НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

МГТУ им. Н.Э. Баумана

ra4sbc@km.ru  

В настоящее время интенсивно ведутся работы по реконструкции любительской коллективной радиостанции при МГТУ им. Баумана. В связи с этим была поставлена задача освоить СВЧ диапазоны, выделенные для любительской радиосвязи. Следует отметить, что активно работать на СВЧ радиолюбители начали еще в 80-е годы прошлого века, однако отсутствие или несовершенство элементной базы ограничивало возможности проведения дальних радиосвязей. Не смотря на это, радиолюбители еще в те годы проводят эксперименты на диапазонах 5.6 ГГц, 10 ГГц  [1].  В настоящее время наибольшей популярностью пользуется диапазон 1260-1300 МГц, здесь проводятся дальние тропосферные радиосвязи, спутниковые, а также связи с отражением радиоволн от поверхности Луны  [2].

  На сегодняшний день в диапазоне 1260-1300 МГц активно работают через Луну около ста любительских станций, и их число с каждым годом возрастает. Для проведения радиосвязей практически со всеми корреспондентами радиостанция должна иметь энергетический потенциал около 270 дБ, что соответствует, например, следующей аппаратуре: параболическая антенна диаметром 3 м, выходная мощность передатчика составляет 120 Вт, а коэффициент шума приемника - 0.3 дБ.

  В 2005 году была проведена первая связь с отражением от Луны между радиолюбителями России и Северной Америки в диапазоне 47 ГГц [3].

В связи с тем, что на коллективной радиостанции есть в наличии аппаратура диапазона 144-148 МГц, то для наблюдения за работой любительских радиостанций в диапазоне 1294-1298 МГц был разработан и изготовлен конвертер, осуществляющий соответствующее преобразование частоты.

Конвертер выполнен по классической схеме - это супергетеродин с однократным преобразованием частоты. Используется, в основном, импортная элементная база, что позволяет получить хорошие электрические характеристики и минимизировать габариты. Для подавления зеркального канала приема на входе устройства установлен полосовой фильтр на основе связанных керамических () резонаторов коаксиального типа [4] (ООО «Керамика» г. Санкт-Петербург). После фильтра сигнал подается на  2-х каскадный малошумящий усилитель на микросхемах MGA-62563 (фирма Avago Technologies), а затем на двойной балансный смеситель PE-4140 (фирма Peregrine Semiconductor). Для выделения требуемых комбинационных частот после смесителя установлен фильтр, с которого сигнал ПЧ подается на оконечный каскад усиления на микросхеме  AD8351 (фирма Analog Devices). Гетеродин конвертера реализован на синтезаторе частоты ADF4360-7 (фирма Analog Devices) и вырабатывает сигнал с частотой 1150 МГц. После подачи напряжения питания происходит инициализация синтезатора, которая осуществляется микроконтроллером ATtiny 25 (фирма Atmel). В качестве опорного используется термокомпенсированный пьезоэлектрический генератор ГК135-УТК (ООО «КБ Мегагерц»).  

Одна из дополнительных задач данной работы – это испытания новой элементной базы. Таким элементом, например, является смеситель. Нелинейными узлами данного смесителя служат полевые транзисторы, рабочий диапазон частот (0…6) ГГц. Все порты смесителя дифференциальные. Последняя особенность во многом определила схему конвертера: после МШУ потребовалось симметрирующее устройство [5], фильтр после смесителя выполнен по симметричной схеме. Полученный результат полностью компенсирует все усложнения схемы: при мощности гетеродина 2 мВт потери на преобразование составляют 6.5 дБ, а коэффициент шума смесителя – 6 дБ (диодные смесители имеют коэффициент шума не менее 10 дБ и требуют большую мощность гетеродина).

Упомянутые выше симметрирующее устройство и фильтр по ПЧ выполнены на дискретных компонентах. Расчет этих узлов был произведен с помощью САПР Advanced Design System 2005A – это программный продукт фирмы Agilent Technologies [6]. В области аналоговой электроники и СВЧ  данный САПР позволяет рассчитывать и оптимизировать всевозможные схемы, которые могут содержать транзисторы, микросхемы, пассивные элементы, цепи с рассредоточенными параметрами (например, микрополосковые фильтры) и т.п. Расчет ведется с учетом топологии печатной платы, реальных параметров используемых элементов. В ходе разработки конвертера практический интерес состоял в расчете и оптимизации симметрирующего устройства и фильтра с учетом емкости монтажа и существующего стандартного ряда номиналов емкостей и индуктивностей. В итоге это позволило избежать настройки, путем подбора деталей в готовом изделии.

Конвертер выполнен в герметичном металлическом корпусе мм. Конструктивно выделены два независимых блока – это гетеродин и блок частотного преобразования. Такое исполнение позволяет уменьшить габариты и исключить нежелательные паразитные связи.

Изготовленное устройство является хорошей альтернативой технике, выпускаемой ведущими производителями связной аппаратуры - фирмами YAESU, ICOM, KENWOOD. Конвертер обладает сходными электрическими характеристиками и меньшей стоимостью.

Основные параметры конвертера:

            - суммарный коэффициент усиления …………24 дБ;

                        - суммарный коэффициент шума……………... 2.5 дБ;

                        - подавление зеркального канала приема …….50 дБ;

                        - долговременная относительная

                          нестабильность частоты гетеродина…………;

                        - напряжение питания ………………….………5 В;

                        - потребляемый ток  ……………………………250 мА.

Литература:

1              Peter Vogl: "10 GHz SSB Transverter", pages 89-102/2-1984, DUBUS   magazine.

2              Российский УКВ портал, www.vhfdx.ru

3              Беньковский З., Липинский Э., Любительские антенны коротких и ультракоротких волн: Пер. с польск./Под ред. О. П. Фролова. – М.: Радио и связь, 1983. – 480 с., ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1052)

4              Халяпин Д. Б., Коаксиальные и полосковые фильтры сверхвысоких частот: Под ред. Ф. Г. Цейтлина. – М.: Связь, 1969. – 64 с., ил.

5              Application note AN-057 “Single-Ended Operation of the STM-2116”, www.sirenza.com

6              Advanced Design System Documentation, www.home.agilent.com