Три десятиліття тому багато радіоаматори цікавилися наддальнім прийомом телебачення. Скільки праці, майстерності та вигадки проявляли вони, удосконалюючи телевізійні приймачі і створюючи складні антенні системи, що дозволяли обходити" капризи поширення радіохвиль.
Супутникові ретранслятори зробили більш "стабільним" канал передачі сигналів, але технічна реалізація прийому анітрохи не спростилася. Тут радіоаматорам є де прикласти свої знання і вміння. У статті наводиться опис аматорського конвертера, параметри якого не поступаються кращим зразкам промислового виробництва.
Розроблений автором конвертер призначений для роботи в системах прийому супутникового телебачення Ku діапазону (10,95 ...12,0 ГГц) з одноразовим перетворенням частоти.
Конвертор має наступні технічні характеристики:
- Діапазон робочих частот, ГГц - 10,95... 12,0
- Проміжна частота, МГц - 950...2000
- Коефіцієнт шуму типовий, дБ - 0,6
- Коефіцієнт передачі, дБ - 60
- Частота гетеродина, ГГц - 10,0
- Напруга живлення, В - 13/18В
- Споживаний струм, мА, не більше - 95
- Поляризація вхідного сигналу - вертикальна/горизонтальна.
Конвертер побудований за схемою тихого перетворювача частоти, конструкційно об'єднаним з опромінювачем антеною системи і вбудованим перемикачем поляризації вхідного сигналу. Його принципова схема наведена на рис. 1. Він складається з вхідного хвилеводу з зануреними в нього зондами (на електричній схемі не показані), НВЧ підсилювача, виконаного на транзисторах VТ1 - VТЗ, смугового фільтра з використанням полоскових ліній L9 - L18, гетеродина на частоту 10,0 ГГц на транзисторі VT4 зі стабілізацією частоти, балансного змішувача на діодної збірці VD2, підсилювача проміжної частоти на мікросхемах DA2 і DA3, стабілізатора напруги на мікросхемі DA4. У нього входить також пристрій на мікросхемі DA1, що виконує функції перетворювача напруги +5 У -2 В, перемикач поляризації і стабілізації струмів польових транзисторів VT1 - VT3. В конвертері застосовані мікросхеми, транзистори та діодні складання виробництва фірми Hewlett Packard (США).
Вхідний сигнал, сфокусований параболічним дзеркалом, надходить в опромінювач і від нього - круглий хвилевід діаметром 19 мм. Зв'язок полоскових ліній затворів транзисторів VT1 і VT2 з хвилеводом здійснюється з допомогою занурених зондів, встановлених під кутом 90 градусів в хвилеводі, що дозволяє приймати сигнали як з вертикальним, так і з горизонтальною поляризацією. Перемикання поляризації в конвертері здійснюється напругою живлення 13/18 В, що надходять по кабелю на вихідний гніздо XW1. Напруга живлення через дільник на резисторах R9 - R11 подається на вхід компаратора мікросхеми DA1. При напрузі харчування 13 В мікросхема DA1 включає транзистор VT1 і на його стоці з'являється напруга +1,5 Ст. Транзистор VT2 у цей же час закритий негативним напругою -2 В, що надходять на його затвор, і, крім того, напруга зі стоку цього транзистора знято.
При включенні напруги живлення на +18 транзистор VT1 закривається, а транзистор VT2 включається в нормальний режим роботи. Це дозволяє електронним способом змінювати вид поляризації сигналу.
Підсумовування сигналів з транзисторів VT1 і VT2 здійснюється з допомогою моста на смужкових лініях L5, L6. Сумарний сигнал надходить на затвор транзистора VT3 - другого підсилювального каскаду. Транзистори VT1 - VT3 типу ATF36077 мають коефіцієнт посилення 12 дБ на частоті 12 ГГц при напрузі живлення +1,5 В і струм 10 мА. Таким чином, сумарний коефіцієнт підсилення НВЧ підсилювача становить 24 дБ при коефіцієнті шуму близько 0,5 дБ.
Для досягнення найкращих значень коефіцієнта шуму необхідна точна настройка режиму роботи транзисторів і узгодження їх входів і виходів. Реально ж вдається отримати коефіцієнт шуму, відмінний від паспортного на 0,1 дБ, тому в характеристики наводиться максимальне значення Кш на частоті 12 ГГц - 0,6 дБ.
Посилений НВЧ сигнал зі стоку транзистора VT3 надходить на вхід смугового фільтра L9 - L18, виконаного на смужкових зустрічно-штирьових резонаторах і має смугу пропускання 10,8... 12,0 ГГц при нерівномірності АЧХ З дБ.
З виходу фільтра НВЧ сигнал надходить на вхід балансного змішувача, виконаного на діодної збірці VD2 НВЧ діодів з бар'єром Шотткі та полосковом мосту. На інший вхід балансного змішувача надходить сигнал з частотою 10 ГГц з виходу гетеродина на транзисторі VT4.
Гетеродин виконаний на польовому транзисторі за схемою з спільним стоком, з відкритим полуволновым резонатором, включеним в ланцюг затвор-витік транзистора, і стабілізуючим високодобротним циліндричним резонатором ZQ1 з титанатно-барієвої кераміки.
Втрати перетворення сигналу становлять близько 7 дБ. Сигнал проміжної частоти Fпч з виходу балансного змішувача через фільтр на елементах L19, С23, С24, R14 надходить на вхід мікросхеми DA2 попереднього підсилювача ПЧ, виконаного за схемою, наведеною в журналі "Прилади і техніка експерименту", 1984, № 2, с. 111 (Абрамов Ф. Р., Волков Ю. А., Вонсовський Н. Н. "Узгоджений широкосмуговий підсилювач"). Підсилювач на мікросхемі INA51063 має діапазон робочих частот 100..2400 МГц при коефіцієнті підсилення 22 дБ. З виходу попереднього підсилювача сигнал ПЧ надходить на вхід кінцевого підсилювача ПЧ, виконаного на мікросхемі DA3 і має діапазон робочих частот 100...3000 МГц при коефіцієнті підсилення 23 дБ. Резистори R14, R15, R17 опором 10 Ом запобігають самозбудження каскадно включених підсилювачів, особливо при розузгодженні навантаження, підключеного до роз'єму XW1.
Живлення конвертора здійснюється від микросхемного стабілізатора DA4, забезпечує стабілізацію напруги +5 В при струмі до 150 мА.
Конвертер (крім вхідного хвилеводу) виконаний на друкованій платі (рис. 2) з двостороннього фольгованого фторопласту ФАФ4 товщиною 1 мм
Розташування провідників та елементів на платі показано на рис. 3.
Навісні елементи розташовані з боку друкованих провідників, фольга зворотного сторони плати використана в якості загальної шини живлення. Важливо, щоб всі деталі мали можливо мінімальну довжину висновків; вони повинні бути встановлені безпосередньо напайку на провідники. Для з'єднання провідників загальної шини харчування, які розташовані з боку деталей, з фольгою зворотного боку плати, в ній просвердлюють ряд металізованих отворів.
В конвертері використані резистори типу Р1-12 з потужністю розсіювання 0,125 Вт. Можливе застосування резисторів цього типу з потужністю 0,062 Вт і резисторів Р1-8 з потужністю 0,125 і 0,25 Вт.
В низькочастотних ланцюгах і ланцюгах живлення застосовані конденсатори типу К10-47в. Конденсатори С9, С12 і С13 - К10-42. Конденсатори у високочастотних колах, ємність яких на схемі не вказана (С5 - С8, С15, С17, С22, С24), виконані "друкованим" способом - їх ємність утворюється обкладками спеціальної форми друкованої доріжки й загальної шини живлення з матеріалом плати в якості діелектрика. Високочастотний роз'єм XW1 типу F-75 (є в продажу на радіоринках країн СНД).
Транзистори, діодні складання і мікросхеми - фірми hewlett-packard (США). В як VT4 допустимо використовувати транзистори АП324А-2 і АП325А-2, транзистори VT1-VT3 замінні аналогічними виробництва фірм Siemens, NEC, Philips або АП330А-2 і 3П343А-2, правда, в останньому випадку дещо збільшиться коефіцієнт шуму конвертера. Диодную збірку HSMS2802 (VD1) можна замінити двома діодами КД514А або КД512А, а збірку HSMS8202 (VD2) - двома діодами КА120А або КА120АР. Замість микросхемного стабілізатора 78L05 підійдуть КР142ЕН5А, КР1157ЕН501, КР1157ЕН502. При заміні резонатора ZQ1 слід використовувати ТСБН-10.
Для підключення заглибних зондів (зонд 1 і зонд 2) до затворам транзисторів VT1, VT2 в платах просвердлені отвори діаметром 2 мм, а фольга з нижньої сторони плати видалена навколо отворів в радіусі 2 мм від центру установки. Зонди фіксуються в отворах корпусу (рис. 4, вид А-А) фторопластова втулками діаметром 4 і завдовжки 3,5 мм. Резонатор ZQ1 приклеєний до плати тонким шаром клею, приготовленого з оргскла, розчиненого у дихлоретані.
Монтаж елементів на плату виконують низьковольтним з заземленим паяльником жалом припоєм марок ПОСК 50-18 або ПОЇ.
Повністю виготовлену плату з встановленими на ній елементами поміщають в литий або фрезерований корпус (див. рис. 4), автор використовував готовий від аналогічного вироби фірми Microelectronics Inc. Корпус виготовлений із сплавів алюмінію (силумін, дюралюміній і ін) і закритий зверху кришкою (рис. 5), пригвинченої до корпусу гвинтами М2. Кришка фрезерована або лита забезпечує поділ плати на відсіки та запобігає утворення паразитних зворотних зв'язків і просочування сигналу гетеродина на вхід підсилювача НВЧ.
При виготовленні конвертера в аматорських умовах можна використовувати спрощений варіант корпусу. Для цього на токарному верстаті необхідно рис. 4 виточити фланець з хвилеводом з латуні і на нього напаяними короб для кріплення плати, зігнутий з листової латуні. Кришку також виготовляють з листової латуні і в необхідних місцях напоюють на неї перегородки для поділу короба на відсіки.
Для запобігання порушення паразитних коливань у відсіках конвертера до внутрішній стороні кришки в зазначених на рис. 5 місцях (заштриховані ділянки) приклеєні шматки гуми товщиною 3 мм з нанесеним на них поглинаючим шаром з суміші порошку карбонільного заліза, змішаного з клеєм БФ. У кришці навпаки торця поверхні резонатора просвердлюється отвір (на малюнку не показано, це місце уточнюють після установки резонатора) і нарізана різьба М5 для латунного регулювального гвинта. Він забезпечує підстроювання частоти гетеродина шляхом зміни відстані між гвинтом (корпусом) і резонатором ZQ1. При видаленні гвинти від резонатора частота гетеродина зменшується, а при наближенні - збільшується. Тому перед налаштуванням конвертера регулювальний гвинт повинен бути ввінчен лише на кілька перших ниток різьби.
Для герметизації конвертера передбачені друга кришка і гумова прокладка, укладена в спеціальний паз в корпусі конвертера (див. рис. 4). Хвилеводних фланець конвертера під'єднується до фланця опромінювача, встановленого у фокусі антени з допомогою чотирьох гвинтів М4. Герметизація хвилеводу здійснюється шляхом встановлення гумової прокладки в паз фланця конвертера і фторопластовою плівки товщиною 10...20 мкм - між фланцями. Креслення опромінювачів для прямофокусной і офсетної антени приведені на рис. 6 і рис. 7 відповідно.
Налаштування конвертера здійснюється в наступній послідовності. До роз'єму XW1 підключається джерело живлення +10...20 В з вихідним струмом не менше 100 мА. Встановлюють напруга живлення +13 В і вимірюють вольтметром напруги на висновках транзисторів і мікросхем. Їх значення повинні відрізнятися від зазначених на схемі не більше ніж на 10 %, в іншому випадку замінюють несправний елемент. Далі, збільшуючи напругу живлення до +18 B, переконуються, що компаратор переключився і на стік транзистора VT2 з'явилося напруга +1,5 В, а на стоці транзистора VT1 напруга стало дорівнює нулю.
Щоб перевірити наявність СВЧ напруги на виході гетеродина, до верхнього (за схемою) висновку резистора R12 підключають милливольтметр СВЧ (підійде і милливольтметр, описаний в журналі "Радіо", 1995, № 9, с. 40) і переконуються в наявність НВЧ коливань. Точно виміряти амплітуду падаючої хвилі від гетеродина не представляється можливим, але якщо показання милливольтметра лежать у межах 10...70 мВ, гетеродин працює.
Підключаючи милливольтметр постійного струму до лівої за схемою обкладки конденсатора С23, перевіряють наявність у цій точці пристрою невеликого постійної напруги (2...10 мВ). Це свідчить про працездатність балансного змішувача (ідеально підібрати пару діодів і збалансувати міст практично неможливо).
Після цього конвертер закривають першої кришкою і підключають до опромінювач антени з одного боку, і до тюнера - з іншого. Перебудовою тюнера знаходять один з прийнятих каналів. Регулювальним гвинтом встановлюють точне значення частоти гетеродина 10 ГГц %1 МГц, порівнюючи отриману частоту з відомою частотою цього каналу. Потім конвертер закривають другий кришкою і герметизують.
Автор: Ст. Жук, Мінськ р.