ТРАНСВЕРТЕР И АНТЕННА НА 5,6 ГГц
В. ЧЕРНЫШЕВ (UA1MC) г. Ленинград
Трансвертер, описываемый в статье, совместно с трансивером на диапазон 144 МГц обеспечивает работу в 6-сантиметровом любительском диапазоне. В нем использованы фильтры встречно-штыревого типа, что делает его несложным в повторении и налаживании.
Структурная схема трансвертера изображена на рис. 1. Он состоит из СВЧ блока (в него входят узел согласования с антенной А1, умножитель частоты на 5 U2 и смеситель U3), утроите л я частоты колебаний гетеродина U1, согласующих цепей А2 и A3, усилителя ПЧ А4 и трех реле.
Рис. 1
На рис. 2 показана принципиальная схема трансвертера.
СВЧ блок согласуется с антенной с помощью четвертьволнового резонатора L1, который индуктивно связан с контуром L2C1, настроенным на частоту 5670 МГц. На малошумящем диоде с барьером Шотки АА111 (VD1) выполнен смеситель. Его режим работы по постоянному току определяют резисторы R1, R2.
Высокочастотное напряжение гетеродина частотой 387,6 МГц мощностью 5 Вт с трансивера через согласующую цепь C15C14L11 и режекторный контур L10C13 (он настроен на вторую гармонику) поступает на утроитель частоты, выполненный на диоде V03. Здесь вместо КА602А можно использовать КА613А или КА613Б, Резисторы RS, R6 обеспечивают автоматическое смещение на диоде. Контур L9C11 выделяет напряжение частотой 1162,8 МГц.
Рис. 2
Двузвенный фильтр C16L8C9C8L7 согласует утроитель частоты гетеродина с умножителем частоты на S, в котором используется кремниевый СВЧ диод КА608 (VD2). Режим его работы задают резисторы R3, R4. Контур L3C4 настроен на частоту 5814 МГц.
Разностный сигнал частотой 144 МГц, выделенный фильтром L4C5C6C7, поступает на вход усилителя ПЧ на транзисторе VT1 и далее в трансивер.
Нужно заметить, что чувствительность приемного тракта целиком определяется тщательностью настройки контура L4C5C6C7 и шумовыми параметрами усилителя ПЧ.
В режиме передачи сигнал с трансивера через аттенюатор R9R10R11 (ослабление 6 дБ) и фильтр L4C5C6C7 поступает в СВЧ блок. Здесь он смешивается с колебаниями гетеродина. Преобразованный сигнал подается в антенну.
При настройке базового трансивера на частоту 144 МГц трансвертер будет работать на частоте 5670 МГц, которую можно рассматривать как начало диапазона. Шкала получается обратная, так что частоте трансивера 144,5 МГц будет соответствовать рабочая частота трансвертера 5669,5 МГц.
Катушки L4 и L12 содержат по 4 витка провода ПЭВ-2 1,0; L7 — 1 виток ПЭВ-2 1,5, L11 — 2 витка ПЭВ-2 1,0. Все эти катушки — бескаркасные. Первые две катушки наматывают на оправке диаметром 6 мм, две другие — на оправке диаметром 5 мм. Линия L8 представляет собой полоску латуни размерами 25X5X0,5 мм, находящуюся на расстоянии 8 мм над поверхностью платы. Дроссель L5 содержит 20 витков провода ПЭВ-2 0,2 (намотан на оправке диаметром 3 мм). Дроссель L6 выполнен из провода ПЭВ-2 0,2 длиной 15 мм. Диаметр оправки для него — 2 мм. Конденсатор С12 — латунный флажок размерами 15X10X0,8 мм. Реле К1 — КЗ — из серии РЭС55А, РЭС49.
Конструктивно трансвертер выполнен в виде защищенной от влаги коробки, состоящей из дюралюминиевой несущей панели (ее размеры 340Х180X4 мм) и крышки (300X180X Х40 мм), согнутой из листового дюралюминия толщиной 0,8...1,5 мм. Крышку прикрепляют по углам к четырем стойкам, которые установлены на панели. К ней же посредине привинчена фольгой вверх пластина (ее размеры определяются внутренними размерами крышки) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм. На пластине установлены СВЧ блок, утроитель частоты гетеродина. Элементы цепей согласования, усилителя ПЧ, реле смонтированы на опорных точках [1]. Соединители, связывающие трансвертер с гетеродином и базовым трансивером, закреплены на панели, антенное гнездо (СР50-150Ф) — на СВЧ блоке (в панели просверлено отверстие; центральный вывод гнезда припаян к индуктивности L1).
СВЧ блок изготовлен в виде короба с внутренними размерами 108Х16Х Х20 мм из четырех латунных пластин (рис. 3, а — в) толщиной 6 мм. Между собой они соединены винтами М2,5. Короб закрывают двумя крышками (рис. 3, г) из латуни толщиной 0,8 мм. На рис. 3, д приведен чертеж индуктив-ностей L1—L3, представляющий собой латунные пустотелые цилиндры. Высота цилиндров указана в таблице. Эскизы держателей диодов VD1 и VD2, настроечных винтов, конструктивных конденсаторов С1, СЗ даны соответственно на рис. 3, е — и. Размещение элементов внутри короба показано на рис. 3, к. Способ крепления диодов VD1 и VD2 ясен из рис. 3, л. Внутреннюю поверхность короба, крышек, индуктивностей LI—L3 и держателей диодов желательно отполировать и перед сборкой протереть ацетоном или спиртом.
Рис.3
Утроитель частоты гетеродина монтируют на опорных точках на пластине рядом с СВЧ блоком и после монтажа отгораживают лентой из листовой латуни толщиной 0,8 и высотой 25 мм, припаивая ее к пластине по всей длине. На стенке экрана, ближней к СВЧ блоку, размещают полуволновую линию L9 утроителя и конденсатор С11. Диод VD3 (см. рис. 2) одним выводом припаивают к фольге пластины. Конденсатор СЮ подключают к линии L9 в точке, отстоящей от края на 12 мм. Проходной конденсатор С17 устанавливают в любом месте экрана.
Примерное расположение узлов трансвертера указано на рис. 4. После сборки и настройки крышку коробки по периметру промазывают герметиком или пластилином. В панели, вдоль каждой из коротких сторон, сверлят по два отверстия, которые позволяют прикрепить всю конструкцию к мачте с помощью U-образных дуг. Размеры и расположение отверстий для крепления и их диаметр на рис. 4 не показаны, поскольку их нужно делать по месту в зависимости от размеров используемой крышки и диаметра мачты.
Рис.4
В первую очередь налаживают утроитель частоты гетеродина и усилитель ПЧ. Утроитель настраивают по методике, описанной в [2]. Нагрузку присоединяют к выходу утроителя, отключив от него временно элементы СЮ и L8. Настройку входного согласующего звена L11C14C15 контролируют аво-метром в контрольной точке KT1.
При налаживании усилителя ПЧ следует подать на конденсатор С22 напряжение 12 В и подобрать резистор R7 так, чтобы на коллекторе транзистора VT1 было напряжение +6 В. После этого к трансиверу на 144 МГц подключают выход усилителя, а на вход (конденсатор С18) с генератора шума подают сигнал. Поочередной подстройкой конденсаторов С18 и С19 добиваются минимального коэффициента шума. Если генератора шума нет, то можно воспользоваться любым источником слабого сигнала, например, подключить к входу усилителя антенну на диапазон 144 МГц и найти в эфире подходящую станцию или радиолюбительский маяк. Подробно налаживание подобных усилителей описано в [1]. Эта настройка предварительная, окончательную делают по сигналу в диапазоне 5,6 ГГц.
Следующий этап — налаживание СВЧ блока. Параллельно резистору R4 подключают высокоомный вольтметр постоянного тока, на вход утроителя подают сигнал гетеродина. Роторы конденсаторов С8—С10 предварительно устанавливают в среднее положение. Поочередно подстраивая конденсаторы С9 и СЮ при разных положениях движка конденсатора С8, добиваются максимального показания вольтметра. Чтобы устранить влияние рук при настройке, согласующую цепь L7C8C9C10L8 следует заэкранировать тонкой латунной пластиной. Входное сопротивление согласующей цепи легко сделать находящимся в интервале 50... 75 Ом, поэтому сигнал с утроителя в цепь согласования можно подать по отрезку коаксиального кабеля.
После настройки цепи согласования вольтметр включают между верхним, по схеме, выводом резистора R1 и корпусом. Вращением подстроечного винта (изменением емкости конденсатора) СЗ добиваются максимального отклонения стрелки прибора. Максимумов будет несколько, примерно два-три. Следует остановиться на том, при котором подстроенный винт введен минимально. Далее резистором R4 обеспечивают максимальное показание вольтметра.
Затем на трансвертер подают с трансивера сигнал частотой 144 МГц мощностью 0,5...2 Вт (гетеродин временно отключают от утроителя). При этом контакты реле К1—КЗ должны находиться в исходном положении. Сигнал через аттенюатор на резисторах R9—R11 поступит на вход согласующей цепи C5C6L4C7 смесителя СВЧ блока. Поочередно вращая роторы конденсаторов С6, С7 при различной емкости конденсатора С5, добиваются максимального показания вольтметра, подключенного к резисторам R1, R2. Возможно, что такое произойдет при минимальной емкости конденсатора С7 (это зависит от конструктивной емкости держателя диода VD1 и параметров конкретного экземпляра диода).
После настройки согласующей цепи смесителя налаживают трансвертер при работе на передачу. Для этого к утроителю частоты подключают гетеродин, а к входу (выходному разъему) СВЧ блока — анализатор спектра (С4-27, С4-60) или детекторную головку. Последнюю можно использовать так, как описано в [2], но используемые в ней диоды нужно заменить на германиевые детекторные СВЧ диоды, например, ДКС-7, ДКВ. Контур L2C1 настраивают на частоту 5670 МГц. При использовании анализатора спектра сигнал хорошо виден на экране индикатора. Когда же применяется детекторная головка, то сначала нужно отключить трансивер диапазона 144 МГц и настроить винтом (конденсатором С1) резонатор L2C1 на частоту 5814 МГц по максимальному показанию индикатора детекторной головки (если позволят пределы перестройки входной цепи L2C1). Затем снова подают сигнал с трансивера. Аккуратно вводя подстроечный винт резонатора L2C1 внутрь СВЧ блока, получают следующий резонанс, который будет соответствовать рабочей частоте 5670 МГц. Подбирая сопротивление резистора R2 и уровень сигнала с трансивера, добиваются максимальной выходной мощности. Нзпряжение смещения для смесительного диода VD1 различное, в зависимости от того, в каком режиме работает трансвертер — прием или передача. В режиме передачи подстраивают резистор R2 по максимуму отдачи, в режиме приема — резистор R1 по максимальной чувствительности канала приема.
Для настройки трансвертера в режиме приема потребуется испытательный генератор, в качестве которого автор использовал кварцевый генератор на частоту 63 МГц с умножителем на десять (рис. 5). Девятая гармоника выходного сигнала равна 5670 МГц. В небольших пределах частоту генератора можно изменять подстроечным -конденсатором С1, контролируя ее частотомером в точке КТ1.
Рис. 5
Катушка L2 (внутренний диаметр 5 мм) содержит 10 витков провода ПЭВ-2 0,12, дроссель L3 (внутренний диаметр 3 мм) — 8 витков провода ПЭВ-2 0,2.
Переведя трансвертер на прием, присоединяют к антенному входу СВЧ блока отрезком коаксиального кабеля длиной 0,6...0,8 м антенный облучатель (о нем будет рассказано ниже). Включают испытательный генератор, подносят к его монтажу, как можно ближе, облучатель, трансивером находят соответствующую гармонику сигнала генератора и аккуратной подстройкой контура L2C1, элементов R1, CIS и в небольших пределах R4 настраивают приемный тракт. Если испытательный сигнал будет слишком сильный, то облучатель нужно отнести от генератора либо немного повернуть в сторону, если сигнал не обнаружен или он будет слишком слабый, то в этом случае его можно подать по коаксиальному кабелю непосредственно на вход СВЧ блока.
Настройку в режимах приема и передачи нужно поочередно повторить несколько раз, подключив к трансвер-теру собранную антенну и контролируя тракт передачи по анализатору. При этом к входу анализатора нужно присоединить отрезок провода длиной 30...50 мм, а антенну, учитывая поляризацию, направить на этот провод. В режиме приема такой же провод подключают к выходу испытательного генератора и, направив на него антенну, подстраивают приемный тракт. Работоспособность трансвертера в режиме приема можно проверить по шумам в два этапа. При подключении трансивера на 144 МГц и подаче напряжения + 12 В на усилитель ПЧ должно наблюдаться увеличение шумов, свидетельствующих о работе усилителя. После этого подают колебания гетеродина. При этом шумы должны возрасти, что позволяет констатировать, что смеситель работает. Такую проверку работоспособности можно проводить в поле из палатки, когда трансвертер находится на мачте.
Подстроечные винты входного и гетеродинного резонаторов после настройки следует зафиксировать контргайками или надев на винты короткие стальные пружины с внутренним диаметром 5 мм.
Измерения, произведенные автором, показали следующие технические характеристики трансвертера. Выходная мощность — 27 мВт, коэффициент передачи гетеродина — минус 25 дБ, коэффициент шума — 10 дБ.
Антенна. В качестве антенны на диапазон 5,6 ГГц используется параболическое зеркало диаметром 67 см с фокусным расстоянием 29 см, глубиной 9,6 см и углом раскрыва 120°. Для оптимального облучения подобного зеркала требуется облучатель с шириной лепестка 120° по уровню — 10 дБ. Требования к параболической антенне подробно описаны в [3].
Рис. 6
В предлагаемой антенне применен рупорный облучатель, выполненный в виде латунного стакана (рис. 6). Гнездо СР50-150Ф соединителя припаяно к корпусу. О том, как установить антенну на мачте, рассказано в [3]. Облучатель крепят к зеркалу хомутом и тремя стержнями (рис. 7, а и б).
Рис. 7
В зеркале, отступя от края 15 мм, сверлят три отверстия диаметром 6 мм, разнесенные друг относительно друга на 120°. Стержни гайками прикрепляют к хомуту, их противоположные концы крепят (гайками с шайбами) к зеркалу. Затем вставляют в хомут облучатель и подгоняют его положение так, чтобы от плоскости раскрыва облучателя до вершины параболы было 290 мм (конструкция антенны схематично показана на рис. 8). Отрезком коаксиального кабеля длиной 0,5...0,8 м облучатель соединяют с трансвертером.
Рис. 8
Антенна имеет следующие параметры. Ширина диаграммы направленности — 6,5°, коэффициент усиления — 28 дБ, КСВ — не более 1,5.
ЛИТЕРАТУРА
I. Жутяев С. Г. Любительская УКВ радиостанция.-- М.: Радио и связь, 1981 (серия «Массовая радиобиблиотека», вып. 1037).
2. Чернышев В. Варакторный утроитель.— Радио. 1982, № 8. с. 21 — 22.
3. Чернышев В. Антенна 1215 МГц.- Радио, 1982, J* 3, с. 17-18.
РАДИО № 6, 1988 г.