Rotade i junkboxen - ett antal Sage wireline prylar dök upp

Wireline

Förkapade wireline från fabrik

En innerledare försilvrad
En innerledare med isolering

Vad ska man ha dessa udda prylar till - förutom att slänga dom på återvinningen?

Sage wireline (och wirepac) är en pryl som ser ut som en semirigid koaxkabel med två innerledare 

varav en innerledare är isolerad, de två innerledarna är tvinnade med 3 varv per 25mm för att öka kopplingsgraden kan man förmoda.....

Vanligtvis ser man dessa i t.ex äldre LNA eller PA kretskort där man kombinerar två förstärkarsteg med -3dB 90graders kopplare gjord av wireline samt ett 50ohm terminerande RF motstånd.

Exempel på wireline 3dB 90 grader fördelning respektive kombinering - på in och utgång på ett 400W VHF slutsteg äv äldre modell
De wireline som syns på bilden är lite grövre än de jag har i junkboxen

Detalj i slutsteget där en ledare ansluts till ena PA halvans utgång och en ledare går till ett termineringsmotstånd 50ohm på den isolerade porten i wireline

Detalj i slutsteget där en ledare ansluts till ena PA halvans ingång och en ledare går till ett termineringsmotstånd 50ohm på den isolerade porten

Kopplingsprincipen -3dB 90grader

-3dB 90degrees Power Combiner

Samma princip som i VHF PA på bilderna ovan

Hembyggd provkrets, tanken var att ansluta två 23cm yagi antenner till en 23cm station
Kopplingsfaktorn blev runt 3.5dB i båda portarna på 23cm, bandbredden är stor
Enligt andra artiklar där wireline har förekommit i 23cm slutsteg som kombinerats - så har man använt en Längd på 36mm på 1296MHz.

Principen är att en kvartsvågslängdslång wireline ger -3dB koppling vid 90grader

Enligt designnoteringar beräknas längden: L = 4700/MHz = (cm) 

Avviker man ifrån den beräknade kvartsvågslängden ändras kopplingsgraden från -3dB och ned mot -30dB i extrem fall och det sker vid 0 eller 180 grader.

Mer vanligt idag är den ytmonterade s.k lågprofil 3dB hybrid kopplaren, med 50ohms ledare inuti en lödbar kapsel. 

Anaren Xinger ytmonterade 3dB 90 kopplare
Mycetk lite och kompakt komponent

Vill man inte ha 90 graders skillnad mellan förstärkarstegen kan man använda en Wilkinsson kopplare med ett 100ohm RF motstånd och köra två förstärkarsteg parallellt

Båda dessa -3dB kopplarna är bandbestämda, man beräknar längden till den frekvens det ska gå på för att få 3dB kopplingen

DC BLOCK

Jag gillade iden med att göra DC block för de olika banden och på så sätt skydda mätinstrument från DC på mätportarna.

Enligt designnoteringar ska man löda ytterhäöjet till jord vid respektive ändar.

Två snabbt ihoplödda DC blockerare
Mätte dessa i frekvens för att se var  förlusten är som lägst
jag såg runt 0.3-0.5dB som lägst och samtdigi fortfarande inom en acceptabel anpassning -15dB, dvs. en bra VSWR
Bandbredden, med ovanstående faktorer, blev rätt likaför båda DC blocklängderna : 525MHz

40mm lång wireline

Mätning på 40mm wireline

70mm lång wireline

Mätning på 70mm wireline

DIPLEXER

Gillade också iden att göra en diplexer för t.ex QO-100 eller transverter, dvs. i de fallen man använder en koaxkabel för IF frekvensen samt 10MHz som referens till transverter LO, PLL. Istället för induktorer och kondensatorer använder man endast två bitar wireline.

Det finns andra tillämpningar

DC Return

Man ha wireline till diodblandare också, som en diplexer för IF och LO signalen och på RF sidan sitter diod-er.

DC return = dvs. om komponenten kräver en ström, i en diod eller transistorkrets kan man via wireline isolera RF från DC till jord (via ett strömbestämmande motstånd R)

DC Return

Eller varför inte prova om man kan göra samma sak på spänningsmatningen, isolera RF från DC

har inte provat detta, ersätter en induktans

DC isolation

Lite annat

Man kan ändra på kopplingsgraden genom att använda andra längder än inom -3dB oktaven, dvs. mellan 0-60 eller 120-180 grader

Som exempel en wireline längd på 21mm ger en -20dB kopplingsgrad på 144MHz, 19mm ger en -20dB kopplingsgrad på 50MHz.

Så en mycket kort bit wireline sänker kopplingsgraden, inte helt oväntat :-)

Enligt designnotering kan man använd wireline som directive coupler långt över 10GHz

LÄS MER

Sök på WIRELINE® and WIREPAC® Design Guide så hittar man en bra översikt nånstans på nätet

det finns även en wireline wirepac kalkylator man kan betala för på en RF websida.

 70cm 432MHz RX combiner with selective switch for three antennas

PROBLEMET

I NAC 432MHz så används flera antenner parallellt, varje system har vardera en mastmonterad lågbrusig LNA

I radiorummet så kombinerar man antennsystemen och kan lyssna parallellt.

En nackdel med detta är det kombinerade systembruset samt backgrundsbruset adderas i den gemensamma mottagaren

och konsekvensen är att svaga signaler drunknar i signal-brus förhållandet, bruset döljer signalen.

En metod runt detta är att snabbt koppla ifrån de antennsystem som inte behövs vid tillfället och då brukar den

svaga signalen bli läsbar direkt.

Lösningar 

på detta finns det många av, man kan mekaniskt skilja på antennsystemen med koaxreläer eller koaxomkopplare.

Ett annat sätt är att använda komponenter på kretskort och styra detta med enkla DC vippströmbrytare.

Nackdelen med det är att komponenter bidrar med egenbrus och egenskaper som kan vara sämre än en mekanisk lösning.

MEN

Ett kul projekt 

manglades från under en tid, junkboxen inventerades och kretslöningar justerades därefter.....

I nuläget består prototypen av:

• Mini Circuits ERA-3SM Linear, Gain Block, HBT Amplifier, DC to 3000 MHz, 50Ω
• MA COM SW-338 GaAs SPDT Terminated Switch DC - 2.5 GHz, 50Ω
• MCL LRPS-3-850 3 Ways Core & Wire Power Splitter, 500 - 850 MHz, 50Ω
• ANALOG LTC1044 CMOS switched capacitor voltage converter
• Toshiba TA7805F Positive Voltage Regulators 5V 500mA

• MMIC förstärkarna används för att kompensera för förlusterna i power splitter
• SPDT används för att koppla ur/i respektive antennsystem till power splitter
• Volt konverteraren används för att generera negativ kontrollspänning till SPDT kretsen
• Vippströmbrytarna (3st) används för att växla den negativa kontrollspänningen till SPDT som då antingen växlar till en 50Ω terminering eller till power splitter.
• Power splitter är en passiv komponent som används som en RX combiner med tre ingångar till en utgång, förlusterna i denna är runt -6dB.

Realisering ;-)

Det hela byggs på 1.5mm FR4 kretskort med 50ohm stripline, en DC-del samt en RF-del

Kretskortet är fräst med min lilla CNC fräs med en 0.15mm V-bit som gått fyra varv runt kretsbanorna under isolationsfräsningen.
Mer om CNC fräsen finns i andra trådar om kretskortstillverkning.

Det är dubbelsidigt FR4 kretskort och ett stort antal kretskortsnitar förbinder jordplan på båda sidor på kretskortet.

På bilderna ser man att två antenningångar RX2, RX3 används och en utgång, RX1 antenningång är terminerad med 47ohm i väntan på fler tester.

Man ser också de varierande ytmonterade passiva komponenterna - en variation mellan 0603 0805 1206 (metric size) och helt beroende på vad som finns i junkboxarna.

DC kretsarna syns på toppen i bild

Tre identiska RX ingångar samt en gemensam utgång till radions RX ingång
Luftlindade induktanser till vänster är s.k Bias.TEE DC matning till mastboxar

På bilden ser man även induktanser på respektive antenningång, dessa är s.k bias-tee, och kan användas för att styra LNA boxen med en +26V DC spänning som kontrollerar

TX/RX växlingen, koaxreläet samt spänningsmatar LNA vid RX.

Styrning sker med vippomkopplare på en liten låda och en skärmad multiledarkabel

En multipolkontakt underlättar under prototypfasen

Använda denna makapär i praktiken ?

Det man kan se direkt är att nyttan är stor att kunna koppla ur antennsystem 

signal brus förhållandet förbättras och ofta hör man mycket bättre - bra!

Problem?

SW-338 styrs med negativ kontrollspänning och i första utförande av mitt kretskort så fanns tendenser till självsvängade SPDT - det är viktigt att de två spännings nivåerna kretsen använder inte varierar i spänning, det är nu antingen -4.5V eller 0V. 
Lösningen var fler avkopplingskondensatorer på respektive kontrollingång samt avkopplingskondensatorer på den switchade negativa spänningsgeneratorkretsen.

Det kan vara så att switchfrekvensen läcker ut på de känsliga styrpinnarna på SPDT kretsen eller från vanligt 50Hz brum som plockas upp av kablar m.m i rummet.

Från start fanns ferriter monterade i serie med varje DC spänning - så dessa minskar högrekvent brus i teorin.

Ett annat problem är egenskaperna hos ERA-3SM - bidrar dessa till sämre IP3 i antennsystemet?

Det skulle då visa sig i mottagarens vattenfall/spektrumvisning.

Budgeten i denna lösning innebär ett litet gain överskott, ERA-3SM kompenserar för förluster i combinern och ger ett överskott på kanske 5-10dB vilket kan påverka mottagaren på nåt sätt.
Det kan vara så att dämpsats behövs efter varje ERA-3SM för att prova detta.

Såklart borde kretskortet monteras i en RF  skärmad låda med chassigenomföringar av typen 1-10nF avkopplingskondensatorer - men först OM denna prototyp visar sig användbar så tas det steget.....

 Just bought a 5.7GHz 6cm band 2W transverter by sg-lab - modifications part 1

En egenskap med denna transverter är att om man använder lite lägre hastighet på telegrafi så kan den första teckendelen tappas bort.

Orsaken till detta är att den interna sekvenskretsen har kort hålltid, växling mellan RX/TX/RX sker snabbt och det telegrafitecknet som kommer först och som nycklar växlingen sänds inte ut.

I transverterns sekvenskrets kan man addera tid genom att addera kapacitans i VOX funktionen.

I orginal sitter en 2.2uF kondensator

I modifierat skick adderar man ytterligare 2.2-4.7uF till orginal 2.2uF.

Med 1st adderad 4.7uF blir VOX hängtiden ~1.5 sekund vilket kan passa för telegrafitrafik - men inte MGM som kräver ~0.5 sekunder. Man får prova sig fram eller justera MGM mjukvaran så TX delay är applicerad.

På bilden ser man VOX tidbestämningskondensatorn, man kan byta ut den helt eller löda på en ny ovanpå den befintliga kondensatorn.

Placeringen av VOX styrande kondensator 2.2uF i originalutförandet

I orginal sitter en keramisk kondensator i storlek 0805 ytmonterat

Man kan använda tantalkondensator i lite större storlek

I mitt fall råkade det finnas 10st keramiska 4.7uF 0805 i junkboxen så det blir valet.

 

Tantal (nedre i bild) är lite större än keramiska (övre i bild)

0805 4.7uF

Informationen om denna modifieringen av VOX kretsen kommer från Hristiyan LZ5HP.