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)