Tässä artikkelissa kuvataan RF-muuntimen suunnittelu sekä lohkokaaviot, jotka kuvaavat RF-ylös- ja alasmuuntimen suunnittelua. Artikkelissa mainitaan tässä C-kaistan taajuusmuuntimessa käytetyt taajuuskomponentit. Suunnittelu on toteutettu mikroliuskalevyllä käyttäen erillisiä RF-komponentteja, kuten RF-sekoittimia, paikallisoskillaattoreita, MMIC-piirejä, syntetisaattoreita, OCXO-referenssioskillaattoreita, vaimennintyynyjä jne.
RF-ylösmuuntimen suunnittelu
RF-taajuusmuuntimella tarkoitetaan taajuuden muuntamista yhdestä arvosta toiseen. Laitetta, joka muuntaa taajuuden pienestä arvosta suureen arvoon, kutsutaan ylösmuuntimeksi. Koska se toimii radiotaajuuksilla, sitä kutsutaan RF-ylösmuuntimeksi. Tämä RF-ylösmuunninmoduuli muuntaa noin 52–88 MHz:n välitaajuuden noin 5925–6425 GHz:n RF-taajuudelle. Siksi sitä kutsutaan C-kaistan ylösmuuntimeksi. Sitä käytetään osana satelliittiviestintäsovelluksissa käytettävää VSAT-radiolähetin-vastaanotinta.
Kuva 1: RF-ylösmuuntimen lohkokaavio
Katsotaanpa RF Up -muuntimen osan suunnittelua vaiheittaisen oppaan avulla.
Vaihe 1: Ota selvää yleisesti saatavilla olevista miksereistä, paikallisoskillaattorista, MMIC-piireistä, syntetisaattorista, OCXO-referenssioskillaattorista ja vaimennintyynyistä.
Vaihe 2: Laske tehotaso eri vaiheissa, erityisesti MMIC-piirien tulossa, siten, että se ei ylitä laitteen 1 dB:n pakkauspistettä.
Vaihe 3: Suunnittele ja käytä asianmukaisia mikroliuskapohjaisia suodattimia eri vaiheissa suodattaaksesi pois ei-toivotut taajuudet mikserien jälkeen sen perusteella, minkä osan taajuusalueesta haluat läpäistä.
Vaihe 4: Tee simulaatio käyttämällä Microwave Office- tai Agilent HP EEsof -laitteita ja oikeita johdinleveyksiä piirilevyn eri kohdissa valitun dielektrisen materiaalin ja RF-kantoaaltotaajuuden vaatimusten mukaisesti. Muista käyttää suojamateriaalia kotelointina simulaation aikana. Tarkista S-parametrit.
Vaihe 5: Hanki piirilevy ja juota ostetut komponentit ja juota ne.
Kuten kuvan 1 lohkokaaviossa on esitetty, laitteiden (MMIC:t ja mikserit) 1 dB:n kompressiopisteen huomioon ottamiseksi on käytettävä sopivia, joko 3 dB:n tai 6 dB:n vaimennustyynyjä.
Paikallisoskillaattoria ja sopivien taajuuksien syntetisaattoria on käytettävä. 70 MHz:n C-kaistan muunnokseen suositellaan 1112,5 MHz:n LO-taajuusaluetta ja 4680–5375 MHz:n syntetisaattoria. Mikserin valinnan nyrkkisääntönä on, että LO-tehon tulisi olla 10 dB suurempi kuin korkein tulosignaalin taso P1dB:llä. GCN on vahvistuksen säätöverkko, joka on suunniteltu käyttämällä PIN-diodivaimentimia, jotka säätävät vaimennusta analogisen jännitteen perusteella. Muista käyttää kaistanpäästö- ja alipäästösuotimia tarvittaessa ei-toivottujen taajuuksien suodattamiseen ja haluttujen taajuuksien päästämiseen läpi.
RF-alasmuuntimen suunnittelu
Laite, joka muuntaa taajuuden korkeasta arvosta matalaan arvoon, tunnetaan alasmuuntimena. Koska se toimii radiotaajuuksilla, sitä kutsutaan RF-alasmuuntimeksi. Katsotaanpa RF-alasmuuntimen osan suunnittelua vaiheittaisen oppaan avulla. Tämä RF-alasmuunninmoduuli muuntaa 3700–4200 MHz:n RF-taajuuden 52–88 MHz:n välitaajuudeksi. Siksi sitä kutsutaan C-kaistan alasmuuntimeksi.
Kuva 2: RF-alaspäin muuntimen lohkokaavio
Kuvassa 2 on lohkokaavio C-kaistan alasmuuntimesta, jossa käytetään RF-komponentteja. Katsotaanpa RF-alasmuuntimen osan suunnittelua vaiheittaisen oppaan avulla.
Vaihe 1: Heterodyne-suunnittelun mukaisesti on valittu kaksi RF-sekoitinta, jotka muuntavat RF-taajuuden 4 GHz:stä 1 GHz:n alueelle ja 1 GHz:stä 70 MHz:n alueelle. Suunnittelussa käytetty RF-sekoitin on MC24M ja IF-sekoitin TUF-5H.
Vaihe 2: RF-alasmuuntimen eri vaiheissa on suunniteltu käytettäväksi sopivia suodattimia. Näitä ovat 3700–4200 MHz:n BPF, 1042,5 +/- 18 MHz:n BPF ja 52–88 MHz:n LPF.
Vaihe 3: MMIC-vahvistinpiirit ja vaimennustyynyt asennetaan sopiviin paikkoihin lohkokaavion mukaisesti laitteiden lähtö- ja tulotehotasojen saavuttamiseksi. Nämä valitaan RF-alasmuuntimen vahvistus- ja 1 dB:n pakkauspistevaatimuksen mukaisesti.
Vaihe 4: Ylösmuuntimen suunnittelussa käytettyjä RF-syntetisaattoria ja LO:ta käytetään myös alasmuuntimen suunnittelussa, kuten kuvassa on esitetty.
Vaihe 5: RF-isolaattoreita käytetään sopivissa paikoissa, jotta RF-signaali pääsee kulkemaan yhteen suuntaan (eli eteenpäin) ja estämään sen RF-heijastuminen taaksepäin. Tästä syystä sitä kutsutaan yksisuuntaiseksi laitteeksi. GCN on lyhenne sanoista Gain control network (vahvistuksen säätöverkko). GCN toimii muuttuvan vaimennuksen laitteena, jonka avulla RF-lähtö voidaan asettaa RF-linkkibudjetin mukaan.
Johtopäätös: Samoin kuin tässä RF-taajuusmuuntimen suunnittelussa mainitut käsitteet, taajuusmuuttajia voidaan suunnitella muille taajuuksille, kuten L-kaistalle, Ku-kaistalle ja mm-aallon kaistalle.
Julkaisun aika: 07.12.2023
