|
Trefwoorden |
De
QSD ingangstransformator Inleiding Aan de ingang van de QSD-kaart wordt het antennesignaal naar de schakelende mixer gebracht d.m.v. een ingangstransformator. Deze transformator zorgt voor de signaaloverdracht, voor de aanpassing van de antenne impedantie naar de impedantie aan de ingang van het SDR-systeem en verzorgt de balancering van deze ingangsignalen voor de verderop liggende instrumentatie versterkers, dit alles over een zo groot mogelijke bandbreedte. Dit is bij elkaar een stevig eisenpakket, temeer daar de ingangsimpedantie van dit SDR-systeem een sterk variërend karakter heeft. Een beschrijving van de plaats en de functie van deze ingangstransformator vinden we bij de algemene beschrijving van de QSD-print. Hieruit blijkt dat de antenne met een wisselende belasting door de QSD schakeling wordt geconfronteerd. Dit effect is gunstig voor ver af gelegen signalen, maar speelt ook al een rol rondom de afstem frequentie. Zoals we zagen wordt voor een willekeurige ingangsfrequentie de antenne-ingang steeds kortgesloten door de sample-condensatoren en daarom is de ingangsimpedantie voor frequenties buiten afstemming ook erg laag. De grafiek van figuur 1 geeft hierover een eerste indruk.
Figuur 1 geeft het verloop van
de ingangsimpedantie als functie van de frequentie. We zien een constante
lage weerstand die over het hele frequentiebereik steeds beneden 10 Ohm
blijft; dit is de som van alle weerstand in het ingangcircuit: transformator,
printsporen en de serie-weerstand van de
schakelaars. We zien ook dat er een toenemende imaginaire waarde in serie
staat met deze ingangsweerstand. Dit is het gevolg van de
spreidingszelfinductie van de trafo, die bij deze meting bestond uit een Het plaatje van figuur 1 geeft de ingangsimpedantie voor een willekeurig ingangsignaal buiten afstemming. Als we echter kijken naar een frequentie die gelijk is aan (een-vierde van) de schakel frequentie, dan zien we een heel ander plaatje, waarvoor de achtergrond weer te vinden is in de beschrijving van de QSD kaart. De sample-condensatoren worden nu niet of nauwelijks geladen of ontladen omdat het ingangsignaal steeds vrijwel dezelfde waarde heeft op de schakelmomenten. Er hoeft dus geen laadstroom te vloeien en daarmee zijn de condensatoren 'onzichtbaar' geworden aan de antenne ingang, die nu dus vrijwel niet meer wordt belast. Voor signalen die een beetje naast deze frequentie staan moeten er natuurlijk wel kleine ladingsverschillen worden vereffend. Deze kleine verschillen naast de centrale frequentie (= ontvangst frequentie) bestaan nu juist uit de LF modulatie van dit signaal. Zoals we eerder zagen werkt de schakeling hiermee als een 'frequentie omzetter' die direct het binnenkomende signaal vertaalt naar een laagfrequent signaal, op en rondom de centrale frequentie. De consequentie van deze 'onzichtbare' condensator belasting aan de antenne ingang zien we in figuur 2.
Op de centrale frequentie wordt de ingangsimpedantie erg hoog en verandert het imaginaire deel van deze impedantie van positief naar negatief. Dat de ingangsimpedantie niet naar 'oneindig' gaat komt omdat de condensatoren weleenswaar 'niet meer meedoen', maar de vrijwel onbelaste transformator nog wel; we houden dus de verliezen van de transformator met de rest van de schakeling over, die op deze frequentie relatief laag zijn. De karakteristiek van figuur 2 werd gemeten bij een lage ingangsfrequentie, waar de invloed van de spreidingszelfinductie als in figuur 1 nog niet erg merkbaar was. Zodra dit wel het geval wordt, blijft het karakter van figuur 2 gehandhaafd, maar schuift de curve voor het imaginaire deel omhoog tot de waarde als in figuur 1, waarbij nog steeds de 'omgekeerde S-vormige' figuur herkenbaar is. Die sterk wisselende ingangsimpedantie rondom afstemming is natuurlijk vervelend, omdat de antenne of bijna wordt kortgesloten, of vrijwel onbelast is. Dit heeft ook invloed op het signaal na de schakelaar, dat dichtbij de centrale frequentie maximaal door het systeem wordt doorgegeven, maar een klein beetje naast de frequentie al weer wordt verzwakt door een grote(re) antenne demping. Het resultaat is dat de LF frequentie karakteristiek sterker afvalt naarmate dit verder van de centrale frequentie aanwezig was. Dit willen we natuurlijk graag voorkomen. In de QSD versies werd dit probleem
onderkend en werd in het versterkercircuit een schakeling met een
zelfinductie en een weerstand opgenomen, die er voor zorgt dat de
ingangsimpedantie over een groter gebied constant is, en niet te hoog wordt.
Hierop werd al gewezen in het algemene verhaal van de QSD print. Nu moest ook de ingangstransformator worden aangepast, zodat de spreidingszelfinductie werd verminderd, de bandbreedte werd vergroot en een ingangsimpedantie werd gerealiseerd waarvoor over een groot ontvangstbereik geldt: SWR < 2. Deze transformator werd ontworpen rondom een 'varkensneus' van het type 4B1, waardoor tevens het nabijheideffect van het grondvlak van de QSD-kaart kon worden vermeden, waarvan de eerdere ringkern transformatoren last hadden. Tevens werd de overzet verhouding aangepast. Met deze nieuwe transformator ziet de ingangsimpedantie er uit als in figuur 3
De aangepaste transformator zorgt voor een ingangsbandbreedte van meer dan 75 kHz, waarbij de staande-golf-verhouding SWR < 2 blijft. Deze grote ingangsbandbreedte is nodig omdat het SDR-systeem de mogelijkheid heeft om op een display een panoramisch overzicht te laten zien van enkele tientallen kHz. rondom de centrale frequentie. Omdat de lineariteit van het systeem zo goed is, dat er van een meetsysteem kan worden gesproken, dient ook de ingangsimpedantie goed en constant te zijn, om deze lineariteit over een groot ontvangstbereik tot zijn recht te laten komen. Hoewel de transformator ontworpen is voor een frequentiegebied van 2 MHz. tot 30 MHz. zal deze nog goed voldoen vanaf ca 0,5 MHz. tot boven 50 MHz. al zullen de specificaties dan iets moeten worden bijgesteld. De constructie van de
ingangstransformator De ingangstransformator wordt gemaakt op een 'varkensneusje' met de afmetingen 14 (H) x 14 (L) x 8,5 (D) mm. van ferrietmateriaal 4B1. Dit materiaal heeft voor deze afmetingen de windingfactor: AL = 440 nH/n2, waarbij een winding door één gat heen gaat en door het andere terug komt. Dit type varkensneus is beschikbaar in verschillende typen ferriet, waarvan alleen het 4B1 materiaal de juiste specificaties heeft voor deze transformator. Bij twijfel beter eerst even nameten door op de kern een paar wikkelingen te leggen en de zelfinductie na te meten; AL volgt dan uit de gemeten zelfinductie gedeeld door het aantal windingen in het kwadraat. Neem nu drie draden van ca Leg met deze getwiste
wikkeldraad, vijf windingen op de varkensneus en knip de uitstekende einden
af op een lengte van ca
Selecteer twee uiteinden van een wikkeling en rijg deze per stuk nog éénmaal door de overliggende gaten van de varkensneus. Je hebt dan figuur 5 gemaakt:
Verbindt aan de secundaire zijde twee wikkelingen in serie met elkaar; dit is de middenaftakking van de trafo. Deze transformator heeft aan de ingangszijde een totale zelfinductie van 15,8 uH, en dat is goed voor een impedantie van 200 Ohm, bij 2 MHz., die hiermee een SWR ~ 1,2 geeft t.o.v. 50 Ohm. Bij een frequentie die vier maal zo laag is, wordt SWR ~ 2, en dat geeft een signaalverlies van 3 dB in een 50 Ohm systeem. Bob J. van Donselaar, on9cvd@veron.nl
|
|
