1 kW PA-steg för 144 MHz

[SM5KYH]

Amatörradio, som spektrumanvändare, har inga krav på apparategenskaper utöver
att emissionerna ska hålla sig inom amatörbanden, och att de emissioner som ligger utanför banden ska uppfylla kraven i Appendix 3 av ITU-RR.

Vad som sker inom amatörbanden "är den resandes ensak". Inga kanalraster, spektrummasker eller frekvensstabilitetskrav finns.

OffTopic-kommentar, jämförelse.
Som exempel på annan kravbild än amatörradiotjänsten kan framhållas PTS storsinthet när 4G/LTE släpptes lös såtillvida att effektreglering och tillståndsplikt för mobiltelefonibasar försvann. De skyddade Luftfartsradiobanden riskerade då oönskad påverkan. Och fick det på en del platser.

Då tvingades LFV karaktärisera samtliga typer av markplacerade sändare och mottagare för att säkerställa Aero-bandens och flygplatsernas fortsatta störningsfrihet. Risken för intermodulation från LTE i ett klass C sändarslutsteg på en markplacerad sändarstation från de då nya banden - där befintlig utrustnings och antennsystem prestanda var okänd avseende skyddsförmåga - krävde seriös verifiering.

AOM och jag hade en sommar med ganska mycket praktiska övningar för oss i syfte att kontrollera överföringsfunktionerna mellan de olika systemens antenner liksom kontroll av vilka fältstyrkor som förekom på flygplatserna från mobilbandens olika operatörer.
Därefter hade vi tillräckligt underlag för simuleringar och verifierande mätningar. Notchar av i tråden beskriven typ kom till nytta när vi bombade sändare för VHF med LTE från den nya högre banden och sökte IM. Nödvändigt för det fanns MÅNGA basstationer nära Luftfartens sändarstationer och mottagarstationer. För att inte tala om flygplanens radioutrustningar.
Slutsatsen blev att ytterligare filtrering behövdes, både på de "egna" sändarna men framför allt nytillfördes bandpass och lågpassfilter på de fasta mottagarplatserna.
Dessutom infördes skyddsavstånd med minsta avstånd till mottagarplatser och flygplan på marken.

On topic.

 

[SM0AOM]

En minnesvärd och väl använd sommar för dryga 10 år sedan.
Resultaten var både väntade och i ett par fall lätt överraskande.


Genomsläppligheten hos ett stort kavitetsfilter långt över designfrekvensen.

Dessutom var det en synnerligen handgriplig "duvning" i radiomätteknik i stora frekvensområden.



Studien triggade även den undersökning som gjordes ett par år senare med användning av SSM:s databas över uppmätta exponeringsvärden för att utröna vilka påfrestningar som komradio utsätts för i praktisk drift.






Resultaten och frågeställningen i stort har även aktualiserats i samband med 5G.

"Ah! Memories!"

 

[SM7EQL]

Det nya 8 MHz notch-filtret blev bra. Genomgångsdämpning 2 dB +/- 10 kHz och 20 kHz.



Med +10 dBm in till notchfiltret kan jag inte se någon signal på spektrumanalysatorn på filterutgången. Bara fasbrus vid sidan om och ett tydligt minimum där notchen ligger.

Provade att lyssna med SRT CR91. Utan notch-filter hörs signalen från HP8640B ner till max dämpning -130 dBm. Där är signalen tydligt hörbar med örat men svag i nivå med bruset.

Med notchfilter inkopplat krävs +15 dBm för att signalen åter skall skönjas i bruset.

Filtret besår av två avskärmade sektioner som var för sig dämpar 73 resp 74 dBc. Så totalt notchdjup hamnar ju då i häradet -140-145 dBc.

Bandbredden i notchen ser ut att ligga kring 20 Hz eller så. Fasbruset från HP8640B hörs tydligt +/- 10 kHz och från Siglent låter det som ett större vattenfall.

Med blandaren inkopplad före notch-filtret och en lågbrusig 25 dB pre-amp efter så bör brusfaktorn mätt i RF-porten hamna strax under 10 dB.

De fyra kristallerna selekterades efter frekvens och lägsta serieresistans och har nära nog identiska värden. Många var helt kass och spridningen mycket stor. Så det går inte att använda slumpvis valda kristaller om notchdjupet är viktigt.

För att mäta kristallparametrar kan man använda många olika metoder. En metod finns beskriven i IEC444 där man använder 12,5 ohm som mätimpedans. S21 blir 30 dB så det är tveksamt om de billiga MiniVNA klarar av så hög dämpning? Men med HP8753D finns tillräcklig dynamik även med låg insignal.

 

[SM4CHK]

Hej,
Vilka fantastiska inlägg av -EQL och-AOM m fl - både tekniskt och ham-filosofiskt.
'Jag var QRT i 35 år men är nu QRV på 6m i väntan på ork för att sätta upp single yagi 2m EME.

Jobbade med utveckling av mobila terminaler för satellitkommunikation på X och Ku band. Sidbandsbrus var en viktig parameter.

Kör med en TS2000 på främst 10m och men helst 6m (missade Es i år) och 2m (senare). Funderar på en ny TRX med vattenfall och touchscreen. Som 78-åring kan man väl kosta på sig, eller...Förslag? Kan få vara QRP. Har ju TS2000 oxo

Har ett Tajfun PÅ på hyllan , för EME. PA har extra dämpning på ingången för att klara TS2000 översväng,

73 och tack för fina inlägg
Oscar/SM4CHK

 

[SM0AOM]

Med det nya notch-filtret så går det att mäta sidbandsbrus ner till minst
-160 dBc/Hz förutsatt att alla oscillatorer som ingår är stabila nog, och att inga olinjära effekter uppstår i signalkedjan.

En skattning är att när man matar in 0 dBm från exciterns utgång i blandaren, och har ett försumbart sidbandsbrus från blandningsoscillatorn, det blir en utsignal efter blandare och notch-filter av mindre än -100 dBm på centerfrekvensen och det går då att sätta referensnivån på mätmottagaren eller spektrumanalysatorn till -80 dBm utan större problem.

En brusfaktor av c:a 10 dB kan ansättas hos analysatorn med LNA och blandare framför, och då blir den termiska bruströskeln refererad till ingången -164 dBm/Hz, eller -134 dBm vid 1 kHz RBW. Med blandningsförlusten och genomgångsdämpningen inkluderade kommer mätgränsen för sidbandsbrus att ligga vid c:a -165 dBc/Hz vid 10 kHz avstånd.
Med lite överstyrning kanske man kan komma ner till -170 dBc/Hz.

Inga realiserbara 1 kW sändare kan tyvärr komma ner i sådana värden för grannkanalundertryckning.

@SM4CHK Trevligt med beröm från en annan ETA-are... [PS vi har nog setts på något Ånnaboda-evenemang, SK4BX var min "hemmaklubb"]
Har de senaste 20 åren fram till pensionen försörjt mig som systemintegratör och systemdesigner.och därmed hela tiden tvingats tänka i helheter.

Sokrates odödliga ord om vishet:
"Sann visdom är att veta vad man inte vet." blir väldigt påtagliga i sådana sammanhang.

 

[SM4UKE]

Har de senaste 20 åren fram till pensionen försörjt mig som systemintegratör och systemdesigner.och därmed hela tiden tvingats tänka i helheter.

En annan, som jobbar med EMC, skulle uppskatta om fler tänkte i helheter. EMC-problem brukar inte sällan bero på mer eller mindre total frånvaro av helhetssyn. Alldeles för ofta har någon tittat på krav i en viss standard (med väl avskärmande skygglappar) utan att förvissa sig om det verkligen är tillräckligt. Likaså sätter man ihop något stort utan att tänka på att det blir en sammanlagring av en massa saker. Allt för ofta känner man sig, som "EMC-arbetare", som eterns sopgubbe.
I radiosammanhang blir det tyvärr så att radiosystems goda känslighet och förhoppningsvis rena signaler blir bortkastade när omgivningen är så nergrisad. Bara en sådan sak att det vid en tvist väldigt ofta hävdas, av de som inte vet bättre, att "radio ska väl också ha tålighet". Det man då totalt missar är det faktum att en önskvärd parameter hos en mottagare är just känslighet och att tåligheten på dess mottagarfrekvens är begränsad. Och det är ju anledningen till att EMC-krav för att begränsa avgiven emission hos produkter existerar. Men det är en ofta återkommande argumentation, inte sällan har någon vid en tvist anlitat en dyr advokatfirma som på sedvanligt ordrikt sätt uttryckt det anmärkningsvärda att ett visst radiosystem inte har någon tålighet. Lite som att dividera om det dåliga resultatet i en mätuppkoppling beror på om det är signalgeneratorns eller spektrumanalysatorns fasbrus som är för högt.

Eftersom EMC handlar om en kedja av källa - kopplingsväg - mottagare där nästan alltid är flera olika är inblandade är helhetssyn väldigt bra för att lyckas. Annars är det ganska bra om man är påläst och därmed ställer krav och inte minst undviker att vara för godtrogen.

 

[SM0AOM]

En konsekvens av den försämrade radiomiljön är att det dynamiska området har tryckts ihop.
Brusgolvet har höjts, medan andelen riktigt starka signaler har minskat, åtminstone i HF-området.

För en mansålder sedan så låg brusgolvet mitt i HF-spektrum minst 10 dB lägre, och de starkaste rundradiosignalerna var minst 20 dB starkare och dessutom fler. Alltså har deb erforderliga dynamiken reducerats med 30 dB eller mer.

På 1990-talet skrev G3RZP om detta, han uppskattade att mottagare med 10 dB brusfaktor och 90-95 dB IM3 dynamik klarade
mer än 95% av trafikfallen. När vi jämför med dagens läge så klarar sig 30 dB brusfaktor och 70 dB dynamik bra, Detta är relativt lätt att
åstadkomma. Kraven har alltså minskat med minst 25 dB, sedan den tid som en E1800 var nödvändig för att klara "QRM-smeten" runt 40 m på eftermiddagarna.

Det vore intressant att se hur motsvarande siffror ter sig på VHF i dagsläget, i synnerhet i närheten av storstäder.

 

[SM7EQL]

Högnivåblandaren med efterföljande diplexer blev dagens projekt.



LO som är den lågbrusiga kristalloscillatorn med kristallfilter och efterföljande förstärkarsteg med BFW16A lämnar +17 dBm som ansluts till LO IN på schemat ovan. I RF-porten ansluts mätobjektet som initialt blir FT1000MP inställd på 28,250 MHz och med nivån 0 dBm.

MF blir då 8 MHz resp 48,5 MHz. Den efterföljande diplexern släpper igenom 8 MHz signalen till nästa modul som är notchfiltret med 140 dB dämpning på bärvågsfrekvensen. Blandningsförlust 5 dB plus 3 dB fast dämpare plus 0,16 dB genomgångsdämpning i diplexern. RF-signalen 0 dBm mäter -8,1 dBm på RF UT så det ser ut att stämma så långt. Blandningsprodukten LO+RF = 48,5 MHz dämpas ca 26 dB i diplexern och mäter -34 dBm i RF UT-porten.

Mätningar på enbart diplexern;



Diplexern dämpar nyttosignalen på 8 MHz med 0,16 dB och 48,5 MHz med 26 dB.Sen tillkommer dämpningen i notch-filtret så det blir inte mycket kvar utöver nyttosignalen. I alla fall inte så mycket att lågbrusförstärkaren och spektrumanalysatorn blir överstyrd vid max känslighet.


Anpassningen som blandarens IF-port ser med diplexerns utgång terminerad i 50 ohm är 45 dB RL på 8 MHz och 21 dB på 48,5 MHz.

Samma mätning men nu med öppen utgång efter diplexern. Anpassningen på 8 MHz är nu 0,3 dB. Det blir också vad blandaren kommer att se på 8 MHz när notchfiltret är anslutet och utan 3 dB dämparen som är inritad i schemat. Dock blir blandningsprodukten på 48.5 MHz ordentligt avslutad med lågt SVF.

Får se om nätdelen för kollektorspänningen blir nästa delprojekt eller jag tar mig an lågbrusförstärkaren som skall designas kring Mini Circuits PGA-103+ MMIC.

 

[SM0AOM]

Jag skulle nog sätta lite bandbegränsning efter blandaren och diplexern så att 48,5 MHz spegeln undertrycks mera.
Spektrumanalysatorn kan ogilla att få in en stark signal långt utanför mätintervallet vilken kan påverka brustillskottet från LO-n.

Mitt förslag är ett 3-de ordningens Tschebyscheff


(Пафну́тий Льво́вич Чебышёв, man att minnas
för sina ortogonala polynom...)









LP-filter med 9 MHz brytfrekvens och 1 dB rippel. Då reduceras
spegeln med mer än 60 dB vid analysatorns ingång vilket borde räcka.

 

[SM7EQL]

Kul att se hur Mr Chebyshev såg ut.

Jo men notchfiltret som kommer in mellan diplexern och pre-ampen är ju uppbyggt som ett smalt bandpassfilter med kristallerna som serierekretsar mitt i passbandet. Det gör att allt över ca 12 MHz dämpas mellan 90-110 dB upp till ca 800 MHz där dämpningen minskar till ca 80 dBc.

Sen tillkommer dämpningen i diplexern som i sig också är ett bandpassfilter om än ett ganska brett sådant då jag valt lågt Q för att minimera förlusterna.

Lågbrusförstärkaren där har jag ritat in ett "förlustfritt" 4-poligt högpassfilter med brytfrekvensen 6 MHz på ingången. Detta för att hålla nere förstärkningen på låga frekvenser där PGA103 inte är stabil enligt databladet. Mini Circuits har en applikations not om ostabilitetsproblemen och rekommenderar en serieresonans med motstånd men som går ut över brusfaktorn för så låga frekvenser som 8 MHz. Kretsen är specificerad för 50 MHz som lägst. På utgången sitter sen ett bandpassfilter av samma skäl plus att spolarna till jord förhoppningsvis skyddar PGA103 lite extra mot ev transienter.

Lägger man ihop alla dämpningarna så måste dämpningen räcka till med råge?

 

[SM7EQL]

Så här ser 8 MHz notch-filtrets bandpasskurva ut. Span är satt till 10 MHz och 12 dB/ruta. Insättningsdämpning +/- 10 kHz relativt 8 MHz är 2 dB. Notchdjup men som inte ses med den valda mätbandbredden ligger i häradet -140 dBc dvs ca två rutor under plotten.

 

[SM0AOM]

När notch-filtret också har bandpasskaraktäristik så blir utombandsdämpningen fullt tillräcklig,
det är när det har ett passband som sträcker sig långt över mittfrekvensen som behovet uppstår.

PGA-103 är inte ovillkorligt stabil under 50 MHz ungefär, men kan lugnas ner genom lite förlustresistans på lämpliga
ställen. Det finns ett allmänt problem med att sätta högpassfilter före MMIC med mycket hög "gain-bandwidth product", eftersom
det alltid finns parasitresonanser i sådana, och ddt behövs inte mycket för att dra igång en självsvängning på, säg, 20 MHz.



Av formen på grafen över stabilitetsfaktorn finns det anledning att anta att orsaken till instabiliteten är att
s11 blir större än 1 på låga frekvenser, alltså en negativ resistans som utgör del av ingångsimpedansen, och att betydelsen av denna är som störst när det totala fasskiftet i den externa kretsen+ S11 byter tecken, när detta sker har man en "pol". En "reflektionsoscillator" har då uppstått.






Med den föreslagna dämpningskretsen hamnar ingångimpedansen vid TP2,
vilket räcker för alla laster på utgången, men till priset av försämrad brusfaktor.

Att fördubbla R ger denna impedans;



Vilket inte försämrar brusfaktorn lika mycket.

Om man alltid avslutar förstärkarens utgång i en bredbandig 50 ohms last
(=spektrumanalysatorns ingång med en liten dämpare eller diplexer före) är man på den säkra sidan,
och det kan vara klokt att undvika bandpassfilter på utgången eftersom man inte vet säkert ifall det har parasitresonanser.
En diplexer är troligen en bättre lösning.

 

[SM7EQL]

Tack för synpunkter. Förstärkningen i PGA103 är stor nog för att ha råd att offra några dB i en dämpare på utgången som är ett bättre alternativ än bandpassfiltret. Enklast är att använda stabiliseringskretsen enligt AN-60-064 ev med en högre serieresistans. Dock ser det ut som att brusfaktorn ändå kan hamna i häradet 3-4 dB i stället för de ca 0,6 dB som PGA103 skulle kunna prestera om man drar ut kurvorna neråt i frekvens och hoppas att den inte självsvänger.

Då det visade sig att bärvågen kan notchas bort fullständigt och att det inte finns några andra signaler att hantera efter notch-filtret så finns det många andra alternativ till pre-amp.

 

[SM0AOM]

Så länge som utgången på PGA-103 alltid är avslutad i 50 ohm är självsvängningsrisken ganska liten. Problemet uppstår när förstärkarens utgång är öppen, och ingången har någon form av resonanskrets ansluten.

Isolationen mellan ingång och utgång, S12, räcker inte till under sådana förhållanden, och då kan rätt fasvinkel hos reflektionen som ingången ser utlösa en självsvängning.

 

[SM7EQL]

Ja, jag skall se hur PGA103 beter sig i vilket fall som helst. Den kan väl annars komma till nytta i 144 MHz transvertern.

Provade som hastigast att koppla upp kristalloscillatorn, blandaren och notch-filtret till en bredbandig 30 dB mätförstärkare med ca 2 dB NF. De tre HP8640B inställda för 0 dBm på 28,240 MHz avger då en brusnivå som ligger ca 15-20 dB över grundbruset i analysatorn och 10 dB högre med 25-30 dB och +10 dBm insignal till blandaren. 3 dB dämparen är också inkopplad mellan blandare och diplexer.

När frekvensen ställs in mitt i notchen syns inte minsta spår av bärvågen. Bruset dippar däremot ca 10 dB kring notchfrekvensen så det ser ju positivt ut så här långt. Har inte kalibrerat uppkopplingen och satt siffror på mätningarna men det går bevisligen att se tydlig skillnad på de olika generatorernas brusegenskaper. Spänningsmatningen till kristalloscillatorn ofiltrerad direkt från ett linjärt labbagregat med helt okänd brusdata.

 

[SM7EQL]

Rättelse i föregående inlägg: De tre HP8640B inställda för 0 dBm på 28,250 MHz, dvs mitt i notchen skall det vara.

 

[SM0AOM]

Mätgränsen med den uppkopplingen ligger i häraden -170 dBc/Hz, kanske ännu lite lägre.

Man kommer nog även att hitta en del diskreta spurious-sidband från synteser mm.
bland sidbandsbruset.

 

[SM7EQL]

Ja en av HP8640B ger faktiskt ut en del vandrande spurioser och varierande brusnivå kring centerfrekvensen. Tidvis ökar bruset 5-10 dB för att sedan falla tillbaks. De två andra generatorerna är nästan identiska och med helt stabil brusnivå.

Jag har kopplat upp en av mina G33DDC till datorn vid labbänken och skall se hur den kan användas som mätmottagare i stället för spektrumanalysatorn. Det finns en fördel i att även kunna lyssna på signalerna i högtalare. Sen har ju G33DDC många andra fördelar också och bättre prestanda än spektrumanalysatorn.

Idag skall jag ta mig an spänningsförsörjningen till kristalloscillatorn så hela mätuppställningen kan drivas från en spänningskälla och bli stand alone med alla modulerna skruvade på en bit spånplatta. Lite för många lösa trådar och kopplingar just nu.

 

[SM0AOM]

Man kan riskfritt försumma sidbandsbrusbidraget från G33DDC i en sådan uppkoppling, utan det blir blandningsoscillatorn på 20 MHz som blir dimensionerande tillsammans med systembrusfaktorn hos blandaren och filtren "nedströms".

Perseus eller G33DDC kan mäta upp alla SSB-sändare som finns på marknaden utan att använda några extra filter.

G33DDC har ett angivet sidbandsbrus av -145 dBc/Hz vid 10 kHz, vilket är i samma nivå som Perseus eller E1800 med specialsyntesen SO1800+AO1710 vilka båda anges till c:a -148 dBc/Hz vid 10 kHz


-130 dBm bruströskel försämras till -95 dBm vid en brusfri störsignal av +15 dBm vid 30 kHz avstånd,
så tvåsignalselektiviteten blir c:a 120 dB i 3 kHz, eller -155 dBc/Hz.

Det fanns en orsak till att E1800 kostade nästan 300 kkr.

Detta är ungefär så långt ner som man kan komma med blandningsoscillatorer med "rimliga priser" och som är variabla.

Om man mäter vid en nivå av +10 dBm och har en systembrusfaktor av 10 dB ligger gränsen runt -174 dBc/Hz förutsatt perfekta blandningsoscillatorer.

 

[SM0AOM]

Ord och inga visor 1982,,,




Ett eko från en svunnen tid för dryga 40 år sedan.
Det känns bokstavligen som en "evighet" sedan SM0DIS skrev dessa sanningens ord i RT.

Man undrar lite vad som skulle ske om någon "radiotidning" skulle publicera sådant i dag, och
även hur många som skulle förstå innebörden.

Som sagt: "rena sändarsignaler ett absolut krav"