Noise Head GHz

 Bruskälla för brusfaktor mätningar

Har alltid petat på LNA'er och andra system där en intrimning brukar ske och en parameter som ofta är knepig att mäta upp är en systembrusfaktor.

För drygt 7år sedan så gjorde ett par tyska radioamatörer en lösning med brusfaktormeter av enkla medel, s.k CANFI. Söker man på CANFI så hittar man allt man behöver veta där.

Jag började med det mest mekaniska, en bruskälla.

I brist på s.k brusdioder så kommer min bruskälla använda en schottkydiod och ha en begränsad övre arbetsfrekvens och en ganska varierande utsignalsnivå över flera GHz.

Men - detta är ett kul experiment så  - let´s go!

Det hela börjar med en bit aluminium....frästa kanter

Alu biten fräses ut till lämpliga dimensioner för ett kretskort och en BNC chassihonkontakt samt en SMA chasssigenomföringskontakt

En låda redo för färg och ihopsättning....tanken är att addera ett lock senare.

Kretskort och koaxkontakter
Man kan observera att teflonkretskortet inte är färdigbestyckat eller inte heller ihopsatt att användas för de riktigt höga GHz frekvenserna, min tanke var att stanna vid 2GHz.
Komponenterna är en mix av 12, 08 och 06 ytmonterade delar.

BNC kontakten är en vanlig chassikontakt
SMA kontakten är en chassigenomföringskontakt som svarvats till så att mittstiften är exponerat och kan anslutas till kretskortet

redo för ett lock
M3 skruvarnas skruvskallar är alldeles för stora i denna lådan så skallarna har svarvats av så diametern passar bättre här

Nu ska schottky dioden monteras och en provkörning står på kö i labbet

japp....en låda

Målad med grundfärg för aluminium samt en passande täckfärg - vit

LNA PREAMP PGA-103+ NF GAIN measurements

 Provade en LNA Preamp RX förstärkare PGA-103+ på ett generiskt kretskort

Var i behov av en referens LNA, dvs. nåt som man kan använda i jämförelse med andra LNA som kommer upp på labbordet

Hade sen tidigare införskaffat 10st generiska kretskort för MMIC eller andra GaAsFet samt dito 10st MMIC av modell PGA-103+ från W land.
Har tidigare provat SPF-5189Z på 432MHz och som kan ersättas av just PGA-103+.

PGA-103+ är en E-Phemt MMIC.

Dessa MMIC är ultra på många sätt, bredbandiga, lågbrusiga, har bra IP3och är 50ohm anpassade direkt. Om man slipper anpassningar på in och utgång så adderas inget egenbrus pga. färre komponenter i RF vägarna.

Kretsen är extremt enkel, fem komponenter 
Komponentvärdena har jag plockat ihop från det som fanns i junkboxen

Kretskort med 50ohm stripline, kopplingskondensatorer, bias choke och avkopplingskondensatorer
Kompletterade med en fixed +5V / 400mA regulator samtidigt, en MIC2920-5.0BS i SOT-223 förpackning och ett antal avkopplings och brusreducerande kondensatorer. Denna MIC krets tål en hel del mer inspänning än +13.8V vilket är bra
Denna +5V regulator är inte bäst på lågt egenbrus men får duga tillsvidare. Det finns regulatorer med 10x lägre uV output noise voltage än vad denna krets har.
PGA strömförbrukning är långt under 400mA så denna DC regulator räcker till.
Även en skärmad låda lades till för att slippa instrålad RF i referens LNA'n.
Den skärmade lådan ger stor nytta om det skulle finnas andra signalkällor i omgivningen som direkt påverkar prestandan.

Monterad i den kalibrerade gain och noise mätaren med en 5dB ENR bruskälla

Följande resultat på amatörradiobanden blev då:

MHz         GAIN dB   NOISE dB

I stort sett blev mätresultaten enligt databladet för PGA-103+  - förutom på 1296 där kunde det bli något lite bättre om man väljer lite andra komponentvärden och andra ytmonterade komponenter i 50ohm stripline.

Det blev i mina ögon en lyckad referens LNA för framtida tester med andra komponenter/LNA.

Denna LNA är dessutom mycket bra från 50 till 1296 om man t.ex tävlar i Nordic Activity Contest eller om man är QRV lite allmänt på VUHF banden.

Denna typ av MMIC kostar under 50lappen, ett kretskort kan man skrapa fram själv, en liten skärmlåda och sen är man igång på alla band mellan 30 och 1296MHz.

Egentligen är gain högt på de lägsta frekvenserna men det går ju alltid att planera in plats på kretskortet för en 50ohms pi-dämpsats med tre ytmonterade resistorer vid utgångskoaxkontakten - eller ha en extern dämpsats på utgångskoaxkontakten.

Om LNA skulle självsvänga finns en fix som tar bort detta och LNA blir  då "unconditionally stable" - nackdelen är att det blir en liten påverkan på prestandan. Jag har inte sett tendenser ännu på att denna LNA svänger på nån frekvens. Sök på AN60-064 som är en technical note och där finns beskrivningen på fixen. Fixen innehåller en mycket bredbandig RF choke  - men man kan nog sno ihop något liknande med en mycket liten 2-hålig ferritkärna och lite tunn lackerad kopparledare.

Det finns senare alternativ  i form av SAV-581+ E-Phemt FET.
FETen ger en liten förbättring med lägre brus på 144 432 1296.
Kretsen blir lite mer komplex eftersom FET'en vill ha både Vdd och en biaskrets Vgg.

Surplus LNA 432MHz

Mer surplus satt i funktion

Har haft en mycket gammal Magnetic AB LNA liggandes och först nu så fanns tid och den sattes  upp i mätbänken,


Det är en konstruktion med två parallella förstärkarkedjor, varje kedja har två aktiva steg.
Stegen går parallelt med en biwire -3dB kopplare på in och utgång, skulle tro att denna konstruktion använts för att få bra storsignalegenskaper.

Jag kopplar bort biwire kopplarna och använder ena halvan på kretskortet. Även DC matning kopplas bort, lyfter på DC drosslarna i DC matningen.



Första förstärkarsteget är okänt fabrikat, men nån typ av GaAsFet som har dubbel DCmatning, 4.5V samt -1.0V. I lådan finns DC/DC regulatorer för +9V och -2V. På kretskortet finns ytterligare DC reglering dels med en transistor och även resistornät. Detta är antagligen en lågbrusig Fet.

Andra förstärkarsteget är en Philips BFQ34T, en wideband NPN transistor, 15V 120mA 16dB gain och 3d IP 45dBm.Har två spänningar, +Vbb och +Vcc.
I databladet finns data för 790-800Mhz.

Översiktligt kretsschema

Först provas den gamla surplus LNA'n i orginalskicket.
I mätbänken verkar det ursprungliga frekvensen vara 700-800MHz eftersom både gain och brusfaktor är som bäst där.
Runt 34dB gain med 0.8dB brus.
Vid 400MHz och 1GHz är data inte bra, gain och brus blir dåligt.

Ny ingångsspole (400MHz) i lackad tråd, den gamla försilvrade spolen (700MHz) sitter lödd längre ner på bild.

Jag modifierade ingångsinduktansen, ökade från 4 varv till 5 varv samt större diameter på spolen.
PÅ kretskortet finns en etsad DC induktans, den var förkortad tidigare och är nu i full längd.


Nu ger LNA 34dB gain och 0.7dB brus på 432MHz.






Tanken är att sätta denna LNA framför en 432MHz konverter som behöver mer gain före blandaren och för filterförluster.

144MHz LNA - old style 20dB gain 0.5dB NF (noise)

Här är ett exempel på en väl fungerade LNA med data som även idag står sig bra när man kör QSO över mark (terrestrial).

FET'en är en grej från 90-talet, 1st NE 72084, lätt att få tag i, billigt, går att byta ut när du råkar sända på ingången.

NE72084 är en lågströms 1.u recessed gate GaAs mesfet och användes kommersiellt i LNA mellan 1-2GHz. Vid tidigare mätningar som jag gjort så har optimalt låg brusfaktor infunnit sig vid 23mA Id och 3.3V Vs

Konstruktionen nedan har minimalt med komponenter och ger också låga förluster vilket syns på brustalet. Har inte mätt upp ström och spänning över FET i denna LNA.

Utgången använder en transformator, mica kondensator, och en dämpsats på 50ohm koaxkontakten

Matas med +12v och en zenerdiod tar ned spänningen, syns överst på bilden.

Här åstadkommer kretsen det låga brustalet, en enda keramisk HighQ vridkonding och ett kolmotstånd på source till en potentiometer för sätta arbetsströmmen. Försilvrad spole till gate med ett uttag till 50ohm koaxkontakt. En liten ferritpärla sitter på drain för att stävja oscillator tendenser på GHz.
Observera att båda source sitter mot jord via HighQ keramiska kondingar, den är inte DC jordad.

Mätresultatet

ett bra resultat, 20dB förstärkning och 0.5dB brusfaktor

Ultra Low Noise FET på VHF/UHF

Lågbrusiga FETar

Surplus FETar

NE72084

benämns som en : 1.0um gate length recessed gate GaAsFet MESFET Schottky Gate, C-band 4-8GHz,

gate witdh finns inte spec’at.

Men den fungerar mycket bra på 144MHz utan hokus pokus, bara en enkel krets.

MESFET NE72084

MGF1601 (A)

Som alternativ kan man plocka fram MGF1601B som visserligen är en förstärkarfet som är rätt vanlig som drivsteg i mikrovågssändare, men som LNA går den med hög ström och har bättre IP3 än NE72084, däremot tappar man rätt mycket gain ijfm NE72084

Orginalschema på under 1GHz, inga modifieringar införda här

1601 på ett teflonkort, helt orginal.

ATF34143

En P-HEMT som ska ge 0.5 till 0.8dB brus, Ett surpluskort på labbänken i ett försök att få den att gå på VHF/UHF.

Enkel krets utana aktiv bias

ATF54143
En P-HEMT som ska positiv bias, går i enhancement mode.
Databladet anger 0.3dB på 900Mhz och sen stiger det uppåt till 0.5 och 0.9 itakt med GHz.
Även här ett surpluskort och ett försök på UHF 432MHz.
Tummen ger en hint om hur stora ledarna på  SOT343 är.
Den här P-HEMTen provades ut rejält i DUBUS 2002 och resultatet på ett kretskort var 0.25dB och 23dB gain på 144MHz med 70mA!!!! i ström.
Liknande värden fick man redna på 80talet med MGF1302 i en kavitetsbaserad preamp på 432.

SOT-343 är litet.

CFB0301
En GaAs MESFET - specad mellan 0.8 och 2GHz med brus på 0.4 till 0.6 beroende på frekvens, inte dåligt.

en bunt surplus GaAs fetar

CFB0301 på det generiska teflonkortet

Från Celeritek (numera MIMIX) datablad, orginalkoppling på 900MHz.

Ingångskretsen

Det är oftast här som prestandan avgörs, dvs brustalet och gainet.

Om man använder en GHz-FET på t.ex VHF/UHF så kommer gainet att öka samt att bästa trimningen för lägsta brusfaktor (NF) kommer att inträffa där VSWR i ingångskretsen är hög, normalt är VSWR helt OK över 2GHz dvs på det band FET är avsedd för, men inte på VHF.

Så om man ansluter sin 50ohm anpassningsmätare och försöker trimma ingångskretsen till FET till bästa VSWR hamnar brustalet troligen helt fel.

Tittar man på en s.k referenstestschema på en GHz FET så är ingångskretsen kanske bara en seriekonding och det räcker eftersom gate impedansen är nära 50ohm på de höga GHz frekvenserna. Här räcker det med att använda en konding med bra egenskaper.

Eftersom man måste använda sig av mismatch på VHF kommer FET ingångskretsen att ändra sig när man ansluter antennsystemet (50ohm) och det kommer att påverka ingångskretsen och antagligen försämra brustalet. Det vanliga är att sätta en isolator/cirkulator mellan LNA och antenn och på det sättet kan man mer exakt vet att LNA bibehåller sitt intrimmade (missanapassade) ingångskrets.

Tyvärrrrrrr – så innebär det att man tillför förluster på LNA genom förlusterna i circulatorn.

Valet av fasta eller trimkondensatorer påverkar brusfaktorn direkt, komponenter som inte är avsedda för GHz påverkar även bruset på 144 & 432MHz. 

De avkopplingskondingar som ska sitta på source måste också vara av rätt sort, t.ex de vanliga platta runda (eller kvadratiska) chip som löds på båda sidor.

Vdd, Id

En annan metod att få en C-band FET att lira på VHF är att justera Vds, ofta får man minska Vds rätt rejält för att kunna få det lägsta brustalet, så en justerbar Vds är bra att ha under trimskedet.

Sen samma sak med ström genom FET, man ser en variation beroende på hur mycket ström, så en justerbar source resistor är bra att ha under trimskedet. Man ersätter pot med fast-a resistorer.

ja, pottarna man använder måste ju vara bra kvalitet, keramiska miniatyr på t.ex 100ohm.

Har man tur så finns ett datablad med kurvor på NF och Vdd/Id  - ofta görs exempelkopplingarna för bästa IP3 prestanda, dvs. komponentvalet för att sätta Ström/spänning måste man göra om till lägsta brus istället. Men - det är vanligt att datablad inte täcker VHF/UHF så då får man prova sig fram enligt metoden ovan.

Source Feedback

Ett annat sätt att bibehålla NF och samtidigt minska att VSWR finns ingångskretsen är att ha en s.k source feedback, vilket är en induktans på source, nackdelen är möjligen ett något litet högre brustal men framförallt ett antal dB lägre gain.
Source feedbackär väldigt vanlig i ham-preamps och jag har sett tre olika modeller på hur man kan påverka brus till det bättre.

Exempel med X-kapsel, men det är samma princip for SOT-343 osv.
Överst: orginalmontering flush med kretskortet.
Näst överst: funkar nog på 1GHz LNAer.
Näst längst ner, på 144 & 432LNA har detta provats.
Nederst: samma princip lite mindre radikala ledare.

Ger man sig på source feedback uppstår ett vanligt fenomen, man har en oscillator som svänger på nån GHz eller lägre. Hur den oscillatorn påverkar din station varierar, så då får man ta till motmedel inne i LNA lådan nära dessa source induktanser.

Den fysiska längden på induktanser på source varierar ju med VHF/UHF frekvens, men man använder i praktiken benen på FET som induktanser, på UHF man kan börja med 3mm längd och sen jobba sig uppåt i längd, kolla att VSWR förbättras samtidigt som NF bibehålls.
Jag provade med att använda hela benlängden på NE72084 som source feedback, det blir ca.3mm på source, men det gjorde ingen skillnad alls på 144MHz.

Kretskort

Vissa LNA använder en kretskorts pad, typ en manhattan pad, mellan gate och ingångskretsens induktans, mest som ett lödstöd,

På UHF ser man att den lilla padden försämrar NF rätt rejält, på 1296MHz kan man se 0.2dB högre NF. Så varför inte hålla sig kvar med en ingångskrets som hänger i luften helt enkelt.

Har försökt få fart på HEMT FET (bland annat ATF-34143) på surpluskretskort som är avsedda för 2GHz och sen gjort lite ändringar i huvudsak på biasnätverket, det är svårt att få ner bruset under 0.8dB och ofta är dessa preampar gjorda för maximal IP3, dvs. två FET i parallel via 90graders hybrider.
Men det är inte helt lätt att ändra på SOT-343 och SMD som närmar sig 0402 storlek.

Stub Match

En annan teknik är att matcha FETen men en s.k stub match på gate, en induktans till jord och ett 50ohm seriemotståns, som även de påverkar VSWR på ingångskretsen till det bättre.



Men - utan brusfaktormeter är det svårt att göra några experiment, många av de förändingar som listas ger ju delar av en dB bättre brus och man hör inte de individuella förbättringarna. Mäta = Veta

Några ultra lågbrusiga lite nyare FETar som vore kul att prova under 1GHz.

NXP MML09211H           en liten DFN 2x2mm den är för liten så man måste få den förmonterad

Triquint TQP3M6004       en QFN 4x4mm visserligen dual men hanterbar

Skyworks Sky67101         en liten DFN 2x2mm 8pinnars den är för liten så man måste få den förmonterad

Avagotec ATF38143         SOT343 helt OK att hålla på med, den är liten - men inte för liten.

Mitsubishi MGF4921AM hanterbar kapsel typ X fast mindre

NEC NE3210S01              hanterbar kapsel typ X fast mindre

Minicircuit CNA162LN+ 3x3mm går nog att hantera, som en SOT343

MwTinc MwT-LN600       sanslöst lågt brus men förklaringen är att detta är en Wafer, så lycka till med bondtrådar & kapsling ;)

MMIC - glöm surplus och titta på nytt ?

En GaAs HEMT MMIC, te.x Minicircuits PGA103+ eller PSA4-5043+ som är en SOT89 lätt att montera och kan beställas på kretskort eller som färdig preamp. På 144/432MHz ger dessa typ 0.5dB att jämföras med en surplus GaAs FET LNA som kräver en del dyra kondensatorer och lite fixande med ingångskretsen, source feedback osv. MMIC är ju 50ohm direkt, dvs. man har rätt impedans och det krävs inga yttre anpassningsnät med hög VSWR.
Just PGA103+/PSA4-5043 är specad för 50 till 4000MHz, och det kan man ju kalla bredbandigt!, så även på 1296MHz får man under 1dB brus.
MMIC med dessa data har funnits ett par år nu.

Nu finns det flera andra MMIC att välja på men även här så börjar storleken på kapseln bli besvärande liten , dvs man måste få den förmonterad på ett kort.
Avagotech MGA-635P8 är en QFN på 2x2mm, så det är svårt att löda 8st 0.25mm breda anslutningar och få kylning/jordanslutning att blir bra.
RFMD har sina SPF-5122Z/SPZ-5043Z MMIC från 100MHz till 4000MHz som ger ungefär samma data som PGA. 5122Z är även den är en liten 2x2mm medan 5043Z mer som SOT343.



Så i slutändan är det storleken som spelar roll, kan man bygga det själv så är det intressant, annars är man hänvisad till köpa färdiga kretskort. Även tillgången på surplus spelar in, har man tillgång till surplus så använder man det.

MMIC kretskort

Många av de kretskort och kit som säljs ser ut att vara gjorda av amatörer som tagit referenskoppingen ur databladet, beställt kretskorten från en standard non-microwave kretskortstillverkare.
Optionen att hitta kretskort för 2GHz är  inte helt vanligt så det är bara ett fåtal som lyckas tillhandahålla bra kretskort i sina kit. De prototypkort som tillverkaren tillhandahåller är ofta av annan kvalitet. Kretskoret är ju en del av hur brusfaktorn (losses in material) kommer att bli.

Problemet med låg kretskortskvalitet & kontroll, så kommer flera faktorer som t.ex dielektrikum, temperatur att påverka stripline, dvs. man får missanpassningar i 50ohm stripline och biaskrets som inte har rätt egenskaper.
Man får troligen köpa flera exemplar av LNA kretskort med MMIC och sen utvärdera det exemplaret som ger bästa data, dvs där FR-4 tillverkningsprocessen gett minst variationer.
Det finns FR-4 tillverkade kretskort för högfrekvens, så det är att föredra i alla läget om man vill ha lägsta brustillskott och reproducerbarhet.
T.ex kikipcb har tillval med just Rogers eller högfrekvens PCB så det gäller välja rätt tillverkare.

Low, Very or Ultra Low Noise FET / MMIC

Industrin använder gärna ord som ultra low noise när man ska ner under 1dB i brus i databladet för FET/MMIC.
Radioamatörer har ju som princip att köra på max. och det gäller även brusfaktorn. Man kan hitta prototyper och hårt optimerade preamps med Phemt'ar som indikerar 0.2dB eller lägre på brusfaktormätaren. Sånt är svårt att nå eftersom allt som man adderar förluster genom komponenter, kretskortsbanor utöver själva FET eller MMIC  - som adderas på tillverkarens datablads brustal.
Så 0.45dB på en viss PHEMT blir lätt det dubbla på ett bestyckat kretskort.

1986 

Då reparerade jag min första 144Mhz preamp, en trasig Corona GS-144 med en BF981 dual gate mosfet. Tror det var Bhiab som sålde påsar med flera BF981 och dom var ju billiga.
Data torde ha varit över 1.3dB brus och runt 20dB gain.
Även 144Mhz transeiverns första förstärkare i mottagaren dog, det var en NEC 3SK97 även det en dual gate mosfet, faktiskt har den lägre brus än BF981 men lite sämre med gain. 

144MHz LNA reparation

Nytt objekt på reparationsbordet, trasig Preamp LNA 144MHz

144Mhz preamp med MGF1301 i orginalutförandet.
Ombyggd sedan tidigare med NE72084 och ger 20dB gain vid 0.55dB NF
Har gått sönder pga problem med T/R relä, dvs. för hög VSWR gör att preamp går sänder.
Troligen borde ett separat isolationsrelä monteras.

Inneållet ser bra ut, vridkondensatorer av bra kvalitet. En78L09 stab med några avkopplingskondensatorer på in och ut0
Man har använd mycket ferriter, vilket är OK, FET svänger gärna på helt andra frekvenser och skapar problem.

FET transistorn sitter i mellanväggen och DC matas med ett SMD seriemotstånd (10ohm?)

FET transistorn fastlödd på keramiska kondingar och 22ohm till jord som sätter arbetsström.

Ut med det gamla och in med nytt!

78L09 ger 8,94Vol och sen efter seriemotståndet är det 2.7V - vilket är OK för denna typen av FET som inte ska ha mer än 3V..

Slutresultatet: +20dB gain och 0.55 - 0.63dB NF igen.
Ett bra resultat och tack vare att det är kretskortslöst gjort med luftmonterade spolar hålls förlusterna nere. IP3 är dock inte på topp med den här FETen,

144MHz preamp med NE72084

Rotade i junkboxen i veckan och hittade två gamla projekt som inte kommit till nytta på länge...
Troligen är det extra LNA som reservdel i nån NAC conteststation tidigare.

Tar med dom till labbet och kollar hur dom fungerar.
Kretsen är lite speciellt med sin lilla transformator, bias är variabel med en liten 100ohms pot.

Transistor är en NE72084 är avsett för 1-2GHz men den fungerar faktiskt bra på 144MHz och går att använda på 432MHz.

Den här använder en liten 2hålskärna och en variabel keramisk seriekonding

Den här har en liten toroid och en variabel PTFE seriekondensator.

Data kommer....

Lite om bygg och mätaktivteter med VHF/UHF lågbrusförstärkare

SM0NCL 2015-06-16

Lite om  bygg och mätaktiviteter med lågbrusförförstärkare (preamps, LNA)

Har gjort ett antal tester under ett år på olika preamps och amatörradio "band": 144, 432 och 1296MHz.

Först ut är en NE72084 som är en 1.0u recessed gate GaAs mesfet med fokus på lågbrusförstärkare.

I en hembygd 144MHz preamp med DC jordad och avstämd ingångskrets så är hittills bästa data 20dB gain och 0.52dB NF - väldigt använbar.

Dito hembygge fast på 1296MHz med serieinduktans på kretskort så är bästa data dryga 12-14dB och 1.0 - 0.9dB NF - inte helt optimalt det borde gå att nå lägre NF med en annan design än ett kretskort.

NE72084 är inte specad på 144MHz men tycks passa bra där trots att den är avsedd för 1GHz och uppåt.

Nästa en FPG750SOT89 som är en depletion mode AIGaAs pHemt med fokus på högt IP3.
I en 144MHz byggsats med kretskort men med passiv bias (ej depletion mode), med DC jordad och avstämd ingångskrets så är bästa data hittills 16dB gain och drygt 0.5dB NF.

I en 432MHz byggsats med kretskort, med passiv bias (ej depletion mode) även den med DC jordad och avstämd ingångskrets så är bästa data hittills 18dB gain och drygt 0.5dB NF.

I en 1296MHz byggsats med kretskort, med passiv bias (ej depletion mode), DC jordad (shunt) och en seriekonding på ingången så är bästa data hittills 16.1dB gain och 0.67db NF.

Sen kommer ATF54143SOT343 som är en enhancement mode pHemt med fokus på högt IP3 (+29 -> +30dBm)  och lågt brus.

I ett 432MHz hembygge med DC jordad avstämd ingång så är bästa data 16.7dB gain och 0.79dB NF. Detta hembygge är en hybrid av luftlindad och teflonkretskort, passiv bias och DC jordad source.
Databladet säger att ATF34143 typiska data är 18-20dB gain och 0.5dB NF men sen tillkommer förlusterna på ingångsmatchnätet.
Så mitt hembygge borde få 0.5 + 0.25 = 0.75dB NF redan på papper, och NF mätinstrumentet visade 0.79dB så jag är ganska nöjd med data ändå.

Så vad kan man läsa ut av dessa testerna ?

En pHemt har i databladet en specifierad brusfaktor (NF/dB) men sen tillkommer förlusterna (dB) i matchnätet på ingången till gate.

Förluster, kretskortsetsad eller luftlindad ingångsinduktans

Generellt för hembyggen ger en luftlindad induktans lägre tillskott av förluster än etsade induktanser på mulitlayer kretskort.

Om luftlindad induktans tillför 0.25dB på brusfaktorn, så ger etsad induktans kanske det dubbla.

Val av FET

Man bör också titta på den fysiska bredden på gate.

En bredare gate ger generellt lägre impedanser på VHF och på de lägre mikrovågsbanden.

Eftersom alla våra amatörradioprylar har 50ohm i alla externa interface = koaxkontakterna ;) är det avgörande att transformeringen mellan 50ohm och gaten har ett litet eller stort omsättingstal.

Ett litet omsättningstal ger lägre förluster och lägre tillskott av förluster, ett större omsättningstal ger det motsatta.

ATF34143 ser ut att vara potentiellt bra på VHF och lägre uWbanden pga. gatebredden.
En bieffekt är att en bredare gate tål mer gate current(mA).

HEMT respektive GaAs FET har olika ingångsimpedanser som dock båda minskar vid ökande frekvens.
Kör man en FET på sin tänkta arbetsfrekvens så är ingångsimpedansen ofta nära 50ohm, men radioamatörer som kör dessa FET på helt andra frekvenser får då använda sig av machnät eller välja rätt FET för arbetsfrekvens.

Många moderan HEMT är avsedda för flera GHz applikationer så det är inte helt fel att börja titta på äldre GaAs FET istället eftersom dom har stor potential på VHF och uppåt pga. sin ingångsimpedans .

Depleted eller Enhancement

För ingångsmatchnät så är det skillnaden liten mellan dessa två moder.

För biasmatningen av dessa två är det däremot skillnad.
Bias för depeletion mode drar max med drain (mA) redan vid 0V på Vgs, man använder en negativ spänning på gate för rätt bias om man vill styra ström ytterligare.

Bias för enhancement mode har DC jordade source ledare ger en ”liten läcka” vid 0volt på Vgs och en positiv spänning på gate styr Iq för optimal arbetspunkt. Man använder inte negativ spänning på gate för bias.

Komponenter

Vid en reparation av en färdigbyggd 432MHz preamp gick det att sänka NF med cirka 0.15 dB genom att byta till moderna ytmonterade keramiska kondensatorer och trimkondingar förmikrovågor.
De äldre orginalhålmonterade keramiska fasta och polytrimkondingarna har helt enkelt mycket förluster.

Spänningsregulatorer

En 432MHz preamp med ATF54143SOT343 fick en extra DC/DC regulator monterad samt avkopplingskondensatorer på in och utgång på regulatorn, i en jämförande test så blev NF 0.1dB bättre.
Väljer man en MMIC som preamp är det generellt bättre att ha en DC/DC regulator med extra DC och RF avkoppling utöver de vanliga in/utgångskondensatorerna man hittar vanligeni databladets testkoppling.
Placering av DC/DC regulator och kablar spelar stor roll, en vanlig 78nn DC/DC regulator med kablar som ligger nära FET/HEMT/MMIC ger direkt sämre NF, jag har sett skillnader över 0.2dB NF

Ovanstående resonemang är långt ifrån komplett  [eller helt korrekt :) ] när det gäller hur man väljer FET eller hur en FET fungerar beroende på hur den är tillverkad.

Vill man läsa mer och bilda sig en egen uppfattning finns en mångfald av application notes och datablad hos varje FET tillverkare.
För äldre GaAs FET finns den gamla  ”GaAs FET pre amp cookbook” som WA5VJB satt ihop, mycket bra läsning innan hembygget tar form, speciellt fokus ligger just på ingångsmatchningen.

OK - det lite av det som provats på labbbänken under en tid, där finns fler preampar och kanske kommer mer info om dessa framöver...

SM0NCL 2015-06-016