Použití mini GPS ref.clock Bodnar v MW zařízeních

Na stránkách OK2IMH jsem objevil nádherný článek o přípravě na PD 2019. V něm mne zaujalo použití  referenčního oscilátoru od firmy Leo Bodnar označená jako mini GPS s možným použitím v pásmu 400 Hz - 810 MHz. Dále jen označení "Bodnár". Po informacích od IMH a VPZ , jsem uvažoval  o využití místo OCXO v MW zařízeních. Rychle jsem si to objednal. Po zaplacení mi zásilka došla do 24 hodin !!!  Byla perfektně zabalená. Zde se chci zmínit o mých laických zkouškách.

 

 

 

 

První zkoušky:
Netrpělivě jsem zařízení začal zkoušet. První  zkouška proběhla v místnosti pod dvěmi železobetonovými patry a střechou. Signál GPS byl jak je vidět na snímku. Ovládací SW pracoval bez problémů.

 Při spuštění Bodnára pod střechou zde bylo 17 - 25 družic.

Při porovnání  snímku vyjmutého oscilátoru u OK2IMH je vidět,  že zhotovitel tyto oscilátory vylepšuje. Já mám typ 2019  variantu F. Výstupní LED bez GPS bliká. S přidanou anténou GPS se zasynchonizuje a LED svítí plně. Mne zajímají momentálně kmitočty 10 MHz, 131.748264 MHz,

122.247396 MHz a 141.325231 MHz .Tyto jsem také zkoušel. Nejdříve jsem kmitočty zkoušel poslouchat na přijimači. . Signál byl čistý.

Kmitočet 141 MHz mi nešel nastavit přesně. Program mi ale nabídl co se může nastavit kolem. Šlo o setiny Hz. Poslechem jsem u 141 MHz slyšel kolem kmitočtu nějaké  "roští". . Po zatížení výstupu Bodnára  impedancí 50 ohm bylo vše čisté. Při poslechu na FT857  velký S-metr ukazoval 599 + 60 dB. Upřímně toto radio již pak pro  silné signály  není seriozně použitelné. 

Posléze jsem začal měřit jednotlivé kmitočty na analyzéru CMU 200. Viz níže uvedené průběhy. 

Při tomto měření jsem zjistil poměrně malý odstup  harmonických kmitočtů. Základní kmitočet byl  v tu chvíli +7 dBm, 1 sudá harmonická byla  celkem - 27 dBm a třetí lichá byla jen cca - 10 dBm. Viz průběhy. Všechny sudé byly lépe potlačené než liché.

Pokoušel jsem se potlačit  tyto harmonické , že jsem vytvořil za Bodnára útlumový člen 4 dB a za něj jsem dal krystal prímo na kmitočtu oscilátoru. Sudé kmitočty se potlačily o cca 15 dB více  a s lichými to skoro nehnulo. No byl to jen takový ztřeštěný pokus. Na dolaďování krystalu  již nedošlo. Rozhodl jsem se tam udělat nějakou dolnofrekvenční propust.  Na stránkách KKW je vyčerpávající popis , viz odkaz. Sestává ze dvou cívek a 3 kondensátorů.

Cívky jsem zvolil 8 závitů drátem 0,5 mm vinuto  na průměru 2 mm.. / Hodnota odhadem 65 - 70 nH/

Kondensátory jsem tam dal všude 22 pF. Hned jsem to zkouknul na wobleru. Již to připomínalo propust. Ke všem kondensátorům jsem naletoval trimry 30 pF a doladil dle mých představ.. K C1 tedy pak přibylo 3 pF, k C2 27 pF a k C3 22 pF.   Na vstupu i výstupu jsem měl ATT 4 dB.. Později jsem poslední ATT vyjmul. 

Na snímku je vidět průběh signálů za  dolnofrekvenční propustí. První sudý kmitočet je potlačen více jak -  50 dB a první lichý přes  - 40 dB. Další již přes - 55 dB.. Na tak jednoduchou propust je to dobré.

Měření stability kmitočtu a výkonu :

Po výše uvedených zkouškách  jsem přistoupil k měření stability kmitočtu. Zařízení i měřící přístroje byly  zahřáty 1 hodinu před měřením. Vlastní měření stability probíhalo na kmitočtu 131.748 MHz a bylo měřeno na 96 harmonické za LO na kmitočtu 12,647 GHz / 12,94 dBm/ na 11 míst pomocí čítače do 26,5 GHz  synchronizovaného GPS kmitočtem 10 MHz vždy po po dobu 2 hodin. Odečet byl prováděn každých 10 minut .

1. TEST :   GPS Bodnar na 131,748 MHz po dvou hodinách na 76 GHz max nestabilita  65 Hz

2. TEST :    PLL OE2JOM  synchronizováno GPS Bodnar 10 MHz  max nestabilita po 2 hod

                     na  76 GHz  36 Hz

U Bodnára se dá výkon nastavit v SW podle nastaveného proudu. V tabulce uvádím skutečně změřené hodnoty na některých mých kmitočtech. Teplota Bodnára se pohybuje kolem 35 st. C. Měření bylo provedeno na CMU 200 a HP 436A.

MHz	8 mA	16 mA	24 mA	32 mA
10	8,7 dBm	10,2 dBm	10,9 dBm	11,3 dBm
131	7,2 dBm	9,3 dBm	10 dBm	10,6 dBm
141	7,1 dBm	9,1 dBm	9,9 dBm	10,4 dBm

Praktické zkoušky:

Na závěr jsem přistoupil k praktickým zkouškám. Tyto jsme provedli poblíž domu s Milanem JHM po dobu 4 hodin. Nešlo o žádné rekordy,  jen o kontrolu čistoty signálu.

1. TEST :

GPS Bodnar na 131.748 zapojen přímo do LO. Signál byl oboustraně na CW i SSB čistý. Výhoda je , že JHM ma IF 144 MHz, já 145 MHz.

2. TEST : PLL dle OE2JOM podporovaný interním signálem 10 MHz, ještě s možností regulace  kmitočtu napětím. 1V / 4Hz  . Nastaveno 7.3 V. Zkouška SSB a CW bez závad.

3.TEST :  PLL dle OE2JOM synchronizováno externím signálem  10 MHz GPS Bodnár. Signál byl čistý, ale PLL OE2JOM s touto podporou nedával plný výkon na 76 GHz. Po přepnutí na interní 10 MHz signál síla stoupla o50 %. . Zde jsem nehledal příčinu.

Speciální parabola používaná JHM na všech vyšších MW pásmech

Na spodních obrázcích je vidět zabudovaný Bodnár s dolnofrekvenční propustí do zařízení 76 GHz IV. gen. Zbývá jen udělat přenos led na přední panel bez zásahu do Bodnára. Na posledním obrázku je  kalibrátor JHM pro všechny MW pásma do 248 GHz. Tento jsme cejchovali a porovnávali s GPS Bodnár. Velkých rozdílů se nenašlo.

Kalibrátor JHM do 248 GHz

http://www.ok2imh.com/view.php?nazevclanku=priprava-na-polni-den-2019&cisloclanku=2019070001

http://www.leobodnar.com/shop/index.php?main_page=product_info&cPath=107&products_id=301

http://www.ok2kkw.com/00003016/dp144/coilfree_lpf/nocoils_lpf.htm

http://www.ok2kkw.com/00000104/civky/civky.htm

Transvertor 76 GHz IV.generace

Již na konci roku 2016 jsem začal trochu připravovat nový transvertor na 76 GHz ,byť jich pár mám doma .

Přední strana transvertoru ještě rozpracovaná

 

 

   https://youtu.be/5lJtX1rr2tM       

 Napájení transvertoru je chráněno klasicky přes pojistku. Dále je chráněno diodou proti přepólování a také proti vyššímu  napětí, zde oboustranným transilem 15 V / 1,5 kW. Pro napájení násobiče 38 GHz je použito zapojení dle DL2AM. Jako základ je zdroj s LT1085 pro + 5 V ( při TX až + 6 V). Při RX i TX je zdroj přepínán relátkem ovládaným napětí z relé mezifrekvenčního zesilovače ( IF ). Regulace napětí je možná při RX i TX samostatnými trimry. Maximální odběr cca 420 mA. Dále je zde zdroj + 8 V   tvořený L 7808 a zdroj záporného napětí - 5 V s ICL 7660. Přepnutí RX i TX je indikováno jednotlivými LED diodami.

Zdroj pro násobič dle DL2AM

 Jako základ vf části transvertoru je PLL na kmitočtu 131.748263 MHz  s výstupní úrovní 8 dBm., který jsem zhotovil podle  OE2JOM. / Bude popsán v některém dalším článku.) . 

 

PLL zhotoven dle OE2JOM

Detail zhotoveného PLL ze strany součástek

Opěrný kmitočet zde 10 MHz  může být přepinačem přepnut  na GPS nebo vestavěné  profi OCXO  TRIMBLE 10 MHz. Při natápění má spotřebu 700 mA. Po natopení je odběr 141 mA. Je zde ještě možná regulace kmitočtu pomocí přivedeného napětí na adj bod. Při 1 V je změna 4 Hz.

  Pro první zkoušky transvertoru jsem postavil a používal místo PLL vytápěné OCXO DF9LN. 

Pokusné OCXO DF9LN

 

Použité GPS Disciplined Oscillator bylo pořízeno na EBAY. Několik roků jsem prováděl různé pokusy s různými GPS a různých zapojení s indikací získaných dat. Avšak se mi nepodařilo zabezpečit všechny mé požadavky, které jsem zejména na indikaci měl. LCD displey GPS ukazuje zejména :datum, čas, souřadnice  ( šířku , délku ) v různých podobách,  info o SAT , nadmořskou výšku , a lokátor s uvedením na 14 míst. Napájení je 6 V / 2,5 A neb přes zdroj z 230 V. Výstupy z GPS jsou : RS 232 , 10 MHz a 1 PPS. Indikace provozu je ještě provedena  LED diodami.

Po 1 minutě zapnutí GPS se rozsvítí zelená LED objeví se 3 SAT. Po 3 minutách se rozsvítí bílá LED ukáží se 4 SAT. Ve 4 minutě se objeví 5 SAT. V 5 minutě začíná rychle blikat zelená LED a 10 MHz je funkčních. Na výstupu je cca 2,5 V . Všechny hodnoty na displeji jsou funkční. Při této zkoušce byla anténa GPS pod střechou domu a koaxiál byl dlouhý 6 m. Dá se předpokládat, že venku bude počet  satelitů  početnější. 

GPS z EBAY

Dalším dílem transvertoru je násobič ( LO ), který je použít osvědčený  od autora OK1FPC. PLL kmitočet 131.748263 se násobí 96 x na kmitočet 12647.833 MHz .Výstupní výkon na tomto kmitočtu je  12 mW.

LO OK1FPC

 

 

 

Detail LO OK1FPC

Tento kmitočet postupuje na známý násobič  CMA 382400, který  násobí 3 x na kmitočet 37943.5 MHz. Tento násobič může násobit 3x nebo 4x. Při násobení 3x dává výkon cca 120 až 140 mW. Při násobení  čtyřmi je výkon menší cca 85 mW. Důležité je napájení násobiče. Popis je na stránkách DL2AM neb na stránkách OK2IMH , kde jsou překlady. Zpravidla zelený vodič je - 5 V, rudý vodič je + 8 V/ 150 mA, šedý vodič + 5 V při TX i 6 V/ max 420 mA, černý vodič kostra. Ale pozor u některých provedení se mohou barvy lišit. Vstup násobiče SMA, výstup WR 28. Násobič je nutno dobře chladit. Pozor na zkoušení  mimo zařízení bez chlazení ! Násobič je zpravidla připevněn k směšovači.

Násobič 38 GHz se směšovačem

 Zatímco u jiných  zařízení jsem směšovače  zpravidla vyráběl sám, tak kvůli nemoci jsem letos  nemohl stát svobodně u soustruhu a frézy byl jsem tímto donucen si směšovač pořídit od DL2AM.

Směšovač a násobič

Boční pohled na směšovač

 

Detail směšovače

Pohled na násobič se směšovačem a vlnovodné části.

Celkový pohled na transvertor

 Na výstupu směšovače je na kmitočtu 76 GHz výkon 1,15 mW. Do směšovače je zaveden signál mezifrekvence, zde 145 MHz  o hodnotě 20 mW.

 Mezifrekvenční zesilovač ( IF ) je vyroben z klasických součástek a je uzavřen do hliníkové vaničky. Je zde vyveden trimr pro regulaci výkonu pro vysílání.

Mezifrekvenční zesilovač s regulací úrovně TX

Další rozvod vf signálu ze směšovače se vede dále přes mosazné příruby a vlnovody WR 12. První v cestě za směšovačem je dvojitý filtr podle OE9PMJ vyrobený a naladěný DL2AM. DL2AM tento typ popsal  kompletně včetně jeho měření v  CQ DL 6 - 2015.  Průchozí útlum dle jeho měření je cca 2,6 dB. Všechny články DL2AM publikované v časopisech jsou na jeho stránkách. Z filtru přichází signál na otočný zesilovač U band LOW NOISE typ MKU 761 C výrobce Kuhne  electronic. Parametry tohoto  zesilovače dle měřícího protokolu jsou: OUTPUT 15 mW, NOISE 5,9 dB při 18 st.C, GAIN 21,6 dB.

MKU LNA 761C

Pohled na otočný vlnovodný zesilovač

Zesilovač je přepínán pomocí krokového motoru. 

 

Podrobný popis je zveřejněn zde:

https://ok1em.blogspot.cz/2017/10/mikrovlny-krokovy-motor.html 

Ze zesilovače je veden výstup vlnovodem WR 12 na zadní stěnu transvertoru na výstupní přírubu. Zde je připevněna parabola průměr 25 cm s ozařovačem.

Zadní stěna transvertoru

Oživování  transvertoru 76 GHz IV. generace

Všechny komponenty byly přezkoušeny než se vestavěly do zařízení. Nejdříve se mechanicky nastavilo přepínání LNA krokovým motorem. Podařilo se. Předpokládal jsem , že s dalším nebudou žádné problémy. Opak byl  pravdou.

Rozpracovaný transvertor

Další kontrola byla provedena v systému PLL + LO. Měření probíhalo výstupem na měřič kmitočtu. Tedy kontrola funkce  PLL s možností použití vytápěného OCXO TRIMBLE 10 MHz,druhá varianta řízení 10 MHz z GPS. Anténa byla umístěna na půdě. Na GPS bylo zobrazeno 5 satelitů. Správný kmitočet na 12 GHz má být:  12647.833333 MHz . Kmitočet  měl chyby jen několik Hz. OCXO TRIMBLE bylo napětím dotaženo na kmitočet, jaký ukazovalo PLL s GPS.

Pak jsem provedl další funkčnost zařízení. Instaloval jsem na půdě maják na 76 GHz. Natopil jsem transvertor. Na FT857 jsem slyšel šum cca S8 a signál cca po 10 kHz v šíři cca 2 MHz. Signál nebyl čistý. S podezřením na PLL či OCXO 10 MHz jsem jej odpojil a zapojil do LO OCXO DF9LN cca 0 dBm.

Místo PLL zapojen na zkoušku OCXO DF9LN

 Problémy se nezměnily ani četnost signálů. Snížil jsem buzení z LO přes útlumový člen 5 dB. Opět se nic nezměnilo.

Ještě jsem zkusil odpojit napájení LNA, s cílem zdali nějak nekmitá. Dal jsem blíže maják, abych ho dobře slyšel. Při vyp zesilovači byl šum v klidu S 1- 3.

Zázněje byly na m.j. 173,164,157,139,131,107 atd. Hlavní kmitočet asi na 148 S9 + 10 dB.

Po zapnutí LNA byly zázněje tak jako při vypnutí, ale v širším rozsahu 144.050 - 145.520 MHz síla S9 + 60 dB.   

 Provedl jsem kontrolu napájení násobiče. Záporné napětí bylo jen -3 V. Po nastavení - 5 V se signál lehce zlepšil, klidový šum se snížil o cca 2 dB. Při šáhnutí na IO 7660 signál se měnil a kvičel. Provedl jsem zablokování  vstupu 78L08 keramickým kondensátorem 10 uF a vstup 7660   SMD keramickým kondesátorem 1 nF. Klidový šum  již nehnul s Smetrem. Signál byl strašně špatný.  Vzal jsem kondensátor 22 nF a zkoušel jsem různě blokovat body na napájecí desce násobiče. Při zablokování bodu ADJUST LT 1085CT tímto zkušebním kondensátorem byl signál čistý. Definitivně jsem provedl blokování SMD keramickým kondensátorem 100 nF.

Signál tedy byl čistý, ale stále se opakoval po cca 7 -10 kHz.

Síla se měnila jako přes filtr. Na cca 2 kmitočtech bylo maximum a nalevo i napravo se síla snižovala.

Abych vyloučil vestavěný zdroj pro napájení násobiče 38 GHz, nahradil jsem jej externím zdrojem. Jeho chlazení zajišťoval malý francouzák.

Externí zdroj pro násobič chlazen francouzákem

 Po zapnutí se mi zvedl klidový šum na S7, ale signály se po cca 7 - 10 kHz stále opakují.

Nastává beznaděj !

Zapínám druhý funkční transvertor 76 GHz,  kde je LO 9,5 GHz s parabolou 25 cm.

Proud při startu je 1,87 A, což mě šokuje.Vzápětí již teče přes transvertor 0,83 A. Dlouho nabíhalo topení. Šum transvertoru je neznatelný S metr se nehne. Signál je S9 + 50 dB nádherný velmi silný. Cca 10 kHz nahoru i dolu je velmi slabý signál sotva člověkem slyšitelný. Na FT 857 se pere vlastně 104 dB a pozor jen jeden !

Pro porovnání měním mezifrekvenci  za FT857 na FT290R:

Signál zachycen na 231 kHz S9 + ++ Smetr za rohem. Je vidět ,že FT290R je citlivější než FT857.

Konzultace s OK1FPC :

Aleš doporučil zkontrolovat analyzérem vlastní LO 12,5 GHz a osciloskopem zkontrolovat napětí

 +6 V a - 6 V.

Měření LO + OCXO:

Nejdříve jsem provedl měření kmitočtu LO , který byl 12647,834855 MHz. Ještě jsem zkusil na zdrojové desce pro násobič 38 GHz provádět blokování různých bodů kondensátorem 100 nF. Náhle jsem zjistil, že transvertor přestal poslouchat signály na 76 GHz. Zkouším odpojit kabel k MF zesilovači. Ten fungoval. Vypnul jsem zařízení a odšrouboval násobič od směšovače. Zapnul jsem napájení. Kontrolním ťapacím budíčkem do 50 GHz jsem po provedené kontrole konstatoval poškození násobiče. Je to škoda tento dával na 38 GHz 116 mW. Při pokusech zřejmě došlo ke zkratu -5 V na kostru.

Vyjmul jsem LO  12,5 GHz ze zařízení , připojil na napájení 12 V a provedl jeho kontrolu. Při napětí 12,89 V byl proud naprázno bez buzení 0,142 A. Změřená napětí : + 7,92 V, - 6V, + 6,04V. Provedl jsem měření tantalových kondensátorů 10 uF . Tři kondensátory šly měřit i zapojené. Měřil jsem kapacitu a ESR. Kondensátor 10 uF na +6 V jsem musel pro měření vyletovat . Všechny kondensátory byly dobré. Prohlédl jsem signál LO analyzérem. Signál byl čistý bez nějakých rušivých impulsů. Ani po připojení OCXO se nežádoucí signály neobjevily. Nyní při napětí 12,89 V byl proud 0,244 mA. Jednotlivá měřená napětí LO byla : -6 V, + 6,03 V, +7,9 V. Kmitočet byl při měření LO oscilátoru  12647,834016 MHz . Kmitočet pokusného  OCXO dlouhodobě lehce plaval.

Dále jsem provedl výměnu ICL 7660 za ICL 7660A ve zdroji napájení pro násobič 38 GHz, neb zde je klidový proud jen 80mA. Zablokoval jsem ještě výstup zdroje  +8V kondensátorem SMD 100 nF. Výstup -5 V jsem na výstupu za trimrem zablokoval tantalovým kondesátorem SMD 10uF/25V.

Přírubová deska k otočnému zesilovači

Přírubová deska strana s filtrem

Pokusné sestavení přírub

Strana s filtrem

Přírubová deska s vyfrézovanými tlumivkami

Dostal jsem náhradní násobič CMA 382400UP, který byl vybírán. Při 6V pro 76 GHZ na 38 GHz dává 140 mW. ( Pro 122 GHz na 40 GHz dává 77 mW). Tento jsem instaloval. LO i provizorní OCXO bylo venku z bedny. Signál byl přiveden kabelem do násobiče. Na násobiči bylo při příjmu jen napětí + 2,3V a šum byl plně potlačen. Přesné nastavení poměru signál/šum bude proveden při kontrole na větší vzdálenost. Zázněje jsou již nyní při vzdálenosti  majáku 4 m jen dva od užitného signálu.

V místnosti je v době měření 31 st. C. Na ICL 7660A je nyní teplota + 43 st. C. Na stabilisátoru LT 1085CT je teplota při RX nastavení + 2,3 V teplota + 52 st. C. Proud transvertoru je nyní při napětí 12,89 V 774 mA.

Nyní je transvertor plně zapojen:

(PLL i OCXO 10 MHz) Napájecí napětí 12,89 V,proud 0,830 mA. Závěs i OCXO se natápí. PLL na 40 st. C,OCXO na 60 st. C. V místnosti je 30 st. C. Po natopení byl proud 0,225 A. Zapnuty ostatní systémy . (Zdroj 38 GHz,LNA,LO, systém krokového motorku a MF 145 MHz ). Celkový proud  při U: 12,89 V je 0,948 mA.

V signálu z majáku se objevuje pár bočních záznějů vzhledem k síle , S-metr ukazuje 59 + 60 dB. Ručička se opírá o zarážku. Transvertor je bez antény jen na vlnovod a maják je na půdě. Minimální napětí při příjmu na násobič 38 GHz jde nastavit na 2,24 V, kdy S-metr neukazuje signál šumu.

Abych při vysílání dosáhl vyšší výkon, tak jsem ještě upravil napájecí zdroj pro násobič 38 GHz. V LT 1085 CT v adjust jsem vyměnil odpor R 330 ohm za R 360 ohm a tím jsem při TX zvýšil U na max 5,74 V. Po této úpravě se trochu změnilo i napětí při příjmu. Nyní je minimální napětí + 2.06V  S-metr na nule. Při 2,2 V je slyšet poprvé zvýšení šumu. Při U + 2,50V se začíná malinko hýbat S-metr. Při + 3,07 V je šum S3. Při  + 3,19 V je šum S5 . Při U + 3,67 V je šum S7.

Vzhledem k počasí jsem jen neprovedl venkovní zkoušku poslechu majáku na velkou vzdálenost a porovnání se staršími transvertory.

Vyrobená měřící přechodka WR12/SMA naladěná

Harmonický směšovač  při měření 76 GHz , analyzér nastaven na MF 642 MHz

Co jsem nestihl  zlepšit ?

1) Vylepšit indikaci fyzického přepnutí otočného zesilovače pomocí magnetu a jazýčkového kontaktu, jak jsem to  měl na 47 GHz..

2) Vyvést na přední panel potenciometr pro jemnou regulaci napětí násobiče při příjmu pro  možnou okamžitou regulaci poměru signál/šum .

3) Uvažovat o změně mezifrekvenčního kmitočtu 70 nebo 23 cm.