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