La NXP semiconductors ha recentemente
messo sul mercato i nuovi LDMOS per HF e VHF di potenza MRF300 con case TO 247
– 3.
Questi Transistors hanno caratteristiche molto interessanti che si possono riassumere nel prezzo contenuto, oltre 300 Watt di potenza di uscita per ogni mosfet , frequenza di lavoro fino a 250 Mhz e alta resistenza al ROS elevato.
Ho pensato di provare una configurazione classica in push-pull , i risultati , secondo il mio parere, sono molto buoni.
Questo è lo schema teorico.
Schema pratico
In questo video riassumo le caratteristiche principali in potenza. Per la massima potenza ( 400 Watt ) il pilotaggio dovrebbe essere di 5 Watt e la tensione di alimentazione 50 Volts. Io dispongo di un pilotaggio di 2-3 Watt ( 4 Watt in 160 metri ) con il mio ricetrans SDR autocostruito, per cui ottengo solo 200 Watt in 160 metri, 300-350 Watt in 80 metri e 250 Watt in 40 metri. La tensione di alimentazione scende sotto carico ad appena 42 Volts. Inoltre la dissipazione termica dovrebbe essere migliorata ( maggiori dimensioni del dissipatore ).
In questo articolo descrivo la costruzione di una trappola per dipolo HF per rendere l’antenna multigamma.
Premetto che da diversi anni sto usando con soddisfazione una antenna della Prosistel formata da due dipoli full-size per 40-80 metri in parallelo alimentati con lo stesso cavo di alimentazione.
Ho pensato di aggiungere a questa antenna due trappole risonanti a 3,650 Mhz per poter aggiungere due bracci di dipolo supplementari per poter trasmettere sui 160 metri.
Ho visto che tali trappole si trovano anche in commercio ma a prezzi proibitivi, per cui ho deciso di costruire tale componente. Ci sono vari modi per costruire le trappole, forse il più semplice è quello di usare normale cavo coassiale avvolto su un tubo di plastica idoneo alla radiofrequenza( da controllare con un forno a microonde : non deve scaldare ).
Altro sistema , da me usato è quello di avvolgere delle spire di filo di rame isolato ( ho usato normale filo per impianti elettrici rivestito di plastica , diametro esterno 1,5 mm ) e un condensatore ad alto isolamento che può essere formato dalle due piastre di una vetronite a doppia faccia o Cavo coassiale ( si sfrutta la capacità presente tra il conduttore centrale e la calza esterna):
Nel mio caso, avevo più semplicemente in un cassetto due condensatori a barattolo ad alto isolamento da 100 pF, per cui ho utilizzato questi ultimi.
Ora parliamo della taratura, descrivo la procedura che ho
seguito io.
Sono andato sul sito di Tarozzi per conoscere l’induttanza necessaria per far risuonare il circuito a 3,650 Mhz con una capacità di 100 pf.
Da qui ho appreso che occorreva una induttanza di 19 uH per formare un circuito accordato a 3,650 Mhz . Avevo un supporto cilindrico da 55 mm di diametro , sullo stesso sito ho calcolato i dati della bobina.
Risulta che per avere una induttanza di 19.06 uH è necessaria una bobina diametro 55mm lunga 58 mm di 23 spire.
Queste sono valori di massima , in fase di taratura occorre provara variare leggermente spaziatura ed eventualmente numero di spire fino a raggiungere la perfetta risonanza del circuito accordato.
TARATURA
Molti testi consigliano di utilizzare per la taratura un grid-dip .
Io, pur possedendo un grid-dip , ho pensato un modo più semplice e preciso per procedere alla taratura.
Se stiamo costruendo una antenna trasmittente si presuppone che abbiamo un trasmettitore per quella frequenza. Perché allora non utilizzare il segnale generato dal TX? Ho applicato il segnale del trasmettitore ad un carico fittizio, ed ho prelevato parte della radiofrequenza tramite un piccolo condensatore( 100pF) e rivelato la radiofrequenza con un probe a diodo dopo avere messo la trappola tra il carico fittizio ed il probe. Il punto di accordo della trappola corrisponde al minor segnale rilevato dal probe. ( la trappola infatti si comporta come un interruttore che si apre in corrispondenza della frequenza risonante ).
Segue un filmato esplicativo.
P.S. Pur essendo il dipolo per i 160 metri non posizionato in modo ottimale ( l’ultimo tratto è ripiegato per mancanza di spazio) l’antenna sta funzionando molto bene . Con soli 5 Watt del mio tx autocostruito SDR in 160 metri ho collegato diverse stazioni sia in Italia ed in Europa. In 80 metri non ho notato differenze significative nella resa dell’antenna rispetto a prima della modifica .
Questo filmato per far conoscere come si può costruire una semplice stazione per DATV da usare sul transponder Wide Band di Oscar 100.
Il sistema si basa su Adalm Pluto con firmware di F5OEO e free software OBS Studio.
Il Pluto pilota un amplificatore ( ebay ) da 40 db che porta il segnale a circa 100 mW, cavo TV di 10 metri e secondo amplificatore che genera un segnale di circa 100 mW per pilotare l’amplificatore WIFI Cinese che produce una uscita di circa 2 Watt con cui piloto il PA finale . In antenna arrivano circa 70 Watt che applicati ad una parabola di 1 metro di diametro mi permette di arrivare sul transponder a circa 6 db.
I rapporti ricevuti sulla chat del satellite sono buoni.
Il mio interesse per l’attività radioamatoriale attraverso satelliti radioamatoriali è iniziata negli anni 80 .
All’epoca facevo collegamenti attraverso il satellite Oscar 7 uplink 70 cm con utilizzo di un apparecchio IC404 e amplificatore autocostruito con valvola 4cx250 e antenna Tonna a polarizzazione incrociata a 19 elementi.
La sezione ricevente era una antenna cubica a 5
elementi per i 144 , transverter autocostruito e ricezione in gamma 10 metri
con ricetrasmettitore IC751.
Per conoscere il passaggio del satellite utilizzavo
un programma di acquisizione ed un rotore G-5400B della Yaesu per l’elevazione
e azimuth delle antenne.
Ultimamente saputo del lancio del nuovo satellite geostazionario Oscar 100 il mio interesse si è riacceso e mi sono documentato per accedere a questo satellite.
Devo innanzi tutto ringraziare gli OM attivi su WhatsApp OSCAR-100 ES’HAIL 2 QATAR ed in particolare Tony IK1HG1 di Novara per i consigli e la grande disponibilità senza i quali non avrei intrapreso quest’avventura che non è ancora terminata.
Il 15 Novembre 2018 da Cape Canaveral (Air Force Station Space Launch Complex 40) è stato lanciato il satellite radioamatoriale geostazionario Oscar 100 Es’hail-2 .
Il satellite ha un tempo di vita previsto di 15 anni e prevede due transponder , uno a banda stretta di 250 Khz per CW, SSB, PSK ed altri sistemi digitali ed uno a banda larga di 8 Mhz per attività DATV.
Ho deciso quindi di utilizzare l’upconverter a basso costo della DXPATROL V.2 che grazie all’uso nell’oscillatore locale di un TXCO molto stabile ed un sintetizzatore con integrato ADF4351 permette attraverso l’impostazione di microswitch collegati ad un PIC 12F675 di pilotare l’upconverter tramite trasmettitori di bassa potenza a frequenza 28-144-432 o 1296 Mhz.
La potenza di uscita a 2,4 Ghz è di circa 100 mW e le frequenze
immagine sono sotto i 60 dB grazie a due
filtri saw .
Il pilotaggio a 28 Mhz che richiede invece un filtro supplementare a 2,4 Ghz poiché la frequenza immagine ottenuta per differenza dal LO è attenuata di soli 20 dB rispetto alla fondamentale a causa della vicinanza a quest’ultima.
I 100 mW vengono amplificati da un
amplificatore cinese EDUP EP-AB003 2400 MHz modificato per farlo restare sempre
in trasmissione come consigliato nel seguente link: https://www.george-smart.co.uk/2019/03/limesdr-edup-pa/
La potenza di uscita dall’amplificatore EDUP , misurata con
un carico fittizio e diodo, è di 2,5 Watt ( 16 volts sul carico fittizio ).
Questa potenza è sufficiente per transitare sull’Oscar 100 a
patto di mettere l’upconverter ed amplificatore vicinissimo all’antenna per
minimizzare le perdite dovute al cavo coassiale.
Mia intensione è stata quella di mettere questi apparecchi all’interno dell’abitazione al riparo dalle intemperie e di arrivare in prossimità dell’antenna al PA da 30 Watt con 9 metri di RG58 che svolge la funzione di attenuatore poichè l’ingresso del PA accetta massimo 0,5 Watt.
Il segnale che arriva al PA è di circa 300mW e permette di lavorare il tranquillità.Il PA assorbe circa 1 A a 24 Volts e fornisce all’antenna circa 10 Watt.
Il PA è un progetto trovato sul sito di DC1RJJ-DJ0ABR dove è possibile acquistare anche il circuito stampato
https://www.helitron.de/dj0abr/index.html
L’amplificatore è posizionato in una scatola stagna con un ampio dissipatore di alluminio nel lato posteriore .
Antenna primo fuoco di 1 metro di diametro
Usare una sola antenna per ricevere e trasmettere è un compromesso.La presenza delle spire davanti l’LNB comporta delle perdite in ricezione.
Questo è lo spettrogramma in banda DATV con le spire davanti all’LNB da cui si vede che il segnale utile è solo 1,5 db superiore al rumore
Per migliorare la ricezione ho spostato dal fuoco della parabola l’antenna trasmittente.
Così facendo ho migliorato la ricezione ma peggiorato la trasmissione. La soluzione migliore sarà quella di utilizzare due antenne separate, una per ricevere ed una per trasmettere.
Semplice sistema per riparare l’antenna ad elica trasmittente dalle intemperie
Il segnale utile in ricezione è, grazie a questa modifica, 6 db superiore al rumore e permette una buona ricezione anche in DATV.
La mia stazione per Oscar 100 occupa pochissimo spazio .E’
formata da un ricetrasmettitore SK-290 Sommerkamp che genera 3 watt in gamma 2
metri, DX-Patrol e EDUP EP-AB003 all’interno della scatola grigia,
due alimentatori switching da 12 e 24 volts , un deviatore per alimentare l’LNB
a 12 o 18 volts ( polarizzazione verticale per SSB o orizzontale per DATV) , un
BIAS-Tee per alimentare l’LNB ed una chiavetta SDR RTL2832.
In ricezione utilizzo il programma freeware “SDR Console” che ha la possibilità di agganciare il beacon in modo da rendere stabile e precisa in frequenza la ricezione ( paragonabile al GPSDO).
In un primo tempo avevo pensato di fare un down-converter per ricevere i 10 Ghz con un ricevitore gamma 10 metri.Utilizzava un pll con ADF4351 pilotato da Arduino uno ed un mixer ADE-25MH.
Pur funzionando perfettamente il down converter
( il video seguente lo dimostra) mi son dovuto ricredere e sono tornato al
ricevitore SDR che presenta i seguenti vantaggi rispetto al downconverter :
costo bassissimo, stabilità, precisione in frequenza , sensibilità elevatissima
, possibilità di inserire filtri per abbassare il rumore , equalizzatore,
visione dell’intero spettro di frequenza.
Nel seguente filmato metto a confronto il down-converter analogico con il ricevitore SDR in cui si sente che è abbastanza evidente l’attenuazione quasi totale del rumore nel ricevitore SDR.
Per misurare la potenza in trasmissione faccio uso di un wattmetro-rosmetro della REVEX che ha una sonda che arriva fino a 1,3 Ghz. Da prove fatte la potenza letta in gamma 2,4 Ghz è doppia rispetto a quella reale, per cui bisogna dividere per due la potenza. Il ROS sembra piuttosto attendibile.
https://youtu.be/MurtKJ8X_9s
Con 10 watt il segnale di ritorno è molto alto, 2 db sopra il
beacon a 10,489.500 .
Ho fatto una prova anche in gamma DATV (portante)ed il segnale è oltre 10 db sopra il rumore.
Chiaramente la potenza è attualmente insufficiente per trasmettere
in DATV sul satellite, per questo sto costruendo un PA da 140 Watt.
Si calcola che per una trasmissione sym_rate di 333 ks occorrono 75 watt su una parabola da 1 metro. Per sym_rate superiori occorrono potenze ancora più alte.
RICEZIONE DATV
Grazie alle informazioni avute dall’amico Tony IK1HG1 di Novara ho iniziato ad usare il programma DVB-S2 Demod GUI arrivato alla versione 2.0.12 che permette di ricevere la DATV utilizzando la stessa chiavetta SDR che si usa per ricevere la ssb.
Il programma freeware è stato compilato da Marcel Kroner ed è possibile scaricarlo sul forum di amsat -dl.
E’ indispensabile che il processore sia una CPU Intel Core i5 o meglio i7 con almeno 4 mega di RAM , sebbene alcuni OM usano con successo anche processori i3.
Dato il notevole lavoro che deve eseguire il processore, sembra che l’uso di un processore più performante possa ricevere anche segnali deboli altrimenti non decodificabili.
Qui di seguito metto un filmato che descrive l’utilizzo di questo programma .
Il lavoro non è finito perchè manca la parte trasmittente DATV.
Mi sto documentando in proposito e credo che la scelta finale cada su un adalm-pluto che pilota l’amplificatore cinese e tutti i successivi stadi amplificatori.
Qualche tempo fa ho trovato un sito di un radioamatore
danese OZ7Z https://vushf.dk/qo-100-eshail-uplink/
che descriveva come costruire un convertitore per i 2,4 Ghz facendo uso di
moduli premontati a basso prezzo.
Di particolare interesse mi è sembrato il sintetizzatore che fa uso di
un ADF4351 premontato su una scheda di fattura cinese reperibile in internet a
basso prezzo. La scheda viene pilotata da un processore Arduino Uno collegato
ad un lettore LCD munito di tasti.
L’AD4351 ha basso rumore di fase , notevole escursione di
frequenza 35 Mhz -4,4 Ghz e step minimi di
10 Khz.
Viene comandato da Arduino Uno che permette di memorizzare 20 frequenzein EEPROM.
Il programma per il processore è di F6KBF e dal suo sito http://f6kbf.free.fr/html/ADF4351%20and%20Arduino_Fr_Gb.htm
è possibile scaricare anche il programma con estensione .ino da caricare nel
processore tramite il programma freeware
di Arduino.
Ho voluto sperimentare il circuito che mi ha funzionato al
primo colpo.
Credo che un generatore di questo tipo può essere utile in
molti progetti: taratura di filtri, trasmettitori in SHF etc.
Per esempio , sto pensando di costruire un convertitore di
ricezione da 739 Mhz ( uscita dell’LNB ) a 28 Mhz .
Per fare questo mi serve un oscillatore locale da 711 Mhz che potrebbe essere costituito da questo generatore.
La potenza di uscita dell’ ADF4351 varia a secondo della frequenza da -5 a +1 dBm , ma è sempre possibile amplificare l’uscita magari usando i moduli amplificatori 50 Mhz -4 Ghz premontati SPF5189Z a basso rumore , anch’essi di fattura cinese , che guadagnano 20 db ed hanno una potenza massima di 22,7 dBm.
E’ prevista anche una base dei tempi a 10 Mhz con GPSDO esterno.
Dopo aver trovato il puntamento migliore in ricezione sul satellite geostazionario ES’Hail-2 OSCAR-100 utilizzando un LNB commerciale a PLL ed un ricevitore SRD con RTL2832, non ho resistito a fare una prova di trasmissione , anche se con piccolissima potenza , appena 200 mW misurati nel connettore dell’antenna.
In trasmissione ho utilizzato l’UPConverter della DXPatrol versione 2 che permette il pilotaggio anche in 144 Mhz seguito da un amplificatore da me costruito molti anni fa per la gamma 13 cm con uscita di 0,5 W che si riducono a 200 mW a causa dell’attenuazione di poco più di 1 metro di cavo RG58.
L’antenna è una spirale da 5 spire e l’antenna una parabola
primo fuoco da 95 cm di diametro.
Il risultato è stato positivo a conferma dell’alta
sensibilità del satellite.
La deviva in frequenza
che si nota in ricezione trasmettendo in portante continua è dovuta alle
numerose moltiplicazioni del quarzo a 10 Mhz TXCO , può essere evitata usando
UN GPSDO esterno , oltretutto previsto sul UP Converter DXPatrol.
Questo amplificatore , nato come un esperimento, aveva lo scopo di sperimentare in RF mosfet di potenza a basso costo ( due euro l’uno ) nati per alimentatori swiching.
Dopo aver provato vari mosfet ( fino a 6 irfp 250 in parallelo) ho deciso, seguendo anche il consiglio dell’amico Giuseppe I6KMP che ringrazio , di utilizzare solo due mosfet IRFP260 che dissipano 300 watts l’uno.
Sebbene con tensioni più elevate ( 40-45 volts) questo circuito può fornire oltre 400 Watts in antenna, consiglio di non superare 33 volts di alimentazione. Questi mosfet infatti sono delicati e non gradiscono affatto le onde stazionarie per cui è stato necessario ridurre la tensione di alimentazione per evitare brutte sorprese. Inoltre necessitano particolare cura per il raffreddamento , specie se indiretto tramite mica isolante.
Le potenze ottenute con 33 volts di alimentazione ed un pilotaggio di tre watts sono 100 Watts in 160 metri, 200 Watts in 80 metri e 100 Watts in 40 metri. Sulle gamme superiori il rendimento è scadente ( 20 Watts in 20 metri , 10 watts in 10 metri).
All’amplificatore
devono seguire necessariamente filtri passa basso , uno per ogni gamma.
L’amplificatore oggi affianca quello valvolare da me costruito con 813 e mi è servito a farmi l’esperienza con i mosfet di potenza in attesa di costruire un nuovo amplificatore con un vero mosfet per radio-frequenza , sto pensando al doppio mosfet BLF188.
Circuito stampato
Filtro Chebyshev Low-pass Filter 5 elementi da ARRL HANDBOOK 1993
BANDA 160 metri0-1,9 Mhz
BANDA 80 metri2-3,9 Mhz
BANDA 40 metri4-7,9 Mhz
BANDA 20 metri8-19,9 Mhz
BANDA 10 metri20-30 Mhz
L1 3,30 uH
L1 1,80 uH
L1 0,82 uH
L1 0,27 uH
L1 0,18 uH
L2 6,35 uH
L2 3,31 uH
L2 1,60 uH
L2 0,593 uH
L2 0,388uH
L3 3,30 uH
L3 1,80 uH
L3 0,82 uH
L3 0,27 uH
L3 0,18 uH
C1 2000 pF
C1 1000 pF
C1 510 pF
C1 200 pF
C1 130 pF
C2 2000 pF
C2 1000 pF
C2 510 pF
C2 200 pF
C2 130 pF
Attenuazioni
teoriche
Fco 2,16 Mhz
Fco 4,37 Mhz
Fco 8,44 Mhz
Fco 19,9 Mhz
Fco 31,2 Mhz
3 db 2,63 Mhz
Fco 5,15 Mhz
Fco 10,3 Mhz
Fco 27,0 Mhz
Fco 41,4 Mhz
20 db 3,62
Fco 7,01 Mhz
Fco 14,3 Mhz
Fco 38,6 Mhz
Fco 58,9 Mhz
40 db 5,40
Fco 10,4 Mhz
Fco 21,4 Mhz
Fco 58,5 Mhz
Fco 89,2 Mhz
Induttanze avvolte su toroidi Amidon T68-2 e T68-6 spire calcolate con programma AMITOR 1.1
(scaricabile dal sito
di IW3HZX) Condensatori silver-mica
500Volts isolamento.
