2.3 H-Mode-Mixer

Einfach geht anders: Der H-Mode-Mixer

Im Zuge der Konzeptentwicklung für meinen ersten RX kam natürlich auch die Frage nach einem geeigneten Mischer auf. Passive Dioden-Ringmischer der 7 dBm-Klasse wie der SBL1 erschienen wegen der IM-Festigkeit nicht unbedingt geeignet. Ein Gilbertzellenmischer wie der NE612 kam schon einmal gar nicht in Frage. Super-High-Level-Diodenmischer sind erste Sahne, aber recht teuer und benötigen beachtliche LO-Amplituden. Warum auch hier nicht wieder selber bauen. Im Internet wurde ich bald fündig mit beein­druckenden Daten: Der H-Mode-Mixer, Quellen dazu z.B. [1], [2] und [3]. Gute Daten gehen wohl nicht mit einfachen Lösungen.

Wer die Mühe scheut, findet z.B. bei Makis, SV1AFN, unter
https://www.sv1afn.com/fsa3157hmodemm.html
einen H-Mode-Mixer nach dem PA3AKE-Design mit FSA3157-Switches. SMD-Platine fertig bestückt. Nur noch drei Doppelloch-Übertrager müssen gewickelt werden. Preis, Stand April 2016, $39,--.

Schaltungsbeschreibung

Dies als Basis und anlehnend an das Konzept des Pic-A-Star von G3XJP [2] wurde der Mischer aufgebaut. Er wird in beiden Richtungen (RX- und TX-Mode) betrieben. Von den zwei möglichen Varianten - 3 oder 2 Übertrager - wurde die letztere gewählt. Anders als bei einigen Realisierungen des H-Mode-Mixers wird hier kein Flip-Flop zur Gewinnung eines gegenphasigen Steuersignals verwendet. Die LO-Frequenz ist daher nicht zu verdoppeln. Das war damals im ersten Konzept mit einem 5-5,5 MHz VFO plus DAFC, Band-XO's und -VCO's mit PLL Grundvoraussetzung. Mit dem aktuellen Si570-LO wäre die doppelte Frequenz kein Problem mehr. Der Rechteck-Former 74AC86 triggert bereits ab ca. 0,6 Vss LO-Signal.

Schaltung H-Mode-Mixer

Abb. 2.3.1: H-Mode-Mischer Schaltung

Der verwendete Vierfach CMOS-Busschalter FST3125 oder CBT3125 ist z.B. bei [4], neuerdings auch bei SV1AFN (s.o.), zu bekommen. Er wird auch im RX-/TX-Umschalter (Abb. 2.3.3, "Switching logic") verwendet. Funktionsweise und Leistungsdaten sind in [1] und [3] ausführlich beschrieben, so dass ich mir hier weitere Erklärungen spare. Die tiefgehenden Untersuchungen, auch zu anderen Bus-Switches, von PA3AKE in [3] sind unbedingt lesenswert.

Um dem Mischer ZF-seitig einen sauberen 50Ω-Abschluss über einen weiten Frequenzbereich zu bieten, werden ein Diplexer und ein Post Mixer Amplifier ("Magic Roundabout" in [2]) eingesetzt. Eine gute Isolation ist nötig, um Rückwirkungen der Impedanzsprünge an den Flanken des Quarzfilters auf den Mischer zu vermeiden. Die ZF wird über den abgestimmtem Serienkreis Ls/Cs ungehindert durchgereicht. Der ebenfalls auf die ZF abgestimmte Parallelschwingkreis Lp/Cp im Shunt-Zweig hat hier seinen höchsten Resonanzwiderstand. Weiter ab von der Zwischenfrequenz werden der Serienkreis hochohmiger und der Shunt-Kreis nierderohmiger, was zu einer Absorption durch die 50Ω-Widerstände führt.

Diplexer findet man in den meisten Veröffentlichungen mit identischen LC-Kreisen im Serien- und Shunt-Zweig, K = 1. Hier wurde K = 5 gewählt. Damit wird die Durchlasskurve schmaler. Ob dies hier tatsächlich Auswirkungen hat, vergleicht man mit einem Diplexer erreichbare Durchlasskurven mit denen von Quarzfiltern, wurde nicht geprüft, erscheint jedoch fraglich. Zumindest der Post Mixer Amplifier reduziert mögliche Rückwirkungen.
Dass die breitbandige Anpassung des Mixers an das Quarzfilter doch nicht so trivial ist, musste ich später hier feststellen. Es blieb aber beim gezeigten Aufbau.

Post mixer amplifier

Abb. 2.3.2: Post Mixer Amplifier.

Eine ausführliche Untersuchung zum Post Mixer Amplifier stellt PA3AKE in [6] an. Er hat u.a. für den Eingangsübertrager einen BN61-2402 für besser befunden und die SMD-Äquivalente MMBFJ310 verwendet.

Um den Mischer "vorwärts" im RX-Betrieb bzw. "rückwärts" im TX-Betrieb zu verwenden, könnte man Relais einsetzen - oder auch die genannten Bus-Switches FST3125. Die Schaltung wird nachfolgend gezeigt. Der Post Mixer Amplifier wird im RX-Betrieb "vorwärts" zwischen Diplexer und ZF-Quarzfilter gelegt, im TX-Betrieb entsprechend "rückwärts" in Gegenrichtung geschaltet. Es werden jeweils zwei Schalter der FST3125 parallel verwendet, um Verluste zu minimieren.

Umschaltung Post Mixer Amplifier für RX/TX

Abb. 2.3.3: RX-TX-Umschalter Schaltung

Aufbau

Eine kleine Herausforderung dürfte das Wickeln der diversen Übertrager sein. Vorweg: Alle vier Übertrager (zwei im Mischer und zwei im Verstärker) verwenden Amidon BN 43-2402-Doppel-lochkerne ("Schweinenasen"). Im Schaltbild sind die Wicklungen schematisch angedeutet zusammen mit den Anschlussnummern und den Markierungen (Punkte) für die phasenrichtige Anordnung. Das Wickelschema für TR1 und TR2 ist in "H-Mode-Mixer Schaltung.pdf" im Download angegeben.

Tricky ist das Wickeln des Verstärker-Eingangsübertragers TR3 des Post Mixer Amplifiers (Abb. 2.3.2). Die Sekundärwicklung bildet das (geleerte) Abschirmgeflecht eines RG174-Kabels. Eine schöne bebilderte Anleitung dazu ist in [5] zu finden. Sieht kompliziert aus, funktioniert aber mit etwas Geduld und Fingerspitzengefühl. Ein Link im Abschnitt "28.01.05" führt zu Bildern zum Übertrager TR1. Bei allen Übertragern - außer TR2 - sind alle Wicklungen auf einer Seite des Kerns herausgeführt.

Damals, 2007, habe ich mich nach gut vierzigjähriger berufsbedingter Pause wieder dem Amateurfunk zugewandt. Das Platinen-Layout ist entsprechend. Nur zögernd konnte ich den SMD-Krümeln etwas Gutes abgewinnen, nämlich Platzersparnis und besseres HF-Verhalten. Es gibt daher auch noch ein paar bedrahtete Bauteile. Die Platine ist mit 100 x 50 mm für ein Schubert-Gehäuse Nr. 6 (55x111x30 mm) ausgelegt. Sie ist doppelseitig mit durchgehender Massefläche auf der Rückseite und diversen Durchkontaktierungen (alle verlöten, da einige Masseflächen auf der Leiterseite nur dadurch Massekontakt bekommen). TR1 liegt auf dem FST3125, vorher müssen die zwei schräg gezeichneten Drahtbrücken zwischen den Pins 1/13 und 4/10 des FST3125 verlötet werden.

Referenzen

[1] Giancarlo Moda, I7SWX, Linkliste unter http://ik4auy.xoom.it/h-mode_links.htm
[2] Peter Rhodes, G3XJP, Pic-A-Star, http://www.tracey.org/wjt/temp/picastar-all.pdf
[3] Martein Bakker, PA3AKE, http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/hmode_intro.html
[4] http://de.farnell.com/
[5] DH2VA, http://gulp.physik.unizh.ch/picastar/
     http://gulp.physik.unizh.ch/picastar/MR/index.html
[6] http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/IF_lna.html