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1. 11,5 auf 23GHz LO Verdoppler, 24GHz Mischer
Die von mir an der VHF-UHF München 1988 vorgestellten Schaltungen (12 auf 24GHz Verdoppler, Mischer) wurden auf einem Print vereinigt, auf welchem auch die Spannungsversorgung in SMD Technik integriert wurde. Der Vorteil dieser Baugruppe liegt darin, dass sie auf der halben LO-Frequenz von 11,5GHz angesteuert werden kann. Der Mixer ist für Senden und Empfang geeignet. Das Modul lässt sich mit Filter, Relais und Verstärker zu einem Transverter weiter ausbauen.
Bild 1: 24 GHz Mixer
Das 11,5GHz LO Signal von min. 5mW gelangt an den GaAsFet, wo esverdoppelt wird. Die am Drain angeschlossene, auf der Eingangsfrequenz λ/4-lange Leitung, unterdrückt die 11,5GHz am Ausgang. Ihre Länge und Position beeinflusst entscheidend den Wirkungsgrad. Die exakte Länge beträgt für die Eingangsfrequenz 11,44GHz: 4,65mm. Für 432 MHz ZF, F L0= 11.88GHz: 4,48mm. Die GaAsFet-Verdoppler können bei zwei verschiedenen Arbeitspunkten betrieben werden: bei Vgs=OV oder Vgs etwa 1V unterhalb der Pinchoff-Spannung. Mit dem Poti kann Vgs auf den besten Wirkungsgrad eingestellt werden. Nach gutem Abgleich stehen auf 24GHz ca. 5mW zur Verfügung. Der nachfolgende Rat-Race Mischer hat sich mehrfach, mit guten Eigenschaften bezüglich LO Unterdrückung und Conversion Loss bewährt. Versuche, gehäuste BAT 14 zu verwenden, schlugen fehl. Auf Anhieb Erfolg bringt der Einsatz von Beam-Lead-Dioden mit max. 0,15 pf Ct (hp HSCH 5312, HSCH 5310, BAT 14-110S). Erreicht wurden 7dB Mischverlust und 20dB LO Unterdrückung. Die max. erzielbare ESB Ausgangsleistung liegt bei 1mW.
2. Aufbauhinweise
Die Leiterplatte aus PTFE (RT 5870 Er2.33 0,25 mm) ist 40x27mm gross. Bei den im Bestückungsplan eingezeichneten dicken Balken ist eine Massedurchkontaktierung aus dünner Kupferfolie erforderlich. Mit einem Skalpell wird die Leiterplatte aus ca. 2mm Länge geschlitzt, die Kupferfolie durchgestossen und beidseitig umgebogen, flach gepresst und verlötet. Der Radialstub im Mischer wird an dessen Spitze mit einem 0,1mm dünnem Draht durch kontaktiert und an Masse gelegt (im Bestückungsplan mit Punkt gekennzeichnet).
Besonders beim Fet ist eine saubere Erdung wichtig. Danach wird die Leiterplatte ins Gehäuse geklebt oder gelötet. Nach dem Bestücken und Prüfen der Spannungsversorgung wird der Fet eingelötet. Noch ein Hinweis zu den HF-Koppel-C's: für 12GHz eignen sich 0,5pf SMD Chip der Grösse von 0805. Für 24 GHz können die C's aus 0,12mm dickem RT-Duroid selbst hergestellt werden. Bevor man als Letztes die Beam-Lead-Dioden mit Silberkleber einbaut, muss die Schaltung mit Nitroverdünner, Freon o.ä. von Flussmittel-resten gereinigt und mit Pressluft ausgeblasen werden. Um Aufbautoleranzen aufzufangen und den Einsatz von verschiednen GaAsFet's zu ermöglichen, sind die Anpasselemente nicht gedruckt. Der Ab-gleich geschieht, in dem man die abgeschnittenen Fet Anschlussfahnen wie angedeutet in Länge und Position verschiebt.
Bild 2: PCB 24 GHZ Mixer
Bild 3: Component Layout 24 GHZ Mixer
3. Abgleichvorgang
- Speisespannung anlegen, Vgs auf ca. 5mA Drainstrom stellen.
- 10dBm LO Ansteuerung geben.
- Eingangsanpassung auf max. Drainstrom abstimmen.
- Ein 24192Mhz Filter vor dem Powermeter anschliessen, 10mW ZF einspeisen.
- Anpassung am Verdoppler Ausgang auf max. Ausgangsleistung abstimmen.
- LO Eingangsleistung auf 5W reduzieren, mit Vgs den optimalen Arbeitspunkt suchen. Ein- und Ausgangsanpassung des Fet's nochmals optimieren.
- Zum Schluss wird die ZF-Anpassung auf kleinstes VSWR optimiert.
4. Bauelemente
| C1 | 0,5pf SMD Keramikkond. 0805 |
| C2, C4, C6, C9, C10, C11, C13, C16 | SMD Keramikkond. Grösse 0805 |
| C5, C8, C12 | SMD Tantal Kondensatoren 2,8 x 3,4mm. |
| C14, C15 | optimieren auf gutes ZF-VSWR |
| L1 | TDK SMD Ferritperle oder 10 wird Grösse 0805 |
| R1, R3, R5 | SMD Widerstände Grösse 0805 |
| R1 | Potmeter SMD 8 EVM-7YS Panasonic |
| IC | ICL 7660 CBA, MC78L05ACD in S08 Gehäuse |
| 5310, 5312, BAT 14-110S Dioden Beam-Lead HSCH |
47 GHz harmonischer Mischer
Bild 4: 47 GHZ Subharmonie Mixer
Diese Baugruppe basiert auf dem beschriebenen 24GHz VerdopplerMischer Modul mit dem Unterschied, dass der Mischer durch ein Oberwellenmischer ersetzt wurde. Diese Schaltung ist mit 0,1mW Ausgangsleistung und 15dB Umsetzverlust sicher nicht optimal, aber für die ersten Versuche gut geeignet. Als beste Lösung scheint mir das 23GHz LO Signal auf 100mW zu verstärken und anschliessend zu verdopplen. Das ergibt ca. 8mW, was ausreicht um ein Rat-Race Mixer anzusteuern. Die ersten Versuche in dieser Richtung waren erfolgsversprechend.
6. Aufbau und Abgleich
Wie in der Einleitung gesagt, entspricht der Fet-Verdoppler in Aufbau und Abgleich dem des 24GHz Moduls. Die PTFE Leiterplatte hat die die gleichen Abmessungen 40x27mm (RT 5870 Er 2,33 0,25mm). Der Mischer benötigt zwei antiparallel geschaltete Beam-LeadDioden mit möglichst kleiner Kapazität, kleiner 0,lpf (HSCH 5310 oder GaAs Beam-Lead-Diode HSCH 9101 C max. 0,05pf). Der HF- Ausgang lässt sich mit einem Stück UT85 SR-Kabel (ohne Mantel) als Koax-Hohlleiterübergang realisieren. Natürlich eignen sich auch Koaxstecker, jedoch ist auf eine Impedanz gerechte Konstruktion des überganges Stecker-Gehäusewand- Streifenleitung zu achten. Als Stecker eignen sich RPC65 CS, SSMA, K-Stecker, 2,4mm Stecker, V-Stecker.
Auch bei diesem Modul wird vor dem Einbau der Beam-Lead-Dioden die Schaltung gereinigt.
Als Abgleichinstrument ist als Folge der vielen verschiedenen vorhandenen Frequenzen wegen, ein Powermeter ungeeignet. Hier hilft nur ein Spektrumanalyzer. Zum Abgleich wird 10mW LO und lmW ZF Leistung eingespiesen. Nun wird die Anpassung mit Stub's auf max. Nutzsignal bei 47,088GHz optimiert. Zuerst der Verdoppler abstimmen und erst danach den Mischer anpassen! Zuletzt wird noch das ZF-seitige VSWR verbessert.
HB9MIN, Erich Zimmermann.