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.

 

Doublesided PCB through Hole DIY plating, rivets part 3

Senaste försöket att göra en exemplar PTFE kretskort med vias för jordning

PTFE laminatet är inte etsat, alla jordvior är borrade med 0.8mm kretskortsborr på 8000 rpm varvtal
Hålen fylls med ledande bläck, innehållande det extra grafitpulvret

Viahålen töms på bläck och kvar finns viahålväggar med bläck, torka och rengör kopparytorna

Kretskortet doppas i en silverlösning (med thiourea) under nån minut, ett näst intill osynligt silverskikt finns nu på koppar och förhoppningsvis även i viahålen

En hemgjord mask tillverkas av kaptontejp, alla ytor som INTE ska elektropläteras maskas av tejpen

Alla via hål lämnas omaskerade

Här ser man kaptontejpsmasken efter pläteringen
Övriga ytor har den ljusa färgen av kopparplätering

Ett elektropläteringsbad förbereds, samma mix som tidigare, med Magrogol 4000

Två kopparstrips
en på varje sida om kretskortet i mitten i bild

Klar för plätering

Pläterar med 50mA under 2timmar, sen på 100mA i 30minuter, sen ytterligare 30minuter på 50mA

Här på 50mA under större delen av tiden i pläteringsbadet
Strömmen regleras med strömbegränsing

Provar öka strömmen till 200mA under kortare perioder, typ ett par minuter i taget

Tidigare prov var med 4timmars plätering och där såg man att det blev excesser och mycket extra koppardeposition, denna gången cirka 3timmars plätering och med små strömmar

Resultatet:

PTFE är inte lika benäget att få koppardeposition i hålen jämfört med glasfiberepoxy - men det går ändå

Baksidan, jordplanet

Besiktigar hålen och man ser koppardeposition i alla hålen, det varierar som tidigare i resultat

Hålen har koppardeposition efter plätering, ljus kopparyta i hålen

Löda vior:

Alla via hål fylls med lödpasta på en sida först, en smal/tunn lödpastadispenser används för att få en liten mängd lödpasta ned i hålet

Värmehällen, Swix vallajärn, värms upp till 140 Celcius och kretkortet läggs på hällen

Klart användbar manick
I värmesulan sitter ett stor motstånd
Termostaten är mekanisk bimetall, finns en dyrare version med elektronisk reglering
Har men en separat termometer har man mer koll...

Med varmluftslödkolven så hettas ytorna runt viahålen upp och lödpastan flyter ut fint i respektive hål och runt hålkanterna, det tar bara nån sekund med varmluftslödkolven att få lödpastan att flyta ut

Plockar av kortet och låter det kallna, lägger nu på ett andra lager lödpasta i varje viahål men på andra sidan och repeterar värmecykeln

Kortet måste vara svalt annars sätter lödpastadispensermunstycket igen snabbt

Klart
Viahål fyllda och förbinder båda sidor av kretskortet

PTFE laminatet är klart för mönster och etsning av mönster
I detta fallet är det ett 0.6mm tjock Duroid PTFE R/T laminat av äldre modell

Alternativa steg:

Eftersom jag inte först etsade kretskortsmönstret denna gången måste alla lödningar tas ned i höjd så toner transfer kan ske - man slipar lite tills ytorna är släta och fäster sedan transfermönstret med Swix vallajärnet på 140 grader Celcius

Man måste ha referenspunkter på layout/transferpapperet för att kunna matcha viahålen på laminatet med ledningsmönstret på transferpapperet och där fixera med nål el.dyl under tiden transfer papperet fästs med värme - kan vara lite knepigt om man har ett mönster med små marginaler som i mitt fall, jag använde flera fixpunkter i CAD layouten och kartnålar

Man skulle kunna prova etsa kretskortsmönstret först och sen borra viahål, på med masktejp, sen elektroplätera

Vet inte riktigt vilken metod som är enklast - det beror helt på hur tidsödande det är att få masktejpen på plats

Slutlig komponentmontering:

När alla komponenter ska monteras är tanken att addera lödtenn över viahål så alla dessa når över hålkanten och flyter ut på kopparledningsplanet

Komponenterna monteras med samma lödpasta, så värmecykeln påverkar all lödförbindelse - men bara där varmluftslödkolven adderar värme så att tenn flyter

Vad händer nu?

Detta PTFE laminat med nya hemgjorda jordvior är nu även toner transfer etsat och klart samt har fått ett tunt lager silver på kopparytorna  NOTERAS: lägg INTE på silver på kopparytorna på detta sättet - det blir bara svårare att få lödpastan att fästa, enklast är att förtenna för hand eller inte alls!!!!

Målet är nått - detta kretskortet går nu in i en kommande projekttråd - en 5.7GHz mikrovågstransverter med lågbrusig 6Ghz LNA samt ett integrerat 5.8Ghz 2W slutsteg - ett litet kul projekt med en del nya utmaningar på labbänken 8)

Förhoppningen är att kretskortet inte behöver göras om, har hittills haft kontroll på CAD versionshanteringen av kretsmönster, placering av jordvior nära de kritiska stripline ledarna, rf avkoppling, - allt eftersom komponentbestyckningen byts ut eller ändras

Om kretskortet behöver göras om så är det görbart under 6timmar

New project arrived - Yaesu FP-12 Power Supply Unit

 I managed to salvage original accessory for my retro Yaesu FT-7 HF transciever, made back in 1978-1981?

This station accessory has DC power and 8ohm speaker built-in and the exterial condition looks good

Once unit landed on my lab desktop and put through inital tests -  it did put out volt and amps, good stuff!

BUT  8/

The DC output voltage was >14.8V, I think it is excessive for my purpose, 13.8V is the "norm" for hamgear. 

The specification of this piece states:

So - opened unit up attempting to adjust the adjustable voltage......and....well - that is not going to happen....

During the lifecycle of this unit the stock IC regulator has died? and was replaced by a 7815 fixed voltage regulator connected to the external bypass circuit, direct drive of the four NPN power transistors

The original PCB with regulator has been discarded and is nowhere to be found....

7815 is hidden under the fuseholder, with two tantalum capacitors

Clearly this unit has been opened-up before - so I started looking for other signs of "modifications"

As the original PCB has been removed, a new 230VAC fuse holder is put there, several cables show soldering iron heat damages, the isolation is compromised - some cables are joined together and insulation is ....not good

Some insulation damages, there are more....

Not sure what is going on here....semi-insulated-solderjoint?

What now?

TA7089M and TA7089P are still found on ibaj for "a price" + shipping, but as a new PCB is needed -  I'd rather look at other alternative linear regulators.

In my junkbox there are many 723 linear precision positive adjustable ICs, and in this case I will use a SMD SOIC8 version uA732CD by Texas Instr.

uA723CD and TA7089P are both 14pin, SOIC or DIL (although not pincompatible)
External output is 150mA vs. 200mA - quite similar if using external bypass transistor
Current detection is 0.65 - 0.7V, quite similar with Rsc shunt on the integrated current sense transistor B & E
Voltage setting is quite similar with resistors and potentiometer
Both uses frequency compensation while only 723 has temperature compensation

I'd say 723 is close as and electrical replacement for the original - as long as the circuit board is a new one.

So I will go for a new drop-in replacement PCB, re-using original power transistors, rectifier bridge, capacitors - adding a DC fuse and a AC fuse, adding a overvoltage VDR.

Funny thing, found a application note from 1968 where uA723 was introduced, used this note for additional adjustments of the generic circuit

Circuit

Generic uA723 design - onboarded with the integrated original parts
Resistors RA and RB are placeholders for adapting the overcurrent voltage required from the Rsc shunt resistors - not sure if these are needed.

This PCB would also cater supplies with more than 25Amp drivning many more NPN power transistors and adding Rsc resistors to match

The 100pF capacitor is being replaced with a 470pF ceramic capacitor - reading the UA723 application note from 1968 by Fairchild it states that if using an external bypass the capacitor should be increased from 100pF to 500pF

Parts used:

Ten turn 1K potentiometer - sets the output voltage

Added three RF ferrites on several DC cables, these ferrites are sourced from older TV BC power amplifier DC feed cables, suppressing RF

Below picture - design notes, voltage and amps, the Rsc shunt resistor 0.1ohm each

A VDR spec. on 13.6V and ignites at 15.7-20V, would handle 27Amp (destroying the 15A DC fuse)

NOTE: 

The calculation in below picture is not correct, according the the UA723 application note by Fairchild 1968, when the uA723 was introduced?, the current limit is set by: 0.7 (volt) / Rs (ohm)
In my case two 0.1 resistors in parallell = 0.05Ohm and provides a 0.7V voltage drop which would start the built-in transistor and thus have current limiting function at 14Ampere - which will work fine in this circuit

I should aim at 14Ampere for the current limiter Rsc value
Should do for the original specification

First step is the PCB, some CAD drawing, this layout is actually for a 20-25Ampere regulator version 

Single sided copper glassfibre laminate used

Second step is toner transfer

I put some permanent marker in the through holes

Third step is copper etching

If the etching solution is hot it will do it's job quicker - still it takes tenths of minutes to complete

Fourth step cleaning up and populate the PCB with components, with a mix of SMDs and through hole components, all components are from the junkbox

This time there was no issues to correct - just mount the parts and go

Cleaned with steelwool

Well - there was some issues - I mixed up the Rsc resistors as this pic was taken....10ohm or 0.1ohm 8)
For 15Amp two shunt resistors would do (for 20-25A in another configuration - all four resistors can be added)
On the opposite side of PCB, insulating layers of capton tape is visible under the AC fuse holder
The RA resistor is removed completely, RB is now a 1.5ohm and used as a jumper connector, as the voltage drop would be 0.7V the hope is that RA/RB are not needed.
The driver NPN TIP31C has no additional cooling - in the test made no fast heat build-up was noted in this transistor, nor in the 723 itself

The new PCB connected
Note: new cable management ;)
AC has its own conduit and a fully encapsuled fuse holder
RF ferrites on the DC terminal cable (+) & (-) and from power transistor emitters

First test showed a functional new regulator PCB

Voltage adjusted to 13.8V

DC load of ~12Amps and voltage drop to 13.4V

The added DC fuse show less than 10mV voltage drop on 12A load

Idling on 13.8V

DC Load, about 1.5ohm in total
20ohm/10ohm resistors in parallel
10W wirewound resistors

Yaesu PCB rely on a single 3A fuse on 230VAC mains, that fuse was also placed on the original PS-12 PCB

TESTING THE CURRENT LIMITER

I am not fully good with how the limit works now

Somehow the transistor on CL/CS see less than 0.7V from the Rsc shunt - which would mean that it is not triggered fully?

At full short circuit - 0.63V is measured with DMM over CS and CL pins, voltage at poles show about 1V 

Not sure what is going on, I removed RA and RB as resistors, RB is a now low loss 1.5ohm resistor functioning as a low loss circuit jumper.

Is the internal CL/CS transistor destroyed ?

Next steps would be, restoring the Yaesu FP-12 unit:

• Add 15V varistor/VDR between (+) and (-) output poles, in case excessive voltages here the VDR will (hopefully) trigger the 15A 12V fuse or the 3A mains fuse.
  The VDR has been added and seems to be "quiet" at 13.8V and under load

Finally - Unit Ready for Use

Green LED indicates +13.8V on the positive(+) pole
0.4Voltage drop on 10-12Ampere, the unit delivers also 15Amp