U H F     L N A
Προενισχυτής κεραίας UHF χαμηλού θορύβου
για QSOs μέσω δορυφόρου ή σελήνης

   Η ραδιοερασιτεχνική μπάντα των UHF (430-440 MHZ), μας προσφέρει την δυνατότητα (όπως και των VHF) για DX-ing, επαφές μέσω δορυφόρων (Satellite Service) και επαφές μέσω σελήνης (EME). O κοσμικός θόρυβος της μπάντας UHF είναι χαμηλότερος από αυτόν της μπάντας των VHF, όμως αυξάνει το λεγόμενο Path Loss (απώλεια διάδοσης) κατά 10 dB σε σχέση με τα VHF (- 6dB/οκτάβα ), γεγονός που πρέπει να λάβουμε σοβαρά υπόψιν μας, ειδικότερα στις επαφές μέσω δορυφόρου και μέσω σελήνης.
 Συνεπώς, ένα αξιοπρεπές σύστημα λήψεως στη μπάντα αυτή προυποθέτει την ύπαρξη ενός προενισχυτή κεραίας χαμηλού θορύβου (γνωστός και σαν LNA, Low Noise Ampl). Δεδομένου δε ότι ο θόρυβος είναι πολύ χαμηλότερος από τα VHF, οι απαιτήσεις στην ποιότητα της μονάδος αυξάνονται.
 Το επίπεδο θορύβου σ' ένα προενισχυτή κεραίας εκφράζεται με το "δείκτη θορύβου" ή όπως έχει καθιερωθεί γενικότερα "Noise Figure".

 Ευτυχώς σήμερα, λόγω της εξέλιξης στη βιομηχανία των δορυφορικών συστημάτων και των τηλεπικοινωνιών γενικότερα, είναι εύκολο να κατασκευάσουμε έναν προενισχυτή κεραίας για τους 435 ΜΗΖ με NF (Noise Figure) ίσο ή καλύτερο από 0,5 dB. Ένας παρόμοιος προενισχυτής, στην πράξη είναι μία απλή μονάδα, αλλά προσφέρει θεαματική βελτίωση στην λήψη μας, ειδικά στα ασθενικά σήματα που προέρχονται από δορυφόρους ή μέσω σελήνης.

 Το πλέον σημαντικό σε μία παρόμοια μονάδα LNA δεν είναι ο συντελεστής ενίσχυσης, όπως λανθασμένα πιστεύει η πλειονότητα των ραδιοερασιτεχνών, αλλά ο συντελεστής NF (Noise Figure), που σημαίνει με απλά λόγια πόσο "ήσυχος" είναι ο προενισχυτής αυτός, ακριβώς διότι στα πολύ ασθενικά σήματα πρέπει ο δείκτης θορύβου να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερος, έτσι ώστε ο θόρυβος να μην καλύπτει το ωφέλιμο σήμα. Βέβαια, και η ενίσχυση της μονάδος παίζει ρόλο, διότι ο συνολικός δείκτης θορύβου ενός συστήματος λήψης εξαρτάται από τον λόγο NF/Gain, συνεπώς και η ενίσχυση έχει επίδραση στο τελικό αποτέλεσμα. Κάποιες φορές όμως το υπερβολικό κέρδος ενός προενισχυτή κεραίας γίνεται αιτία γι'άλλα προβλήματα, όπως υπερφόρτωση του δέκτη, ενδοδιαμόρφωση κλπ.


 Θεωρητικά:

Noise Figure (σε dB) ή δείκτης θορύβου ενός προενισχυτή ή δέκτη, είναι η μέτρηση του επιπέδου θερμικού θορύβου σε σχέση με τον θερμικό θόρυβο που παράγεται από μία αντίσταση 50 Ωμ σε θερμοκρασία 290° Κ. Ένας ποιοτικός προενισχυτής χαμηλού θορύβου, βελτιώνει θεαματικά την ποιότητα λήψης ενός δέκτη, διότι στην περίπτωση αυτή ο συνολικός θόρυβος του συστήματος "προενισχυτής+δέκτης" είναι:

NF = NF preamp + (NFreceiver - 1) / preamp Gain


 Στην πράξη, χρησιμοποιώντας ένα Low Noise pre-Amplifier (LNA) μετά την κεραία, δηλ. σαν 1ο στάδιο ενός συστήματος λήψης, επιτυγχάνουμε ποσοστό θορύβου ( NF ) σ'όλο το συστημα λήψης σχεδόν ίσο με αυτό που έχει στην πράξη ο προενισχυτής, δηλ. η 1η βαθμίδα. Για παράδειγμα, αν έχουμε έναν δέκτη με NF=10dB (δέκτης με πολύ-πολύ θόρυβο !) και του προσθέσουμε στην είσοδο έναν προενισχυτή με NF=1dB, το νέο συνολικό NF του συστήματος λήψης είναι μόλις 1.3dB !
Καταλαβαίνει κανείς εύκολα, πόσο εντυπωσιακή είναι η αλλαγή.... από τα 10dB, το Noise Figure μειώνεται στα 1.3 dB, δηλαδή ελάχιστα περισσότερο από το ποσοστό θορύβου της 1ης βαθμίδας ! Για τον λόγο αυτόν είναι πολύ σημαντικό, ο προενισχυτής κεραίας να έχει όσο το δυνατόν χαμηλότερο συντελεστή θορύβου.

 Όπως προαναφέρθηκε, σήμερα (αντίθετα με το παρελθόν) υπάρχουν στην αγορά ηλεκτρονικών εξαρτήματα με υψηλές προδιαγραφές, που καλύπτουν αυτές τις απαιτήσεις με μικρό κόστος, έτσι ώστε να μπορούμε να κατασκευάσουμε εξαιρετικές μονάδες LNA. Τα εξαρτήματα αυτά είναι γνωστά σαν "Gas Fet" (Gallium Arsenide Fet) & "HEMT" (High Electron Mobility Transistor).


  Ένα "GasFet" ή "HEMT" παρέχει εύκολα σε μία κατασκευή Noise Figure γύρω στο 0.5 dB (ή χαμηλότερο), στους 435 MHz. Είναι όμως πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε, ότι το LNA πρέπει να τοποθετηθεί πολύ κοντά στην κεραία και όχι κάτω στο Shack. Η πλέον Ιδανική θέση είναι ακριβώς πίσω από το δίπολο διότι, αν τοποθετηθεί μακριά από την κεραία και συνδέεται με αυτή μέσω μεγάλου μήκους Coaxial, τότε η απώλεια που εισάγει το καλώδιο προστίθεται στο NF του προενισχυτή ! Για παράδειγμα, αν μεταξύ κεραίας και προενισχυτή μεσολαβεί ένα καλώδιο 15 μέτρων, που έχει απώλεια - 3 dB, στο LNA προστίθεται ποσοστό θορύβου ίσο με την απώλεια του Coaxial !
Συνεπώς, αν το LNA έχει NF=0.5 dB και το Coaxial από την είσοδο του προενισχυτή μέχρι την κεραία έχει απώλεια -3 dB, κάτω από την συνθήκη αυτή το LNA θα έχει πλέον 0.5 + 3 = 3.5 dB NF και όχι 0.5 dB, που είναι η πραγματική (ονομαστική) τιμή του !
  Σε κάθε περίπτωση, αυτό σημαίνει πολύ υψηλότερο επίπεδο θορύβου από το 0.5 dB που είναι η πραγματική τιμή του LNA. Για τον λόγο αυτόν, πρέπει πάντα να θυμόμαστε ότι αν θέλουμε να επιτύχουμε τον χαμηλότερο δυνατό επίπεδο θορύβου, το LNA πρέπει να τοποθετηθεί πίσω από την κεραία μας .


Figure 1
CT: Hi Q piston trimmers 2-10 pF
C1,C2: 470pF SMD (see text)
C3:470 pF SMD or TrapezoidCeramic
C4: 47uF/6V Tant.
C5 : 100nF/63V cer.
C6 : 10uF/16V
FT: 1nF feedtrough
TR1 : see text
L1, L2 : STRIP Line
L3 : VK200
IC1 : 78L05 or 7805
FB & FB* : see text
R1 : see text
R2 : 100 / 0.5 W carbon (see text)
R3 : 2K2/0.25W
R4,R5: 820 OHM ***
R6 : 5.6 OHM***
R7, R8: 2.7 Ohm***
R9 : 470 Ohm***
R10 : 10 Ohm/0.25W
R11 : 1K5/0.25W
D : all 1N4148 diodes
LD : small LED

  Το LNA που περιγράφω στην σελίδα, είναι κατασκευασμένο σε τυπωμένο κύκλωμα ( PCB ) με strip-lines (λωριδοπηνία). Σχεδιάστηκε με την τεχνική αυτή, έχοντας υπόψιν την δυσκολία που έχουν παρόμοιες κατασκευές σε RF μεταλλικά κουτιά, οι οποίες μοιάζουν περισσότερο με κατασκευές.... υδραυλικού - παρά ηλεκτρονικού. Με την χρήση τυπωμένου κυκλώματος η κατασκευή απλοποιείται, δεν υπάρχουν δύσκολα σημεία - όπως πηνία UHF, και η μονάδα μπορεί να κατασκευασθεί πανεύκολα σε μερικά αντίγραφα. Ακόμη, ακολουθώντας βασικές αρχές σχεδίασης κυκλωμάτων RF, όπως η διατήρηση της χάλκινης επιφάνειας στην κάτω μέρος του τυπωμένου και η χρησιμοποίησή της σαν "γη", ουσιαστικά βοηθά τα μέγιστα στην σωστή λειτουργία του κυκλώματος, απελευθερωνοντάς το από προβλήματα "κακής γείωσης" κλπ., που συνήθως έχουν σαν αποτέλεσμα την δημιουργία παρασιτικών ταλαντώσεων, οι οποίες στην πράξη είναι πολύ δύσκολο ν'αντιμετωπιστούν (ειδικά στα UHF).




Figure 2
Left Picture shows my first Printed Circuit, with L1 & L2 on the upper part of PCB .


  'Ισως βέβαια εδώ κάποιοι φοβηθούν, διαβάζοντας για χρήση StripLines (λωριδοπηνίων)... ΛΑΘΟΣ!
Τίποτα παράδοξο, μυστικό ή δύσκολο δεν υπάρχει στον υπολογισμό και την κατασκευή τους, απλώς ακολουθούν κάποιους δικούς τους κανόνες, τους οποίους αν ακολουθήσουμε ευλαβικά, μπορούμε να υπολογίσουμε εύκολα την συχνότητα συντονισμού ενός λωριδοπηνίου στα UHF.
Στην παρούσα σελίδα βέβαια δεν θα επεκταθώ στην θεωρία τους, διότι αυτό ξεφεύγει από την περιγραφή του LNA, αλλά θα αναφερθώ σε 2-3 σημεία που πρέπει να λαμβάνουμε υπόψιν μας. Για τα λωριδοπηνία λοιπόν που "κατοικούν" σε εποξικά τυπωμένα διπλής όψης πρέπει να γνωρίζουμε τα εξής:

Strip Lines
I) "e" =διηλεκτρική σταθερά του PCB. (συνήθως 4.5 - 5.5)

II) "H" = Πάχος του PCB, μεταξύ της άνω και της κάτω επιφάνειας (επίστρωσης) χαλκού. Τα συνήθη εποξικά PCBs που κυκλοφορούν στην αγορά είναι 1/16" (1.58 mm) & 1/32" (0.79 mm) .

III)"W" = Πλάτος της χάλκινης λωριδοταινίας (strip-line)


 Στη μπάντα των UHF, η εποξική πλακέτα έχει ικανοποιητική συμπεριφορά, δεν υπάρχει ανάγκη χρήσης πλακέτας PTFE (Teflon) όπως στις υψηλότερες συχνότητες (> 1.3, 2.4 GHZ κλπ). Η εποξική πλακέτα διπλής όψης, αντίθετα με την PTFE, μπορεί να ευρεθεί εύκολα στα καταστήματα ηλεκτρονικών, γεγονός που καθιστά την κατασκευή του LNA πραγματοποιήσιμη υπόθεση.





 Η πλακέτα διπλής όψης που χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή του LNA είναι πάχους 1/16" (1.58mm) PCB, με "e" = 5. Η παραπάνω εικόνα δείχνει το τυπωμένο, όπως αυτό φαίνεται από την άνω πλευρά, όπου συγκολλούνται τα εξαρτήματα. Η κάτω επιφάνεια, όπως είπαμε προηγουμένως, δεν αποχαλκώνεται αλλά χρησιμοποιείται ολόκληρη η χάλκινη πλευρά σαν "RF γείωση". H μέθοδος αυτή έχει εξαιρετική συμπεριφορά στις υψηλές συχνότητες, ειδικότερα στις συχνότητες άνω των VHF. Χάρις στην τεχνική αυτή που ακολούθησα, το LNA που περιγράφεται στη σελίδα είναι απαλλαγμένο από οποιοδήποτε πρόβλημα "παρασιτικής ταλάντωσης" και λειτουργεί εύκολα, δείχνοντας πολύ σταθερή και αξιόπιστη συμπεριφορά.
 Το κύκλωμα περιλαμβάνει στην είσοδο δύο παράλληλα συντονισμένα κυκλώματα. Λόγω της τεχνικής StripLine που υιοθετήθηκε, θα παρατηρήσετε ότι δεν υπάρχουν πηνία με την γνωστή μορφή που τα ξέρουμε, αλλά τα L1-L2 αποτελούνται από δύο λωρίδες χαλκού οι οποίες "συντονίζουν" με την βοήθεια των CT trimmers, στη συχνότητα των 430-440 MHZ (Amateur UHF Band). Στην θέση των CT έχουν χρησιμοποιηθεί "Υψηλής ποιότητος" trimmers πορσελάνης 2-10pF τύπου "πιστονιού" (piston trimmers), τα οποία είναι ιδανικά για κατασκευές UHF. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε και τα γνωστά στρογγυλά τρίμμερς, αλλά εκτός του ότι θα πρέπει να είναι και αυτά καλής ποιότητας, έχουν ένα μειονέκτημα: δεν προσφέρουν ομαλό συντονισμό, όπως τα piston-trimmeres, με αποτέλεσμα να χρειάζεται εξαιρετικά μεγάλη προσοχή και προσπάθεια για τον σωστό συντονισμό. Πάντως αν δεν μπορέσετε να βρείτε piston trimmers, βάλτε τα συνηθισμένα. Το LNA θα δουλέψει εξίσου καλά και με αυτά, απλώς απαιτείται μεγαλύτερη υπομονή στον συντονισμό.
Η "είσοδος" της βαθμίδας περιλαμβάνει 2 παράλληλα συντονισμένα, που αποτελούν ένα ζωνοπερατό φίλτρο (Band pass Filter). Χάρις σε αυτό υπάρχει μεγάλη απόρριψη στα σήματα που είναι εκτός της μπαντας των UHF (430-440) και επιπρόσθετα, αυτό χρησιμεύει ιδιαίτερα στην απόρριψη της 3 αρμονικής των VHF-Uplinks, όταν συνομιλούμε με δορυφόρους στο Mode-J. Η κεραία συνδέεται μέσω ενός μικρού trimmer στο κάτω τμήμα του (λήψη) του L1 (1ο strip line), έτσι ώστε να "ματσάρει" με τα 50 Ohms, που είναι η συνήθης σύνθετη αντίσταση των Coaxial και των κεραιών μας. Το μικρό αυτό "εν σειρά" trimmer βοηθά επίσης για την επίτευξη του βέλτιστου NF.
  Στο κυρίως κύκλωμα τώρα, η "πύλη" (Gate( του TR1 είναι συνδεδεμένη με το 2ο συντονισμένο κύκλωμα. Οι δύο ακροδέκτες "πηγής" (Source) του TR1 είναι αποζευγμένοι από την "γη" με πυκνωτές SMD, οι οποίοι είναι γνωστό ότι έχουν άριστη συμπεριφορά στις υψηλές συχνότητες. Μεταξύ της "πηγής" (Source) και της "γης" συνδέεται η R1 (αντίσταση άνθρακος). Μεταβάλλοντας την τιμή αυτής της αντίστασης, μπορούμε να ρυθμίσουμε το "ρεύμα λειτουργίας" του TR1 (βλέπε οδηγίες παρακάτω) για το καλύτερο δυνατό NF. Ο ακροδέκτης "εκροής" (Drain) του TR1 είναι συνδεδεμένος με την R2 (αντίσταση φορτίου, R-Load) και με τον C3 (έξοδος).
  Παρόμοιες ιδιοκατασκευές LNA σταματούν σε αυτό το σημείο, συνδέοντας τον C3 με τον connector-α της εξόδου. Η μέθοδος ενδείκνυται μόνο αν η έξοδος του LNA οδηγεί μόνιμα κάποιο δέκτη.

  Αν όμως, μετά το LNA υπάρχει πομποδέκτης με τα σχετικά Coaxial Relays για την μεταγωγή του προενισχυτή μεταξύ εκπομπής-λήψης, σ'αυτή την περίπτωση συνδέοντας το LNA απευθείας από τον C3, υπάρχει περίπτωση να καταστραφεί το TR1 από στατικό κλπ. Υπάρχουν αρκετές αναφορές που περιγράφουν παρόμοια βλάβη, χωρίς να υπάρχει κάποιος ειδικός λόγος... απλώς, με την μεταγωγή των επαφών συμβαίνει κάποια στιγμή ν'αναπτυχθεί κάποια "αιχμή" τάσεως κλπ., η οποία πολύ εύκολα μπορεί να καταστρέψει το "υπερ-ευαίσθητο" GasFet (TR1).
Για την αποφυγή παρόμοιων ανεπιθύμητων καταστάσεων, υπάρχει φροντίδα με μερικά επιπλέον εξαρτήματα, τα οποία το προστατεύουν. Έτσι, αντί η έξοδος από τον C3 να συνδέεται απευθείας στο BNC connector, αυτό γίνεται μέσω 2 attenuator networks (1 DB το καθένα). Επιπλέον, μεταξύ των 2 δικτυωμάτων υπάρχουν 2 αντιπαράλληλες δίοδοι, οι οποίες "ψαλλιδίζουν" οποιαδήποτε αιχμή τάσεως δημιουργηθεί με αντίστροφη φορά από την κανονική, δηλ. από την έξοδο προς την είσοδο του κυκλώματος. Το επιπλέον αυτό δικτύωμα με τους αντιστάτες, έχει έναν ακόμα πολύ σημαντικό ρόλο: βοηθά το LNA έτσι ώστε να είναι μόνιμα τερματισμένο σε ωμικό φορτίο ( 50 Ohms), κάτι που οπωσδήποτε συμβάλλει ακόμη περισσότερο στη σταθερότητα της βαθμίδος. Τέλος, ένα RFC (L3) στην έξοδο καταπνίγει οποιοδήποτε "στατικό" εμφανιστεί.



Figure 4
Τοπολογία των εξαρτημάτων στην πλακέτα. Διακρίνονται καθαρά τα λωριδοπηνία L1 & L2.

 H άνω εικόνα δείχνει την τοποθέτηση των εξαρτημάτων στην πλακέτα. Η "πράσινη γραμμή" που φαίνεται περιμετρικά του τυπωμένου αλλά και στο μέσον περίπου της πλακέτας, είναι θώρακας κολλημένος κάθετα ως προς το επίπεδο του τυπωμένου κυκλώματος. Μπορεί να είναι από λευκοσίδηρο ή μικρά κομμάτια πλακέτας. Ο θώρακας αυτός είναι κολλημένος με την επάνω και την κάτω πλευρά γείωσης του τυπωμένου, όπου αυτό είναι δυνατόν βέβαια. Επίσης υπάρχει στο μέσον περίπου της κατασκευής ακόμη ένας θώρακας, ο οποίος έχει σαν σκοπό την απομόνωση του τμήματος εισόδου του TR1 (L1, L2) από το υπόλοιπο κύκλωμα. 'Oταν κολληθούν όλα τα κομμάτια της κάθετης θωράκισης, η κατασκευή παίρνει την μορφή ενός RF κουτιού. Ένα ακόμη κομμάτι πλακέτας ή αλουμινίου είναι απαραίτητο, ώστε να καλύπτει όλη την κατασκευή σαν καπάκι, το οποίο μπορεί να συγκρατείται π.χ. με 4 βίδες στις γωνίες. Αν χρειαστεί αργότερα κάποια επέμβαση ή επισκευή, αυτό να μπορεί να γίνεται εύκολα με την αφαίρεση του άνω τμήματος ώστε να υπάρχει πρόσβαση στο εσωτερικό του LNA. Το τμήμα που τροφοδοτεί την μονάδα δεν είναι απαραίτητο να είναι θωρακισμένο, για τον λόγο αυτό τα σχετικά εξαρτήματα είναι χωρίς θωράκιση.


DC-supply section


Figure 5
"Zoom" στο TR1, όταν το πρωτότυπο βρισκόταν "υπό δοκιμή" !

 Οι πρώτες δοκιμές έγιναν με το HEMT FHX35LG της ιαπωνικής Fujitsu, το οποίο είναι ένα φτηνό σχετικά αλλά με εξαιρετικές προδιαγραφές τρανζίστορ υψηλής συχνότητος. Η επιλογή του έγινε έπειτα από την αδυναμία ανεύρεσης του πολύ γνωστού και δημοφιλούς από παρόμοιες κατασκευές MGF1302 (ή του MGF1309), τα οποία μάλλον έχουν αποσυρθεί πλέον από την αγορά. Ο κατασκευαστής δίδει στο FHX35LG δείκτη θορύβου ( NF ) καλύτερο από 0.5 dB στους 435 MHZ, όταν το ρεύμα λειτουργίας του είναι περίπου 10 mA, συνεπώς καλύπτει απόλυτα τις απαιτήσεις του κυκλώματος μας. Η τροφοδοσία του ανέρχεται στα 4V max.

 Το πλέον σημαντικό σημείο που πρέπει να προσέξει κάποιος που θα κατασκευάσει ένα παρόμοιο LNA στα UHF, είναι ότι τα τρανζίστορς αυτά λειτουργούν στα μικροκύματα (μέχρι 14 GHZ) και ως εκ τούτου στα UHF έχουν πολύ μεγάλη ενίσχυση, με αποτέλεσμα κάποιες φορές να γίνονται πολύ δύστροπα, εμφανίζοντας έντονα φαινόμενα "αυτοταλάντωσης". Για να προλάβουμε παρόμοια ανεπιθύμητα φαινόμενα, πρέπει να λάβουμε κάποιες προφυλάξεις. Η πράξη έχει αποδείξει ότι στα UHF το μόνο απλό, αποδεκτό φορτίο που μπορούν να δεχθούν χωρίς προβλήματα, είναι μία απλή.... αντίσταση άνθρακος ! Μάλιστα, επιβάλλεται η αντίσταση αυτή να είναι από καθαρό άνθρακα, όχι metal-film κλπ. 'Οσες δοκιμές έγιναν με συντονισμένα κυκλώματα στην εκροή του TR1 είχαν σαν αποτέλεσμα εμφάνιση αυτοταλαντώσεων. Όμως, τα τρανζίστορ αυτά με μία απλή ωμική αντίσταση σαν φορτίο, δίνουν τουλάχιστον 15-20 Gain στους 435 MHZ, συνεπώς δεν υπάρχει λόγος να ψάχνει κάποιος να βρεί κάτι καλύτερο για φορτίο, το αντίθετο μάλιστα!

  Σε κάθε περίπτωση πάντως, για να αποκλείσουμε οποιοδήποτε σενάριο στο οποίο θα υπάρξει περίπτωση εμφάνισης "παρασιτικής" ταλάντωσης, προληπτικά τοποθετούμε μία χάνδρα φερρίτη στον ακροδέκτη της αντίστασης φορτίου. Στο σχέδιο (Fig.1) η χάνδρα αυτή φαίνεται σαν FB και μπορεί κάλλιστα να είναι μία Palomar FB-1-61 ( 3.5 x 3mm, hole=1.27mm). Ο ακροδέκτης της R2 περνά μέσα από την τρύπα της χάνδρας και μετά συνδέεται στο "Drain" του TR1.

  Στην περίπτωση που είστε "ιδιαίτερα" άτυχος και παρατηρήσετε παρ'όλα αυτά "παρασιτική" ταλάντωση, μπορείτε να τοποθετήσετε μία ακόμα χάνδρα (FB* στη Fig.1). Μέσα από αυτή θα περάσετε το drain του TR1, πολύ κοντά στο σώμα του τρανζίστορ.
Η 2η αυτή χάνδρα μπορεί να είναι π.χ. μία Palomar FB-4-61 (3.5mm O.D. x 1.25 Length, hole=1.27mm). Το τελευταίο νούμερο ( 61 ) στις χάνδρες αυτές υποδηλώνει το υλικό κατασκευής. Το "61" που χρησιμοποιείται εδώ, είναι σύμφωνα με τον κατασκευαστή για συχνότητες 0.1 - 2 GHz.
Πάντως η FB δεν είναι κρίσιμη, απ' ότι έδειξαν τα πειράματα στα 3 πρωτότυπα κυκλώματα που δοκίμασα. Κατά την διάρκεια των δοκιμών τοποθέτησα στη θέση της FB μερικές άλλες, εντελώς τυχαίες, τις οποίες βρήκα στο συρτάρι μου ("junk-box") με ίδιες διαστάσεις όπως η FB-1-61 (3.5 x 3mm), χωρίς να παρατηρήσω καμία απολύτως διαφοροποίηση στη λειτουργία του κυκλώματος. Για την 2η όμως FB*, δεν θα μπορούσα να πώ το ίδιο, διότι και τα 3 πρωτότυπα που κατασκεύασα εργάστηκαν άψογα χωρίς να χρειαστεί να τοποθετήσω δεύτερη χάνδρα. Κανένα φαινόμενο αυτοταλάντωσης δεν παρατηρήθηκε και πιστεύω πως σ' αυτό συνέβαλε αποτελεσματικά το τυπωμένο κύκλωμα διπλής όψης, επάνω στο οποίο κατασκευάστηκε το LNA.

  Αντίθετα, μία κατασκευή που είχα κάνει παλαιότερα σε μεταλλικό κουτί ("ugly" air-construction) ήταν ιδιαίτερα "ατίθαση" και η παρασιτική ταλάντωση δεν σταματούσε παρά μόνο με την προσθήκη της 2ης χάνδρας, η οποία ήταν απόλυτα απαραίτητη για την φυσιολογική λειτουργία του LNA !

FHX 35 LG HEMT

Figure 6

  Ρύθμιση NF: ο ένας από τους 2 ακροδέκτες "πηγής" (Source) του HEMT είναι συνδεδεμένος μέσω της R1 με την "γη" (και οι 2 ακροδέκτες "source" του ΗΕΜΤ είναι αποζευγμένοι ως προς την "γη" μέσω των C1 & C2). Στο σημείο αυτό πρέπει να δώσετε σχετική προσοχή διότι, μέσω της R1 ρυθμίζουμε το ρεύμα λειτουργίας του HEMT και αυτό είναι πολύ σημαντικό, διότι όπως είπαμε σε προηγούμενη παράγραφο, το ρεύμα αυτό πρέπει να είναι 10mA για να επιτύχουμε το καλύτερο δυνατό "Noise Figure" ( FHX 35 LG, Fig.6).
Εάν κατασκευάσετε το LNA με κάποιον άλλο τύπο HEMT ή GasFET, θα πρέπει να διαβάσετε προσεκτικά το "DataSheet" του κατασκευαστή για την τιμή ρεύματος που προτείνει (= best "NF").

 Στο LNA που περιγράφεται, η ρύθμιση αυτή γίνεται ως εξής: αντικαθιστούμε την R1 με ένα τρίμμερ (μεταβλητή αντίσταση) 100 Ωμ. Πριν τροφοδοτήσουμε το κύκλωμα με τάση, ρυθμίζουμε το τρίμμερ αυτό έτσι ώστε να έχει μέγιστη αντίσταση (100 Ω) μεταξύ "Source" και γείωσης. Έπειτα τροφοδοτούμε το LNA από ένα (κατά προτίμηση) τροφοδοτικό πάγκου, το οποίο έχει δυνατότητα ρύθμισης ρεύματος (Current limiter). Στη συνέχεια αποκολλάμε τον ένα ακροδέκτη της R10, αυτόν που συνδέεται με τον πυκνωτή FT (σημείο "J" στο διάγραμμα) και τοποθετούμε ένα mA-μετρο στο σημείο αυτό. Τροφοδοτούμε το LNA με τάση από το τροφοδοτικό και ρυθμίζουμε το τρίμμερ έτσι ώστε, να έχουμε ένδειξη 10 mA στο μιλιαμπερόμετρο.
Είναι απόλυτα επιθυμητό το τροφοδοτικό σας να διαθέτει περιορισμό ρεύματος (Current Limiter). Στην περίπτωση αυτή ρυθμίστε τον περιοριστή για μέγιστο ρεύμα 15mA . Με τον τρόπο αυτόν, αν "παρ' ελπίδα" εμφανιστεί αυτοταλάντωση στο κύκλωμα, θα το καταλάβετε πολύ εύκολα διότι το mA-μετρο θα δείχνει συνεχώς μέγιστο ρεύμα (15mA), έστω και αν αυξάνουμε ή μειώνουμε την αντίσταση στο τρίμμερ ! Αυτή η τεχνική μας βοηθά αφ'ενός να προστατέψουμε το HEMT, αφ'ετέρου να καταλάβουμε αμέσως και εύκολα ότι κάτι δεν πάει καλά στο κύκλωμα. (Σε περίπτωση που υπάρχει αυτοταλάντωση, ακολουθούμε τις οδηγίες για κατάπνιξή τους, όπως αυτές περιγράφηκαν παραπάνω.)

Στην περίπτωση που το LNA εργάζεται φυσιολογικά, ρυθμίζουμε το ρεύμα λειτουργίας στα 10 mA.

Έπειτα, αποσυνδέουμε την τάση τροφοδότησης και αφαιρούμε το τρίμμερ. Μετράμε με κάποιο Ωμόμετρο την αντίστασή του και βρίσκουμε εν συνεχεία μία αντίσταση άνθρακος (0,25 W) με παρόμοια αντίσταση, την οποία συγκολλάμε στην θέση της R1 μόνιμα. Πριν κολλήσουμε την αντίσταση, θα πρέπει να κόψουμε τους 2 ακροδέκτες της πολύ κοντά στο σώμα της αντίστασης (1mm), για ν' αποφύγουμε τυχόν επαγωγική συμπεριφορά τους.

  Tώρα πλέον το LNA πρέπει να θωρακιστεί πλήρως με το καπάκι και να ρυθμιστεί. Αν έχετε στον πάγκο σας μία γεννήτρια σήματος UHF και ένα SINAD-meter, η ρύθμιση γίνεται εύκολα. Αν όχι, η μόνη λύση είναι να βρείτε κάποιο σταθμό που ακούγεται "οριακά" ( Q5 ) στα UHF και να ρυθμίσετε το LNA σας με αυτόν! Πρώτα, θα πρέπει να συντονίσετε τα 2 CT τρίμμερ, που είναι παράλληλα με τα L1, L2 για μέγιστο σήμα. Το μικρό CT, που είναι σε σειρά με την είσοδο της κεραίας, για το καλύτερο δυνατό δείκτη θορύβου ( best NF). Χωρίς γεννήτρια και SINAD meter, θα πρέπει να επαναλάβετε τις ρυθμίσεις πολλές φορές, μέχρις ότου έχετε τα καλύτερα αποτελέσματα. Απαιτείται επιμονή και υπομονή... το αποτέλεσμα όμως θα δείτε ότι σας ανταμείψει και με το παραπάνω, όταν ακούσετε π.χ. τον πρώτο σας δορυφόρο !

  Η διαφορά στην λήψη είναι τόσο θεαματική, που προσωπικά αναρωτιόμουν αν αυτό που άκουγα μετά την προσθήκη του LNA ερχόταν από δορυφόρο, ή ήταν κάποιος τοπικός σταθμός που μου έκανε... "πλάκα" !

  ...σύντομα: NΕΑ version του LNA με το ATF10136 για υψηλότερες προδιαγραφές

(higher dynamic range 20dBm / NF 0.35 dB) !


FHX35LG.PDF
FHX35LG Data Sheet
(PDF File - 85KB)
FHX35LG.PDF
ATF 10136 Data Sheet
(PDF File - 50KB)



Makis SV1BSX (Oct. 2005)

SV1BSX © Copyright
All rights reserved 2005-2006
For HAM-Radio PERSONAL USE ONLY
matronics@hotmail.com - Web design & graphics




October 2005
Free Web Site Counter
duffy3.gif - 3376 Bytes

back hombrew