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.....

Weltz SP-350 E-tuna loppis - vilket fynd?

 Plockade upp lite prylar på årets radiomässa i E-tuna

En av prylarna var en äldre, begagnad och modifierad SWR/Wattmätare

Modifieringen (som antydes vara en bra grej) var att man bytt från SO-239 till N-hona på 500MHz sensorn.

Det lät ju bra ? 8/

Väl hemkommen så kopplades mätare in på 432MHz och ..........?

Efter modifieringen till N-kontakter har verkar det som fel införts på Weltz orginalkonstruktion

Petar man på koaxerna när dom är anslutna på den modifierade 500MHz sensor så är utslagen på mätaren över hela skalan - totalt glapp nånstans

Well - plockar av locket och börjar titta. Det ser ju bra ut tills man känner på hur sensorn var monterad, sensorlådans väggar flexar när man har koaxkablar anslutna och böjer lite på koaxkablarna. 

Montaget av N kontakterna har gjort sensorlådan ännu mer känslig för yttre påverkan genom koaxkontakternas dåliga montering

Superglapp

Man har försökt bättra på jordanslutningen mellan kretskortet och lådan genom att addera två kopparbleck mellan kretskort och låda och försökt löda fast dom på en galvad plåt 8)))

En s.k kalllödning på galvat plåt.......8/

Noll RF avkoppling

Båda genomföringskondensatorerna i lådan för DC signalerna från fram och back detektorerna har gått sönder, tar av dom och mäter på dom men där finns nästan inga nF kvar att koppla av RF till jord med.

Superglapp II

Plockar isär lådans innehåll och ser att den gängade mittledaren på N-kontakterna är lös och har lossnat i sin lödning

Lös mittledare, den föll av

N-kontakterna sitter med 2 av 4 skruvar och dom 2 satt lösa....

Jorå....

OK

Vad göra?

N-kontakterna är av nåt kvalitetsmärke - så dom behålls men rengörs kemiskt

Nya genomföringskondensatorer

4.7nF genomföringskondensatorer 2st

Sensorlådans innehåll

Sensorkretskortets komponenter - det är symmetriskt så man kan köra den åt vilket håll som helst eftersom DC regleringen sker i det andra kretskortet på frontpanelen

Alla vippomkopplare rengörs två gånger med oxidlösare och alkohol

Lådans montering måste bli helt stum samt även stumt monterad mot den stora yttre lådan

En 5mm tjock aluminiumplåt blir en ny stum gavel att montera N-kontakterna i samt fästa lådan mot

Försänker N-kontakterna i plåten, försänker även de fyra skruvarna som håller kontakterna, nu får man en helt plan och stum yta mellan detektorlådan och bakstycken på mätarens låda - som inte belastar innehållet på kretskortet eftersom det inte rör på sig

Försänker 2.5mm för flänsen på chassikontakten

Klart!

Det finns tre effektskalor och därmed tre potentiometrar som man kalibrera med.

Potentiometrarna sitter på kretskortet på frontpanelen

Provar även den andra original och o-modifierade sensorn på 144MHz och kalibrerar den också, med mitt retro-PA på 200W uteffekt vid 4W driveffekt är det fullt skalutslag på 200W läget.

4W blir 200W med ett 4CX300A vid 2kV

432MHZ BPF measurement

432MHZ BandPassFilter mätningar

En mätning från min filter mätare weekend

Resultatet efter omtrimmning

Helt klart ett användbart filter på en mottagare eller efter en LNA

Gammalt surplus, men välgjort, troligen japansk design, ursprungligen gjord för 320-380MHZ men svarade bra på trimförsök till 432MHz.

Ny stack med yagi på 432MHz 7element

En ny antennanläggning är på gång och tanken med den är att ha en bred frontlob men även hög förstärkning.
Varianten som valts nu är 8st korta 7 element yagi som stackas på höjden (vertikalt).

Beställde ett gäng antennprylar hos en leverantör i SP (Polen) och efter 7månader(!) så dök 8st antenner upp. Frågan var då hur antennerna fungerar - dom borde vara väldigt vältillverkade med så lång ledtid ;)

Ett gäng element tillkapade av fabrikanten.
Principen är DK7ZB's 7element yagi 50/28ohm drivet element och i stort sett så har SP fabrikanten ha följt måtten på elementens placering på bom. Elementen är smalare än orginaldesign och har längdkompenserats mellan 5 och 6.5 mm - så längderna avviker från orginal ändå eftersom kompensationen varierar.
Direktor 3 och 4 var förväxlade av fabrikanten - så dom byter plats på bom.

Bommar samt en monterad antenn. Elementen monteras upphöjd över bom med isolator men är i kontakt med bom med genomgående RF-skruv som är gängad i elementen (man får inte dra åt skruven särskild hårt för då går gängan).

Alla antenner monterade utan problem.

Med monterad antenn så var det dax att kolla upp anpassningen på det drivna elementet.
Runt -12 dB return loss på 432MHz, det är inte så värst kul data, faktiskt rätt dåligt.

Öppnade boxen på matade elementet och här syns direkt problematiken runt den dåliga anpassningen.
På vissa av de matade elementen så hade fabrikanten lagt på mycket smältlim inne  boxen runt hålen för elementen - kanske borrat lite för stora hål. Smältlim på 432MHz är inte helt klockrent ;)

På en så pass hög frekvens som 432MHz kan man inte använda den lösningen som fabrikanten gjort, en lång koppartråd samt långa vägar mellan bom och skärm/skruv på en orginaldesign tillför problem helt enkelt.

Här syns modifieringen.
Man lossar koaxkontkten och vrider jordringen på N-kontakten, löder dit en ny bred kopparstrip och ansluter strip med jordtag på koaxkontkakt och skruv till balunens skärm med kortast möjliga väg.

Nytt mätresultat, med modifiering så är anpassningen runt -20dB vilket är acceptabelt på moderata effektnivåer. Varje antenn kommer att matas med 50 - 100W efter respektive powerdivider.

Ska man få detta perfekt måste balunen mätas upp separat och justeras, även det drivna elementets position på bom justeras samt att man gör en lite annorlunda lösning med boxen. Men det får vara denna gången.

Nu återstår att säkra skruvarna och montera 8x7el DK7ZB 50/28 antennerns på sitt långa vertikala maströr.

UHF yagi fix

Vintern var hård med två stormar som drog över SM0

En av K1FO Yagiantennerna ramlade ner och feederkoaxen tog med sig det matade elementet. Lite suddig bild men mataren har lossnat från anpassning och koaxkontakt.

Vid inspektion visar det sig att oxideringen mellan N-chassikontakten och aluminiumvinkeln var avsevärd, skruvar, muttrar och koppar har ändrat färg och aluminiumet tappat godstjocklek.

Så här ser lagningen ut nu.

Det matade elementet sitter med två avlastande isolerande distanser som gick av i stormen, ett löd-öra på hairpinmatchen hade lossnat.  Två nya distanser monterade på bild. Sen löder man ihop distans och koaxmatningen samt den semirigida matchen.
N-kontakten har rengjorts kemiskt samt nya lödningar.