Konwerter TV-SAT LNB w innych zastosowaniach

Na początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia wraz z burzliwym rozwojem telewizji satelitarnej na rynku polskim pojawiły się zestawy TV-SAT zawierające konwerter LNB (Low Noise Block). Charakteryzował się on współczynnikiem szumów 0,9 do 1,5 dB i otwartym falowodem wejściowym, do którego podłączało się antenę stożkową z depolaryzatorem - najczęściej magnetycznym lub serwomechanicznym. Następnie pojawiły się konwertery zintegrowane, w których depolaryzacja sygnału następowała na drodze napięciowej wewnątrz układu, a urządzenie na wejściu posiadało zintegrowaną antenę stożkową. Takie konwertery są stosowane do dziś w kilku różnych wersjach układowych.

Autor posiadając pewną liczbę niewykorzystanych konwerterów typu HDB-600 "starszej generacji", od roku eksperymentuje z nimi, wykorzystując do różnych nietypowych zastosowań. Fotografia 1 przedstawia konwerter w całości, a fot. 2a i 2b otwarty z widocznymi płytkami. Schemat przedstawiony jest na rys. 1. Jak widać, jest to typowy układ przemiany częstotliwości z trzema stopniami wzmocnienia w.cz., tranzystorami w.cz. GaAs - FET, mieszaczem na diodach Schottky'ego, oscylatorem 10GHz na tranzystorze GaAs - FET, DRO (Dielectric Resonator Oscillator), wzmacniaczem p.cz. na czterech tranzystorach bipolarnych i zasilaczem napięć +12V, +8V, -5V. Całość, zamknięta w hermetycznym odlewie aluminiowym, jest łatwo rozbieralna .
Aby wymontować poszczególne elementy, wystarczy wyjętą płytkę położyć na płycie metalowej, którą od dołu powoli podgrzewamy np. na kuchence gazowej. Kiedy cyna zacznie "płynąć", wystarczy cienką pincetą zdjąć poszczególne elementy nie uszkadzając żadnego z nich.
Autor z ww. konwerterów (mogą być podobne, np. firmy Echo-Star) wykonał następujące urządzenia:
1. Radiotelefon superreakcyjny na pasmo 10GHz
2. Nadajnik i odbiornik ATV 10GHz
3. Odbiornik FM na 10GHz
4. Konwerter dla pasma amatorskiego 10GHz
5. Przedwzmacniacze na pasma amatorskie 2m, 70cm, 23cm
6. Falomierz na pasmo od 10 do 11,8GHz
Oprócz ww. konwerter jest źródłem nowoczesnych elementów mikrofalowych. Koszt całego konwertera jest niższy od kosztów elementów kupowanych oddzielnie!
Radiotelefon superreakcyjny
Każdy generator można wykorzystać do emitowania energii w.cz., jak również do jej odbioru. Wykorzystując tę właściwość, autor wykonał najpierw odbiornik superreakcyjny, a następnie nadajnik na pasmo 10,5GHz, uzyskując dwustronną łączność na odległość ok. 5km. W odbiorniku został wykorzystany oscylator DRO konwertera przestrojony na częstotliwość 10,5GHz. Schemat ideowy DRO przedstawia rys. 2. Regulując odpowiednio napięcie zasilające PR1 można "ustawić" generator na progu wzbudzenia. W tym momencie układ staje się czułym detektorem o wzmocnieniu kilka tysięcy razy. Podłączając do drenu wejście sygnału, możemy odbierać sygnały o częstotliwości generatora z modulacją AM i FM. Układ odbiornika przedstawia rys. 3.
W celu zwiększenia czułości i dla separacji DRO od wpływów zewnętrznych układ nieco zmodyfikowano: jego wejście jest podłączone do wyjścia wzmacniacza w.cz. z wycięciem filtru pasmowego. Czułość zwiększyła się znacznie. Do rezonatora wejściowego konwertera została podłączona antena stożkowa o zysku ok. 20dB.
W nadajniku również został wykorzystany DRO, tym razem jako generator w.cz. Jego moc wynosi od 10 do 15mW. Układ nadajnika z modulacją FM przedstawia rys. 4.
Moc nadajnika została zwiększona do ok. 100mW w następujący sposób: płytka w.cz. konwertera została "wyczyszczona" z elementów tak, aby jej nie zniszczyć, następnie obcięta, aby zachować część z pierwszym i drugim tranzystorem w.cz. Tranzystory te następnie zostały wlutowane z powrotem, ale odwrotnie, tzn. bramka zamieniona z drenem. W ten sposób powstał wzmacniacz pracujący w drugim kierunku do rezonatora wejściowego. Schemat przedstawia rys. 5. Dzięki temu uzyskaliśmy dodatkowo bardzo dobry 1 tranzystor wzm. w.cz.
Sterowanie wzmacniacza z DRO odbywa się za pomocą odcinka lini długiej. Układ nie jest idealnie dopasowany, jednak odczuwa się wyraźny wzrost mocy nadajnika (ośmiokrotnie), co zostało zmierzone metodą porównawczą miernikiem mocy w.cz. z wykorzystaniem diod Schottky'ego z mieszacza (rys. 6).
Przy zbliżeniu anten nadajnika i odbiornika można uzyskać świecenie diody LED, co również w jakiś sposób świadczy o mocy nadajnika.
Jak przestroić oscylator na 10,5GHz?
Aby być w zgodzie z Band Planem, należy przesunąć się z częstotliwością urządzeń w zakres od 10,4 do 10,5GHz przeznaczony dla ATV i FM. W tym celu należy przeszlifować rezonatory dielektryczne nadawczy i odbiorczy. Czynność tę należy wykonać na początku, kiedy konwerter jest jeszcze sprawny i odbiera sygnały satelitarne. Do tego potrzebny jest tuner satelitarny, czasza anteny i jakakolwiek antena stożkowa f, aby umocować konwerter w antenie (chyba że posiadamy falomierz na pasmo 10GHz). Czynność ta jest dosyć żmudna, ale po kilku operacjach można łatwo zorientować się co do procesu obróbki rezonatora. Autor ustawił tuner na częstotliwość odbioru stacji TRT (Hotbird, pol. H, 10,978MHz), następnie wyjął rezonator z DRO (można go łatwo odłączyć od podłoża np. żyletką) i szlifował na drobnym papierze ściernym, mierząc co chwilę jego grubość. Praktycznie należy zeszlifować grubościowo ok. 0,6mm materiału, kontrolując co jakiś czas częstotliwość, wklejając umyty (aceton) rezonator "kropelką" do układu. Można również przez otwór rezonatora przełożyć śrubkę M2, umocować ją nakrętką, całość umieścić w gnieździe wiertarki i szlifować na obwodzie papierem ściernym. Ta metoda daje lepsze efekty, gdyż w mniejszym stopniu maleje dobroć układu. Po odpowiednim przeszlifowaniu w miejscu stacji TRT (nie ruszać tunera!) powinna pojawić się TV Polonia (11.478MHz), co odpowiada przestrojeniu o 500MHz w górę. Można również znaleźć odpowiednie stacje na satelicie ASTRA, co może okazać się łatwiejsze, gdyż stacji jest więcej i łatwiej zorientować się, co do aktualnej częstotliwości oscylatora. W celu sprawdzenia częstotliwości oscylatora można również regulować śrubę DRO, która zmienia częstotliwość ±100MHz. Należy tu zwrócić uwagę, że wkręcanie śruby daje efekt odwrotny niż przy kondensatorze zmiennym - częstotliwość zwiększa się. Po przestrojeniu DRO można przystąpić do przebudowy układu. Wzmacniacz wstępny m.cz. został umieszczony w miejscu niepotrzebnej płytki wzm. p.cz. konwertera, gniazdo F wymieniono na mini DIN, do którego w tym przypadku należy podłączyć wejście wzmacniacza m.cz. i zasilanie +13 do 20V/0,3A. W nadajniku w tym miejscu są: modulator na układzie 741 i generator 1kHz na NE555 przydatny przy zestrajaniu N/O. Całość jest również podłączona do gniazda mini DIN.
Autor zdaje sobie sprawę, że rezonatory wejściowe konwertera na paśmie 10GHz są "niewymiarowe", ale doszedł do wniosku, że przy ich przebudowie układ straciłby swą podstawową zaletę - prostotę. Na fot. 3 przedstawione są: nadajnik i odbiornik.
Nadajnik i odbiornik ATV
Ten temat zostanie potraktowany pobieżnie, ponieważ jest firma, która wykonuje podobne urządzenia TV przemysłowej na to pasmo z wykorzystaniem opisywanych konwerterów, tym niemniej dla amatorów takiej łączności autor prezentuje kilka wskazówek, jak się do tego zabrać.
W części odbiorczej wykorzystany jest cały konwerter, z tym że należy przestroić DRO. Aby odbierać zakres 10,4 do 10,5GHZ z częstotliwością pośrednią np. 1000MHz, należy przestroić generator na F=10400MHz + 1000MHz = 11400MHz, czyli w górę o 1400MHz. Przestrojenie w dół jest możliwe, ale bardzo trudne do wykonania. Jak widać częstotliwość heterodyny jest wyższa od sygnału, następuje więc odwrócenie wstęgi, co przy modulacji FM nie ma większego znaczenia. Przestrojenia dokonujemy metodami opisanymi w rozdziale poprzednim. Nadajnik wykonujemy podobnie jak przy radiotelefonie superreakcyjnym, przestrajając go na zakres 10,4 do 10,5GHz. W miejsce wzmacniacza p.cz. konwertera montujemy modulator wizji i ewentualnie fonii wykonany w typowym układzie odtwarzania składowej stałej. Przy ATV, aby uzyskać odpowiednią dewiację częstotliwości, należy zmienić sposób modulacji DRO np. na podany niżej (rys. 7). Dioda obcina dodatnie impulsy modulacji, których bardzo "nie lubi" GaAs FET. Sygnał z DRO można wzmocnić w sposób podany poprzednio uzyskując ok. 80mW mocy. Próby przeprowadzone na samym DRO podłączonym do anteny stożkowej 20dB zakończyły się pozytywnie na odległości ok. 2km. Sygnał był czysty, bez dropów i zniekształceń.
Odbiornik FM
Odbiornik FM został wykonany podobnie jak odbiornik superreakcyjny, z tym że wykorzystano przemianę częstotliwości. Z oryginalnych bloków konwertera zostały wykorzystane: wzmacniacz w.cz. i mieszacz, DRO i zasilacz. Płytka p.cz. została zastąpiona inną wg schematu blokowego na rys. 8.
Zastosowanie wzmacniacza I, II i III p.cz. zbudowanego na typowym układzie MC3363 (MC3361) znacznie zwiększa czułość części odbiorczej. Warunek: dobra stabilizacja napięciowa i termiczna DRO oraz odpowiednie pasmo p.cz. odbiornika w zakresie od 25 do 50kHz. Układ p.cz. jest typowy, często opisywany na łamach ŚR, a więc nie ma potrzeby opisywać go tutaj dokładnie. Autor wykonał go na elementach SMD, montując zamiast oryginalnej płytki p.cz. i stosując częstotliwości pośrednie:
I - 145MHz
II - 10,7MHz
III - 460kHz
Czułość urządzenia w porównaniu z odbiornikiem superreakcyjnym wzrosła znacznie (sam układ MC3363 ma czułość rzędu 1µV) zasięg zwiększył się praktycznie do linii horyzontu.. Próby zostały dokonane na odległość 11km z raportami 59. Należy tu podkreślić dobrą stabilność DRO, którą należy utrzymywać na wysokim poziomie, stosując skompensowane termicznie stabilizatory napięcia i zapobiegając nagłym zmianom temperatury otoczenia. Idealnym rozwiązaniem byłoby zastosowanie miniaturowego termostatu lub układu ARCZ (miejsce jest), czego autor niestety nie wypróbował.
Konwerter
dla pasma amatorskiego 10,368GHz
W tym układzie z oryginalnego konwertera pozostała tylko płytka wzmacniacza w.cz. z mieszaczem i zasilacz. Pozostałe moduły należy wymontować. Schemat blokowy urządzenia po przebudowie wygląda następująco (rys. 9).
Jak widać z rysunku, zostały "domontowane": powielacz x8 i filtr p.cz. 144 do 146MHz. Płytka powielaczy została wykonana z laminatu teflonowego i umieszczona w miejscu oryginalnej płytki p.cz. konwertera, natomiast filtr p.cz. 144 do 146MHz we wnęce powstałej po wyjęciu DRO. Na płytce w.cz. został wycięty filtr pasmowy. Mimo że jego charakterystyka jest dość płaska w zakresie 10 do 12GHz, można w to miejsce zamontować filtr paskowy na laminacie teflonowym, ale zysk będzie minimalny, a nakład kosztów duży. W tym zakresie częstotliwości raczej nie należy się spodziewać sygnałów lustrzanych i zakłócających. W obudowie konwertera należy zamontować drugie gniazdo F lub BNC w celu doprowadzenia sygnału oscylatora 1278MHz wykonanego w typowym układzie o mocy wyjściowej od 10 do 20mW.
Przedwzmacniacz na pasma 2m, 70cm, 23cm
Rozbierając konwerter wg podanej na wstępie metody, można uzyskać b. dobry tranzystor (pierwszy) do wykonania przedwzmacniacza na pasma amatorskie. Autor wykonał przedwzmacniacze na ww. zakresy wg poniższych schematów.
Wzmacniacze na zakres 2m, 70 i 23cm przedstawione na fot. 4 i 5.
Pojemność C wynosi dla zakresu 2m 10pF, a dla 70cm 6,8pF. Trymer wejściowy stroimy na minimum szumów i maksimum wzmocnienia. Należy zwrócić uwagę na PR, który reguluje napięcie na drenie tranzystora. Praktycznie należy nim ustawić 1 do 2V (!) dla uzyskania minimum szumów.
Falomierz pasma 10 do 11,8GHz
Wykorzystując DRO i wzmacniacz w.cz. konwertera, można wykonać falomierz, który będzie bardzo pomocny do przeprowadzania prób w paśmie 3cm wg poniższego schematu (rys. 12).
Filtr pasmowy ma płaską charakterystykę w zakresie 0 do 1800MHz i jest wykonany na dwustronnym laminacie epoksydowym 1,5mm. Wejście miernika można pozostawić z oryginalnym falowodem lub podłączyć do dobrego kabelka koncentrycznego (np. teflonowego). Na wyjściu przyrządu podłączony jest miernik częstotliwości, np. firmy MJM (MC 56 + preskaler). Dokładność pomiaru jest oczywiście uwarunkowana stabilnością generatora DRO. Aktualną częstotliwość odczytuje się, dodając do częstotliwości zmierzonej 10GHz. Przy większych wymaganiach można DRO zastąpić oscylatorem wykonanym jak dla przedwzmacniacza, dobierając tak kwarc, aby uzyskać na wyjściu częstotliwość 10GHz i 10 do 20mW mocy.
Na koniec jedna uwaga dla eksperymentatorów: mimo małej mocy produkowanej przez powyższe urządzenia, należy pamiętać, aby pod żadnym pozorem nie patrzeć w otwarty koniec promieniującego falowodu, gdyż może to spowodować nieodwracalne uszkodzenie wzroku.

Za bezinteresowną pomoc w napisaniu powyższego artykułu dziękuję koledze Rafałowi SQ4AVS. Autor posiada pewną liczbę opisanych konwerterów, które może udostępnić zainteresowanym osobom, jak również wszelkie informacje, których ze względu na obszerność tematu nie zamieścił powyżej.

Andrzej Grzegorzewski SP2DDW       

Pełny tekst artykułu na stronach magazynu