Víte, že dobrý transvertor pro VKV contestování dělá především perfektní transpoziční krystalový oscilátor?
 

Přestože toto téma je mezi VKV radioamatéry stále živé, namátkou například vzpomenu starší články zde, zde a zde, je v dnešních radioamatérských konstrukcích spíše glofifikována hodnota IP, tedy míra intermodulační odolnosti zařízení. Je to trend, který na VKV přišel z krátkých vln, kde je ovšem mnohé zcela jinak - silných stanic na KV pásmech nejsou desítky, jako na VKV, ale stovky, a to na malých kousíčcích pásma, zato však (až na statisticky nepodstatné výjimky) na KV chybí extrémně silné signály protistanice na protějším kopci. Díky ziskovým anténám vyzařujícím pod nízkými elevačníi úhly a relativně vysoké hustotě contestového provozu na VKV pásmech ve střední Evropě tento fakt v pásmech 144 a 432MHz vede k velice náročným požadavkům na zařízení, požadavkům, které jsou, co se dynamiky signálů týče, zcela jistě o několik řádů přísnější, než na kterémkoli z KV pásem. Této záležitosti byla až dosud rovněž věnována spousta místa na webu, pamatovat si jistě budete na informace uvedené zde a zde. Výsledkem zkušeností s náročným contestovým provozem na VKV pásmech 144 a 432MHz dojdeme k závěru, že pro co nejlepší omezení obtížného QRM je vysoká intermodulační odolnost naší přijímací sestavy sice záležitost nezbytná, avšak nikoli dostačující. Stejně, nebo možná ještě důležitějším parametrem je v rovnici vzniku QRM (vedle lidské neznalosti a bezohlednosti) zejména postranní (fázový) šum transpozičního oscilátoru obou stanic - té rušící i té rušené. Problém kdysi dobře popsal OK1DAK a i když je jeho článek letitý, fyzika platí pořád stejně. Takže pokud jste jej ještě nečetli, doporučuji to.

Dnes se proto u větších stanic používá trochu jiný setup, než běžný VKV transceiver (a PA), a to VKV transvertor s vysokou intermodulační odolností a  krátkovlnný transceiver. Zatímco slabé parametry hodnoty postranního šumu místního oscilátoru samotného transceiveru dnes již umíme eliminovat díky jednotce mezifrekvenčních krystalových filtrů, jsou parametry transpozičního oscilátoru transvertoru stále zcela klíčové pro úspěšný provoz takového zařízení. Bohužel mnoho konstruktérů (včetně mne) běžně nemá přístup k měřicímu pracovišti, které by bylo schopno měřit postranní šum takového oscilátoru na úrovních nižší, než cca minus 130dBc/Hz a proto vždy sáhneme po nějakém osvědčeném zapojení oscilátoru (nejčastěji s J-FETem), který někdy někdo měřil a o kterém se domníváme, že je opravdu dobrý. Ti z nás, kteří přemýšlí více, jej případně ještě doplní dodatečnou krystalovou bránou. Praktická měření takových oscilátorů bohužel ukazují, že jejich šumové parametry ani zdaleka nejsou tak dobré, jak se očekává (tedy okolo minus  150dBc/Hz ve vzdálenosti pár desítek kHz od provozního kmitočtu). Na relativně vysokém postranním šumu takových oscilátorů se vedle vlastní konstrukce také podílí vnikání vnějších radiových signálů (např. TV a rozhlasové vysílače, GSM signály a.j.), které u nestíněné konstrukce způsobují mikroskopickou amplitudovou modulaci signálu oscilátoru a tedy zhoršení jeho kmitočtového spektra, svůj podstatný šumový příspěvek mají nevhodné stabilizátory napájecího napětí řady 78LXX, které umí šumět opravdu hezky a v neposlední řadě i nevhodná konstrukce oscilátoru, často využívajícího strmé J-FETy (např. J300), které svou vysokou energetickou úrovní oscilací jsou schopny přetížit krystal, což vede k poklesu jeho provozního Q a tím i zhoršení šumového spektra oscilátoru. Protože jsem v OM získal možnost získat informace o měření postranního šumu oscilátorů, chtěl bych Vás díky laskavosti OM3TRN a OM1BM seznámit s výsledky některých jejich měření a doporučením, jak řešit tento rébus. Ze všech navržených obvodů vyšel vítězně oscilátor DC8RI popsaný jako součást unikátního transvertoru v časopise Funkamateur na podzim 2011. Naopak zklamaly všechny do této doby "osvědčené" oscilátory. A pokud by se snad objevil dotaz na šumové spektrum po jeho vynásobení, tak ideální (nešumící) násobič zhorší šumové spektrum oscilátoru o hodnotu 20 log N, kde N je násobící koeficient. To je ovšem jen teorie, protože i násobiče jsou jen reálné součástky, jsou napájeny, hřejí se a jejich rezonanční obvody nemají nekonečně vysoké Q. V praxi tedy budete muset očekávat hodnoty poněkud horší (viz poslední obrázek šumového spektra)... Výsledná hodnota šumového pozadí základního oscilátoru v zapojení podle DC8RI pochopitelně také do jisté míry závisí na kvalitě použitého krystalu, nicméně ani ten nejhoší kus z několika 130MHz krystalů nebyl v oscilátoru DC8RI horší, než nejlepší oscilátor s FETem J310. Rozdíly mezi krystaly se pohybovaly mezi - 161 dBc/Hz (nejlepší krystal) do - 151 dBc/Hz (nejhorší krystal), měřeno v obou případech v kmitočtovém odstupu 10kHz od základního kmitočtu.

Závěrem mne nezbývá, než vyjádřit naději, že níže uvedené odkazy na opravdu kvalitní krystalový oscilátor a výsledky reálných měření snad alespoň trochu čtenářům tohoto webu pomůžou ve stálém zlepšování jejich zařízení a tím se v OK i OM výhledově dosáhne alespoň mírného potlačení vzájemného QRM v contestovém provozu na pásmech 144 a 432MHz, jenž jsou stále více a více zatěžována vysokými vyzářenými výkony soutěžících stanic. Výsledky měření postranního šumového spektra některých oscilátorů 2m transvertorů, jednoho 70cm transvertoru a schema doporučeného zapojení oscilátoru, který má mnohem lepší šumové parametry, než jiné konstrukce, jsou uvedeny níže.      

73! de OK1VPZ
 

Šumové spektrum běžného XO s J310 102,75MHz
pro starý TRV 432 MHz
Šumové spektrum běžného XO 117MHz s J310
pro TRV 5760 MHz
Šumové spektrum běžného XO 102MHz s J310
pro TRV 3400 MHz
Šumové spektrum  Butlerova XO 130MHz napájeného z baterie přes stabilizátor LM7805 (bez filtru) Šumové spektrum samotného XO 130MHz DC8RI bez přídavného zesilovače a filtru Šumové spektrum samotného XO 130MHz DC8RI v původním zapojení doplněného 4 krystalovým filtrem

Šumové spektrum kompletního XO 130MHz DC8RI přesně podle níže uvedeného schematu (včetně zesilovače).

Šumové spektrum kompletního XO 130MHz DC8RI podle níže uvedeného schematu doplněného krystalovým filtrem před zesilovačem, ale v nestíněném provedení.

Šumové spektrum kvalitního komerčního OCXO
102,75MHz pro 70cm TRV vynásobeného 4 x na 411MHz. Šumové spektrum základního OCXO je uvedeno tady.


Schema zapojení nízkošumového oscilátoru podle DC8RI:

Zdroj:  http://www.qsl.net/va3iul/Homebrew_RF_Circuit_Design_Ideas/116MHz_High_Output_Power_LO_DC8RI.gif

Více k tomuto zapojení naleznete zde: http://hrvhf.net/forum/index.php?action=dlattach;topic=1840.0;attach=9702 a zde.

Dodatek DL6NAA zde.