Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.

--- projekte:3cmtrv:start [2016/09/06 19:52] – thasti
+++ projekte:3cmtrv:start [2018/06/13 09:16] (aktuell) – [LO auf 1656 MHz] yc
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   * Transverter (Mischer, Verstärkung, Filterung)
   * 1656 MHz PLL-LO mit 10MHz-Referenzeingang
-  * LO-Multiplier auf 9936 MHz
+  * LO-Multiplier x6 auf 9936 MHz
   * Endstufenmodul für ~1W Ausgangsleistung
   * HF-Umschaltung (Koax-Relais)
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 ^ Baugruppe ^ Zustand ^ Bemerkung ^
 | Transverter-PCB | Fertig | Dokumentation s.u. |
-| 10MHz-Referenz mit 1656 MHz-LO | Fertig | Dokumentation s.u. |
+| 10MHz-Referenz mit 1656 MHz-LO | Fertig, Version 2 | Dokumentation s.u. |
 | LO-Vervielfacher | Fertig | Dokumentation s.u. |
 | 1W-PA | Fertig | Prototyp aufgebaut |
-| Sequencer | Fertig | Dokumentation s.u. |
+| Sequencer | Fertig, Version 2 | Dokumentation s.u. |
 | ZF-Umschaltung | Fertig | Dokumentation s.u. |
 | Mechanik | in Umsetzung | Baugruppen auf Grundplatte montiert und verdrahtet, s.u. |
 Ein Pegelplan zur Planung und zur Berechnung der Gesamtrauschzahl wurde erstellt: {{:projekte:3cmtrv:pegelplan.xlsx|}}
+Außerdem wurde ein Powerbudget erstellt, was während der Entwicklung weiter vervollständigt wurde: {{ :projekte:3cmtrv:powerbudget_transverter.ods |}}
 ===== Mechanische Ausführung =====
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 ===== Transverterbaugruppe =====
-Das Kernstück des Transverters bilden die [[http://www.vk3xdk.net46.net/1_6_10Ghz-3cm-Transverter.html|3cm-Tansverter-Leiterplatten von VK3XDK]].
+Das Kernstück des Transverters bilden die [[https://web.archive.org/web/20160926054715/http://www.vk3xdk.net46.net:80/1_6_10Ghz-3cm-Transverter.html|3cm-Tansverter-Leiterplatten von VK3XDK]].
 Die drei Transverterleiterplatten wurden modifiziert, um die leicht danebenliegenden Filter nachzustimmen. Der Abgleich erfolgte durch Cut-and-Try, leider gibt es kein "Patentrezept". Die von VK3XDK vorgeschlagene Methode (einen V-Keil in beide Ränder der Microstip-Elemente schneiden) hat sich am besten bewährt und wurde bei PCB 2 und 3 durchgeführt..
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       * Spiegelfrequenzunterdrückung war nicht messbar, da RX-Input mangels 10 GHz-Generator aus dem TX-Output gespeist wurde
-===== LO =====
+===== LO auf 1656 MHz =====
-An eine 10 MHz-Referenz wird ein 1656 MHz-Oszillator (Pout = 0-3 dBm) mittels PLL angebunden. Die 10 MHz-Referenz dafür ist ein OCXO Trimble 65256, der eine mehr als ausreichend stabile Referenzfrequenz zur Vefügung stellt.
+An eine 10 MHz-Referenz wird ein 1656 MHz-Oszillator (Pout = 3 dBm) mittels PLL angebunden. Die 10 MHz-Referenz dafür ist ein doppelt geheizter OCXO (Trimble 65256), der eine mehr als ausreichend stabile Referenz zur Verfügung stellt.
-Zu Anfang stand die Hypothese im Raum, dass die notwendige Frequenzgenauigkeit nur durch eine GPS-Anbindung erreicht werden kann. Die zu diesem Zweck entwickelte GPS-Referenz wird [[projekte:gpsdo:start|hier]] beschrieben. Im praktischen Einsatz stellte sich jedoch heraus, dass die GPS-Stabilisierung garnicht notwendig ist, weil der Trimble-Ofen schon eine enorm hohe Stabilität und Wiederholgenauigkeit bereitstellt, eine einmalige Kalibrierung am heimischen GPS-Normal ist vollkommen ausreichend und auf der Leiterplatte mit einem Potentiometer zu bewerkstelligen. Zum anderen müsste hoher Aufwand (thermische Isolierung, Kapselung...) getrieben werden, um die Kurzzeitstabilität des Systems nicht vom "schlechten" TCXO im GPS-Modul abhängig zu machen. Dazu kommt, dass durch den Digitalteil Spuriosi im Ausgangssignal auftreten, die einer sehr aufwendigen Filterung auf den Spannungsversorgungen bedürfen. Diese Erfahrungen festigten das Konzept dahingehend, dass auf die GPS-Stabilisierung zum Schluss verzichtet wurde und trotzdem nicht mit nennenswerten Frequezabweichungen im Feld zu rechnen ist.
+Zur Entwicklung: Zu Anfang stand die Hypothese im Raum, dass die notwendige Frequenzgenauigkeit nur durch eine GPS-Anbindung erreicht werden kann. Die zu diesem Zweck entwickelte GPS-Referenz wird [[projekte:gpsdo:start|hier]] beschrieben.
+Im praktischen Einsatz stellte sich jedoch heraus, dass die GPS-Stabilisierung gar nicht notwendig ist, weil sich mit dem OCXO allein bereits eine enorm hohe Stabilität und Wiederholgenauigkeit über den gesamten Einsatztemperaturbereich einstellt (im Sinne von: <10 Hz Drift auf 10 GHz). Eine einmalige Kalibrierung am heimischen GPS-Normal (oder einer Bake) ist vollständig ausreichend und auf der Leiterplatte mit einem Potentiometer zu bewerkstelligen.
-Weitere Erfahrungen zeigten, dass der VCO auf 1656 MHz eine gute Anpassung am Ausgang benötigt, um zuverlässig mit der PLL zu arbeiten. Aus diesem Grund wurde ein 6dB-Pad am Ausgang realisiert und ein Zwischenverstärker mit AG604 (Gain ~17 dB) realisiert. Um passende Pegelverhältnisse für den folgenden Vervielfacher herzustellen, ist auch nach dem Verstärker ein 6db-Pad vorgesehen. Durch die Verstärkung dieser Anordnung hat man noch etwas Ansteuerreserve am LO-Vervielfacher für eventuelle Schwankung der Ausgangsleistung über den Betriebsspannungsbereich.
+Zum anderen müsste hoher Aufwand (thermische Isolierung, Kapselung...) getrieben werden, um die Kurzzeitstabilität des Systems nicht vom "schlechten" TCXO im GPS-Modul abhängig zu machen, das als Referenz für die GPS-PLL dienen würde. Dazu kommt, dass durch den Digitalteil Spuriosi im Ausgangssignal auftreten, die eine aufwendige Filterung/Schirmung nötig machen.
+Ein weiterer kritischer Faktor ist die Anpassung des VCO-Ausgangs im gesamten Abstimmbereich, um zuverlässig mit der PLL zu arbeiten. Außerdem war etwas mehr Pegel zur sicheren Ansteuerung des LO-Vervielfachers wünschenswert. Aus diesem Grund wurde ein 6dB-Dämpfungsglied und ein Zwischenverstärker mit AG604 (Gain ~17 dB) am VCO-Ausgang eingeplant. Um passende Pegelverhältnisse für den folgenden Vervielfacher herzustellen, ist nach dem Verstärker ein 6db-Pad vorgesehen. Durch diese Ausführung sieht der VCO und die nachfolgende Stufe ausreichend gute Anpassung und es ist Pegelreserve hinsichtlich temperatur- und spannungsbedingten Schwankungen vorhanden.
 Die entstandene Hardware:
-  * Schaltplan {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo.sch |Eagle}}, {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo_scm.pdf |PDF}}
+  * **Version 2**
-  * Layout {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo.brd |Eagle}}, {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo_brd.pdf |PDF}}
+    * Schaltplan V2 - {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo_v2.sch |Eagle}}, {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo_v2_schematic.pdf |PDF}}
+    * Layout V2 - {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo_v2.brd |Eagle}}, {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo_v2_layout.pdf |PDF}}
+    * Software V2 - {{ :projekte:3cmtrv:lo.zip |}}
+    * Changelog zu V2:
+      * Spannungsversorgungskonzept (ADP151 aus 5V, 7808 neu, Abblockung aller Rails)
+      * GPS entfernt und durch Referenzspannungsquelle und Poti ersetzt
+    * Phasenrauschen des 1655 MHz-Signals: {{:projekte:3cmtrv:fsv_1g6_lo.png?linkonly|11 kHz Schleifenfilterbandbreite}} {{:projekte:3cmtrv:fsv_1g6_lo_wide.png?linkonly|Nebenwellen}}
+  * **Version 1**
+    * Schaltplan - {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo.sch |Eagle}}, {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo_scm.pdf |PDF}}
+    * Layout - {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo.brd |Eagle}}, {{ :projekte:3cmtrv:trv_lo_brd.pdf |PDF}}
   * Phasenrauschen des 1656 MHz-Signals: {{:projekte:gpsdo:1g6-vco_freerun.png?linkonly|VCO freilaufend}}, {{:projekte:gpsdo:1g6-vco_locked_10khz_33500b.png?linkonly|VCO PLL-gerastet, 10kHz Schleifenbandbreite}}
 ===== LO-Vervielfacher =====
-Auch der Vervielfacher stammt [[http://www.vk3xdk.net46.net/1_16_10-Multiplier.html|aus der Feder von VK3XDK]] und erzeugt aus den 1656 MHz des LOs die Mischeransteuerung auf 9936 MHz.
+Auch der Vervielfacher stammt [[https://web.archive.org/web/20160926054405/http://www.vk3xdk.net46.net:80/1_16_10-Multiplier.html|aus der Feder von VK3XDK]] und erzeugt aus den 1656 MHz des LOs die Mischeransteuerung auf 9936 MHz.
 Der Vervielfacher wurde nach Aufbaubeschreibung aufgebaut und liefert die angegebene Ausgangsleistung (8-10 dBm) bei 0-3 dBm Ansteuerleistung. Die Anpassung am LO-Ausgang ist kritisch für das Erreichen der vollen Ausgangsleistung. Das Vervielfacher-Passband ist sehr genau getroffen. Eine LO-Frequenz von 1242 MHz statt 1656 MHz liefert bei der gleichen Ansteuerleistung etwa 10 dB weniger Leistung auf 9936 MHz.
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 ===== Sequencer =====
 Zur RX/TX-Umschaltung der Einzelkomponenten wurde ein Sequencer entwickelt, herausgekommen ist eine Leiterplatte:
-  * Schaltplan - {{:projekte:3cmtrv:sequencer.sch|Eagle}}, {{:projekte:3cmtrv:sequencer_schematic.pdf|PDF}}
-  * Layout - {{:projekte:3cmtrv:sequencer.brd|Eagle}}, {{:projekte:3cmtrv:sequencer_layout.pdf|PDF}}
+  * **Version 2**
-  * Errata
+    * Schaltplan - {{:projekte:3cmtrv:sequencer_v2.sch|Eagle}}, {{:projekte:3cmtrv:sequencer_schematic_v2.pdf|PDF}}
-    * Ungeroutete Leiterbahn am 3V3-Regler (behoben mit CuL-Draht)
+    * Layout - {{:projekte:3cmtrv:sequencer_v2.brd|Eagle}}, {{:projekte:3cmtrv:sequencer_layout_v2.pdf|PDF}}
-    * Footprint für Klemmleiste falsch (viel zu klein)
+    * Software - {{ :projekte:3cmtrv:sequencer_v2.zip |ZIP}}
-    * 7808 stattLM317, da Kühlfahne mit an Masse kann, Verlustleistung dort ist kritisch
+    * Changelog V2
-    * Schutzdioden an den Relaiskontakten sind nicht vorgesehen
+      * Ungeroutete Leiterbahn am 3V3-Regler gezogen
-  * Software: {{ :projekte:3cmtrv:sequencer.zip |ZIP}}
+      * Footprint für Klemmleiste korrigiert (war viel zu klein)
+      * 7808 statt LM317, da Kühlfahne mit an Masse kann, Verlustleistung dort ist kritisch
+      * Schutzdioden an den Relaiskontakten vorgesehen
+      * BTS4140 durch P-FET ersetzt
+  * **Version 1**
+    * Schaltplan - {{:projekte:3cmtrv:sequencer.sch|Eagle}}, {{:projekte:3cmtrv:sequencer_schematic.pdf|PDF}}
+    * Layout - {{:projekte:3cmtrv:sequencer.brd|Eagle}}, {{:projekte:3cmtrv:sequencer_layout.pdf|PDF}}
+    * Software - {{ :projekte:3cmtrv:sequencer.zip |ZIP}}
 <hidden Software-Ablaufbeschreibung>
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 Auf Grundlage eines breitbandigen PA-Modul für 6..10GHz ([[http://f6bva.pagesperso-orange.fr/Technique/RFMA7185-S1/RFMA7185-2W(05-19-08).pdf|RFMA7185-S1]]) würde eine Endstufe für den Transverter gebaut.
-Das Endstufenmodul braucht eine -5V Gatespannung und 8..10V Drainspannung, das Sequencing (zuerst Gatespannung anlegen, dann Drainspannung) ist zu beachten.
+Das Endstufenmodul braucht eine -5V Gatespannung und 8..10V Drainspannung, das Sequencing (zuerst Gatespannung anlegen, dann Drainspannung) ist zu beachten - Plot der {{:projekte:3cmtrv:sequencing_10ghz_pa.png?linkonly|Einschaltreihenfolge}} (grün negative Gatespannung, blau Drainspannung).
-dBm am Eingang führen zu 30dBm am Ausgang, somit direkt kompatibel zum Transverter. Für den Betrieb wird ein Kühlkörper benötigt, da 10W Verlustleistung entstehen. Zudem sinkt die Verstärkung bei erhöhter Betriebstemperatur. Betrieb mit Kühlkörper sorgt für Gehäusetemperaturen < 40°C nach 10min Dauerbetrieb.
+Das Modul erreicht nach Abgleich auf 10 GHz eine Sättigungsleistung von etwas unter 1 Watt. Eine Verstärkung von etwas mehr als 20 dB kann erreicht werden. Nach längerer Erwärmung geht der Gain um 1-2 dB zurück. Für den Betrieb wird ein Kühlkörper benötigt, da 10W Verlustleistung entstehen. Zudem sinkt die Verstärkung bei erhöhter Betriebstemperatur. Betrieb mit Kühlkörper sorgt für Gehäusetemperaturen < 40°C nach 10min Dauerbetrieb.
-Plot der {{:projekte:3cmtrv:sequencing_10ghz_pa.png?linkonly|Einschaltreihenfolge}} (grün negative Gatespannung, blau Drainspannung)
 Die 50Ohm-Leitungen an Ein- und Ausgang sind mittels RO4003-Laminat (0.5mm) realisiert. Die Spannungsversorgung ist auf zweiseitigen FR4-Material geätzt. Die Rückseite dient als Groundplane.