Update : semiprofessionelle Platinen hierzu auf ebay unter : https://www.ebay.de/sch/armin_graewe/m.html
Nach der erfolgreichen Entwicklung meines „oldschool Konverters“ habe ich mich mal an eine etwas aktuellere Version herangemacht.
Herausgekommen ist der „NB-Konverter tiny“.
Auch dieser ist kein Hi-End-Produkt, sondern mehr ein kleiner, praktischer und leicht nach zu bauender Konverter.
Trotz seiner Einfachheit liefert er im praktischen Betrieb an einem LNB sehr gute Signale, die sich im Vergleich an einem SDR kaum vom Betrieb ohne Konverter unterscheiden.
Die geringe Größe von nur 74 x 55 x 30 mm und die Stromaufnahme von nur 125 mA machen ihn besonders für den Portabelbetrieb interessant.
Basis dieses Konverters sind ein Quarzstabiler Oszillator Si590 von Silicon Labs und ein Ringmischer ADE-25MH von Mini-Circuits.
Das Grundkonzept ist nicht neu und wurde in ähnlicher Form schon von einigen OMs realisiert, allerdings gab es bisher noch keine komplette Bauanleitung mit verfügbaren Platinenlayouts. Das möchte ich nun ändern. Deshalb stehen am Ende dieses Artikels alle erforderlichen Files zum Download bereit.
(Zum vergrößern der Bilder darauf klicken; der Browser Zurück-Button schliesst die Vergrößerung)
Schaltungsbeschreibung :
Das 739 MHz Signal gelangt vom LNB über eine F-Buchse und einen 100p Abblockkondensator auf ein gedrucktes, zweikreisiges Streifenleitungsfilter.
Die etwas unterschiedliche Höhe der Ein- und Auskopplung bewirkt gleichzeitig eine Impedanztransformation von 75 auf 50 Ohm.
Das Filter hat laut VNWA-Diagramm eine relativ hohe Durchgangsdämpfung von ca. 7 dB, dafür aber auch eine Sperrdämpfung von 67 dB auf 145 MHz und von 29 dB auf 595 MHz (der LO-Frequenz).
In Wirklichkeit liegen die Durchgangsdämpfungen ein paar dB niederiger, denn ich habe hier mit einem 50 Ohm Generator einen 75 Ohm Eingang gespeist.
Die etwas höhere Durchgangsdämpfung schadet nicht, denn es kommt reichlich Pegel vom LNB. Wer möchte kann die Durchgangsdämpfung verringern, indem er eine kleine Koppelschleife über den Steifenleitungen anordnet, damit sinkt dann aber auch die Sperrdämpfung.
Hinter dem Filter gelangt das Signal direkt auf den Ringmischer.
Der Localoszillator besteht aus nur einem einzigen Baustein, dem Si590 von Silicon Labs. Es ist eine ab Werk auf eine Ausgangsfrequenz von 10-810 MHz programmierte DSPLL. Als Basis dient ein Quarzoszillator aus dem mittels digitaler Frequenzsythese die gewünschte Frequenz erzeugt wird.
Die Temperaturstabilität der verwendeten Version wird von Si-Labs mit +/- 7 ppm und die über-alles Stabilität mit +/-20 ppm angegeben, was für SSB- und CW-Betrieb völlig ausreichend ist.
Der von mir gemessene Ausgangspegel auf 595 MHz beträgt -6 dBm was für den 13 dBm Ringmischer zu wenig ist. Deshalb folgt auf den Si590 ein MAR3SM+, ein GaAsMMIC für 0-2 GHz mit einer Durchgangsverstärkung von ca. 14 dB auf 595 MHz. Das hebt den LO Pegel auf ca. +10dBm an. Tests haben gezeigt, dass das für den Ringmischer völlig ausreichend ist, und eine weitere Erhöhung auf +13dBm keinen Unterschied macht.
Der erste Test des Localoszillators.
Ähnlich waren auch die Messungen des Eingangs- und des Ausgangsfilters aufgebaut.
Hier das vom MMIC verstärkte LO Signal des Si590.
Sehr schön sauber, wenig Seitenbandrauschen und mit +10dBm völlig ausreichend.
Die erste Oberwelle ist um knapp 20 und die zweite Oberwelle um knapp 30 dB gedämpft.
Das könnte man mit einem Tiefpassfilter noch verbessern. Aber im praktischen Betrieb spielen diese Oberwellen keine Rolle. Sie erzeugen keine störenden Mischprodukte. Und auch das Eingangsrauschen wird in diesen Mischbereichen durch das Eingangsfilter ausreichend unterdrückt.
Für den Ringmischer selbst, können mehrere Typen verwendet werden. z.B. auch der bekannte ADE-5 und andere. Den ADE-25MH habe ich gewählt, da er preisgünstig in Fernost zu beschaffen war. Ein weiterer Vorteil des ADE-25MH besteht darin, dass er am Mischerausgang bis 1500 MHz spezifiziert ist, und somit auch zur Aufwärtsmischung für den OSCAR100 WB-Transponder verwendet werden kann.
Am Ausgang des Ringmischers folgt ein Diplexer, bestehend aus einem Parallelresonanzkreis für 144 MHz und einem 47 Ohm Abschlusswiderstand für alle nicht-2m Frequenzen und einem Serienresonanzkreis für 144 MHz um das 2m Signal zum Empfänger aus zu koppeln. Diese Kombination sorgt dafür, dass der Ringmischer für alle Frequenzen mit ca. 50 Ohm abgeschlossen ist.
Impedanzanpassung im Smith Diagramm aus Sicht des Ringmischers. 2m Ausgang mit 50 Ohm abgeschlossen.
Die Impedanz liegt für alle Frequenzen einigermassen dicht am 50 Ohm Punkt.
(Ja, ich weis, das geht noch besser, aber es ist halt ein "tiny" Konverter ...)
Der Diplexer hat auf 144 MHz eine Durchgangsdämpfung von etwas über 1 dB, erfreulich niederig.
Da der Ringmischer nur ein passives Bauteil ist, weist auch dieser laut Datenblatt eine Mischdämpfung von ca. 7dB auf, so dass man rechnerisch auf eine Gesamtdurchgangsdämpfung des Konverters von 15 dB käme.
-7 Eingangsfilter, -7 Mischer, - 1 Ausgangsfilter
Reale Messungen haben aber nur eine Gesamtdurchgangsdämpfung von 12 dB ergeben. Diese 3 dB „Gewinn“ sind wohl auf Bauteil- und Anpassungs-Streuungen zurückzuführen. z.B. 50 Ohm Messgeräte in einem 75 Ohm System.
Die Stromversorgung erfolgt mittels 12 V DC.
Die Eingangsspannung von 12-15 V durchläuft zunächst eine Verpolungsschutzdiode und einen Lo-Drop Regelhalbleiter und wird in diesem auf 10 V stabilisiert. Um auch einen sicheren Batteriebetrieb bei schwachen Batterien zu gewährleisten wurde eine 1N5819 Shottky-Diode und ein L4940V10 Lo-Drop Regelhalbleiter gewählt. Damit ist ein stabiler Betrieb bis herab zu ca. 10,5 V möglich. Wer ständig stabile 13,8 V zur Verfügung hat, kann hier auch eine 1N4007 und einen 7810 verwenden.
Der Regelhalbleiter sollte gekühlt werden, besonders wenn man auch den LNB daraus speisen möchte. Ich habe ihn einfach mit dem Weißblechgehäuse verlötet, was völlig ausreicht.
An der F-Buschse für den LNB-Anschluss habe ich im Konverter eine DC-Einkopplung zur Versorgung des LNB mittels einer 1 uH Drossel vorgesehen.
Es kann Wahlweise eine Brücke zum 12 V Eingang hinter der Verpolungsschutzdiode oder hinter der Drossel oder zum 10 V Ausgang des Regelhalbleiters geschaltet werden. Wenn man die 12V Variante wählt, sollte die Versorgungsspannung sehr sauber und geregelt sein. Unsaubere, ungeregelte Versorgungsspannungen am LNB können zu einem sehr merkwürdigen Verhalten des LNB und zu unsauberen Ausgangssignalen führen.
Ich wähle immer gern die 10V Variante, dann werden auch die Regelhalbleiter im LNB nicht so heiß.
Um für Messzwecke den Eingang spannungsfrei schalten zu können, wurde noch ein Jumper vorgesehen.
Für die Versorgung des Si590 werden die 10V mit einem LP2590ACZ3,3 noch mal weiter auf 3,3 V herunter stabilisiert, was unter allen Bedingungen eine stabile und rauscharme Stromversorgung des Si590 ergibt.
So sieht dann die fertig bestückte Platine des Konverter tiny von oben aus.
Und so von unten.
Mechanischer Aufbau :
Der gesamte Konverter wurde auf einer nur 71 x 52 mm großen, doppelseitigen FR4 Epoxyplatine mit 1,5 mm dicke realisiert. Dieses Maß habe ich gewählt, damit die Platine in ein 74 x 55 x 30 mm standard Weißblechgehäuse passt.
Für alle die die Platine selbst herstellen : Alle Bohrungen sind 0,8 mm Löcher.
Außnahmen : großer Regelhalbleiter und Jumper 1,0mm, BNC- und F-Buchsen 2,0mm.
Den gesamten HF-Teil habe ich in 1206 SMD auf der Oberseite platziert.
Für die LNB-Speisedrossel kommt aufgrund der Strombelastung ein 1812 Typ zu Einsatz.
Die Stromversorgung habe ich mit konventionellen, bedrahteten Bauteilen realisiert.
Das bietet den Vorteil der einfachen Servitierbarkeit, auch für Hobbylöter.
Bestückung der Platine :
Bei der Bestückung der Platine beginnt man, wie üblich, von kleinen Bauteilen hin zu großen Bauteilen. Als erstes müssen natürlich die Durchkontaktierungen vorgenommen werden. Es sind insgesamt 15 Stück. Die Streifenleitungskreise sind am kalten Ende 3-fach mit der Masseseite verbunden. Ich verwende zur Durchkontaktierung üblicherweise 0,8mm Kupfer-Hohlnieten. Wer diese nicht zur Verfügung hat, kann auch Lötnägel oder Draht verwenden. Bei Lötstellen an den Streifenleitungen sollte man sparsam mit Lötzinn umgehen. Zu viel verschlechtert die Kreisgüte. An welchen Stellen Durchkontaktierungen gesetzt werden müssen findet man im File „NB Konverter tiny 1.0 durch.pdf“. Es sind die grauen Punkte.
Zusätzlich müssen der Innenleiter der BNC-Buchse, ein Tantalkondensator und der Jumper einseitig auf der Oberseite verlötet werden.
Den Jumper verlötet man zunächst auf der Unterseite, hebelt dann das Kunststoff etwas hoch, verlötet auf der Oberseite und schiebt das Kunststoff wieder runter.
Da einige Bauteile statisch empfindlich sind, (Si590, MAR3) ist während und nach dem Einbau dieser Bauteile auf einen antistatischen Arbeitsplatz zu achten !
Viele Bauteilwerte, besonders die nicht-resonanten Kapazitäten, wie z.B. Koppel- und Abblockkondensatoren sind relativ unkritisch. Man kann dort auch naheliegende Werte verwenden. Es sollte aber bei allen Bauteilen auf eine gute HF-Tauglichkeit geachtet werden.
Die Kapazitäten und Induktivitäten im Diplexer hinter dem Ringmischer müssen genau eingehalten werden !
Als letztes werden die Buchsen eingelötet. Bei der F-Buchse muss vorher der Innenleiter zur Buchsenabgewandten Seite hin abgewinkelt werden. Damit er dabei nicht knickt sollte direkt am Austrittspunkt ein 1mm Bohrer oder ähnliches untergelegt werden. Dieser Innenleiter wir dann, nachdem die 4 Massestifte der Buchse verlötet sind, mit der Streifenleitung auf der Oberseite verlötet.
Inbetriebnahme und Abgleich :
Dieser Punkt gestaltet sich auf Grund der wenigen Bauteile und Abgleichpunkte sehr einfach. Zur einfacheren Fehlersuche und einfacheren Lötarbeiten sollte man die Platine vor dem Einbau in das Weisblechgehäuse prüfen.
Zunächst sollte man den Konverter an einem geregelten Netzteil mit Strombegrenzung betreiben. Netzteil auf 500mA Strombegrenzung einstellen und die Spannung langsam auf 12 V erhöhen. Die Stromaufnahme sollte nun ca. 125 mA betragen. Wenn nicht, nach Unterbrechungen oder Lötklecksen auf der Platine oder nach eventuell verpolten Tantals suchen.
Wer einen Meßsender besitzt kann 739 MHz am Eingang einspeisen, wer nicht, einfach einen OSCAR100 LNB anschließen. Achtung bei Meßsenderspeisung den LNB-Versorgungsjumper ziehen. Viele Generatoren mögen kein DC.
Den Konverterausgang mit einem 2m Empfänger oder SDR verbinden.
Nun die Trimmer der Eingangsfilter auf Minimalkapazität drehen und wechselseitig auf maximales Signal abgleichen. Der Punkt liegt dicht bei der Minimalkapazität.
Damit ist der Konverter schon betriebsbereit.
Bohren des Gehäuses :
Das Bohren der dünnen Weißblechgehäuse ist eine durchaus sportliche Aufgabe und führt bei der Verwendung von standard-Spiralbohrern oft zu blutigen Fingern und aufgewickelten Blechen. Ich verwende hierfür gern Stufenbohrer, Kegelbohrer oder Reibahlen. Die Bohrungen für die F- und BNC-Buchsen liegen jeweils 19 mm von Seitenkante und 14 mm vom oberen oder unteren Rand (mittig). Durchmesser : F-Buchse 10mm, BNC-Buchse 13-14mm.
Die Platine hat somit ca. 4mm Freiraum auf der Unterseite. Die Bauteildrähte müssen natürlich entsprechend gekürzt sein damit keine Kurzschlüsse mit dem Deckel passieren.
Die Bohrung für den Durchführungskondensator beträgt 3,5mm und 7mm vom Rand, ebenfalls mittig bei 14mm. Für Testzwecke und auch später als Masseanschluss bewährt es sich ein 1,3 mm Loch für einen 1,3 mm Lötnagel in das Gehäuse zu bohren und den Lötnagel dort einzulöten.
Am besten bohrt man von Hand mit einem Akkuschrauber und einem Kegel- oder Stufenbohrer, während das Blech in einen Schraubstock gespannt ist.
Gut geeignet sind diese Bohrer.
So sieht das fertig gebohrte Gehäuse auf der BNC-Seite aus,
und so auf der F-Buchsen-Seite.
Da sich bei vormontierten Buchsen und fertig verlötetem Gehäuserahmen die Platine nicht mehr in Rahmen einsetzen lässt, muss man entweder das BNC-Loch oder das F-Loch zum Rand hin ausschneiden. Alternativ könnte man auch die BNC-Buchse erst während des Einsetzen in das Gehäuse auf der Platine verlöten.
Oder man könnte den Gehäuserahmen erst während des Platineneinbaus verlöten. Dann ist es aber schwierig wenn man die Platine mal wieder aus dem Gehäuse ausbauen möchte.
Wenn alles sitzt, passt und funktioniert sollte man den Regelhalbleiter mit dem Gehäuse verlöten oder verschrauben, besonders, wenn man auch den LNB darüber speisen möchte. Ansonsten kann er bei 13,8 V recht warm werden und eine unnötige Spannungsdrift erzeugen.
Ein Trick dazu ist, ihn während des Lötvorgangs mit einer Holzwäscheklammer an das Gehäuse zu drücken. Etwas Lötflussmittel hilft hier für einen guten Lötzinnfluss.
Die Deckel des Gehäuses sitzen oftmals etwas locker. Entweder man verklebt oder verlötet sie, oder man biegt mit einem Seitenschneider 4 kleine „Dellen“ nach innen in den Rand, was auch eine gute Haltbarkeit und Kontaktgabe bietet.
So sieht dann der fertige Konverter im Gehäuse von oben aus,
und so von unten.
Es reicht völlig aus die Platine mit ein paar Lötklecksen mit dem Gehäuse zu verbinden.
Der fertige Konverter liefert ein sauberes 2m Signal.
Hier ein auf 739 MHz von Messplatz eingespeistes Signal auf 144 MHz am Konverterausgang.
Das gesamte Ausgangsspektrum von 100 bis 1000 MHz zeigt zwar noch deutliche Anteile des LO Signals und des Eingangssignals, diese sind aber im praktischen Betrieb nicht von Bedeutung, denn sie liegen fernab des Nutzsignals und sollten von jeder Eigangsstufe eines 2m Empfängers ignoriert werden.
Praktischer Betrieb :
Ein Vergleich des Direkten LNB-Signals auf 739 MHz mit dem per Konverter auf 144 MHz umgesetzten Signals zeigt bei einem RTL-SDR Stick mit HDSDR Software fast keine Unterschiede. Auch nicht im Pegel, was aber der eingeschalteten AGC zuzuschreiben ist.
So sah das OSCAR100 Signal zur Zeit meines Konverter-Test auf 739 MHz aus.
Und so hinter dem Konverter auf 144 MHz.
Beim Betrieb an einem OSCAR100 LNB und einem 2m ICOM IC211 steigt das Grundrauschen bei Anschluss des Konverters von S0 auf S2 an. Die CW-Bake ist an meinem gichtbrüchigen 60cm Testspiegel an der Werkstatt der schlecht fokussiert und schlecht ausgerichtet ist dann deutlich mit S5 zu hören.
Alle weiteren Signale SSB / CW / digital sind schön sauber und stabil.
Ein klein wenig wandert der LO natürlich. Es ist kein echter TCXO. Aber da wir hier keinen Vervielfachungsfaktor wie in einer LNB-PLL habe ist das völlig ausreichend.
Die CW-Bake wandert über Tage nicht aus dem CW-Filterbereich raus.
Es hat mal wieder Spass gemacht, mit wenigen, aber dafür sehr genau angepassten Bauteilen einen minimalistischen Konverter zu entwickeln.
Wenn man in diesem Konzept 745 MHz (Bandmitte WB-Transponder) mit 595 MHz aditiv mischt, kommt man auf 1340 MHz. Und die liegen schön im Abstimmbereich üblicher Sat-Receiver. Somit ist dieses Mischkonzept auch bestens für ATV-Empfang auf dem WB-Transponder geeignet. Allerdings müsste man dazu das Ausgangsfilter ändern und noch ein wenig vor- oder nach- verstärken denn für einen Sat-Receiver ist die hohe Durchgangsdämpfung des Konverters nicht akzeptabel.
Hier nun alle erforderlichen Files zum Download :
Alle folgenden Files in einer .ZIP Datei zusammengefasst. NB Konverter tiny 1.0.zip
Das Schaltbild einzeln NB Konverter tiny 1.0 shem.pdf
Der Bestückungsplan eineln NB Konverter tiny 1.0 pp.pdf
Platinen-Kupferseite oben 1:1 eizeln NB Konverter tiny 1.0 top.pdf
Platinen-Kupferseite unten 1:1 einzeln NB Konverter tiny 1.0 bot.pdf
Durchkontaktierungsstellen (grau) einzeln NB Konverter tiny 1.0 durch.pdf
Wenn ich hiermit jemanden an den Lötkolben gelockt habe, würde ich mich freuen.
Ich stelle in kleinen Mengen auch semiprofessionell gefertigte und gebohrte Platinen bereit und habe einige fertig programmierte Si590 auf Lager.
Bei großem Interesse, würde ich ich auch professionelle Platinen fertigen lassen und eventuell Teil-Bausätze zusammenstellen.
Je nachdem wie gerade so die Auslastung in meinem QRL ist, werde ich vielleicht auch ein paar (fertig bestückte) Platinen auf ebay anbieten.
Schaut mal unter : https://www.ebay.de/sch/armin_graewe/m.html
So weit für Heute ... und gestern ... und vorgestern ... und, und ... 
Es braucht halt seine Zeit so einen Bericht zu schreiben und die Bilder zu machen und aufzubereiten ....
VY73
Armin DF1QE
