УКВ ТРАHCBEPTEP
С ЖУТЯЕВ (UW3FI), мастер спорта СССР
Данный трансвертер на диапазон 144... 144,5 МГц предназначен для работы совместно с коротковолновым трансивером, имеющим диапазон 21...21.5 или 28...28.5 МГц. Выходная мощность трансвертера в режиме передачи - 5 Вт (при уровне мощности, поступающей с трансивера около 1 мВт). Коэффициент шума в режиме приема составляет 2...2,6 kTo (при коэффициенте шума приемной части KB трансивера не более 10...15 kТo).
Трансвертер имеет линейный передающий тракт, т. е. обеспечивает линейную зависимость между амплитудой сигнала, подаваемого с KB трансивера, и амплитудой выходного сигнала (в диапазоне 144 МГц).
Принципиальная схема трансвертера изображена на рис. 1. Его можно разделить на три основные части: приемный (транзисторы V9,. V10) и передающий (V1- V4) тракты и общий для них гетеродин (V5- V8).
Кварцевый автогенератор гетеродина выполнен на транзисторе V5 по схеме емкостной "трехточки". Выбор нужной механической гармоники кварцевого резонатора обеспечивается соответствующей настройкой контура L9C19C20. В данном случае кварцевый резонатор 6833,3 кГц (6444.4 кГц) (здесь и далее в скобках указаны частоты для трансвертера, имеющего промежуточную частоту 28...28,5 МГц.) возбужден на третьей механической гармонике, т. е. на частоте 20,5 МГц (19,333МГц).
С автогенератора сигнал поступает вначале на утро-итель частоты (транзистор V6), нагрузкой которого служит полосовой фильтр L10C25L11C26. настроенный на частоту 61,5 МГц (58 МГц), затем на удвоитель (транзистор V7) и далее на усилитель (транзистор V8). Фильтрацию выходного сигнала гетеродина частотой 123 МГц (116 МГц) обеспечивают контуры L12C30 и L13CS4.
Приемный тракт содержит усилитель ВЧ и смеситель. Усилитель собран на транзисторе V9, включенном по схеме с общим эмиттером. Выбранная схема стабилизации режима работы транзистора по постоянному току (с помощью резистора R22) позволяет непосредственно, без блокировочной емкости, заземлить эмиттер транзистора. Это обеспечивает высокий устойчивый коэффициент усиления каскада. Для повышения КПД входной цепи контур L15C39 сильно связан с базовой цепью транзистора V9. Связь усилителя с антенной - емкостная. Конденсаторы C38, С40 и катушка L15 образуют фильтр верхних частот, препятствующий проникновению на выход конвертера помех от мощных коротковолновых радиостанций. Нагрузка усилителя ВЧ - полосовой фильтр L16C4SL17C45.
Сигналы гетеродина и высокочастотного усилителя суммируются в смесителе (транзистор VIO). Согласование смесителя со входом приемника обеспечивает контур L18C50C51C52.
Передающий тракт начинается со смесителя, выполненного на транзисторе V4. Напряжение гетеродина поступает на базу транзистора V4 с контура L13C34. Сформированный в трансивере телеграфный, AM или SSB сигнал поступает на смеситель через контур L14C35C37. Нагрузкой смесителя служит полосовой фильтр L8C15L7C14, настроенный на частоту 144 МГц.
Рис.1
Преобразованный сигнал усиливается трехкаскадным линейным усилителем. Первый каскад на транзисторе VЗ работает в режиме класса А. Для лучшей фильтра-циин побочных излучений транзистор слабо связан со входным L7C14 и выходным L6C10 контурами. Основное усиление (около 20 дБ) обеспечивает второй каскад, на транзисторе V2. Он также работает в режиме класса А. Согласование предоконечного и оконечного каскадов происходит через контур L4C5C6C7.
Оконечный каскад работает в режиме класса АВ. Необходимое смещение на базу транзистора V1 поступает с делителя R2R3. Для предупреждения самовозбуждения (так называемых дроссельных автоколебаний) верхний по схеме вывод дросселя L3 не заблокирован конденсатором.
Согласование оконечного усилителя с антенной обеспечивает контур L1C1C2. Как показала практика работы с трансвертером, выполненным по этой схеме, простая модификация выходного контура (конденсатор С2 подключается не к хатушке L1, а на выход устройства, модификация монтажной платы очевидна - конденсатор C2 в этом случае надо установить левее (см. вкладку) конденсатора С1) позволяет улучшить фильтрацию побочных излучений. Налаживание конструкции будет описано применительно к этому, более совершенному варианту.
Так как в передатчике нет устройства защиты выходного транзистора, то следует. избегать работы выходного каскада на сильно рассогласованную нагрузку.
Конструкция и детали.
В конструкции трансвертера нет экранирующих перегородок, но это не при-водит к самовозбуждению устройства: монтаж элементов на малой высоте над металлической поверхностью обеспечивает малый уровень паразитных межкаскадных связей. Несколько необычный вид имеют контуры трансверте-ра, работающие на частотах выше 100 МГц. Это-укороченные емкостью четвертьволновые резонаторы, изогнутые для уменьшения габаритов. Добротность ненагруженного резонатора составляет примерно 250. Почти такую же добротность можно получить и у обычного контура из посеребренного провода. Однако поле рассеяния у него больше, и в этом случае не обойтись без дополнительных мер по экранировке каскадов трансвертера.
Четвертьволновые резонаторы выполнены из посеребренного провода диаметром 0,8...1 мм. Высота линии над платой - около 2,5 мм. При уменьшении высоты поле рассеяния уменьшается, но падает и добротность. Для придания жесткости линия опирается на пять площадок, для чего в местах изгиба линия дополнительно согнута в горизонтальной плоскости под углом около 45°. Лишь на площадку, стоящую ближе всего к "земляному" выводу резонатора, линия опирается с помощью небольшого, отрезка провода. Следует сразу заметить, что размеры линии и ее конфигурация не очень критичны, так как подстроечный конденсатор обеспечивает перестройку резонатора в очень широком диапазоне частот.
На плате имеется бороздка между первыми каскадами гетеродина и выходными каскадами передающего тракта. Она играет роль теплового изолятора, который препятствует нагреву деталей кварцевого генератора теплом, распространяющимся от выходных каскадов по фольге.
Все маломощные транзисторы вставлены с обратной стороны платы в отверстия, просверленные в ней. Транзисторы опираются на ободок, имеющийся на их корпусе. Если толщина платы превышает 1...1.5 мм, то отверстия, предназначенные для транзисторов V9, V10, необходимо раззенковать с обратной стороны сверлом большего диаметра с таким расчетом, чтобы донышко транзистора находилось на одном уровне с фольгой.
Для транзисторов двух последних каскадов передающего тракта, снабженных радиаторами, в плате необходимо сделать отверстия диаметром, равным внешнему диаметру транзисторов. Лучше, если отверстия будут шестигранные, так как это предотвратит вращение транзистора при креплении радиатора.
В выходном каскаде применен транзистор КТ907А, у которого эмиттерный вывод соединен с корпусом. Для уменьшения индуктивности эмиттерного вывода между транзистором и радиатором необходимо вставить прокладку из медной фольги. Концы прокладки припаивают к плате. Длина выводов конденсатора С5, включенного между базой и эмиттером выходного транзистора, должна быть минимальной.
Монтаж выполнен на опорных точках, которые образованы кольцевыми канавками, вырезанными в фольге. Ширина канавки- б,5...0,8 мм. Диаметр опорного кружка около 5 мм.
Puc.2
Для изготовления таких канавок можно воспользоваться простейшим приспособлением, устройство которого показано на рис. 2. Приспособление состоит из иглы, миниатюрного резца и крепежной детали. Игла и резец изготовлены из отслуживших срок эубоврачебных боров. Для их заточки удобно воспользоваться абразивным камнем или ал-мазным надфилем. Крепежная деталь изготовлена из стальной втулки диаметром 6 мм. Боры вставлены в два отверстия, просверленные во втулке, и закреплены двумя винтами МЗ. Для надежного крепления боров на их боковых поверхностях желательно сиять фаску. Хвостовик иглы должен быть длиннее хвостовика резца для того, чтобы его можно было закрепить в дрели. Однако не составит большого труда сделать кольцевые канавки вручную. Для этого удобно зажать приспособление в ручные ювелирные тиски. Не следует прикладывать излишнее усилие я стараться вырезать канавку за один раз, так как это приведет к появлению задиров фольги.
Паяют детали "в накладку". Пунктиром на вкладке показаны проводники, расположенные с обратной стороны платы. Они пропускаются через отверстия, просверленные вблизи соответствующих контактных площадок.
При подборе деталей для трансвертера полезно учесть, что номиналы большинства конденсаторов некритичны. Это, прежде всего, относится к блокировочным конденсаторам, стоящим в цепях питания, емкость которых можно менять в пределах от 500 до нескольких тысяч пи-кофарад. Некритичны также емкости разделительных конденсаторов, осуществляющих связь транзисторов с резонансными контурами. Их значения можно изменять в пределах от -50 до +100%.
Дроссели L2, L3 и L5- бескаркасные, изготовлены из отрезка провода ПЭВ-2 0,3 длиной около 150 мм. Провод намотан на оправку диаметром 2,6 мм. Катушки L1, L10, L11- бескаркасные, намотаны на оправке диаметром 9 мм посеребренным проводом диаметром 0,8 мм. Катушка L1 содержит 3 витка (длина намотки 7 мм), L0 и L11-по 8 витков (длина намотки 14 мм). В катушке L10 отвод сделан от 1,25-го Витка, в катушке L11-от 3,75-го втитка, считая от нижнего по схеме вывода. Катушки L9, L14, L18 намотаны на каркасах диаметром 5 мм проводом ПЭВ-2 0.15. Число витков - 18. Для подстройки использованы сердечники из карбонильного железа с резьбой М4.
В трансвертере применены конденсаторы КМ и КТ, резисторы М+ и МЛТ.
Налаживание трансвертера следует начинать с кварцевого автогенератора. Прежде всего надо через конденсатор емкостью 1000- 5000 пФ временно соединить базу транзистора V5 с корпусом. При этом кварцевый автогенератор превратится в обычный LC генератор. Частота генерации в этом случае будет определяться контуром L9C19C20. Вращением подстроечника катушки. L9 надо ее установить близкой к утроенной частоте кварцевого резонатора. После этого конденсатор от базы транзистора V5 отключают и находят такое положение подстроечника, в котором он в наименьшей степени влияет на частоту генерации.
Затем приступают к настройке умножителей частоты. При их настройке, как, впрочем, и всех остальных каскадов трансвертера, необходимо контролировать режимы работы транзисторов по постоянному току. Удобнее всего измерять Напряжение на коллекторе, так как при известном сопротивлении резистора, стоящего в коллекторной цепи, легко определить ток, протекающий через транзистор. Измерения надо производить через резистор сопротивлением не менее 10 к0м. Его надо закрепить на кончике щупа так. чтобы проводник, подключенный к элементам трансвертера, имел минимальную длину. Очевидно, что при наличии добавочного резистора показания вольтметра будут занижены, однако возникающую погрешность нетрудно учесть.
Налаживание утроителя начинают с регулировки режима возбуждения. Подбором конденсатора С22 надо добиться, чтобы постоянное напряжение на коллекторе транзистора V6 составило 5...6 В. Это соответствует коллекторному току транзистора около 6 мА.
После этого приступают к настройке двухконтурного фильтра L10C25L11C26. Настройка производится по максимуму коллекторного тока транзистора V7. Необходимую степень возбуждения транзистора V7 можно регулировать, изменяя коэффициент включения контуров фильтра. При подборе отводов на катушках надо следить, чтобы оба контура были нагружены примерно в одинаковой степени. Если один из контуров имеет более "тупую" настройку, то отвод на катушке следует перенести ближе к нижнему по схеме выводу. При правильной настройке фильтра постоянное напряжение на коллекторе транзистора V7 должно лежать в пределах 5...6 В.
Если размеры катушек L10 и L11 выдержаны достаточно точно, а подстроечные конденсаторы находятся примерно в среднем положении. То опасность настройки фильтра на неправильную гармонику невелика. Однако, особенно если изменены размеры катушек или частота кварцевого генератора, полезно тем или иным способом проверить правильность настройки.
Можно, например, воспользоваться приемником, работающим в нужном диапазоне частот. Ко входу приемника надо подключить отрезок провода, другой конец которого поднести к контуру L10C25. При вращении подстроечного конденсатора С25 максимум громкости сигнала должен
cовпадать с максимумом коллекторного тока транзистора V7. Возможности такого метода проверки ограничены тем, что большинство связных приемников имеет диапазон рабочих частот не более 25 МГц. Расширить диапазон принимаемых частот можно с помощью простейшей приставки, схема которой показана на рис. 3.
Puc.3
Приставка представляет собой кварцевый автогенератор, выполненный на транзисторе VI. В ней можно применить любой кварцевый резонатор с собственной частотой в пределах 8... 15 МГц. Одновременно транзистор выполняет функции смесителя, работающего на гармониках частоты кварцевого автогенератора. Автогенератор отрезком кабеля соединяют со входом коротковолнового приемника.
При налаживании гетеродинного тракта приставку с помощью короткого отрезка монтажного провода надо связать с контуром настраиваемого умножителя. Для этого достаточно изолированный конец монтажного провода поднести к "горячему" выводу контурной катушки. Так как в приставке нет избирательных цепей, прием происходит одновременно на многих гармониках автогенератора. Разобраться в возникающей массе сигналов помогает то, что заранее известны частоты кварцевого генератора гете-родИна и кварцевого генератора приставки.
В качестве примера рассмотрим процесс настройки контура L10C25 на частоту 61,5 МГц. Пусть в приставке использован кварцевый резонатор на частоту 9620 кГц, а проверка кварцевого генератора трансвертера показала, что его частота составляет 20504 кГц. В этом случае сигнал на выходе утроителя будет иметь частоту 61 512 кГц. Такой сигнал можно прослушивать, используя четвертую или пятую гармонику гетеродина приставки. В первом случае сигнал следует искать на частоте 23032 кГц (61512-9620*4). Во втором варианте, который подходит для приемников, имеющих более узкий
рабочий диапазон, сигнал надо искать на частоте 13412 кГц (61612- -9620*6). Таким способом можно контролировать правильность настройки умножителей вплоть до частот 400...500 МГц. В принципе, диапазон частот можно еще более расширить, если применять более высокочастотный транзистор и уменьшить емкость конденсаторов С2, С4.
Правильность настройки умножителей можно также проверить резонансным волномером.
После того как подано необходимое возбуждение на базу транзистора V7, приступают к настройке контура L12C30 на частоту 123МГц (116 МГц). Следу. ющий за удвоителем каскад является усилителем на транзисторе V8, работающем в классе "А". Коллекторный ток транзистора V8 слабо зависит от величины возбуждения, поэтому его нельзя использовать для индикации настройки контура удвоителя L12C30. Настройку надо производить с помощью приемника или в простейшем случае с помощью высокочастотного пробника, подключаемого к авометру. Схема пробника показана на рис. 4. Авометр следует переключить на наиболее чувствительную шкалу измерения постоянного тока. Степень связи пробника с настраиваемым узлом можно регулировать, передвигая точку подключения пробника к контуру.
Puc.4
После того как контур L12C30 настроен на нужную частоту, переходят к налаживанию оконечного усилителя гетеродинного тракта. Прежде всего при отсутствии сигнала возбуждения подбором резистора R20 необходимо установить коллекторный ток транзистора V8 в интервале 7...8мА. После этого на транзистор V8 надо подать возбуждающее напряжение и с помощью высокочастотного пробника настроить контур L13C34.
Налаживание приемного тракта начинают с установки режимов транзисторов V9 я V10 по постоянному току. Подбором резисторов R22 и R26 следует установить коллекторные токи этих транзисторов в пределах 2...2,5 мА. После этого смеситель подключают ко входу коротковолнового приемника, настроенного на частоту 21,2 МГц (28.2 МГц) и по максимуму шума настраивают контур L8C50C51C52.
Подключая высокочастотный пробник поочередно к контурам L17C45, L16C43. настраивают полосовой фильтр по максимуму сигнала гетеродина. Затем, постепенно уменьшая емкость подстроечных конденсаторов, перестраивают полосовой фильтр на частоту 144 МГц. При этом наиболее удобно воспользоваться шумовым источником сигнала.
Puc.5
Схема генератора шума показана на рис. 5. Источником шума является эмиттерный переход транзистора V1, работающего в режиме пробоя обратным напряжением. Интенсивность генерируемого шума составляет несколько сот kTо. Это позволяет для улучшения согласования пробника с входом приемника добавить аттенюатор на резисторах R2, R3 с коэффициентом ослабления около 13 дБ. Пробник собирают в небольшой коробке. При монтаже надо обратить особое внимание на минимальную длину выводов транзистора V1, резисторов R2, R3 и конденсатора С2.
Еще лучше результаты получаются, если применить в генераторе шума германиевый СВЧ диод ГА402 Он имеет меньшую емкость и индуктивность выводов. Налаживание такого пробника сводится к установке резистором R1 тока через диод в пределах 1...3 мА. Для устойчивой работы желательно, чтобы напряжение источника питания в 2...3раза превышало напряжение, при котором начинается пробой диода.
С помощью пробника можно легко настроить приемный тракт на максимальный коэффициент усиления. Для этого на выход основного приемника необходимо подключить авометр в режиме измерения переменного напряжения, а затем настройкой контуров и подбором межкаскадных связей добиться максимальных показаний прибора. Полосу пропускания приемного тракта трансвертера также легко определить по уменьшению показаний авометра при расстройке базового приемника. Полоса в основном определяется параметрами фильтра L16C43L17C45, а также добротностью нагруженного контура L18C50. Полосу можно расширить, увеличивая емкость конденсатора С44 и уменьшая коэффициент деления емкостного делителя C51C52.
Окончательная настройка производится с помощью измерительного генератора шума или при прослушивании сигналов, принимаемых из эфира.
Следует также учесть, что самовозбуждение усилителя ВЧ при отключении антенны или ее эквивалента не является признаком неправильной настройки приемного тракта.
При налаживании передающего тракта сначала устанавливают режимы работы транзисторов по постоянному току. Подбором резистора R10 добиваются, чтобы напряжение на коллекторе транзистора V4 было равным 4-7 В, что соответствует току 10 мА. Резистором R8 устанавливают режим работы транзистора V3 (на его коллекторе должно быть напряжение +9 В). При регулировке начального тока предоконечного и оконечного транзисторов лучше измерять постоянное напряжение на коллекторе относительно "плюсового" провода. Падение напряжения на резисторе R4 должно быть 4 В, а на R1-0,2 В.
После этого временно отключают питание от транзисторов VI и V2 и приступают к настройке резонансных контуров. Первоначальную настройку производят в отсутствии сигнала частотой 21 МГц (28 МГц). Резонансные контуры L8C15, L7C14 к L6C10 настраивают на частоту гетеродина, т. е. на частоту 123 МГц (116 МГц), используя высокочастотный пробник, поочередно подключаемый к данным контурам. Затем на вход смесителя подают сигнал частотой 21,2 МГц (28,2 МГц). Амплитуду сигнала увеличивают до тех пор, пока не начнется заметное уменьшение коллекторного тока транзистора V4. Одновременно подстраивают контур L14C35C37. Сигнал гетеродина на выходе смесителя должен при этом несколько уменьшиться.
Затем высокочастотный пробник слабо связывают с резонатором L8 и, вращая ось подстроечного конденсатора C15 (в сторону уменьшения емкости), находят ближайший максимум напряжения (он должен соот-ветствовать частоте 144,2 МГц). Затем на эту же частоту последовательно пере-страивают контуры L7C14 и L6C10.
В последнюю очередь налаживают два последних каскада передающего тракта. Во избежание выхода из строя транзистора V1 пере-дающий тракт надо подключить к нагрузке, соответствующей волновому сопротивлению фидера. Если предполагается использовать фидер с волновым сопротивлением 75 Ом, то в качестве нагрузки можно использовать четыре включенных параллельно резистора МЛТ-2 сопротивлением 300 Ом, если 50 Ом, то шесть таких резисторов. Нагрузка (рис. 6) снабжена диодным детектором, позволяющим контролировать выходную мощность, передатчика.
Puc.6
Нагрузочные резисторы и детектор помешают в небольшую металлическую коробку, снабженную высокочастотным разъемом. Резисторы R1-R4 располагают в виде звезды вокруг разъема. Они должны иметь минимальную длину выводов. Если детектор снабдить собственным стрелочным индикатором, то получится автономный прибор - простейший измеритель мощности.
После подключения нагрузке и подачи напряжения питания на последние два каскада приступают к настройке контура L4C6, добиваясь максимума коллекторного тока транзистора V1. Перед этим транзистор V1 надо максимально связать с нагрузкой, т. е. конденсатор С1 должен иметь максимальную емкость, а конденсатор С2 - минимальную. Коллекторный ток транзистора V1 может достигать значения 500 мА и более. Если возбуждение недостаточно, то полезно еще раз подстроить все предварительные каскады, а также несколько уменьшить емкость конденсаторов С5 и С7. Настройка выходной цепи производятся по максимуму показаний индикатора мощности. При этом надо учесть, что чем больше емкость конденсатора С2, тем слабее связь с нагрузкой. При слабой связи и максимальном уровне возбуждения возможен переход транзистора в сильно перенапряженный режим, при котором возникает опасность выхода транзистора из строя. Поэтому таких режимов работы следует избегать.
г. Москва
(РАДИО N 1, 1979 г.)