QO-100 / Phase 4 satellite uplink - surplus RX converter modified as TX converter - up the power with MMIC amplifier SXA-389

2.4GHz TX konverter med 2.4GHz förstärkare

Sändarkonverter slutsteg och filter för QO-100 upplänk

Min ombyggda RX konverter är nu en TX konverter och ger i nuläget två signaler ut på RF porten: det mycket svagare LO läckaget samt den starkare huvudsignalen på 2.4Ghz.
Ett 2.45GHz filter i konvertern RF port undertrycker LO rätt mycket så jag har nu provat ansluta en extern 2.4Ghz förstärkare. Konverten ger just 3mWsom ska driva förstärkaren.

Förstärkaren efter TX konverter:

Förstärkaren är en kedja med två steg, en enkel SXA-389 samt två parallelkopplade SXA-389.
SXA389 är en +5V GaAs HBT MMIC som klarar 2.5GHz med 13dB gain på 2.4Ghz och kan enligt databladet ge över +25dBm styck.

Kretsen består av en SXA-389 som driver två parallelkopplade SXA-389 via hybrid 90graders 1P503 Anaren -3dB kopplare.
Hybridkopplarna är specifierade upp till 2.1GHz. På 2.4GHz lär det finnas obalans mellan portarna i kopplaren men dom tycks ändå fungera bra på 2.4GHz.
MMIC kräver ofta en separat bias DC matning, men dessa MMIC inbyggd aktiv bias och kräver endast en DC matning.

Update:
Lite info om SXA-389 : som är en "0.25W medium power GaAs HBT amplifier med aktiv bias"
Den används som slutsteg i repeaters och då med +10dBm uteffekt på bredbandiga (n x MHz) signaler.
Nu kör jag med signaler under 3kHz bandbredd, så uteffekt på +20dBm (100mW) borde vara möjligt och bibehållen linjäritet. Vid +25dBm har man nått P1dB dvs. inte längre helt linjärt?.
Med dessa två i parallel så borde jag uppnå minst 200mW och marginal för efterkommande förluster i koax och filter.
SXA-389 är snart obsolete, så istället kan man titta på TQP7M9101 som har liknande data och är fortfarande en SOT-89 som man kan montera själv. Dessutom finns en referenskrets 2-5Ghz i databladet för ett device.

Om man vill ha två parallelkopplade förstärkare så är 90graders hybriden 1P603AS ett bättre val än den 1P503 som jag använt.
Skillnaden är att 1P503 är specad 1.7 -  2.1GHz, medan 1P603 är specad 2.3 - 2.7GHz. - vilket borde betyda mindre obalans mellan portarna som kombineras. Dessa tål 25/30W CW men de finns mindre 90graders kopplare som tål 4W, typ C2327J5003 för 2.3 - 2.7GHz.

Lådan

 Surplus kretskortet utsågad och monterat i en lämplig låda.
I lådan finns nu även en DC/DC +13V till +5V/1A spänningsregulator, samt ett hål för en kabelgenomföring/tag för +13V.

En MIC29300-5 high current low dropout DC regulator är monterad i lådan, mmic har max 6V, men körs normalt på 5V.

Har nu samkört tx konverter med 144MHz driver och 2.4GHz MMIC förstärkare

Först en mätning på spektrum utan IF drivningen inkopplad, dvs. 144.05Mhz är i läge OFF, inget effekt
Man ser att det finns en svag LO signalen som läcker ut på 2256MHz, den signalen är långt under 1mW

Nu en mätning på RF portens spektrum med IF drivningen inkopplad, dvs. 144.05Mhz med 2W drivning
Man ser nu LO, RF samt en liten överton.

Resultat så här långt (fortfarande utan bandpassfilter) 

På bilden syns:

• Först en liten låda som dämpar de 2W IF som Yaesu FT-290R 144MHz all-mode ger, till +3dBm på IF porten
• TX konverterlåda med TCXO LO,  2.4GHz mixer samt en ERA-2SM MMIC RF förstärkare, 3mW ut från konverter
• En låda med MMIC RF förstärkaren, på bilden sysn inget bandpassfilter vilket tillkommer senare och som kommer att dämpa RF signalen rätt mycket.

 

Så nu ser det som det hela är klart förutom bandpassfiltret, 

Blockschema nedan med principerna

Nästa steg är att jaga filter samt modifiera filter till något passar in. 

2256Mhz ska undertryckas och filterbandbredden ska klara av att separera två signaler med 144MHz separation., det verkar görbart. ;)

144MHz nivåanpassning

En liten låda med en enkel anpassning, 2W till +3dBm

En keramiskt potentiometer används för att ställa +3dBm till IF porten på TX konvertern

2.4GHz filter 

OK, då är filtret konstruerat och provkört.

Filtret skulle kraftigt dämpa 2256MHz LO läckaget samt släppa igenom 2400Mhz RF nyttosignalen med så lite dämpning som möjligt.

Utgångspunkten i mitt projekt är ett surplus TEM filter, s.k Combline utförande med tre koaxialresonatorer som kopplas ihop med en gemensam keramisk kondensatorstripline.

Mitt utgångsmaterial är ett bandpassfilter för 2150MHz, dvs. en lägre frekvens. bandbredden är totalt 60MHz och filtret går inte att justera utifrån eller med trimskruvar/kondensatorer. Filterförlusten är runt -1.3dB. Filtret är för LTE applikationer och passbandet klingar vid 2390MHz.

Effekttåligheten är bra, 1W RF ska filtret klara av i passbandet.

Dessa filter finns i många olika utföranden, med eller utan tab-inserts, single resonators eller monoblock.

Det man gör är att värma upp hela filtret så lödtennent smälter och demontera resonatorerna med tabs från kretskortet och kondensatorstrip där de tre "tabs'en" sitter.

Tre resonatorer i parallel

Löd tab inserts, tre stycken sitter inne i de runda centerhålen och löds till en keramiskt strip med inbyggda kopplingskondensatorer
Filtren levereras på ett litet kretskort

Mitt filter har tre inserts de tre resonatorerna. Man plockar ur alla inserts och slipar in resonatorerna.

Principen är sen att förkorta de keramiska resonatorerna och därmed höja bandpassfrekvensen.

Hur mycket man måste förkorta resonatorerna beror på många faktorer så man får prova sig fram helt enkelt.
Ett grovt sätt är att ta skillnaden i frekvens 2150-2400, och förkorta filtret lika många procent som frekvensen ska ändras  -;) väldigt grovt men det fungerar.
Det keramiska materialet är mycket hårt och skört, så man måste använda en slipsten som klarar av keramiken.

Har provat att endast förkorta den inre cirkulära ledaren i keramiken genom att slipa ur metalliseringen en liten bit - och sen sätta in varje tab längre in i hålet, tyvärr ger detta inget bra resultat och att tab längden påverkar samtidigt.

I bilden den syns diamantfräsen som användes och en liten slipmaskin, kanske går detta om man provar ut det mer än vad jag gjorde.

Istället satsade jag då på att förkorta hela resonatorn genom slipning av hela resonatorn, inte bara förkorta det inre röret.

På de suddiga bilderna syns filtret efter ett antal nedmonteringar och monteringar, det är inte vackert att titta på.

I nätverksanalysatorn, med tre markörer 2256, 2400, 2660MHz, S11 -16dB på 2400, Anpassning finns!
S11 är return loss

 I nätverksanalysatorn, med tre markörer 2256, 2400, 2660MHz, S21 -40dB på 2256Mhz = Undertryckt
S21 är insertion loss
OBS!!! dB värdena är inte rätt på fotot, glömde ta bort en offset i mätinstrumentet,

Provade att sätta det modifierade filtret före SXA-389 förstärkaren och driver den med en signalgenerator med 0dBm på 2256MHz resp 0dBM på 2400MHz, förstärkaren gav full effekt på 2400Mhz med filter, men på 2256MHz var uteffekten knappt mätbar alls dvs. kraftig dämpning i filtret.

Slutresultatet är ett litet, kompakt, effektåligt, lågförlust filter som undertrycker 2256MHz rejält, har låga förluster i passbandet på 2400.05MHz och sen fortsatt undertryckning av 2500MHz.

Om man tittar i WLAN accessnoder så kan dom ha WLAN filter centrerade på t.ex 2436Mhz och undre flank på 2390MHz.

Annars finns det en del BAW filter typer som verkar fina, har bättre egenskaper och branta flanker men tyävrr ser det inte att att gå att modifiera BAW filter själv.

Här slutar antagligen detta projekt,

återstår att sätta in allt i en låda med kontakter

Phase 4 satellite uplink - surplus RX converter modified as TX converter - proof of concept

En gammal 2.4GHz RX converter för en tidigare satellit som aldrig kom i drift - gör om den till TX converter, ett test

I tidigare blogginlägg så ritade jag upp ett blockschema på en modifiering av 2400 - 144MHz RX konvertern.

Har nu satt ihop surplusdel med den gamla RX konvertern i ett första försök att generera 2.4GHz från 144MHz samt 2556MHz OCXO.
Det extra surpluskortet har två MMIC samt en mixer. RX konvertern hade lyckligtvis en egen +5V regulator som jag använder temporärt att spänningsmata båda MMIC.

Kristallen har en ugn med regulator OCXO så det ser hoppfullt ut med LO stabiliteten.

Steg ett var att få igång mixern ADE-18W, trimma alla filter, samt kolla vilka nivåer som fungerar på LO och IF portarna - samt monitorera hur RF resultatet ser ut.

Tyvärr gick det inte att köra mixern "baklänges" som jag först trodde,
fick istället göra en ful-modifiering på kretskortet och växla anslutningar LO och RF genom att kapa stripline och bygla över LO och RF med två korta semirigidkoaxer. Lyckades inte få loss mixern från kretskortet så den får sitta kvar och istället använda dessa koaxjumpers.

LO signalen med en MMIC ERA-2 i serie gav för mycket LO signal och mixern blev överstyrd. Kopplade förbi den MMIC'n.

Nuvarande ful-modifieringar. Kan förbättras på på många punkter!!!!!
Både stripline, MMIC och koaxerna är alla 50ohm - så det underlättar.
MMIC är biaserade för +5V matning.

IF signalen börjar aktivera mixerdioderna redan vid - 6dBM  - men RF signalen såg något starkare bättre ut på +2dBm. IF porten tål som mest 40mA enligt databladet.

IF porten matas med 144MHz och +2dBm

Den resulterande RF signalen ut från mixerns är svag, så jag passade på att återanvända den överblivna MMIC  från LO sidan ochsätter den i serie med den befintliga mmic ERA-2 på RF porten, det blev ytterligare en ful-koppling med två semirigda koaxer -  men samtidigt också en kraftigare RF signal.
Conversion loss i mixern är drygt -5dB enligt databladet.


Resultatet, är nu rent spektrum med två fina signaler på RF porten: 2256MHz (LO) samt 2400MHz (RF) med en signalseparation på 144MHz (IF).
Varken mixer eller MMIC är överstyrda nu efter lite modifieringar.
LO filtret är justerad samt RF filtret - så 2400 får bästa prestanda.

Mätt på RF porten via en MMIC ERA-2 samt ett tvåpoligt 2.4GHz filter.
Vänstra markören på peak är LO och den högra marken på peak är RF
Notera att markörerna står inte riktigt på rätt ställe och visar lite fel frekvenser som visas på displayen.
Man kan se att 2256 är lite för stark och bör filtreras undan inför nästa förstärkarsteg.

Att-göra-lista

Steg1 gör om denna labb-ruska till en mer stabil konstruktion, som det är nu finns många problem:
- Gör om koaxanslutningar 1) från LO till mixer LO port, 2) samt koaxer från RF port till mmic, mmic till filter och 3) anslut IF port med koax till N-kontakten samt 4) flytta DC matningen till en separat DC kontakt för +13V


- Borra hål i konverterlocket för att kunna trimma 2256 samt 2400 helixfilter med locket på, det pågår en del de-tuning med och utan lock
- limma på RF dämpande material på lockets insida, det blir nån typ av självgenerering med locket på.

Steg2 mer RF - separat förstärkare
- Mer lågnivåförstärkning på RF signal, fler MMIC i serie på RF porten, har flera surplus kretskort med två MMIC i serie, allt mellan ERA-2/3SM och SXA/T-286, får se vilken kredja som fungerar bäst. Dessa mmic får sitta i egen egen förstärkarlåda, dels för attt det redan är trångt i konvertern men också för att det blir för mycket effektnivåer inne i tx konverterlådan.
- Nya RF Filter (för att undertrycka 2256MHz läckaget på RF porten) nåt BPF eller kavitet på 2400MHz.
- En effektförstärkare, för att kompensera filterförluster, och nå 0.1W uteffekt efter alla försluster är inräknade.

Steg3 anpassa IF nivån (144MHz) till blandaren, det krävs en 50ohm terminering, lite kopplingskomponnter samt en justerbar pot. Tanken är att mata med 2 till 2.5W (min drivsändare är en Yaesu FT-290R) och sen ha ett nät som tar ned nivå till max 3dBm. för IF porten på mixer. Även detta nät får sitta i en liten men separat låda eftersom det är mycket signalnivåer som behöver kapslas in.

10.4GHz HB100-clone mods + LNB feedhorn

Mer test och modifiering av HB100 radarmodulen på 10GHz plus LNB matare - testmodul för Es'Hail-2 10Ghz mottagare.

Efter att justerskruvens gänga på DRO/modulen gått sönder så gjordes en hel del modifieringar av HB100 klonen.
Jag fick inte ner frekvensen till 10.45GHz och när skruven vreds åt hårdare var det slut.

I orginalskick så svängde DRO modulen runt 10.75 GHz , efter många modifieringar så är den nu på 10.45Ghz.


Gjorde först en ny kåpa i mässingsplåt som går att löda fast på kretskortet. i den nitade jag en gängad aluminumnit M3 där en ny justerskruv sattes. Nu gick det att dra åt skruven hårdare och modulen kom ner till 10.59GHz sen gick det inte längre eftersom kretskortet böjer sig där DRO sitter limmad samt att kåpan böjer sig uppåt.
Nästa åtgärd var att göra en förstärkning med två aluminiumbitar, en bit på vardera sida om kretskortet, som skruvas ihop vid skruvhålen i kretskortet. Tanjken var att kåpan fixeras och kretskortet inte längre böjer sig så mycket. Provade dra åt jsuterskruven igen och nu gick frekvensen ned men stannade på 10.59GHz eftersom kretskortet böjer sig igen precis där DRO pucken sitter.
Ny åtgärd var att löda fast två kretskortsbitar där DRO pucken sitter, fast på jordplanet (man skrapar av lacken och löder dit bitarena).
Nu gick det att dra åt justerskruven lite till, och nu är frekvensen 10.457GHz, dvs. nära där jag vill mäta på LNB/parabol/SDR.

Ny lödbar kåpa, extra bygel, ny justerskruv

Bygel på andra sidan samt de två kretskortsbitarna som stoppar kretskortet att böjas där DRO sitter.

Efter att modulen är inmätt på 10.45GHz så anslöt jag modulen till en slaktad LNB matare.
LNB matarens kretskort är urtaget, ett nytt kretskort med en semirigid koax med mittledare som sticker in i mataren där en av de två injektorerna på orginalkretskortet suttit. Vet inte om det var vertikal eller horisontellt, med det är de främre hålet som jag använt.

En enkel mätjigg till spektrumanalysator, signalen är mycket starkare med hornet än om man mäter i den koaxbit med SMA kontakt som är pålödd i modulen istället för de två etsade patch antennerna.

Hela paketet med 10GHz modul, en LM317T spänningsregulator, samt LNB matare med nytt kretskort. Ett varv kopplingskabel på koax till mätinstrumentet, Vrider man på LNB mataren så är det en klar skillnad så nån typ av polarisering har mataren

10.456GHz : Justerskruven är hårt åtdragen samt att matningsspänningen sänktes från 4.9V till 4.1V vilket sänkte frekvensen något ytterligare. Man kan undra hur länge kretskort och förstärkningar håller ihop.

Lessons learnt: det vore bättre att ha en större stabil platta på jordplanssidan av 10GHz modulen, en platta som stöder hela kretskortet, plattan är sedan fäst i en annan förstärkning som ligger på metallkåpan.
Dom här DRO modulerna finns olika frekenser, kanske finns det en som ligger lägre än 10.75Ghz och därmed lättare att justera ner i frekvens.

Es'hail-2 beacon heard and others

Provade min temporära nedlänksstation idag, 10Ghz, för Es'hail som är på gång nu.

En vanlig 100SEK LNB på en 90cm offsetmatad parabol.
En SDR R820T2 med TCXO på laptop och SDR# som mjukvara.
En bias tee till en DVB-x mätmottagare som har LNB kontroll för +13V för vertikal pol, samt 9.75Ghz LO.

Det var kallt och blåsigt och för att undvika snabba temperaturväxlingar i LNB så satte jag dit en skidvante och en plastpåse, påverkar knappt signalen på 10GHz !!

Frekvensdrift minskade med lite isolering på LNB, utan denna så varje gång det blåser (vilket det gjorde mycket idag) så gled frekvensen snabbt.

Först kollade jag mot andra satellitfyrar, hörde två stycken fyrar som ska vara vertikalpolariserade, BADR-7 11.202Ghz och ASTRA 11.454GHz , mot 26E

ASTRA vertikal fyr på 11.454GHz LO 9.75 GHz, vertikal pol, fyrsignalen var väldigt skramlig och rasslig ijfm med BADR

BADR-7 vertikal fyr på 11.295GHz, LO 9.75GHz, vertikal pol, stabil, ren och fin signal

Efter detta så vred jag parabolen lite västerut mot 24E och försökte få in Es'hail-2 10.706GHz beacon

LO 9.75GHz, vertikal pol

LO 9.75GHz, vertikal pol

Sen skruvade jag in den andra Es'hail-2 fyrfrekensen och där fanns den signalen också!

11.205GHz, stark och stabil signal, LO 9.75 Vertikal pol