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.