Mikrovlnná technika pro pásmo 24 GHz
@ OK1AIY, OK1UFL
____________
Myšlenkou zhotovit zařízení pro pásmo 24 GHz (1.25cm) jsme se spolu s OK1MWD začali zabývat v roce 1984 když už bylo zařízení pro 10 GHz tak zvládnuté, že s ním bylo možné navazovat v každém závodě spojení a občas se při zlepšených podmínkách podařilo i QSO delší (i na několik set km). Zkušenosti z pásma 3cm tedy už jakési byly, ale součástky z tohoto pásma byly pro 1.25cm nepoužitelné. V první řadě chyběly vlnovody (R220), které se u nás nikdy sériově nevyráběly a jsou nedostatkové a v okolním světě velmi drahé i dosud. Prvním vodítkem byl popis v časopise Dubus od DB6NT. Koncepce byla podobná jako pro 3cm, krystalový oscilátor ve studeném termostatu s řetězcem násobičů a zesilovačů, pak znovu varaktorové násobiče až na poslední, kde bylo přimícháno 145 MHz. Průchozí směšovač pro RX s Schottkyho diodou a nízkošumovým zesilovačem na mezifrekvenčním kmitočtu. Koncem roku 1987 už byla obě zařízení mechanicky i elektricky natolik funkční, že mohlo být přikročeno k první praktické zkoušce. Digitálním kmitočtoměrem jsme změřili kmitočty oscilátorů a spočítali, kde se na mF pásmu najdeme. Pro první pokus jsme dokonce propojili obě zařízení kusem vlnovodu, abychom se na pásmu našli. To se naštěstí podařilo a pak už jsme provedli jen ladění střídavě na jednom a druhém transvertoru na maximum signálu. Zakrátko mohl být odstraněn i kus propojovacího vlnovodu a přišroubovány antény typu Horn. Z jednoho stolu na druhý mohlo být uskutečněno první SSB spojení mezi OK1MWD a OK1AIY/P. Bylo to 5.12.1987 v Jičíně. Na spojení v závodě to ještě nějakou dobu nebylo, ale časem byl zhotoven další transvertor druhé generace již s osazením GaAs fety.
Tím, že bylo po ruce již druhé zařízení nebyl takový problém s nastavováním, každý zásah bylo možné ihned ověřit a na druhém zařízení poslechnout. Na větší vzdálenost jsme pak udělali spojení s OK1UFL dne 1.1.1989. Následovalo ještě hodně práce než se takzvaně vychytaly všechny mouchy, ale v soutěžní sezóně roku 1989 již proběhlo soutěžní spojení v každém závodě. Blokové schéma zařízení je na posledním z následujících obrázků :
Během krátkého času následovalo rozšíření o zesilovač (nebo i více zesilovačů), které se řadily pomocí vlnovodového přepínače na vysílací nebo přijímací stranu. Tento na zhotovení náročný mechanický přepínač bylo třeba při přechodu na příjem či vysílání přepínat ručně, ti zručnější jej vybavili modelářským servem. Vše je patrné na obrázcích transvertorů zde :
Zesilovačů je zde zapojeno za sebou víc, zkušebně bylo možné zařadit až 8 stupňů (v případě, že byl komplet stabilní). Je třeba upozornit na obtížnost konstrukce zesilovačů pro toto pásmo. V té době ještě výkonové monolytické obvody nebyly běžné a s GaAs tranzistory ze satelitních hlaviček se podařilo dostat 40 mW výkonu. I to však stačilo na řadu dlouhých i prvních spojení například s DB6NT, Y24IN/P, OE5VRL/5 a SP6GWB/6.
Podrobnější popis těchto transvertorů je v časopise Radioamatérský zpravodaj 11-12/1989. Dalším kvalitativním skokem byl subharmonický směšovač MK2 od DB6NT. Stačila zde injekce LO jen na polovičním kmitočtu (12GHz), což bylo zvládnuto již v zařízení pro 3 cm. Konstrukce MK2 je natolik funkční, že umožňuje provoz v pásmu velmi jednoduše. Základní provedení nevyžaduje anténní relé a celek je vhodný pro rozšíření o zesilovače pro vysílací i přijímací stranu. Takové konstrukce zhotovil OK1UFL, kde jako materiál posloužily součástky z několika nefunkčních satelitních hlaviček (použité zde byly směšovací diody, GaAs tranzistory, ale i ostatní SMD součástky).
Začala úspěšná éra na dalším mikrovlnném pásmu, přibývaly zde další stanice a transvertor první generace byl přestavěn na maják OK0EL.
Důležitým mezníkem bylo usnesení z konference IARU 28-29.2.2004 ve Vídni o změně kmitočtu z 24192 MHz na perspektivních 24048 MHz, tedy o 144 MHz níže. Na první pohled banální zásah mnohdy tak jednoduchý nebyl. Nový krystal, zásah do oscilátoru, nový filtr, protože ten starý šel špatně přeladit, jednoduše řečeno nezbylo než udělat zařízení zcela nové (již třetí generace).
V říjnovém závodě IARU region 1 UHF-SHF 2005 se tomto pásmu zúčastnilo u nás již 20 stanic.
V průběhu minulých let, kdy zde popsaná zařízení vznikala velký výběr součástek nebyl, lépe řečeno nebylo skoro nic. Nyní po dvaceti letech je tomu zcela jinak. Na kmitočtech 21.5-23.7 GHz a 25.0-26.5 GHz pracují kromě jiných i mikrovlnné spoje mezi stanicemi BTS šířící signál mobilních telefonů. V rámci technické inovace je nutné mnohdy i po několika málo letech zařízení zaměnit za nová, která například zpracují vetší objemy dat. Taková demontovaná zařízení mohou být radioamatérům velmi užitečná (pokud se jim dostanou do ruky), avšak ne všechna jsou pro použití třeba jen několika jednotlivých dílů vhodná. Z několika typů, které jsou hlavně v západní evropě mezi amatéry v držení je jen asi třetina vhodná pro další využití (hlavně starší typy), z některých nepoužijete takřka nic (snad jen šrouby M2.5 až M5, ale ty jsou za to z nerezavějící oceli).
Snad ještě několik slov k práci na pásmu 24 GHz. Ve srovnání s pásmem 10 GHz je toto pásmo značně obtížnější, nepřístupnější a v terénu neprůchodnější. Tam, kde 3 cm signál prochází s rezervou je na 1.25 cm úplná absence signálu. Je to způsobeno především značně větším útlumem prostředí s vodními parami a vzdušným kyslíkem, kterým signál mezi stanicemi prochází. Je to patrné z následující tabulky :
Dalším nepříznivým vlivem je déšť na trase mezi stanicemi. Jak se to prakticky projeví vidíme na této tabulce :
Pro překonání větších vzdáleností je třeba zvolit odpovídající počasí, to znamená chladnější a suché dny, kdy jsou vodní páry zkondenzované. Čím vyšší kmitočty, tím citelnější se popsané faktory projevují.
Anténa jako klíčová součást zařízení.
Říka se, že dobrá anténa je základ úspěchu a na mikrovlnách to platí dvojnásobně a zde na 1.25cm ještě daleko víc. Věřte ale, že velká parabola je sice velká zbraň, ale také velká starost. Je tím myšleno velmi přesné směrování, kde možnost nepřesnosti byť jen o 1 stupeň již způsobí ztrátu spojení. Je to patrné z tabulky výše, kde vidíme vztah mezi průměrem, ziskem a vyzařovacím úhlem. Jestliže je parabola velmi přesná, nemůžeme čekat, že uslyšíme signál při několikastupňovém odsměrování. Přesnost mechanického provedení a tím i dokonalého ozáření je možné ověřit pomocí odraženého laserového paprsku. Tento přípravek zhotovil OK1UFL podle popisu ze stránek N6CA :
Zdroj informací: OK1UFL, OK1AIY
Deutsche version