GHZ bandlar - 1

Daha önceki konularda kenarindan kıyısından birkaç paylaşım yaptığım GHZ frekanslar ile ilgili daha geniş bir bilgi vermek istedim.

Çoğu ülkede ayrı bir amatör camiaya sahip bu bandlar 1 ghz ve üzerindeki amatör frekansları içeriyor. Nasıl bizde 80/160 metre bandında farklı bir grup var, FT8 ciler ayrı bir oluşum, VHF/UHF röle/DMR /APRS çalışanlar gruplar oluşturuyorsa, GHZ'lerde "takılan" alt bandlarla ilgilenmeyen bir çok klup istasyonu mevcut..


Öncelikle Türkiye'de hangi frekansların izni var oradan başlayalım.

1240-1300 MHz (23cm)
5650-5670 MHz (5cm)
5820-5850 MHz (5 cm)
10450-10452 MHz (3cm)
24000-24050 MHz  (1.2cm)
47-47.2 GHz  (6mm)
75.5-76 GHz  (4mm)
134-142 GHz  (2mm)

band aralıkları ülkemizde amatör band kullanımına açık bandlardır.

Arada kalan 2300-2410 MHz aralığı için ise derneklerin BTK ile görüşmeleri sürmektedir. Bu band özellikle QO-100 uydusunun kullanılması için elzem bir band. Ayrıca bu frekansta yayın yapmak için kullanılabilecek filtre, amplifier mixer gibi cihazların, 2.4 GHz wifi haberleşmesi için çok miktarda ve çok ucuza üretilmesi ve bulunması bu bandıın kullanımını da tüm dünya amatörleri için kolaylaştırmaktadır.

Takdir edersiniz ki, bu frekanslarda (1.2 GHz bandı hariç) hazır cihaz bulmak mümkün değil.

Yani bir HF veya VHF/UHF cihaz gibi gidip komple satın alabileceğimiz cihaz yok.

1.2 GHz bandında durum biraz farklı. Bu frekansta çalışan sabit cihazlar olduğu gibi (TS2000X, IC-9700 gibi)  IC-X21 gibi FM çalışan el cihazları da bulmak mümkün. Hatta yurtdışında bazı şehirlerde 1.2 GHZ röleler bile bulunuyor.

Peki niye bu bandlarda çalışmalıyız??

Yaptığımız bu hobi, sadece telsizle konuşmak değil. RF üzerine araştırmalar yapmak , bunları incelemek, zorluklarını keşfetmek, çözmek, deneysel bazı yöntemleri denemek bulmak bu hobinin aslında ayrılmaz bir parçası. Ancak ülkemizde amatörlük Halk Bandı'nın çağrı işaretli versiyonu olmaktan ileri gidemediği için, bu konuda çalışma yapan amatör sayısı yok denecek kadar az.

Mikrodalga bandları ise, bugüne kadar alışık olduğumuz RF karakteristiklerinden çok daha farklı bir yaklaşım sunmakta bize.

Yaptığınız devrenin üzerindeki elemanların bacak boyundan, tipinden(genelde SM kullanılıyor)  , lehimin kalitesine, kullanılan konnektör tipi/markasından, hangi koaksiyeli kullanacağınıza kadar her şey yeni bir dünyaya yol açıyor.

Mikrodalga dünyasında bir de maddi olarak farklı rakamlar dönmekte. Bir yerde okuduğum yazıda, GHZ bandlarında ürettiğiniz her bir watt için yaklaşık 100$ harcamanız gerektiğinden bahsediyordu.

Kısmen doğru olsa da ucuza mal etmenin de yöntemleri var. Ayrıca önemli bir nokta, bu bandlarda zaten çok yüksek güçler de kullanılmıyor.  Şöyle bir örnek vermek gerekirse, 10 GHz te DX çalışmak için gereken güç en fazla 20-25W kadar. Bunun sebebi antenlerin kazancı..

Küçük bir örnek, 20Watt çıkış yaptığınızı ve bunu 60 cm'lik bir çanak kullanarak gönderdiğinizi düşünün. Bu çanağın 10 ghz teki kazancı en az 30 db. Bu da sizin antenden çıkan ham gücünüzü
yani EIRP değerinizi 73 dbm yani 20.000Watt .. 20 kilowatt yapmakta..
Bu rakam size biraz fikir vermiştir umarım..
60 cm bir çanakla 10W bir güce çıkabilirseniz, Earth-Moon-Earth haberleşmesi yapabilmeniz mümkün oluyor.

Gelelim nasıl bir yol izlenmesi gerektiğine..

Öncelikle en başta ihtiyacımız olan "her zamanki gibi" SSB yapabilecek bir telsiz..

Bu telsiz ile süreceğiniz bir transverter (daha önceki yazılarımda bahsetmiştim), kısa mesafelerde ihtiyaç olmasa da , olması iyi olacak olan bir PA, ve Anten...

Tabii bu kadar basit değil..

Transverter bildiğiniz gibi, mevcut IF frekansınızı, daha üst frekanslara çeviren bir cihaz..

Bunu da , üzerinde bulunan PLL devresi, kristaller ve multiplier develeri ile yapıyor.

Burada kritik olan şey, bu PLL devresinin kararlılığı.

Niye derseniz....

Devrenizde 10 MHz lik bir kristal kullandığınızı varsayalım.

Ortalama ucuz bir kristal 10-50 ppm arası (parts per million) kararlılıkta çalışır.

10ppm(en iyi değeri)   olarak kabul etsek, yaklaşık 100 hz lik bir sapma demektir.

HF bir telsizde 100hz bir salınım, hiçbir sorun yaratmayacaktır.

Muhtemelen hissetmeyeceğiniz bir değişim olacaktır.

Aynı kristali, VHF bandında kullandığınızda (yuvarlak olsun diye tam frekanslar yazmıyorum)

100 MHz e çarptığınızda 1khz sapma yaşayacaksınız..

Artık ufak ufak frekans kaymalarını hissetmeye başladınız. Zaten kullandığınız telsizde de , frekansı 100 mhz e ayarladığınızda aslında 100.001.000 civarı bir yerde ayarlanmış olabilir.

GHZ e çıkalım

1000 MHz(1 ghz)  te artık sapmanız, 10khz oldu.. Frekansınızın 10 khz lik aralıklarla salındığını, hatta cihaz soğukken başka ısındıkça başka frekanslara kaydığını düşünün..

10 GHz e geldiğinizde 100 khz lik bir sapma yaşıyorsunuz artık..

Bırakın SSB'yi.. FM bile konuşuyor olsanız, ne kadar fark yarattığını şöyle örnek vererek söyleyebilirim.

Siz 145.500 de simplex konuşurken 145.600 'de yani 100khz yukarıda bir röle konuşabilmekte..

Ve telsizinizin frekansının sürekli 145.400-145.600 arasında kaydığını hayal edin...

Peki çözüm ne..

Daha hassas kristaller , hatta TCXO , OCXO gibi kristaller, o da yetmedi GPSDO gibi teknolojiler kullanmak..

TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator), kristalin ısınmasıyla beraber belirli intervallerde frekans düzeltmesi yapan bir kristal türüdür..

Normal bir kristale göre çok daha hassastır.

Ucuzdur ve günümüzde bir çok yeni telsizde kullanılmaktadır.Hatta, bazı telsiz firmaları, ya da başka amatörler, cihazınızın daha stabil olması için, bu kristali daha sonradan yükseltme kiti olarak satmaktadır. Örneğin TS480 HF telsizime, özellikle dijital modlarda daha yüksek hassasiyet için böyle bir kit alıp takmıştım. Cihazın frekans kararlılığı çok daha kararlı olmuştu.

OCXO  (Oven Controlledd Crystal Oscillator), kristalin izole kapalı bir kutuda, 70-80 derece gibi ısılara kadar ısıtılıp o frekansta kararlı kalması üzerine düşünülmüş bir kristal düzeneğidir. Hem yüksek güç harcar (bu yüzden bataryalı sistemlerde kullanıma uygun değildir) hem de maliyeti TCXO veya kristale göre yüksektir.

Rubidium Crystal Üretimi oldukça pahalı ama, kararlılığı çok yüksek bir materyalden üretilen kristallerdir. Atomik Saat hassasiyetine sahiptir. Sadece çok  hassas zaman ölçümü, ya da çok hassas frekans kontrolü (çok yüksek frekanslar) isteyen devrelerde kullanılır. Ayrıca hiç küçük te değildir. 

GPSDO (GPS compensated Digital Oscillator) GPS uydularındaki atomik saatlerden gelen veriyi işleyerek, sürekli frekans düzeltmesi yapan çok çok hassas osilatörlerdir. Fiyatları  yüksektir.

Yine de rubidium a göre maaliyeti oldukça düşüktür.

Hassasiyet seviyelerine gelecek olursak,

Kristal Tipi	Ppm	10 GHZ te olası sapma (+/-)
Normal Kristal	10-100	100 khz - 1Mhz
TCXO	1	10 khz
OCXO	0.5	5 khz
GPSDO/Rubidium	1x10-6	0.000001 hz

Göreceğiniz gibi, GHZ bandlarında karşılaşacağımız ilk sorun daha kaynakta başladı.
Yüksek frekansta çalışan çoğu telsizde, ölçüm cihazında, hatta osiloskopta bile External Reference Input görürsünüz... 10 MHz lik bu input normalde cihazın içine ilave edilmemiş bu tür çok hassas referans kristallerinin kullanımına olanak sağlar.

Yüksek frekans çalışan amatörler arasında en yaygın kullanım OCXO ve GPSDO olmaktadır.

OCXO, ilk açılıştan itibaren 40-50 saniyede en kararlı durumuna ulaşabilir. Ama 6 ayda bir gerçek frekansını gösterebilmesi için kalibrasyon ihtiyacı duyacaktır.

Yukarıda biraz bahsettiğim gibi, kristallerin aslında iki durumu var. Birincisi, ppm olarak ifade edilen frekans sapma /salınım miktarı ki bu zaman içinde ısıya bağlı olarak  frekansın hangi aralıkta değişebileceğini gösterir
İkincisi ise gerçek salınım frekansı...
Yani, 10 MHz'Lik bir kristal aslında 10.000.300 Hz ya da 9.999.500 Hz te çalışıyor olabilir. 100 Hzlik sapmasını bu frekans etrafında yapıyor olabilir.

TCXO ve OCXO kristallerin üzerinde dikkat ederseniz kalibrasyon için bir ayar vidası bulunur.

Bu vida ile zaman zaman kristalin frekansını gerçek değerine en yakın olması gereken değere göre ayarlamak gerekmektedir.Zaman içinde tüm kristallerde ayarlı frekansından sapma olacaktır. Kristal kullanıldıkça bu frekans kayması kaçınılmazdır.. Yani yeni alınmış bir telsiz ile masanızda 10 yıldır çalışan bir telsizin ekranda gösterdikleri frekans ile gerçek frekansları arasında bir fark olacaktır. 

GPSDO cihazlara dönecek olursak, bu cihazlar frekans bilgisini Uzayda dolaşan atomik saat içeren GPS uydularından elde eder.. Bu yüzden siz cihazı her açtığınızda, bu uydulardan gerçek frekans bilgisini alıp senkronize olmaktadır..

Tek dezavantajı, cihazı kullanacağınız yerin gökyüzünü görebilecek bir yerde (pencere kenarı vs) olmasıdır ki, GPS uydularına erişebilsin. Erişemez ise, kendi içindeki TCXO ya da OCXO kristali ile frekans üretmeye devam edecektir.  Bu konuda aliexpress ve ebay dahil bir çok sitede GPSDO satılmakta..  GPSDO'ların tabii ki tek meziyeti hassasiyet değil, bunun yanında temiz bir sinyal vermesi ve bunun mikserlerde rahat kullanılması da önemli. O yüzden her aldığınız GPSDO işinize tam yarayamayabilir. 

Bu konuda en bilinen ve tercih edilen ürün Leo Bodnar Mini GPSDO 

Yaklaşık 100 Pound fiyati olan bu ürün sadece 10 MHZ bir cihaz değil,

400 hz 800 MHz arası çalışabilen bir PLL devresi. Yani bir kere aldıktan sonra her testinizde kullanabileceğiniz , tam bir referans noktası. İster external reference olarak ullanın, isterseniz test yaptığınız cihazların frekanslarını büyük bir hassasiyetle ölçün.

Tercihiniz OCXO dan yana olacak ise, daha önce LNA'lerini kullandığım vhfdesign firmasının OCXO devresini tavsiye edebilirim. 30 Dolar gibi bir fiyatı var.  ADF4351 ile yapacağınız PLL devrelerinin external ref girişlerine bağlayabileceğiniz bir ürün.

Bu yazıyı burada bitirip, Bir sonraki yazıda bu üst bandlar için kullanacağımız bir diğer malzeme olan LO devrelerinden bahsedeceğim.

Şimdilik 73