murata je na rfparts.com asi 2 x dražší a výrobky Tronser nevím, kdo prodává).

Poznámka

Polovodič Siemens BF998 umožňuje docílit šumového čísla NF kolem 0.6 dB na pásmu 144 MHz a méně než 1 dB v pásmu 432 MHz. Jenže nejen s tímto LNA, ale i s původní stařičkou CF300 se mi dařilo dekódovat s malou anténou signály JT65B z EME s větší úspěšností i s větším počtem synchronizací! Úspěšnost překonávala spolehlivě LNA s PGA103+ a po příčině se nemuselo dalece pátrat. LNA s PGA zesilují vše od 50 MHz do několika GHz. Pokud jsem jim vložil na výstup 4 stupňový interdigitální filtr, situace se zlepšila, ale subjektivně jsem si moc nepomohl. Pokud jsem vložil filtr na vstup PGA103+, zmizely mi 2 slabší stanice, které jsem předtím dekódoval, ale současně se mi zvýšil počet synchronizací WSJT u jediné, právě "zmrazené" stanice.

Hypotéza 1

Přijímač se stal tupým, protože šumové číslo LNA výrazně vzrostlo kvůli filtru na vstupu. Přijímač byl však současně schopen dekódovat s vyšší četností synchronizací některé (silnější) signály. Přemýšlím, zda to není tím, že IMD jsme schopni pro srovnávací měření LNA stanovit. Tedy stanovit hodnoty, které odpovídají "dobrým mravům" úspěšných hamů. Jenže - stačí to tak? WSJT dekóduje signály, které mám problém ve spektru najít. Nikdy bych ta spojení, právě kvůli dlouhé době dekódování a průměrování, nebyl schopen najít vizuálně ze spektrálních čar a určitě nikoliv sluchem z reproduktoru. Tak slabé signály prostě slyšet nejsou. Oprávněně se domnívám, že běžná IMD jsou příčinou  a že takové požadavky možná budou muset být vyšší.

Hypotéza 2

Na vstupu LNA by se hodil pásmový filtr s extrémně malým průchozím útlumem. Okamžitě jsem zahodil právě zkoušenou desku (společného LNA a anténního relé). Měl jsem k tomu důvod. Podle původních rozměrů 4 stupňového filtru jsem vyrobil interdigitální filtr jen se 2 rezonátory. Trochu jsem si pohrál s vazbou. Útlum na 432.1 MHz je jen několik desetin dB. O ty se mi zhoršuje šumové číslo NF. Jenže RX dekóduje s vyšší četností synchronizací i slabé signály. Řekl bych, že mezi LNA s PGA103+ a se vstupním filtrem a s BF998 nejsem schopen najít rozdílu. A taky jsem neušetřil součástku, která je klíčová (air trimr Johanson). V některém následujícím experimentu budu tedy ztrácet čas nalezením zapojení vhodného vstupního filtru s nízkým útlumem v propustném pásmu. Ale určitě od tohoto okamžiku nezavrhuji konstrukce LNA s vysokou selektivitou na vstupu.

Hypotéza 3

Tato hypotéza se týká optimalizačních algoritmů antén. Souvisí to s první hypotézou, kdy se domnívám, že je vhodné potlačit silné nežádoucí kmitočty, aby nám nevytvářely IMD produkty v přijímaném spektru. Totéž platí u antén. Snažíme se, aby se nám nedostaly do RX nežádoucí kmitočty z jiných směrů. O tom jsou však optimalizační kritéria pro antény a to je jiné téma.

Práce s těmito LNA vyvolala pro mne příjemné retro vzpomínky. Mimo skutečnosti, že jsem po tolika letech znovu docenil vynikající vlastnosti LNA zesilovačů s rezonátorem na vstupu. Pro mě je téma LNA s tetrodou MESFET stále živé a aktuální téma. Proč? O tom jsem psal u zdánlivě jednoduchého LNA s PGA103+ ....