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projekte:3cmcompacttrv:start

10GHz-Kompakttransverter

Auf Grundlage eines 10.5 GHz Transvertermoduls von Cambridge Broadband Networks soll ein kompakter Transverter für das 3 cm Amateurfunkband entstehen.

Analyse

Da keine oder nur teils fehlerhafte Dokumentation für das Modul vorhanden ist, wird es komplett analysiert. Die Baugruppe besteht aus zwei Platinen:

  • IF/LO-Board: generiert alle nötigen Oszillatorsignale und konvertiert die im Bereich von 2.5..2.9 GHz liegende Zwischenfrequenzsignale auf niedrigere Frequenzen
  • RF-Board: vervielfacht den Lokaloszillator und beinhaltet mit LNA und PA alle 10 GHz-Bauteile.

IF/LO-Board

Das IF/LO-Board ist in mehrere Quadrate unterteilt, die jeweils eine Funktionseinheit bilden. Am oberen Platinenrand befinden sich zwei Steckverbinder für die Empfangs- (J3) und Sendeseite(J5).

Alle Logiksignale sind mit Bustreibern (74VHCT541) gepuffert. Ein 3V-Regler(LM29415) versorgt den Empfangspfad und Teile des Sendepfads.

Steckverbinder

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J3(RX):

PinDescription PinDescription
1 2
3 GND 4 GND
5 REF 6 REF
7 GND 8 GND
9 IF 10 IF
11 GND 12 GND
13 GND 14 GND
15 16 GND
17 SCK ADF4252B/SCK EEPROM 18 SDI ADF4252B/SDI EEPROM
19 GND 20 LE ADF4252B
21 CS EEPROM 22 GND
23 GND 24 RF Switch(U45A6)
25 GND 26 AD8370 CLK
27 AD8370 DAT 28 GND
29 AD8370 LE 30 1st IF Pad V1 (U45A7)
31 GND 32 TRV RX enable (U45A4)
33 1st IF Pad V2 (U45A5) 34 GND
35 RX PAD(U45A8) 36
37 SDO EEPROM 38 MUXOUT(RX)
39 GND 40 GND
41 GND 42 VTemp
43 GND 44 GND
45 VIN 46 VIN
47 GND 48 GND
49 50

Alle Pad-Signale sind für minimale Dämpfung auf High zu schalten. Das Signal 'RF-Switch' steuert zwei Schalter um ZF-Filter umzuschalten.

J5(TX):

PinDescription PinDescription
1 2
3 GND 4 GND
5 REF 6 REF
7 GND 8 GND
9 QP 10 QN
11 GND 12 GND
13 IP 14 IN
15 GND 16 GND
17 ADF SCK (U37A1) 18 ADF DAT (U37A2)
19 GND 20 4106 LE (U37A3)
21 22 GND
23 TRV ON/OFF 24 I/Q-Mod enable (U36A2)
25 GND 26 1dB Pad (U36A4)
27 2dB Pad (U36A5) 28 GND
29 8dB Pad (U36A7) 30 16dB Pad (U36A8)
31 32 31dB Pad (U36A1)
33 4dB Pad (U36A6) 34 GND
35 36 4360 LE (U37A4)
37 38 MUXOUT TX
39 TRV TX enable 40 TRV TX enable
41 42 TRV Temp
43 GND 44 GND
45 +8V 46 +8V
47 GND 48 GND
49 V- 50 V+

J6(TRV):

PinDescription PinDescription
1 V- 2 V+
3 GND 4 GND
5 +8V 6 +8V
7 GND 8 GND
9 TRV ON/OFF 10 TRV RX enable
11 TRV Temp 12 TRV TX enable
13 GND 14
15 DI EEPROM 16 SCK EEPROM
17 CS EEPROM 18
19 TRV TX enable 20

Oszillatoraufbereitung

Das RFLO-Signal für den TX-Modulator und den 10GHz-Teil wird mit einer Offset-PLL generiert. Mit einer integrierten VCO/PLL-Kombination und anschließendem /8-Teiler kann ein Signal im Bereich von ca. 256 MHz bis 306 MHz generiert werden. Dieses wird mit dem VCO-Signal gemischt und anschliessend bandpassgefiltert. Das so entstandene Zwischensignal dient als Rückkopplungssignal für die Hautp-PLL. Die VCO-Frequenz ergibt sich dann zu $f_{out} = f_{offset}+f_{main}$ mit $f_{main}=2250 .. 2270 MHz$ und $f_{offset}=256 .. 306 MHz$.

  • VCO/PLL: ADF4360-1
  • Teiler: HMC434
  • PLL: ADF4106
  • VCO: UMC UMV-2550-R16-G

Die beiden MUXOUT-Signale der PLLs sind und-verknüpft per 'MUXOUT TX'-Signal zur Lock-Detektion verfügbar.

Sendezweig

Der Sender basiert auf einem HMC495 als Quadraturmodulator, dessen ifferentiellen I/Q-Signale werden mit ca. 12 MHz Grenzfrequenz tiefpassgefiltert werden. Der Modulator-Oszillator ist der RF LO, somit ergibt sich die Sende-Frequenz immer zur vierfachen LO-Frequenz. Das Ausgangssignal durchläuft im nächsten Quadrat eine Kombination aus Verstärkern und einstellbaren Dämpfungsgliedern (PGA) zur Einstellung des ZF-Pegels. Danach wird es noch bandpassgefiltert und ist dann an der MMCX-Buchse verfügbar. Durch den Bandpass ist eine ZF-Frequenz im Bereich zwischen 2510 MHz und 2590 MHz möglich.

Die Versorgungsspannung des Modulators und des PGAs, als auch die Dämpfungsglieder sind schaltbar.

Empfangszweig

Das Eingangssignal wird verstärkt, bandpassgefiltert, einstellbar gedämpft(PGA) und auf eine zweite Zwischenfrequenz konvertiert. Dies geschieht ein zweites Mal und die dritte Zwischenfrequenz durchläuft zusätzlich verschiedene einstellbare Verstärkerstufen und ist als differentielles 'IF'-Signal verfügbar.

  • 1. ZF: 2886 bis 2946 MHz
  • 2. ZF: 319 bis 334 MHz
  • 3. ZF: 70 MHz

RF-Board

Steckverbinder J2:

PinDescription PinDescription
1 V- 2 V+
3 GND 4 GND
5 +8V 6 +8V
7 GND 8 GND
9 TRV ON/OFF 10 First Stage LNA enable
11 TRV Temp 12 PA Driver Enable
13 Second Stage LNA enable 14
15 DI EEPROM 16 SCK EEPROM
17 CS EEPROM 18
19 TX Gain Block enable 20

Verwendung im 3cm-Band

Das SSB-Aktivitätszentrum im 3cm-Band ist im Bereich von 10368 bis 10369 MHz. Durch die Beschränkungen der verwendeten Bauteile kommt nur eine TRX-seitige Zwischenfrequenz von 50 MHz in Frage.

Frequenzplan

  • TRX ZF 50 .. 51 MHz
  • RF 10368 .. 10369 MHz
  • TX:
    • ZF 2579.5 + 50..51 = 2629.5..2630.5 MHz
    • RF LO 2579.5*3 = 7738.5 MHz
      • Main LO PLL 2260 MHz
      • Offset LO PLL 2556 MHz
  • RX:
    • 1. ZF 2886..2887 MHz
    • RF LO 2494*3 = 7482 MHz
      • Main LO PLL 2260 MHz
      • Offset LO PLL 1872 MHz
    • 2. ZF 320..321 MHz
    • 2. LO 2566 MHz
    • 3. ZF 50..51 MHz
    • 3. LO 270 MHz

Modifikationenen

RX

Für die angestrebte Zwischenfrequenz muss das 3. ZF-Filter ersetzt werden. Als ZF-Filter wird ein Tiefpass 3. Ordnung verwendet, da später das schmalbandige Eingangsfilter des Transceivers folgt für weitere Selektion.

TX

Der TX-Modulator wird als Image Reject-Mixer konfiguriert. Der I/Q-Modulator hat differentielle I/Q-Eingänge. Vor den I/Q-Eingängen gibt es ein differentielles Filter, das mit einen 60 MHz Tiefpass ersetzt wurde. Die Eingänge benötigen eine DC-Beschaltung für den Arbeitspunkt(470 Ohm gegen Masse) und zur Trägerkompensation (10 kOhm Poti zwischen den differentiellen Signalen und Masse) sowie ein Quadraturhybrid um den I/Q-Modulator als Upconverter zu benutzen. Dafür wird vor den I/Q-Modulator ein LC-Balun und LC-Hybrid für $f_0=50 MHz$ geschalten. Für den LC-Hybrid gilt: $L = \frac{Z_0}{2 \pi \cdot f_0}; C = \frac{1}{Z_0 \cdot 2 \pi \cdot f_0}$.

Der LC-Balun transformiert von einem unsymmetrischen Signal($Z_{unbal}$) in ein symmetrisches Signal($Z_{bal}$). Es gilt: $Z_c = \sqrt{Z_{bal} \cdot Z_{unbal}}; \omega = 2 \pi \cdot f_0; L = \frac{Z_c}{\omega}; C = \frac{1}{\omega \cdot Z_c}$.

R2 und C10 dienen zur Amplituden- und Phasenkorrektur für maximale Seitenbandunterdrückung. Am Prototypen wurden mit dieser Beschaltung 50 dB Unterdrückung erreicht.

Die nötige ZF von 2630 MHz ist mit dem eingebauten leider nicht realisierbar, deswegen muss die Filterung extern erfolgen, da kein passender Ersatz gefunden werden konnte. Ein Pipecap-Filter mit 28 mm Pipecap unterdrückt alle Seitenbandsignale effektiv auf weniger als -60 dBc.

RF

Der 48 V-DC/DC-Wandler wird ausgelötet um die nötigen 7V extern zuzuführen.

Prototyp

Mit den erlangten Wissen aus der Analyse und den notwendigen Modifikationen für die Verwendung im 3 cm-Band ist ein Kompakttransverter als Prototyp entstanden.

Dazu wurden folgende Bauteile hinzugefügt:

  • TX-ZF-Platine mit Hybridkoppler und Balun
  • RX/TX-Referenzplatine zur Verteilung der 10 MHz-Referenz
  • MCU-Board für PLL-Programmierung und Sequencing
  • Adapterplatinen für Signalrouting
  • Stromversorgung aus einem LM2596-Modul gefolgt von zwei Linearreglern(LT3080/LT3083) für 6.5V und 7V
  • ZF-Umschaltung mit Relais und Dämpfungsglied im TX-Zweig
  • 10 GHz-Umschaltrelais

projekte/3cmcompacttrv/start.txt · Zuletzt geändert: 2021/09/16 21:10 von yc