Einleitung:

 

Nach dem Aufbau des  2xP8002  Gegentaktmischers, mit einem erreichten IP3 knapp unter +30dBm, wollte ich auch einmal einen Doppel-Gegentaktmischer realisieren. Dies hat mir mein alter Freund OE4DS- OM Adi, durch die Gabe von 8Stk CP640 ermöglicht. Mußte ich mir das Pärchen für den 2xP8002-Mixer aus 10Stk mühsam ausmessen, so waren die 8Stk CP640 nahezu unvorstellbar ident. Dies sowohl im Ruhestrom, als auch in der Verstärkung! Mit viel Enthusiasmus wurde deshalb an das Projekt herangegangen, um zu sehen, ob man ähnliche Werte wie beim Schaltmixer realisieren kann, wobei vor allem [ 1 ] und die Schaltung vom FT 1000 als Paten herangezogen wurden.

 

Um den FET-Mixer mit dem Schaltmixer wirklich vergleichen zu können, wurden nach dem Mixer 3dB-ATT und bei dem Experimentier-Roofingfilter die 4x1k2 Bedämpfungs-Widerstände(parallel zu den Anpassungs-L) ebenfalls eingebaut. Diese Änderungen waren beim RX mit Schaltmixer notwendig geworden, da auf Grund der großen Eingangssignale beim Betrieb mit dem 2x120m-V-Beam, beim Roofingfilter Quarze  zerstört wurden(Siehe Einleitung-RX).

Mit einem Vorkreis wie im RX und dem nachfolgenden Experimentier-Roofingfilter, dessen Ausgang am Eingang des 9MHz-ZF-Verstärkers im RX angeschlossen wurde, wurde dann der CP-640-Mixer als FRONT-END in einem kompletten Empfangssystem betrieben und gemessen.

 

 

Messungen am Schaltmixer-RX im 40m-Band(Mixer mit 4-Lagen Multilayer,  Stand 2011 02 27 ):

 

MDS:         -126 dBm (vor Änderungen: -130 dBm).....für +3dB (S+N)/N    

IP3:           +51 dBm (vor Änderungen: +51,5 dBm)...für Pim = -120 dBm und Spacing 20 kHz

IP3:           +40 dBm (vor Änderungen:  +36 dBm)..... ..................."...........................2kHz

VXO-Noise: -153 dBc/Hz (vor Änderung: -155,5 dBc/Hz)...iin 10kHz Abstand(SSB-2,4kHz)     

Durchgangsdämpfung:  -5 dB

Da sich bei 20kHz-Spacing der IP3 durch die Änderungen( 3dB-ATT, etc.) nach dem Mixer praktisch nicht änderte, ist hier das Roofingfilter noch nicht das bestimmende Glied, sondern die +51dBm sind der IP3 des Schaltmixers.

Bei einem Spacing von nur 2kHz steigt higegen, durch das Einfügen des 3dB-ATT,etc. vor dem Roofingfilter, der IP3 von +36dBm auf +40dBm. Es ist also offensichtlich hier das Roofigfilter das bestimmende und schwächste Glied!

Weiters sieht man auch, daß ca. in dem Maße, wie durch die Änderungen die Empfindlichkeit abnimmt, auch scheinbar das VXO-Seitenbandrauschen schlechter wird. Dies wird durch die Verringerung des Nois-Dynamic-Range bewirkt.

 

Messungen am FRONT-END mit 4x2xCP640-FET-Mixer im 40m-Band:

 

MDS:          -129 dBm.....für +3dB (S+N)/N

IP3:            +40,5 dBm....für Pim = -120 dBm und Spacing 20 kHz

IP3:             +12 dBm   ………………..“…………….……..............2 kHz !!!!!!!!

VXO-Noise:   -155,5 dBc/Hz   in 10kHz    

Verstärkung: +8 dB

 

 

Fazit:

Der 4x2xCP640 FET-Mixer ist um 3dB empfindlicher und auch das VXO-Noise ist um 2,5 dB besser. Der IP3 bei                  Pim = -120dBm und 20kHz-Spacing von +40,5 dBm könnte mit einem Abschwächer von -3dB auf +43,5 dBm angehoben werden(dann gleiche Empfindlichkeit wie Schaltmixer-RX, siehe RX-Meßtechnik). Also ein recht beachtlicher Wert, der dem FET-Mixer zuzuordnen ist, da bei 20kHz-Spacing trotz der Verstärkung, das Roofingfilter offensichtlich noch standhält!

Warum ist aber der IP3 bei 2kHz-Spacing so katastrophal abgestürzt?

Der Schalt-Mixer hat -5dB Durchgangsdämpfung und der FET-Mixer hat +8dB Verstärkung: Dadurch liegt bei gleichem Eingangspegel, beim FET-Mixer am Roofingfilter um +13db mehr Pegel an, dies ist um den Faktor 20 mehr Leistung!! Dies verkraftet dann das Roofingfilter in der Nähe der Durchlaßflanke nicht mehr und ohne die 4x1k2-Widerstände würde es bei der Messung, auf Grund von Resonanzen der Anpassungs-L mit den Quarzen an der Filterflanke,  sogar durchbrechen(Blow-Through). Wie bei mir geschehen!

Begreifen kommt von Angreifen! Man muß sich unbedingt mit den Problemen selbst beschäftigen, um sie wirklich verstehen zu können. Die ursprünglich angedachte Möglichkeit den Schaltmixer durch den 4x2xCP640-Mixer zu ersetzen, wird somit dankend abgelehnt! Mir ist halt auch durch die Werbung der "Vorteil" der Mischverstärkung hängen geblieben. Es war dies ein hochinteressantes Projekt umd ich bin froh, daß ich es bis zum Abschluß durchgestanden habe!

Mir ist nun auch klar geworden, warum Firmen die im 1.Mixer J-FET zarter Ausführung und nachfolgend Monolithische-Roofingfilter verwenden, keinen IP3 bei 2kHz Spacing angeben, obwohl es sich um Geräte der obersten Liga handelt. Einen IP3 von +40dBm als Verkaufsschlager(Spacing meist nicht angegeben) erreichen sie, indem sie die Empfindlichkeit gegenüber dem Vorgängermodell um -10 dB verschlechtern. Im Prospekt wird die Mischverstärkung hochgejubelt, ohne auf den Nachteil einer Übersteuerung der Roofingfilter, vor allem bei kleinem Spacing hinzuweisen. Denn gerade in kleinem Abstand vom Nutzsignal sollte der RX vor allem möglichst großsignalfest sein, denn hier verursachen starke Signale vor allem die größten Störungen!

Als VXO-Mixer hätte der 4x2xCP640-FET-Mixer, im Gegensatz zum 2xP8002, tatsächlich gegenüber dem SRA-3H, eine Verbesserung von ca. 3dB beim Oszillatorrauschen(reziprokem Mischen) gebracht. Leider kann ich ihn jedoch aus Platzmangel anstatt dessen nicht unterbringen. Da es jedoch bei allen IP3 Messungen vom MDS weg zu keinem Noise-Limited kommt(d.h. es hebt sich das "Pfeiferl",  auch schon bei +3db Signalanstieg gegenüber dem Noisflor, gut hörbar ab), ist mein VXO, zu dem hohen IP3 dazupassend, gut genug. Es ist also in allen Fällen die Noise-Dynamik > IMDR3 und der hohe IP3 ist tatsächlich immer wirksam. Wie bekannt, ist dies auch bei den teuersten am Markt befindlichen Geräten meist nicht der Fall und der angegebene IP3 ist nur bedingt wirksam! 

[ 1 ]  Walter FLOR, OE1LO: KW-Eingangsteile: FET-Doppelgegentaktmischer, cq-DL 11/81 Seite 531

 

Bildbeschreibung:

Bild  1: Schaltplan des 4x2xCP640-Mixer mit LO-Treiberverstärker(BFG 135A).

Je 2Stk CP640 sind parallel geschaltet. Die auf der Printplatte ausgeführte Relaisumschaltung am Ausgang, nach dem Symmetrischen-Diplexer, für Roofingfilter-SSB oder –CW, sowie für den Störaustaster-Ausgang mit FET-Trennstufe(2N4856), wurden im Schaltplan nicht eingezeichnet.

 

 

Bild  2: Printentwurf(M: 1:1)

Um den FET-Mixer mit dem Schaltmixer(Vierlagen-Multilayer) im OE3HKL-RX tauschen zu können, wurden exakt die gleichen Abmessungen und die gleiche Lage der Anschlüsse festgelegt. Auch die Relaisumschaltung wurde deshalb ident ausgeführt. Diese Festlegungen bewirkten nicht gerade eine Vereinfachung für die Entwicklung der FET-Printplatte!

 

Bild  3: Printplatte-Unterseite-Masse mit aufgeklebter und ausgeschnittener Cu-Folie hergestellt. Der BFG 135A mit Ferritperle im Basisanschluß ist schön sichtbar.

 

Bild  4: Printplatte-Unteransicht fertig bestückt und verdrahtet. Die Ferrit-Perlen in den 2x2-Drainzuleitungen sind als Schwingschutz unbedingt notwendig und in der Mitte sichtbar.

 

 

Bild  5: Printplatte-Oberseite-Masse  mit aufgeklebter und ausgeschnittener CU-Folie hergestellt. Diese wurde möglichst oft mit der unteren Cu-Folie mittels Lötstiften durchkontaktiert verbunden, um so ein einigermaßen brauchbares Massekonzept herzustellen. Wie das Ergebnis gezeigt hat, war es für den vorgesehenen Frequenzbereich auch OK und diese Fertigungstechnik für Versuche geht relativ schnell.

 

Bild   6: Printplatte-Oberseite fertig bestückt mit angeschlossener Versorgung. Schön zu sehen, wie die benachbarten Ringkerne möglichst immer in 90 Grad zueinander angeordnet sind.

 

Bild  7: 4x2xCP640-Mixer mit 40m-Einzel-Vorkreis(geschirmt) und  Experimentier-Roofingfilter(SSB) als FRONT-END im Betrieb mit dem 9MHz-ZF-Verstärker und dem VXO im OE3HKL-RX.

Zu Bild 7: Messung des IP3 als FRONT-END auf  dem 40m-Band(20kHz Spacing):

Sendepegel Pin =  -13dBm,   Pim =  -120dBm,   IMDR3 =  Pin – Pim =  -13 –(-120) =  107dB

IP3 = (IMDR3) :2 + Pin =  107 : 2 +( -13) =  +40,5 dBm

 

Bild  8: Gesamter Meßaufbau für die IP- und Noise-Messungen.

Rechts unterhalb des Oszillographen der IP-Meßplatz(Siehe HF-Meßtechnik). Von dort geht das Zweitonsignal über die R&S-Eichleitung an das Meßobjekt. Mit der zweiten Eichleitung links vom Meßobjekt, wurde für die Experimente der optimale LO-Pegel eingestellt.

 

 

Bild  9: Messung des IP3 mit dem Spektrumanalysator-SNA-1(Siehe RX-Meßtechnik). Um die Messung möglichst dem geplanten Verwendungszweck anzupassen, wurde mit nachgeschaltetem 9MHz-ZF Diplexer gemessen (40m-Band, 20kHz-Spacing) .

Sendepegel Pin =  +0,8dB + 5,6dB(Korrektur wegen des 50/75 Ohm-Adapters) =  +6,4dBm.

IP3 = (IMDR3) :2  + Pin = 73,2dB :2  + 6,4dBm =  +43dBm(40m-Band, 20 kHz – Spacing).

Wie schon wie bei denn Messungen am Ringmischer und beim Schaltmixer, ergeben sich auch bei den FET-Mixern bei höheren Pegeln auch etwas höhere IP3-Werte.

Bei einem Eigen-IMDR3 von ca. 75dB stoßt man hier mit dem SNA-1 schon an seine Grenze und es ist für den hohen IP3 dieser hohe Meß- Pegel unbedingt notwendig. Mit einem nachfolgenden Roofingfilter würde ich bei einer Messung mit derart hohem Pegel unbedingt abraten(Eigenerfahrung!!!!!!!!!!!!!!!!!!!..........HI.....HI....)