X-Band Low Noise Converter

Projektziel ist, einen X-Band-Empfangskonverter zu realieren. Dieser sollte als eigenständige Einheit funktionieren können und neben guter Empfangsperformance vor allem das Ziel der Nachbausicherheit erfüllen.

Als Anwendungsgebiete kommen der Empfang von Satelliten-Downlinks (v.a. Erdbeobachtungssatelliten) und der Nachweis von Deep-Space-Missionen in Betracht. Während erstere Anwendung vor allem Anforderungen an Phasenrauschen und Linearität stellt, erfordert letztere vor allem eine geringe Rauschzahl.

• Frequenzbereich: 8.0 - 8.5 GHz
• ZF-Bereich: 1.0 - 1.5 GHz (kompatibel mit günstigen SDR-Lösungen, Sat-Empfängern, etc.)
• Rauschzahl: <1 dB
• Stromversorgung: 11-15V via ZF-Ausgang
• LO-Stabilität durch 10 MHz-Eingang bestimmt
• Phasenrauschen: Vergleichbar mit Ku-Band-PLL-LNB (TBD)
• Spiegelfrequenzunterdrückung: >40 dB (TBD)
• Alle Bauteile RND und bei Mouser erhältlich

LNA - LNA - BP-Filter - LNA - Mixer - Amp - LP-Filter - Bias-Tee - IF Output
                                |
                                ----- Synthesizer - 10 MHz Input

Preiskalkulation für Bestellungen von 5 Stück. Preise inkl. MwSt.

• PCB: 57€ pro Leiterplatte (50€ inkl. Überlieferung)
  • Angebot LeitOn: leiton-angebot.pdf
• Bauteile: 60€ pro Leiterplatte (ohne SMA)
• Gehäuse: 9,70€ pro Leiterplatte
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Simulationsergebnisse aus ADS:

• Breitbandperformance
• Passbandperformance

Elektronikdesign

• Fertigung auf 0,51mm RO4003C
• Schaltplan: Eagle PDF
• Layout: Eagle, Gerber
  • (Gerber-Translation für ADS-Layout: X=112, Y=-56,2)
• ADS-Files: TODO
• Digikey-Warenkorb: XLS
  • Es fehlen: 3x10pF 0402, 1x10R 0402, 2x33R 0402
  • enthält noch nicht die Anpassungen aus der Errata

Errata

• Absorptive Resonanz im Nutzband des Bias-Tees
  • C55 von 10 nF auf 100 pF ändern
  • C14 nicht bestücken
• Vorwiderstand für Lock-Detect-LED zu klein
  • R13 von 100 Ohm auf 1 kOhm vergrößern
• Fehlender DC-Pfad für Referenzdetektor
  • C61 (100 nF) durch 0 Ohm-Widerstand ersetzen
• ungerouteter Leiterzug zu VCO-Versorgungsspannung
  • Draht von C23 zu C24 ziehen
• MIC5209 schwingt auf 10 kHz wegen zu niedrigem ESR des Ausgangskondensators
  • C54 (2u2 Kerko) durch 10u Tantal-Kondensator ersetzen
• Sinus-zu-Rechteck-Wandlung mit Komparator produziert zu viel Phasenrauschen
  • U9 (ADCMP600) durch PL133-37 ersetzen
    • von PL133-37 Pin 6 entfernen, Pin 5 auf Pad 6 routen
  • R17, R25, C63, C62 nicht bestücken
  • C43, R26 durch 0 Ohm-Widerstand ersetzen
  • R18, R19 durch (Shottky)-Dioden ersetzen (R18 Anode an GND, R19 Kathode an Vcc)

• Messung ZF-Leitung
  • Insertion loss < 0.4 dB
  • Bestückungsänderung von 10pF||100nF zu 100pF erforderlich, siehe Bias Tee
  • Bias-Tee-Stub ist etwas zu kurz (Mittenfrequenz etwa 1.45 GHz statt 1.25 GHz)

• Messung komplette ZF-Strecke
  • Gain > 30 dB
  • Bis 20 dBm Output noch keine Kompression messbar

• Messung LNA + Filterung
  • Arbeitspunkte an allen Transistoren stimmig
    • 2 V an den Drains, 10 mA Strom
    • -0.3 bis -0.4 V an Gates

• Bestückung & Messung LO
  • PLL erzeugt 4 dBm am Mixer-Port, genug Marge für spezifizierte LO-Power am Mixer
  • Stromverbrauch 110 mA
  • Schwingender MIC5209-5.0 erzeugte Spurs, Tantal-Elko am Ausgang notwendig (siehe Errata)
  • Phasenrauschen mit interner Referenz Datenblattkonform
    • Messung siehe hier
  • Phasenrauschen mit externer Referenz 10-15 dB erhöht - Ursache ist der Random Jitter des ADCMP600
    • Ersetzt durch PL133-37, siehe Errata

• Bestückung & Messung Mixer
  • HF-Input → Mixer-Output
  • Conversion Loss (Passband, LNA-Gain herausrechnen)

• Bestückung & Messung ZF
  • HF-Input → IF-Output
  • IF-Gain (Passband, LNA-Gain und Mixer Conversion Loss herausrechnen
  • Gesamtperformance (Gain, NF)

• Solidworks Design-Files: TODO *
• Zeichungen
  • Gehäusekörper: PDF, STEP
  • Deckel: PDF, STEP