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projekte:xconv:start

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.

Anforderungsanalyse

  • 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

Blockschaltbild

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

Kosten

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

  • PCB: 57€ pro Leiterplatte (50€ inkl. Überlieferung)
  • Bauteile: 60€ pro Leiterplatte (ohne SMA)
  • Gehäuse: 9,70€ pro Leiterplatte
  • Gehäuse-Bearbeitung?

8.4 GHz-LNA (Frontend)

Simulationsergebnisse aus ADS:

PCB

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)

Inbetriebnahme / Messungen

  • 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)

Gehäuse

  • Solidworks Design-Files: TODO *
  • Zeichungen

projekte/xconv/start.txt · Zuletzt geändert: 2018/07/31 09:35 von thasti