Jak jsem chladil TRV na 76GHz

 Kdysi nám pomáhal dostat se na toto pásmo Eda OK2BPR blahé paměti - dělal nám střeva TRV na 76 GHz podle DB6NT. Na stole fungoval výborně:

 

Ale po zabudování do bedýnky z kuprexitu a na portable stožáru byl TRV nějaký nespolehlivý - občas šel, občas ne. Tak jsem ho po několika neúspěších rozdělal a začal kontrolovat. Následovala anabáze:

1. Plošný spoj samotného harmonického násobiče s mikrovlnou diodou se mi zdál nějaký špinavý, zapatlaný:

Tak jsem vzal tem nejjemnější kosmetický štěteček a izopropylalkohol, přejel po něm a mikrovlnou diodu jsem už nenašel. Byla asi zaletovaná "studeně" a jak je známo, tak "studený spoj - zábavy zdroj". Přestože mne mnozí od toho zrazovali a přestože mnozí diody lepili vodivým lepidlem nebo si je nechávali pájet zkušenými, pustil jsem se do toho sám. Největší problém je nanést na mikropásky plošného spoje správné, to znamená miniaturně malé množství tavidla a pájky. Kdyby toho bylo moc, tak dioda při pájení uplave. Podařilo se a začal jsem usazovat diodu, ale když jsem si za pekelného soustředění trochu více povzdechl, tak jsem ji odfouknul a opět nenašel. Nasadil jsem roušku a na druhý pokud se mi to podařilo. Opatrně jsem celý blok přenesl na hliníkovou desku položenou na obyčejný elektrický vařič a za kontroly obvodu ohmmetrem zahříval tak dlouho, až se nízkoteplotní pájka roztavila, dioda si kapilárními silami sedla na místo a vodivě se propojila s mikropásky. Vypnout vařič, přenést netřesoucí se rukou blok mimo plotýnku a trpělivě čekat na ochlazení.

2. Nicméně se opět projevovala nějaká porucha při provozu TRV na stožáru. Po zapnutí a usazení OCXO vše v pořádku, ale po nějaké době ne a ne udělat QSO ani s blízkým Petrem z OK2C. Opět rozborka a kontrola. Nebudu napínat, násobič ze 131 MHz na 12,6 GHz podle DB6NT ztrácel výkon a na spektráku se začaly objevovat vedlejší spektrální čáry při poklesu napájení ke 12 V:

No jo, ale já jezdil z portable z autobaterky a o napětí 13,8 V jsem si mohl nechat jen zdát. Chvíli jsem se pokoušel násobič umravnit a naladit i při napětí něco pod 12 V, ale pak jsem to vzdal - zjistil jsem totiž, že obyčejný 9 V stabilizátor se při tomto napětí a po zahřátí již začíná prolamovat a moc nestabilizuje. Tak jsem jej vyměnil za Low-Drop a bylo po problému.

3. Ale jenom zdánlivě - stále se projevovaly výpadky při delším provozu na stožáru. Po delším trápení jsem zjistil, že po zahřátí ztrácí výkon trojnásobič z 12,6 na 38 GHz. Nechtěl jsem tomu věřit, tak jsem celý TRV zavřel do krabice od bot a temperoval fénem a zjistil jsem, že fakt, že při určité teplotě padá výkon k nule. Naštěstí je tento jev vratný a po ochlazení opět násobil na plný výkon. Řešením by bylo napájet trvale jen OCXO a vše ostatní připínat jen při pokusech o QSO, ale a) takové QSO na mikrovlnách není někdy otázka minut, ale skoro hodin a b) na stožáru, v létě a při ostrém slunci teplota v bedně TRV rostla tak i tak. Bedýnka je totiž sletovaná z kuprexitu a asi špatně přenáší teplo ven. Navíc bych musel předělat celou přepínací skříňku transvertorů a měnit kabeláž, tak jsem zvolil zdánlivě složitější, ale spolehlivější řešení: na kostku trojnásobiče jsem namontoval malý žebrovaný hliníkový chladič a dno bedýnky TRV jsem opatřil dvěma děrovanými otvory pro vstup a výstup "proplachovacího" vzduchu. Na jeden otvor se podařilo i přes hodně stísněné poměry osadit malý větráček, takže teď je celá bedýnka TRV trvale proplachovaná vzduchem, procházejícím mezi žebry chladiče trojnásobiče, aniž by do ní pršelo. Dosáhl jsem tak stavu, kdy TRV funguje spolehlivě v zimě v létě trvale po celou dobu 24 hodinového závodu. Je to paradox - nikdy jsem si nemyslel, že TRV s výstupním výkonem odhadovaným na nějaké desítky či stovky mikrowattů bude třeba chladit, ale je to tak.

No pak jsem ještě zatoužil po stabilním a přesném kmitočtu a zakoupil GPSDO od Bodnára. Protože jsem nechtěl zvětšovat bedýnku a zhoršovat tak zastínění paraboly (TRV je prime focus a bedýnka v ohnisku), tak jsem dal Bodnára včetně aktivní antény dovnitř místo OCXO. V plošném spoji jsem nad anténou odříznul a odloupnul měděnou fólii a doufal jsem, že signál z družic laminátem projde. Prošel, ale Bodnár ne a ne se chytat, výstupní kmitočet neustále ustřeloval. Na PC byly vidět družice, ale nikoliv zeleně. Pak mi to došlo: Násobící plán násobiče DB6NT jde přes kmitočet 1 581 MHz, což je hodně blízko GPS kmitočtu a Bodnár s anténou se ziskem snad až 35 dB byly průnikem tohoto kmitočtu z násobiče zarušené. Stínění nepomáhalo, nakonec jsem musel dát anténu mimo bedýnku TRV, okýnko ve fólii opět zaletovat a propojku mezi Bodnárem vevnitř a anténou venku udělat přes SMA konektor. I tak to bylo nespolehlivé - synchronizace trvala podezřele dlouho a rozpadala se. No nakonec jsem zjistil, že koax levné aktivní antény je natolik řídký, že stačí ca 6 cm kousek od SMA konektoru k Bodnárovi na to, aby tam prolezl onen přeslech kmitočtu z násobiče DB6NT. Musel jsem ten propoj udělat ze semirigidu, teprve pak byl pokoj. Takže pozor na to - buď je třeba použít násobič od OK1FPC, který nejde přes kmitočet 1,5 GHz, nebo stínit, stínit, stínit.

Tož tak, doufám na slyšenou na 76 GHz, poslední roky TRV funguje spolehlivě, takže vliv má jen počasí, směrování a trpělivost.

73 Tonda

"Skandaliczne lutowanie". Nebo záměna konektoru?

 Takto vypadá špatně zapájený nebo vůbec nezapájený střední pin N konektoru po 2 letech provozu na 2m s vyšším výkonem. Pin vykazoval postupně narůstající přechodový odpor, skončilo to trvalým přechoďákem 20 až 400 Ohmů. Po rozkrimpování opletení šel koax z konektoru volně vytáhnout.

Pin byl zaletovaný pouze zezadu a trochu, ne přes k tomu určenou dírkou z boku, kterou musí zavzlínat cín do celého objemu pájecí dutiny pinu. Pájecí dírka vypadá, že cín nikdy neviděla. Nebo nebyl pin zaletovaný vůbec, protože montér použil krimpovací konektor s pájecím pinem a myslel si přitom, že má v ruce krimpovací konektor s kleštinovým středním pinem.

Správně zapájený střední pin vypadá takto:

Takže pozor, skladujte krimpovací kleštinové a pájecí konektory zvlášť, vypadají zvenku stejně! A pokud máte pochyby, raději se pokuste pin z konektoru vytáhnout - ten pájecí jde, ten kleštinový nejde ven...

73 Tonda

TRV na 23 cm s 500 W SSPA k 3 m parabole

 Někdy v roce 2017 mne přemluvili kluci z OL9W, abych jim udělal tento RIG. Udělali si 3 m parabolu, ale na 23 cm jezdili jen se 33 W a zatoužili po QRO. No a ztroskotali na pokusech udělat SSPA od píky, shořely jim nějaké tranzistory, tak uvažovali, jak dál.

OK, ale předem jsem odmítnul, že budu dělat samotný SSPA, TRV atd. atd., na to jsem se necítil odborně ani časově. Plácli jsme si, dal jsem se do konstrukce.

V horní bedně u antény jsem použil

- Hotový SSPA 500W od Labetech.se / SM4DHN s 2 x BLF6G13L-250P,

- Cirkulátor Valvo VAM 1081 pro 1 250 - 1 300 MHz / 500 W,

- Obousměrnou odbočnici "HP cosi" -33 dB,

- Anténní relé Radiall R562713 28 VDC,

- Pomocné típací SMA relé pro šanování RXu před přeslechem anténního relé -42 dB,

- TRV 23 cm / 2 m od OK2UKG i s pásmovým 6 komorovým helical filtrem neznámého původu,

- Dva ventilátory Pabst 120 mm na 24 až myslím 32 VDC,

- Desku PWM řízení těchto ventilátorů podle teploty z eBay z Číny,

- Desku ochrany proti nadměrnému výkonu, proudu, napětí a PSV také z eBay,

- Nějaké SMA útlumáky na přizpůsobení výkonu z odbočnice pro další zpracování signálů,

- Moduly diodových detektorů pro DC signály na křížový měřák výkonů a pro desku ochran,

- Step-down 200 W malé měniče pro (téměř) bezeztrátové vytvoření napěťových hladin 13,8 V a 28 V z jedné hladiny 50 V přímo v horní bedně (TRV je pro jistotu chráněn tavnou pojistkou a transilem),

- Převodníky z PT100 na měření teploty PA a budiče na 4 až 20 mA (měl jsem strach z úbytku na zemi na dlouhém kabelu).

Dole ve zdrojové a řídicí bedně jsem pak použil 

- Profi telekomunikační dobře odrušený zdroj 1 100 W (50 V/22 A) pro horní bednu s TRV a PA,

- Spínaný zdroj 13,8 V / tuším 10 A pro mezifrekvenční TRX (IC-706, IC-275, TM-255 apod.),

- Rafikové měřáky - křížový na výkony, V a A-metry, a jeden na měření teplot budiče a PA,

- Přepínače měřených hodnot,

- Přijímače 4 až 20 mA pro zobrazování teplot na analogovém měřáku.

Do horní bedny, umístěné u antény jsem udělal

- Budič s RA18H1213G ve vyfrézovaném pouzdru s měděnou základnou, posazený na větrný kanál,

- Sekvencer,

- RX 4 tyčový interdigitální filtr s nízkým průchozím útlumem na potlačení smogu na Radhošti,

- Větrný kanál pro přivedení chladicího vzduchu mezi žebra SSPA pro jeden tlačný ventilátor - druhý tažný ventilátor odsává a vyfukuje vzduch z celého objemu bedny, takže pomáhá chladit nejen SSPA, ale i všechny ostatní obvody.

- A jedna podstatná věc: na šuntovací výstup cirkulátoru jsem udělal frézovaný box s 250 W / 2 GHz filmovým odporem na placaté přírubě, krabička je pro lepší chlazení posazena na Al základní desku a na víčku je žebrovaný chladič ofukovaný vzduchem vytahovaným ven z bedny. Do víčka krabičky jsem udělal na SMA konektoru malý terčík, nastavený svou velikostí a vzdáleností na vazbu -40 dB. Na tento vzorkovací výstup odraženého výkonu mám z diodového detektoru a dvou klasických tranzistorů udělaný obvod, který při zvýšení zpětného výkonu nad nastavený limit začne stahovat budicí výkon z budiče - tedy chcete-li jakýsi ochranný ALC obvod nebo PSV ochranu, začal jsem to nazývat RPL = Reflected Power Limiter.

Co se podařilo: v podstatě vše. Za zmínku stojí tři geniální věci:

1. Cirkulátor hned na výstupu SSPA, ten je tím krásně šanovaný od všeho zlého

2. Ten RPL je obvod čuchající velikost odraženého výkonu z cirkulátoru, tj. co nejblíže výstupu PA. Jde o to, že ta destička ochran z eBay sice má ochranu PSV, ale při překročení nastaveného limitu SSPA odepne od napájení. Jenže na odpojeném PA nic nenaměříš, nezkontroluješ kabeláž a ozařovač, prostě nic. Pak je běžnou praxí, že musíš PA vypnout, počkat na pokles napětí a zotavení ochrany, opět zapnout a pokud závada trvá, tak při PTT a fouknutí do mikrofonu ti to zase vypne a tak furt dokola. Nejen, že je to nepohodlné a skoro to znemožňuje hledání závady, ale je to pro PA i potenciálně nebezpečné. Takhle to můžeš trápit až do PSV = 2, tj. pomocí výkonové zátěže 25 Ohmů na plný výkon. 

3. Geniálně volený profi napájecí zdroj: vyšší napětí nedá, vyšší proud také nedá, má indikace, které jsem výřezem v předním panelu spodní ovládací bedny dal na oči operátorovi. Takový zdroj v kombinaci s výše uvedenou RPL ochranou na omezení zpětného výkonu vlastně zcela eliminuje nutnost té destičky s napěťovou, proudovou, výkonovou a PSV vypínací ochranou, příště bych ji tam vůbec nedával.

Tyto tři geniální věci to umožňují trápit při plném výkonu i při PSV = 2. Já to dělal tak, že jsem na výstup dával 25 Ohmovou zátěž sestavenou z konektorového T-kusu a dvou 50 Ohmových výkonových zatěžováků. Tato zátěž mi ukazuje na 1,3 GHz útlum odrazu 9,9 dB, což je dobrá shoda. Abych to zkontroloval i "z druhé strany", tj. ze strany vyšší impedance, použil jsem zátěž Telegartner 625 W, která jde jen do 1 GHz a na 1,3 GHz už má Z = 85 + j7 Ohmů, útlum odrazu -9 dB. V obou případech se nic neděje, ze samotného PA teče plný výkon, což je vidět i na měření výkonu. No a zpět se vrací asi 10 %, tj. 50 W, jenže samotné LDMOSy o tom neví, těch 50 W jde do šuntovacího odporu cirkulátoru, samotný PA "vidí" furt PSV 1. A i kdyby, samotné tranzistory by měly snášet PSV 5 při plném výkonu a jakékoli fázi odrazu. No nakonec jsem z opatrnosti nastavil RPL ochranu asi na PSV 1,5 při plném výkonu, pak už se začíná Bias budiče stahovat. Napětí Biasu je vytažené ve spodní bedně na voltmetr, takže operátor vidí, že dochází ke stahování výkonu PA a na Biasu (tedy aktivaci RPL) vidí i proč...

Ještě jeden krásný důsledek to má: vůbec bych vlastně nepotřeboval směrovou vazbu. Přímý výkon se dá detekovat na přeslechu anténního relé, těch -42 dB je tak akorát a vypadá stabilně, moc dalších útlumáků pro přizpůsobení úrovně na diodový detektor už nepotřebuješ. A odražený výkon je na tom šuntovacím odporu cirkulátoru, vazbu si nastavíš terčíkem jak chceš, třeba také na -42 dB a máš to... Takže příště bych vynechal nejen tu vypínací ochranu všeho, co vlastně nemůže nastat, ale i odbočnici. Stačí využít cirkulátor a relé.

Kluci na to vysílají od mikrovlnného závodu 2018 několikrát do roka z někdy krutých klimatických podmínek z Radhoště, nikdy to neselhalo, teplota PA se udržuje nízká. Při 30 °C se sepnou ventilátory, zvyšují otáčky s teplotou, ale plných otáček při 50 °C, nota bene alarmu při 55 °C to nikdy nedosáhlo, teplota se zastaví na 40 °C i při hustém volání výzvy. Ten vzduchový kanál přímo mezi žebra je také vlastně geniální (geniální řešení číslo 4): kousek kanálu s oblým profilem udrží laminární proudění a vysokou účinnost ventilátoru, protože se proud vzduchu nerozbije na turbulentní na příliš blízko umístěných žebrech chladiče. No a ten tažný ventilátor fouká do volného prostoru, takže také neztrácí účinnost, navíc Pabst je renovovaná firma a ventilátory jsou dobré. Oba ventilátory jsou na spodní straně bedny, bedna má dole okapový rantlík a otvory jsou opatřeny klimatizační průvzdušnou vatou, aby se eventuální kapička vodorovného deště na vatě zachytila, resp. proměnila v tříšť, která škody nenadělá. Pokaždé, když jsem bednu po závodě otevřel, tak jsem nenalezl žádné stopy vlhkosti a koroze, funguje to, i když na Radhošti občas padají trakaře.

Jo, ještě jedna (pátá) geniální věc: na posední chvíli jsem se rozhodl, že horní bedna musí vejít do standardní zeleninové přepravky. Podařilo se. Spodní bedna a kabeláž i MF TRX vejdou do druhé přepravky, takže je to celé krásně skladné na portable.

A snad poslední poznámka: celý RIG v horní bedně je na hliníkové nosné základové desce a konektory jsou na subpanelu, který je na posuvných sáňkách a dá se zatlačit dovnitř. Takže po oddeklování horního krytu, povolení konektorového subpanelu a zatlačení sáněk s konektory dovnitř se celý funkční RIG dá z bedny za tahací provázky vytáhnout ven a je přístup nejen shora, ale i ze všech 4 zbývajících stran k živému RIGu.

Tož tak, nepochlubím-li se sám, nikdo to za mne neudělá.

Fotek je mnoho, těžko se mi vybírá, snad jen pár pro dokreslení konstrukce (ta druhá fotka je z nastavování RPL při PSV 1,5 a při cihle na klíči):

 

Nahoře na zadku 3 m paraboly (druhá menší bedna vpravo je TRV s PA 100 W na 13 cm):

Co bych po zkušenostech udělal jinak:

1. Vypustil bych odbočnici, je drahá. Dopředný výkon bych snímal z přeslechu relé, odražený výkon ze zakončovacího odporu cirkulátoru pomocí nesměrového sampleru - terčíku nad zakončovákem.

2. Signály z relé a cirkulátoru bych nedetekoval diodovými detektory. Mají krátkou charakteristiku kvůli necitlivosti na malé signály v koleni. Použil bych logaritmické detektory s AD8313 (nebo AD8362), resp. pro PSV s AD8302. Na eBay se dají koupit takové moduly už s SMA vstupy za malý peníz. Výhodou je dlouhá dynamika až 60 dB, takže žádná necitlivost. Do rozsahu max. 0 dBm dostaneš signály pomocí malých SMA útlumáků.

3. Pro indikaci výkonu a PSV bych nepoužil dvouručičkový měřák, ale jeden přepínaný nebo dokonce dva dedikované obyčejné rafikové měřáky. Křížový měřák sice vypadá cool, ale je drahý, blbě se shání,  obyčejný nekřížový budík je levnější a lícuje na panelu se stejnými budíky na napětí, proud a teplotu...

    Výkon: Kouzelné je, že při logaritmických detektorech se celá dynamika měření výkonu odehrává v nějakých 20 dB, tedy (pokud budu zobrazovat celou dynamiku 60 dB) v posední třetině stupnice, nota bene když jedeš s kompresorem. Závodníci vidí výkon furt nadoraz nebo skoro nadoraz, neřeší každý půldecibel výkonu a nejsou nervózní, že se při SSB rafika neškube až na doraz. Někdy je totiž marné vysvětlovat, že střední výkon SSB bez hodně utaženého kompresoru je jen nějakých 30 % maximálního a že je tedy dobře, když rafika nesedí na dorazu. Ale mohu také potlačit nulu a natáhnout stupnici od dejme tomu 10 W = 40 dBm do 1 kW = 60 dBm, tedy jen přes 20 dB a zpřesnit tak odečet výkonu pod půldecibel. Také se dá jednoduše implementovat špičkový detektor, takže se rafiky mrskají o to méně a závodníci jsou o to spokojenější i při SSB.

    PSV: Z poměrového detektoru A8302 dostaneš přímo poměr dvou signálů, tedy PSV a měřák PSV tudíž ukazuje hladce bez vlivu okamžitého výkonu, nemrská sebou, nemusíš očima hledat průsečík dvou rafik. A díky dlouhé dynamice 60 dB stačí sepnout PTT a PSV už to měří z průniku nosné z TRXu přes TRV. Pokud ne, tak stačí jen trochu fouknout do mikrofonu a už vidíš PSV. 

    

4. Vypustil bych vypínací ochranu před přepětím, nadproudem, nadvýkonem a vysokým PSV. Přepětí a nadproud u správně voleného profi zdroje nepřipadá v úvahu, PA větší výkon nedá a lepší než vypínací ochrana při vysokém PSV je ten RPL = Reflected Power Limiter. Navíc se ta vypínací ochrana blbě šteluje, limit PSV je závislý na limitu výkonu, trimry se vzájemně ovlivňují, prostě drbačka.

5. Asi bych zjednodušil měření teplot - vynechal vysílače PT100 na 4 až 20 mA a odpovídající přijímače dole. Dá se to řešit měřicí zemí taženou po dlouhém kabelu dolů, žíl v kabelu je dosti.

6. Možná bych vypustil i PWM řízení otáček ventilátorů. Ne že by nefungovala dobře, funguje výborně, ale Pabst ventilátory jsou tiché, jejich ševel z bedny 7 metrů nad terénem nevadí ani hafě turistů procházejících po hřebeni Radhoště. Stačilo by při RXu nějakých něžných pár otáček přepnutím na 13,8 V a při TXu na 28 V. V jednoduchosti je síla.

7. Přestože RPL (limiter odraženého výkonu) pracuje výborně a přestože se teplota PA drží do 40 °C, dodělal bych zvukovou indikaci aktivace limiteru, resp. překročení nastavené hodnoty teploty. Závodníci v rauši nevidí, reagují jen na zvukové signály.

73 Tonda

Interdigitální filtry

 Kdysi jsem dělal tyto filtry pro TRV na 23 a 13 cm. Použil jsem design podle

https://www.changpuak.ch/electronics/interdigital_bandpass_filter_designer.php

a byl jsem spokojený, dobrá shoda výsledků s návrhem.

Filtr na 23 cm:

Ten hrbek na 1 296,3 MHz je tam schválně kvůli minimalizaci průchozího útlumu v používaném pásmu. Na spektráku měřeno pomocí šumového generátoru (sweep oscilátor nemám), proto je ta čára chlupatá. Pozor, citlivost 2 dB na dílek.

Podobně filtr na 13 cm:

Největší výzva je stabilita MS šroubů v měkkých stěnách Al futrálu a jejich zafixování pomocí kontramatek bez rozladění. Chce to trpělivost a trochu cviku.

73 Tonda