Part 7 - YADIY5.7GTVP - Yet Another Do It Yourself 5.7GHz TransVerter Project

 QSO nr.1 och ändringar i TX kedjan igen

Kuligaste var att kunna genomföra ett första QSO i uW NAC Mars omgången i år

5.7GHz QSO nr.1

Ytterst temporär station - vädret på testkvällen var för dåligt (regn, dimma, minusgrader och blåst) för att genomföra QSO i SM0 med en riktig parabol utomhus.

Så alternativet blev att köra ett lokalt QSO inomhus med en dämpsats som antenn 8)

Alla delar fanns med - utom ingångsrelä för RX/TX samt utgångs RF reläet som på bild ersatts med ett manuellt manövrerat Sivers uW RF relä. Vid TX från IF kopplas en dämpsats in manuellt.

Nuvarande kedja med förstärkare

TX kedjan är ändrad igen - jag fick lite för låg förstärkning och lite för låg driveffekt till slutsteget.

I kedjan finns nu - efter ändringarna - en ECG001B som driver en ECG001B som driver en MGA82563 som driver slutsteget MAAM26100 B1. Nånstans runt +40dB gain vore bra att ha.

Uppgift nr.1 var att sätta bias strömmen individuellt på varje steg, ett nytt DC biasmotstånd på varje monteras.

MGA sattes högt, på 4V och med 90mA - vilket borde ge maximal drivnivå till det gamla surplusslutsteget på 30dBm.

Alla seriekondensatorer är nu 3.3pF, tidigare var alla runt 10-18pF. 

Med denna kedja har jag sett över 0.5W uteffekt - om än ostabilt

TX kedjan i drift

DC matningen är inte helt optimal, kablarna plockar upp RF och det påverkar prestanda mycket

Har provat att sätta kopparflaggor på vissa punkter på stripline och där fanns en del förstärkning att hämta.

Nästa steg

• Få fart på en relädrivare, dvs. en krets som omvandlar ett latchande relä till ett s.k failsafe relä dessutom ska en +12 till +24V DC step up finnas med som matar reläets två 24V spolar

I ett failsafe relä finns en spole och en återfjädrande mekanism

I ett latchande relä finns två spolar och en mekanism utan återfjädring

• Få fart på en PTT krets, dvs. en krets som känner av +6V från FT-290 IF radions koaxkontakt
•  i sin tur ska kretsen växla in/ur en RX/TX adapter & dämpsats 2.5W till +5dBm
• samt ge ifrån sig en +12V vid RX och en +12V vid TX

Dessa RX/TX +12V matar det befintliga DC regulatorkortet som redan finns på bild

Regulatorkortet har bara en +5V utgång vid RX

Vid TX har den +8V samt +5V, -5V utgångar och dessutom styr -5V spänningen båda +V på så sätt att om negativ -5V försvinner så försvinner även positiv +5V och +8v

Detta är ett krav för nästan alla GaAsFet slutstegsförstärkare med negativ yttre biasering för att inte förstöra kretsen, man måste ha en sekvensstyrda DC regulatorer.

• Ett ytterligare projekt är en ny permanent låda
  

Kan låta enkelt  - men där finns en del inbyggda risker man måste fundera på

En låda för 5.7GHz kan bli problematisk om den har mått som fungerar som en vågledare internt.

Eftersom förlusterna i en vågledare är små blir det lätt en oscillator av hela bygget.

Min genväg blir dämpande material, typ RF ledande skumfolie som tar bort en den av vågledareffekten inuti lådan. Skumfolien placeras i första hand i locket som täcker LNA och PA.

DC matning med RF dämpande genomföring och ev. materiel på ledarna som ytterligare dämpar RF.
Att ha en skärmad DC kabel kan vara ett alternativ, t.ex en tunn rigid koax som DC matning.

Fyra yttre spänningsanslutningar krävs totalt.

Gavlarna med SMA kontakter och kretskortet är inte en enhet, vilket är ett problem i sig. Frågan är om det räcker att ha en bit kopparfolie under kretskortet vid respektive gavel för att minska längden fär vägen för ev. RF jordströmmar.

I lådan ska även utgång för TX indikator finnas, en liten DC spänning generas vid RF uteffekt.
Kan driva ett mätinstrument eller en opamp.

Part 6 - YADIY5.7GTVP - Yet Another Do It Yourself 5.7GHz TransVerter Project

 Nya tag - tillverka och prova ut en ny 5.7GHz TX kedja för att driva ett nytt litet slutsteg

Steg 1: Byta ut den trasiga mixern

En trasig och en hel mixer ;)

Ny hel mixer på plats igen

Ny aluminiumbotten för att montera 5.7GHz transverter för prov

Den gamla botten har gjort sitt, botten var inte tillräckligt plan och många av gängorna har gått sönder eftersom det var en tunn botten från början

Gjorde försök att fixa till gängorna igen - men det höll inte så länge med tanke på att detta är en prototyp som det skruvas mycket med

Dax att provköra den nya TX kedjan - utan slutsteg

Nya TX kretskortet monterat, DC +5V är ansluten och ett temporärt mätuttag på ingången till slutsteget (som inte är monterat ännu), LO ansluten samt FT-290R II ansluten via tx pad

Monterat på nya TX kretskortet,  från vänster: NLB310, ECG001B , MGA82563, ett BPF, SMA uttag  +5V och med bias resistorer som tar ned Vdd till runt 3 till 4.7V beroende på device

Med en riktig radio ansluten som TX på IF porten 

En sändaradapter - de dryga 2W måste dämpas ned till runt 0dBm

Lade till extra 3dB dämpning eftersom utsignalen blev mer än 0dBm med FT290R II som just nu hade 2.8W uteffekt

Denna lilla adapter är från min QO100 projekt - jag lånar denna tillfälligt för detta projekt, normalt så driver denna adapter en TX konverter med 144MHz IF och 13cm RF med 5mW uteffekt före det externa slutsteget.

Här är resultatet från MGA-82563 FET som ska driva slutsteget

FET ger +12dBm vid 3.1V DC

Med spektrumanalysator ansluten så syns en fin nyttobärvåg på 5760.2 MHz

TX kedjan tycks fungera och ger runt 0dBm

Det fattas lite gain fortfarande men jag låter det vara för nu och går vidare med nästa steg

Nästa steg - slutsteg

Montera GaAsFet slutstegskretsen

Addera det modifierade DC/DC kontrollerkortet 

för +Vdd 7.5V  och -Vgg -5V med inbyggd +5V stabb för drivstegen 

Provköra!!!!

Part 5 - YADIY5.7GTVP - Yet Another Do It Yourself 5.7GHz TransVerter Project

Nya tag - göra en ny 5.7GHz TX kedja och slutsteg

Steg ett är att rota i junkboxen och se vilka komponenter som finns att återbruka ..........

Dessa två förstärkare går på 6GHz och har en hel del förstärkning och en av dessa har dessutom en uteffekt som skulle gå att använda för den driveffekt som det nygamla slutsteget kräver

Matar dessa med +5V och en bias serieresistor

Alternativet är en serie med dioder vilket ger en bättre biasering, dock är jag inte så känslig för variationer i förstärkaren så det blir ett motstånd. Man kan också ha en serie zenerdiod men den måste avkopplas mer pga. RF induktion och allt vad det kan innebära

Nytt PTFE ketskort med 50ohm stripline

Kretskortet har nu fyra huvudsakliga förstärkarsteg, en ERA-2SM har lite mer gain än ERA-1SM på 6GHz. Förhoppningen är att det finns mer än tillräckligt med +dB här

Slutsteget är en äldre GaAs fet variant MAAM2600-B1, har två inbyggda förstärkarsteg, matas med +8V och -5V, har runt 19dB gain och runt 30dBm uteffekt. Fördelen är att den är lätt att monterad ijfm. med QFN 5x5 32pin som jag provade med tidigare 8)

Steg två är att göra ett nytt kretskort 

CAD, toner transfer, etsa och anpassa storleken till det utklippta formatet 

resultatet och en tidigare skiss som anpassats för lite bättre resultat

Samt montera jordvia, dvs. montera kretskortskopparnitarna

0.6mm kopparnitar monterade och "hamrade"
Under slutsteget sitter 4st nitar som ska leda av värme
Tidigare prov har visat att avledningen är bra, det går inte löda på den punkten så längre kretskortet är monterat på aluminiumstycket, min lödkolv avger mer värme än slutsteget så det borde fungera bra

Proceduren är att använda nitverktyget, montera en nit på lilla 0.55mm piggen, trycka in niten i 0.8mm borrhålet, kapa av niten lite grann, forma om niten så hålet återfås vilket görs med avbitartången och en kartnål, efter detta så kan man sätta på nitverktygets pigg igen och nita klart. 

Efter alla nitar är monterade kan man gå över dessa med en liten "hammare och städ" för att jämna ut båda sidorna på niten.

Steg tre är att vänta in de beställa kvarvarande komponenter som inte fanns i junkboxen

I posten finns nu:

- nya 0402 SMD RF ferritinduktorer

- ny mixer 

- några fler MMIC

- en extra LNA krets (just in case ...)

Part 4 - YADIY5.7GTVP - Yet Another Do It Yourself 5.7GHz TransVerter Project

Förbättringar

Efter första mätningarna på RX och TX kedjorna så gjorde jag ett antal förbättringar av jordplanet på undersidan av kretskortet. Det verkade finnas hålrum mellan aluminiumbäraren och jordplanet på undersidan av kretskortet. PTFE är ett mjukt material och därför gjordes ytterligare skruvhål som trycker ned kretskortet på fler ställen.

Några nya jordvior förbättrades med kopparnitar.

0.6mm kopparnitens utseende innan niten nitas nitiskt 8)

Ett tunt ark med kopparfolie klipptes till och sitter nu mellan jordplan och aluminiumytan.

mycket tunn kopparfolie

Resultatet blev bättre

LNA var nu stabilare och med en 5.7GHz signal till LNA 

På -138.5dBm försvann sinuston i 144MHz mottagaren.

På -136.5dBm så hörs en sinuston om än mycket svagt

Åtgärder fungerar bra!

Man skulle kunna byta ut MMIC till en modell med mer gain, t.ex ERA2SM eller NLB310

Tidigare prov av hela TX kedjan exklusive slutsteget visade att -15dBm fanns som driveffekt till slutsteget. 

RF TX nivå -15dBm med IF och LO igång via  mixer

Men nu provades TX kedjan separat, dvs. en signalgenerator anslöts efter wilkinson och ett mätuttag före slutsteget anslöts till spektrumanalysatorn, -20dBm gav -1.5dBm vilket hade räckt för att få fart på slutstegskretsen. Vilket var nästa steg i mätprocessen.

Ett DC kretskort som styr slutstegets spänningar är klart, det blev lite större än tänkt men behovet av ström är trots allt runt 1A för slutsteget, och runt 200-300mA för respektive RX och TX kedjorna.

Kretsen ansluts till +12V TX eller +12V RX yttre spänningar, för RX finns en +5V 1.5A regulator och för TX finns flera regulatorer. En +7.5V 1.5A, en 5V 1.5A samt -3V 10mA för bias.

När TX +12V ansluts ger kretsen först -3V till slutstegskretsen och om -3V finns, först då kommer +7.5V & +5V att startas upp och strömsätta slutsteg och TX kedjan. Så fort -3V försvinner, då försvinner än de positiva spänningarna. På så sätt ska dessa slutsteg med negativ bias skyddas och leva lite längre.

Bias sekvens kretskort

Problem

Små ytmonterade komponenter .....

Tanken var att använda en slutstegskomponent med hög förstärkning , runt 30dB med tre stycken interna förstärkare i serie och mycket uteffekt, och på så sätt ha färre aktiva komponenter i TX kedjan

Letade länge efter en kapsling som skulle kunna gå att löda hemma i labbet, dvs. det borde finnas synliga anslutningar på kanterna av komponenten och så få och stora anslutningar som möjligt

Hittade tillslut en sådant slutsteg med QFN 5x5mm kapsel dock med nackdelen att den hade väldigt många anslutningar, 32st totalt varav 10st var använda och några jord samt ett antal som inte användes.

Undersidan på QFN kapseln hade en dold exposed pad för värmeavledning och jord.

Efter sammanlagt 6timmars försök att placera alla anslutningar rätt och i kontakt med ledningsbanorna så gav jag upp - och det gjorde även komponenten och kretskortet.

Från början, när väl komponenten låg i rätt position med alla 32st 0.2mm breda anslutningarna, så var det lätt att få lödpastan att flyta ut men mycket svårt att inte få överbryggningar mellan anslutningar och andra omkringliggande kopparytor. En sån tunn grön kretskortslack runt lödpunktern hade hjälpt en del.

Efter många omgångar på värmeplattan så började vissa 0.2mm ledare på kretskortet att lossna från kretskortet.

Efter många omgångar på värmeplattan så förstörs även slutstegskomponenten internt, troligen så finns ett litet kretskort inuti kapslingen och lödtenn därinne går inte att förnya 8) - ens om man skulle kunna...

Även om man lyckas få lödningarna att bli bra så upptäcker man att komponenten är defekt och vissa anslutningar har börjat bete sig annorlunda. Troligen har man kanske ett eller två försök på sig att montera komponenten under en värmelödcykel - efter det blir det problem om man fortsätter med återkommande värmecykler.

Dessa typer av kapslingar är mycket svåra att montera med sina 0.2mm anslutningar och 0.15mm center-center avstånd mellan varje anslutning eller till jord pad undertill. 

Har hittills inte lyckats hitta en enklare monterbar komponent.  Det finns däremot ännu svårmonterade varianter där alla anslutningar ligger helt dolda på undersidan och/eller har ännu fler anslutningar totalt.

Mer problem

Mixer komponenten slutade fungera ..... 8(  signalnivåerna var mycket låga på RF sidan och ingen konvertering sker mot IF sidan

Trycker man på toppen av komponenten så hoppar signalnivåerna upp igen, provade löda om anslutningarna igen men ingen skillnad.

Däremot - ovanpå den keramiska kroppen sitter en svart klump

Man kan tro att det är nån typ av mekaniskt skydd ovanpå mixerkomponenterna

Den svarta klumpen har lossnat lite i ett hörn .....oklart varför

Provade löda om mixern igen - men nu lossnade svarta klumpen helt.....

Svart klump innehållande DBM komponenterna, dioder, transformatiorer

Är det för mycket värme, är det flussrengöring med isopropanol eller vad har hänt??
Tål den bara vattenbaserad rengöring?

Så - vad göra

Köpa en ny likadan mixer är en enkel lösning.

För slutstegskretsen blir det helt enkelt gå tillbaka till första planen - att ha många seriella TX RF drivförstärkarsteg som adderar gain efter mixer och wilkinson kretsen.

Byta ut MMIC förstärkare till andra varianter med ännu mer gain - samt ett nytt slutsteg med stora fina anslutningar.

Nästa TX kedja aktiva komponenter i förförstärkarna

Nytt slutsteg hoppas på 500mW

ERA-1SM byts ut mot ERA-2SM (InGap GaAs HBT Gain Block Darlington amplifier), ECG001B (InGap GaAs HBT Gain Block Darlington amplifier), MGA82563 (PHEMT GaAs MMIC Buffer amplifier med inbyggd bias), samt en äldre GaAsMMIC Power Amplifier PA modul innehållande två steg i serie. Tanken är att ha mycket gain i de två första stegen, samt en försteg med lägre gain men med mer uteffekt som i sin tur orkar driva det äldre GaAs PA som vill ha närmare +14dBm för att ge maximal uteffekt på en dryg 1/2 Watt. Nackdelen med detta är att uteffekt blir lägre, den QFN modulen jag provade med först orkade ge 1-2W vilket är lite synd att nu hamna på 0.5W uteffekt istället.

Om jag får fart på detta PA så går det att driva detta gamla PA ytterligare genom att ha högre drivspänning på drivsteget ( MGA82563 till +4V ) och mata in maximal driveffekt +14dBm

På grund av bytet av PA krets så måste även DC sekvens kretskortet modifieras, Vdd ska vara 8V och Bias -5V så det blir att byta ut 3.3V DC stab till 5V (som driver DC invertern till  -5V)

Nästa steg

Göra ett nytt kretskort för TX kedjan, samma som förut: toner transfer och etsa själv.

Lägger in en krets på utgången som förhoppningsvis kan ge en indikation att det finns uteffekt från PA, en liten DC spänning kan användas som uteffektsindikator. 
Plockar bort ett av de två bandpassfiltren, behåller det smala bandpassfiltret på ingången till slutsteget.

Är osäker på hur mycket gain som behövs för att kunna driva ut detta gamla slutsteg - har jag för mycket gain går det att minska gain genom att ta bort ett av drivstegen och sätta en seriekondensator där samt finjustera gain med drivspänning eller använda ERA1SM och få 2.5dB lägre gain.

Klippa bort den gamla delen av kretskortet där TX kedjan satt och ersätta den delen med det nya.

Projektet så här långt.....

Så här långt har detta lilla projekt varit lyckat 

eftersom jag fått tillfället att prova nya komponenter på nya GHz frekvenser samt lärt mig en hel del om var begränsningarna finns runt moderna små SMD komponenter och möjligheten att montera dessa eller inte. Även kretskortdesign på GHz är annorlunda samt hur montaget spelar in både för komponenter, SMA kontakter, kretskort, jordplan osv.

Lite svårt att beskriva hur annorlunda det är jämfört med HF-VHF-UHF konstruktioner

men helt klart är att man lär sig snabbt genom misstag ;)

8)

Part 3 - YADIY5.7GTVP - Yet Another Do It Yourself 5.7GHz TransVerter Project

 Dax att prova RX kedjan

Första provet är utan LNA - endast 2st MMIC förstärkarsteg i serie före mixer

Ansluter LO , Signalgenerator, Spektrumanalysator - sen på med +5V och se vad som händer 8)

Signalkedjan som ska provas ut
MMIC matas med +5V men med potentiometer sätts spänningen till 3.3V
Resultatet var väldigt intressant
Med två MMIC i serie så ser man direkt en IF signal på spektrumanalysatorn

Spektrumanalysatorn visar IF utsignalen på 144.2MHz

Kopplar in en riktigt VHF radiomottagare på 144.200MHz - i mode CW
Sänker insignalen från signalgeneratorn till jag inte längre kan avgöra om signalen i mottagaren är av eller på  - dvs. samma signalnivåer man använder i praktiken med nycklad CW
Inget utslag på S-mätare men man gör ändå en nästan ren sinuston på runt 800Hz
Den här radiomottagaren är provad separat med signalgenerator och kan detektera signaler svagare än -125dBm

Signalgenerator inställd för -110dBm utsignal

Med -110dBm insignal så hörs sinustonen på 144.2MHz radiomottagaren
Mycket intressant - och detta är utan LNA inkopplad

Andra RX testet idag är med LNA inkopplad före de två MMIC stegen

Löder in seriekondensatorn och ansluter +5V till LNA kretsen

Resultatet i denna mätning är att det går att sänka signalgeneratornivån ytterligare, från -110 till -124dBm, och sinustonen i 144.2MHz radiomottagaren fortfarande är hörbar men mycket svag

Nästa steg

Det finns fortfarande lite ostabilitet runt LNA, kommer att förbättra jordning, jordvior, skruvar

Det blir borrjobb för skruvar och kopparnitar som ska monteras

RX verkar fungera och nästa steg är att förbereda för test av TX kedjans slutsteg - vilket är på gång men kräver ett nytt DC matningskretskort som provkörs separat innan PA kretsen spänningssätts och RF läggs på.

Mycket spännande!!

Nästa steg på  längre sikt

Efter att transverter är mer komplett, kan man börja titta på optimering av RX och TX prestanda

Vanligtvis finns det prestandaåtgärder att prova ut före LNA och på PA utgången - dvs. prova med trimflaggor samt rf kondensatorer. Kanske går det att hitta små förbättringar här.

MEN

Inget av dessa små förbättringar blir aktuellt först efter att en riktig låda har tillverkats, i nuläget är PTFE kretskortet monterat på en temporär testplattform som har många problem inbyggt.

Monteringen av SMA kontakterna, dess mittledare och hur gavlarna är utformade  - spelar in hur prestandan kommer att bli, och hur små förbättringar inverkar i den nya lådan.

I en 5.7GHz applikation så är kraven på SMA kontakten, dess mittledare och anslutningsmått runt stripline där mittledaren anslut inte lika avgörande på prestanda -  som för t.ex 10GHz radio.

Avståndet mellan stripline och lådans gavel, längden på mittledaren, samt mittledarens höjd över jordplanet - alla mått påverkar hur anpassningen blir i övergången stripline till kontakt.
Mängden lödtenn på mittledare/stripline påverkar och generellt så ska man ha minimalt med lödtenn här. Utförandet på kretskortet, dvs. i punkten SMA mittledaren ansluter stripline och jordplan påverkar.
Eftersom mitt kretskort har en bredare stripline än vad diametern är på SMA kontaktens mittledare - kommer det finnas problem inbyggt, när idealet är att båda har samma bredd.

Eftersom detta är en frekvensbestämd krets för 5760.2MHz kan man prova med små förbättringar som på nåt sätt förändrar missanpassningen i RX och TX SMA anslutningarna och stripline till det bättre genom att mäta och trimma sig fram.

De SMA kontakter jag har är rostfria med ptfe isolator och generellt har denna typen bra data en bit över 10GHz.

Part 2 - YADIY5.7GTVP - Yet Another Do It Yourself 5.7GHz TransVerter Project

 Del 2, fixa problem och prova TX kedjan

Provköra TX sändarkedjan - första proven

Test setup

LO ansluten, cirka +7dBm

IF ansluten, cirka -5dBm

RF ansluten temporärt med mätuttaget efter andra förstärkasteget

Så här ser kortet ut vid provtillfället

MMIC matas med en 5V spänning och justeras med en 100ohm potentiometer för respektive MMIC till de avsedda spänningarna, som kan vara 3.4V eller 4.6V beroende av val av MMIC

ERA-1SM och NLB-310 data 

DC matningen i denna NCL-transverter ser lite annorlunda ut

Den vanligaste kopierade lösningen är den översta skissen med etsade bredbands matningar

Ska ge låga förluster om rätt genomförd, men tar stor plats på kretskortet

Den undre skissen är den jag använder nu, en bredbands DC matning med ferritinduktorer

Ska ge rimliga förluster och tar liten plats på kretskortet

Lägger på drivspänning på TX kedjan

+5V till MMIC ansluts

Resultatet på spektrumanalysatorn

Med respektive LO och IF nivåer så blir RF signalen efter två MMIC steg -15dBm
Första MMIC är en ERA-1SM, andra en NLB310
Bytte till NLB310 för att få lite mer gain i kretsen och resultatet är detta

Problem 8)

Ingen RF signal alls

Vid första provet så fanns ingenting efter blandaren, nånting var trasigt, kanske var blandaren skadad?

Vid närmare undersökning så var det svarta blob på den keramiska blandaren lite lös, den gick att rubba nån liten del av en millimeter. Tryckte man ned den manuellt steg RF utsignal kraftigt.

Värmde upp blandaren med varmluft och ny lossnade blob helt och nu visade det sig att hela blandaren sitter inuit blob - kaputt!!!

Försökte löda tillbaka blob på de fyra 0.5x0.5mm stora lödpunkterna med lite lödpasta/flux och det gick tydligen vägen denna gången....... 8/ puh!

Felet har orsakats vid monteringen av blandaren, man får inte trycka på blob när man löder fast komponenten - då rubbar man den interna lödningen....

Varierande mätresultat 

Minsta lilla glipa mellan jordplanet på kretskortet och underlaget påverkar 5.7GHz signalerna avsevärt

och det var tvingade att göra denna modifiering - RF signalen varierar 10-20dBm beroende på var man trycker på kretskortet

Enklast är att inte ha något underlag direkt anslutande under jordplanet - men slutsteget kräver en kylplatta så nu gäller det att få full kontakt här

Kretskortet har fått en hel del nya extra skruvar som trycker ned kortet mot underlaget

Resultatet är en stabil RF signal i TX kedjan

Dåliga jordvior var också ett problem, har borrat om via hålen och tryckt i kopparnitar på ett antal ställen samt lött fast dessa. Efter detta blev RF utsignal stabil och starkare

Nästa steg i proven - slutsteg 8)

Principskiss på den kompletta TX kedjan
Hittills provkörd fram till före bandpassfiltret
Nästa steg är att ta BPF och slutsteget i drift och utvärdera data

DC kontroll

Slutsteget har negativ bias

Vilket kräver att bias alltid är närvarande om RF ska anslutas

Så här krävs nån typ av logik där en negativ spänning (bias) styr att en positiv spänning kan anslutas och därefter är PA redo för RF signal

Välkänd kretslösning, finns många transvertersystem i drift med denna principen
Jag gör en sådan och provar ut den först

Kretskortstillverkning
CAD + toner transfer tillverkat

Det krävs rätt mycket ström, 5V 0.25A, 7.5V 1.1A därav de stora DC regulatorerna
samt lite -3V <10mA från en DC inverterkrets

Komponenter monteras nu och nån typ av prov utan PA ska ske först

YADIY5.7GTVP - Yet Another Do It Yourself 5.7GHz TransVerter Project

5.7GHz transverter 

Kretskortet är tillverkat

Dax att gå över till mikrovågselektronik ett tag nu efter allt mek med kemi och kretskortshål ;)

Kretskort

PTFE kretskortet monterat på en aluminiumtestplåt, med SMA chassi kontakter för LO, IF, RX och TX

Tanken är att prova TX & RX kretsarna separat och se om dom presterar alls och hur bra dom går att justera. 

Kretskortet är resultat från toner transfer samt via/hålplätering tester som jag provat fram under en tid. Resultatet blir inte perfekt, kretsbanornas kanter blir lite vågiga på vissa platser, kanter blir något avrundade, en fåtal jordvior får man jobba lite mer med.

Kretskortskopparnitar har används under PA kretsen som har exposed pad och skall där kunna leda ned värmen till kylflänsen från en DC effekt på över 6W, på en yta av cirka 3x3mm

Provade löda på denna punkten och helt klart så leds en hel del värme bort via nitarna ned i underlaget, frågan är om det räcker till för PA kretsen

Den första versionen av ett delvis bestyckat kretskort
På vänster sida, LO (övre) SMA och IF (undre) SMA
På höger sida, RX (övre) SMA och TX (undre) SMA
LNA och PA är inte monterade på bilden
Fler skruvar har adderats efteråt, syns inte här
PTFE kort 0.7mm tjockt är mjukt och måste ha hjälp att ligga an mot underlaget/jordplan

MMIC TX & RX

En ERA-1SM MMIC förväntas ge +7dB gain på 5.7GHz vid 3.4V DC. ERA-1 har gain specifierat till 8GHz. En NLB-310 MMIC har dryga +9dB gain vid 4.6V DC

Varje MMIC har en 100 ohms potentiometer

Tittar man på en majoritet av amatörradiotransvertrar använder man kretskortsetsade DC stub/choke samt en etsad avkoppling, ofta kvartsvågssektioner och en bredbandig delvis cirkelformad stub

I mitt fall så använder jag en lösning med mycket små ferritbaserade induktorer anslutna direkt på stripline och avkopplingsnätverk bestående av resistorer och kondensatorer.
Tanken är att prova ut denna mycket bredbandiga version av DC matning av MMIC förstärkare och se om det ger hyfsat låga förluster som kan kompenseras med mycket förstärkning i andra steg. 

Induktorerna är 04 storlek

BANDPASSFILTER

I nuvarande version finns två olika bandpassfilter på kretskortet.

Från början fanns bara 5.7GHz filter som är 1GHz bred har har 0.9dB insertion loss, två stycken filter i respektive RX och TX kedja, fyrs filter totalt + LO.

Hittade ett bättre filter och ersatte då ett av filtren i TX/TX med det nya filtret som har 125MHz bandbredd och ungefär samma insertion loss. (genomgångsdämpning). Tanken med ett så smalt filter är att prestandan i transvertern blir mycket bättre jämfört med att använda det breda filtret.

Man skulle rimligen ta bort det breda filtret för att minska förlusterna -  men jag behåller det tillsvidare

LO signalen är en multipel av en lägre synt frekvens och lär innehålla flera frekvenser på SMA kontakten så det breda filtret sitter kvar på LO raden 

DC block kondensatorer måste användas där det finns DC spänningar eftersom dessa BPF är DC jordade i respektive in och utgångar.

MMIC ERA-1SM som ett TX förstärkarsteg
1st Bandpassfilter 1GHz BW
DC block kondensator/motstånd och två serieinduktanser
Alla bandpassfiltren är DC jordade så DC block kondensatorer används emellan varje förstärkarsteg

LNA & PA

LNA och PA som ska monteras senare. Dessa är relativt sentida produkter med hög förstärkning genom flera interna förstärkarsteg. Dessa blir intressanta att prova och se om de levererar  - eller om dom självsvänger med detta kretskort :).

Med tanke på hög förstärkning i dessa - så finns endast två MMIC steg i vardera krets för RX & TX, vanligtvis har man tre MMIC steg och sen separat LNA samt PA

BLANDARE

Tanken är att använda 144MHz som IF, så LO har 5.6GHz för att blanda upp till 5.7GHz

Blandaren SIM-83 är en DBM och vill ha LO signalnivå runt +7dBm och har konverteringsförlust på runt 6dB på 5.7GHz. SIM-83 är en bredbandig blandare av +7dBm LO typ.

Finns även som 10dBm LO SIM-83LH

LO/RF portarna klarar 2.2 - 8.0GHz så den tar både upp och nedkonvertering.

IF porten DC-3GHz

5.6GHz LO ger runt +12dBm på SMA kontakten så det kan bli aktuellt med en liten dämpsats och troligen blir det en extern dämpsats när dessa prov genomförs

Även i IF ingången, 144MHz IF, så finns plats för en dämpsats/ 50ohm anpassning av IF ingången

Power Divider

En wilkinson power divider på RF porten delar till respektive RX och TX signalkedjorna. 

Vanligtvis ser man en kretskortsetsad wilkinson variant men den jag använder är en ytmonterad 08-storlek komponent och ett 100ohm externt 06 storlek motstånd. Upp till 2W ska denna power divider klara av som mest på 85grader celcius 8)

Komponenten är 50/50Ohm och har matchning av portarna till 50ohm internt.

Denna wilkinson har data mellan 4.7 och 6GHz, och på 5.7GHz ser data bra ut på alla portarna, men alla data är för idealiska 50ohm stripline anslutningar  - nåt man får hoppas gäller på mitt kretskort också ;)

Vad händer nu med detta kretskort

Fixa till eventuella problem efter lödning av komponenter, fingranskning under lupp

Fixera kretskortet bättre, det fattas lite skruvar runt kanterna

Fixa till mätpunkter för RX och TX kedjorna, en liten koax med SMA kontakt ansluts

Mäta upp om konverteringen fungerar och fixa ev. nya problem

• Anslut LO 5.6GHz med dämpsats
• Anslut DC 3.4V för MMIC
• Prova RX med en signalgenerator på 5.7GHz och en spektrumanalysator på IF
• Prova TX med en spektrumanalysator och en signalgenerator på IF

Redan nu så finns en ny version av kretskortet i CAD, det finns många små förbättringar i layout för att göra kretsarna ännu bättre för höga GHz, t.ex minska avstånd mellan stripline och DC matning, finjustera stripline och flytta lite på potentiometrar osv.. Fler skruvgenomföringar behövs också.

Avsikten är att inte behöva göra ett nytt kretskort, men ändå införa förbättringar allteftersom jag lär mig mer och mer om funktion runt mikrovågskretsar

Annat

Jag valde att inte köpa 04 motstånd och kondensatorer utan använder de komponenter som junkboxen erbjuder, dvs. 06. 

Nackdelen med det är att de lite större SMD formatet introducerar lite mer induktans och kapacitans i varje komponent - vilket påverkar prestandan på så sätt att små (men mätbara förluster?) kan uppstå på vissa kritiska platser på kretskortet, t.ex seriekondensatorer, DC induktanser osv.

Låt se om de individuella förlusterna kompenserats av den höga förstärkningen i PA samt LNA som även har lågt brustal från start.