Pasivní zdvojovače kmitočtu

Přestože jsou pasivní zdvojovače kmitočtu u mnoha typů označovány jako "obsolete", jsou při konstrukci malé stanice aplikovatelné. Jako příklad uvedu dva typy od Analog Devices a jejich datasheety dávám pro ilustraci ke stažení. Jde o typ HMC189AMS8, který násobí kmitočty od 2 GHz do 4 GHz dvakrát a typ HMC204, který násobí kmitočty od 4 GHz do 8 GHz dvakrát.

Výhodami pasivních zdvojovačů (doubler) je:
- nevyžadují napájení
- lze sehnat osazené moduly s SMA konektory.

Nevýhodami pasivních zdvojovačů jsou:
- vyžadují poměrně značné úrovně signálů na vstupu (např. +10 dBm až +15 dBm)
- mají konverzní ztrátu, např. 17 až 18 dB

Uvedené nevýhody v praxi znamenají, že musíme u řešení LO s pasivními zdvojovači použít celou řadu kaskádovatelných MMIC zesilovačů. Na vstupu musíme zesílit signál z generátoru, signál mezi doublery musíme upravit úroveň a nevyhneme se zesilování na 10 GHz před směšovačem heterodynu.

Základní zkouška pasivních zdvojovačů
 

1. cílem zkoušky bylo vyzkoušet, zda modul pasivního zdvojovače kmitočtu (doubler) zdvojuje při nízkých úrovních signálu (např. 0 dBm).

2. cílem zkoušky bylo ověřit, zda zdvojovač pracuje mimo jmenovitý frekvenční rozsah při malých úrovních.

3. cílem zkoušky bylo ověření, zda lze zdvojovače zařadit kaskádně, bez zesílení.

4. cílem zkoušky bylo ověření, zda lze úrovně na výstupu ověřit jednoduchým měřičem úrovně s AD8317 (logaritmický zesilovač s detektorem do 10 GHz).

Výsledky experimentů jsem zachytil na následujících fotografiích.

Úroveň na výstupu generátoru (0dBm):
 

 
Použití zdvojovače mimo frekvenční (poloviční kmitočet)
 i úrovňový rozsah (úroveň je o 15 dB nižší:
 

 
Kaskádní řazení zdvojovačů, buzení malou úrovní signálu:
 

ad 1.: Snížení úrovně signálu na vstupu o cca 15 dB vedlo ke zvýšení konverzní ztráty zdvojovače o 10 dB (to je dost). Proto na vstupu zdvojovače doporučuji použít MMIC zesilovač.
ad 2.: Práce mimo frekvenční rozsah rovněž zyšuje konverzní ztrátu, např. o 10 dB. Práce mimo frekvenční rozsah a současně na malých úrovních již generuje maličkou výstupní úroveň (menší, než -40 dBm). To prakticky vylučuje použití pasivního zdvojovače v zapojení LO.
ad 3.: Kaskádní řazení zdvojovačů bez zesílení není možné. Při malém buzení lze sice výstupní signál přijímat na RX s rozsahem 10 GHz, ale úroveň  (- 60 dB) je pro použití v LO heterodynu nevyhovující i pro další zesilování (navíc na vysokém kmitočtu).
ad 4.: Pokud nemáme při měření nic lepšího k dispozici, tak nám jednoduchý indikátor (měřič) úrovně s logaritmickým zesilovačem a detektorem poskytne cennou službu alespoň při získání velice informativních výsledků.

Rozhodnutí

V článku jsem popsal velice zjednodušený myšlenkový postup při rozhodování o koncepci lokálního oscilátoru heterodynu (nebo transvertoru) pro pásmo 10 GHz. Přestože mi zbyde celá řada MMIC obvodů pro zesilovače se ziskem cca 10 dB (do 10 GHz), které bych mohl osadit a použít s pasivními zdvojovači kmitočtu, rozhodl jsem o aktivním násobiči kmitočtu, protože mi lépe vyhovuje z hlediska úrovní. Předpokládám, že před směšovačem bude LO zesilován v jediném MMIC zesilovači (s rezervou zisku) a úroveň bude upravena atenuátorem.

Poznámky:

1. Použitý generátor se velice osvědčil a byl vyzkoušen v transvertoru pro uplink satelitu QO-100 (kmitočet 2256 MHz). Provozoval jsem ho nějakou dobu s GPS DO, viz popsaná úprava. Pro uplink 2400 MHz a umístění oscilátoru v hamovně však GPS DO nebylo nutné. Kmitočet TCXO si po nějaké době "sednul", rozdíl teplot v mé hamovně použití nevadí.

2. Pro použití uvedené desky VFO na maličké stanici pro 10 GHz je použití GPS DO nezbytné!

3. Uvažuji rovněž o úplné náhradě generátoru v případě, kdy použiji pro generování signálů SDR transceiver s více výstupy TX. V takovém případě může být jeden výstup TX použit pro generování přesného kmitočtu, který bude dále násoben popsaným způsobem a samostatný SDR generátor nebude třeba.