NB Konverter tiny28 V1.0 739 MHz auf 28 / 27 MHz

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DF1QE
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NB Konverter tiny28 V1.0 739 MHz auf 28 / 27 MHz

Beitrag von DF1QE » Fr Apr 03, 2020 2:23 am

Hier stelle ich einen Konverter vor, der hinter einem LNB das QO100 Signal von 739 MHz auf 28 oder 27 MHz umsetzt.

01 Tiny28Box.jpg
Die fertige 28 MHz Version

02 Tiny27Box.jpg
Die fertige 27 MHz Version

Vorwort :
Nachdem ich meinen „NB Konverter tiny“ für die Umsetzung von 739 MHz auf 144 MHz veröffentlicht hatte, kam im AMSAT Forum eine Diskussion auf, ob man nicht auch auf 28 MHz umsetzen könnte.
Gegner dieses Konzepts argumentierten damit, dass man dann auf der Spiegelfrequenz, die nur 2 x 28 MHz unter der Nutzfrequenz liegt, zumindest das Grundrauschen mit empfängt, wenn nicht sogar Störsignale.
Ich hatte in letzter Zeit viel mit SAW-Filtern gearbeitet und bei der Gelegenheit ein Filter entdeckt, dass 739 MHz mit 2 dB Dämpfung im Durchlassbereich hat, bei 683 MHz (739 – 2xZF) aber schon 48 dB Dämpfung aufweist. Es ist das TA1016A von TAISAW Technology Co.LTD.


07 TA1061A_wide.png
07 TA1061A_wide.png (10.56 KiB) 1844 mal betrachtet

Hier die von mir gemessene Durchlasskurve des Eingangsfilters von 650 – 850 MHz.

Damit ist es also möglich einen Konverter von 739 MHz auf 28 MHz mit einer Spiegelfrequenzunterdrückung von rund 46 dB auf zu bauen.
Gleichzeitig musste allerdings auch noch ein Ausgangsfilter für 28 MHz entwickelt werden, dass dem Mischer über einen breiten Frequenzbereich einen guten 50 Ohm Abschluss bietet. Was mir auch schnell gelang.

09 Diplexer 28MHz.png
(Zum vergrößern der Bilder darauf klicken; der Browser Zurück-Button schliesst die Vergrößerung)

Hier die von mir gemessene Durchlasskurve des Ausgangsfilters von 1 – 1000 MHz und die dazugehörige Impedanz.
Die Durchlassdämpfung bei 28 MHz ist mit knapp 2 dB angenehm niedrig, die Sperrdämpfung mit rund 40 dB völlig ausreichend und die Eingangsimpedanz liegt im gesamten Bereich dicht bei 50 Ohm.

Ansonsten habe ich im Wesentlichen die Schaltung meines vorherigen Konverters 739 auf 144 MHz übernommen.
Ausserdem kam mir noch die Idee einen zweiten Konverter zu bauen, der auf 27 MHz umsetzt. Damit kommen dann ein paar alte CB-Funkgeräte wieder zu „Ehren“ um z.B. damit die OSCAR 100 Bake zu monitoren.

08 NB Konverter tiny28 1.0 shem.png
(Zum vergrößern der Bilder darauf klicken; der Browser Zurück-Button schliesst die Vergrößerung)

Das Schaltbild der Konverter. (Auch als .PDF weiter unten im Download)

Schaltungsbeschreibung :

Das 739 MHz Signal vom LNB gelangt über eine kapazitive Entkopplung direkt auf das SAW-Filter. Von dort geht ohne Verstärkung weiter auf den Ringmischer.
Der Pegel vom LNB ist so groß, dass keine Vorverstärkung erforderlich ist.
Die Rauschzahl wird (fast) nur vom LNB und nicht von den Empfängern bestimmt.
Im Ringmischer wird das Signal mit 711 oder 712,5 MHz auf 28,5 oder 27,0 MHz gemischt.
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.

Auf den Mischer folgt das Ausgangsfilter in Form eines Diplexers.
Dieser hat einerseits die Aufgabe das 28 MHz Signal zu filtern, andererseits dem Mischer auf allen Frequenzen einen 50 Ohm Abschluss zu bieten.
Zuerst habe ich mit Schaltungsvarianten von kommerziellen Geräten mit 21,4 MHz Zf aus dem Betriebsfunksektor experimentiert. Ziemlich erfolglos. Komischer Weise konnte ich bei keiner Schaltung eine gute Anpassung erzielen.
Deshalb habe ich experimentell eine eigne Schaltung entwickelt.
Sie besteht im Wesentlichen aus zwei Parallelresonanzkreisen die mit einem Serienresonanzkreis gekoppelt sind. Für Frequenzen ausserhalb des Nutzbereichs bildet eine R-C Kombination den Abschluss.

Der Localoszillator für 711 oder 712,5 MHz 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 integrierter 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 711 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. 11 dB auf 711 MHz. Das hebt den LO Pegel auf ca. +7dBm an. Tests haben gezeigt, dass das für den Ringmischer völlig ausreichend ist, und eine weitere Erhöhung auf +13dBm keinen Unterschied macht.

11 Tiny28LOLevel.jpg
Das 711 MHz LO Signal am Mischereingang mit knapp +7 dBm

Merkwürdiger Weise befindet sich noch ein kleiner Peak im LO-Signal auf 577 MHz.
Er liegt aber 50 dB unter dem Nutzsignal und stört nicht. Deshalb habe ich das nicht weiter untersucht.

12 Tiny28LOSpektr.jpg
merkwürdiges Nebensignal auf 577 MHz

Da der Ringmischer nur ein passives Bauteil ist, weist auch dieser laut Datenblatt eine Mischdämpfung von ca. 8dB auf, so dass man rechnerisch auf eine Gesamtdurchgangsdämpfung des Konverters von 12 dB kommt.
-2dB Eingangsfilter, -8dB Mischer, - 2dB Ausgangsfilter
Reale Messungen haben diesen Wert bestätigt.

15 Tiny28CalInput.jpg
Das 739 MHz Signal vom Messsender zum Konvertereingang auf -10 dBm kalibriert

16 Tiny28OutLevel.jpg
Das 28 MHz Ausgangssignal weist mit -22 dBm die kalkulierte Durchgangsdämpfung von 12 dB auf

17 Tiny28ImageIn.jpg
Das 683 MHz Spiegelfrequenz-Signal vom Messsender zum Konvertereingang auf -10 dBm kalibriert

18 Tiny28ImageOut.jpg
Das Spiegelfreqenz-Signal kommt am Ausgang des Konverters mit -63 dBm an, und weist somit 41 dB Abstand zum Nutzsignal auf.
Mehr als ausreichend für eine gute Spiegelfrequenzunterdrückung.

13 Tiny28LOatOut.jpg
Das LO-Signal auf 711 MHz ist mit 54 dBm am Konverterausgang ausreichend gedämpft

14 Tiny28OutSpektr.jpg
Im gesamten Ausgangsspektrum von 10 - 800 MHz sind keine weiteren unerwünschten Signale zu sehen


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.
Ausserdem schalten die meissten LNBs bei ca. 14 V die Polarisation um, so dass man bei 13,8 V Betrieb schon dicht an die Schaltschwelle kommt.
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. (viele HF-Messgeräte mögen kein DC am Ausgang)
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.

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.

03 Tiny28PCBTop.jpg
Die Oberseite der fertig bestückten Platine der 28 MHz Version

04 Tiny27PCBTop.jpg
Und die, bis auf den Oszillator, völlig identische 27 MHz Version

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 17 Stück. Ich verwende zur Durchkontaktierung üblicherweise 0,8mm Kupfer-Hohlnieten. Wer diese nicht zur Verfügung hat, kann auch Lötnägel oder Draht verwenden. An welchen Stellen Durchkontaktierungen gesetzt werden müssen findet man im File „NB Konverter tiny28 1.0 durch.pdf“. Es sind die grauen Punkte.
Später muss zusätzlich 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, (TA1016A, Si590, MAR3) ist während und nach dem Einbau dieser Bauteile auf einen antistatischen Arbeitsplatz zu achten !
Man sollte nach dem Durchkontaktieren zuerst die SMD-Bauteile bestücken.
Das SAW-Filter ist dabei schon eine Herausforderung, selbst für erfahrene Löter.
Es muss sehr genau platziert werden, sonst entstehen Kurzschlüsse.
Wer sicher gehen will, sollte nach dem löten mit einem Multimeter eine Durchgangsmessung machen. Ein- und Ausgang dürfen nirgendwo hin Durchgang haben.
Noch ein paar Positionierungshinweise :
Beim Si590 ist am Aufdruck 59x der Pin der Stromversorgung.
Beim ADE-25 ist am Aufdruck MCL der Eingang vom SAW-Filter kommend.
Beim TA1016A ist der Aufdruck 1016 leserichtig, wenn die F-Buchse zu einem hin zeigt.

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 !

Inbetriebnahme :
Dieser Punkt gestaltet sich auf Grund der wenigen Bauteile 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 739,5 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 10m Empfänger oder SDR verbinden.
Nun sollte auf 28,5 MHz der Messsender oder die OSCAR100 Bake zu hören sein.
Wenn nicht, zunächst die Stromversorgung prüfen :
Am Ausgangspin des MAR3 sollten ca. 4,7 V DC anstehen und am SI590 genau 3,3 V.
Sollten die Signale sehr schwach sein, könnte ein Kurzschluss am SAW-Filter oder ein Fehler im Ausgangsfilter vorliegen.

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 16 mm von Seitenkante und die F-Buchse 14 mm und die BNC-Buchse 12mm vom oberen Rand (ohne Deckel). Durchmesser : F-Buchse 10-11 mm, BNC-Buchse 12-13 mm.
Die Platine hat somit ca. 4mm Freiraum auf der Unterseite. Die Bauteildrähte müssen natürlich entsprechend gekürzt sein damit keine Kuzschlüsse mit dem Deckel passieren.
Die Bohrung für den Durchführungskondensator beträgt 3,5mm und 10mm 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.

05 Tiny28BoxTop.jpg
Die Oberseite der Konverterplatine im Gehäuserahmen

06 Tiny28BoxBot.jpg
Die Unterseite der Konverterplatine im Gehäuserahmen

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.
Tip : Eine Holz-Wäscheklammer hilft gut beim Löten zum Andrücken.

Die Deckel 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.
Später kann man dort auch noch ein paar kleine Lötkleckse platzieren.

Ich bekam im AMSAT Forum oft den Kommentar, die Platinen doch lieber für verschraubbare Alu Gehäuse wie z.B. von Fischer an zu passen.
Diese Gehäuse sind für HF-Technik nicht geeignet, denn sie sind auf Grund ihrer Eloxierung nicht HF-dicht. Die richtige Lösung ist, das Weißblechgehäuse in solch ein Alu Gehäuse einzubauen.

Weitere mechanische Details, Bilder und Bearbeitungsanleitungen findet ihr in meinen anderen Berichten hier im Forum.

Praktischer Betrieb :

19 Tiny28firstTest.jpg
Erster "fliegender" praktischer Test

Ein Vergleich des Direkten LNB-Signals auf 739 MHz mit dem per Konverter auf 28 MHz umgesetzten Signals zeigt bei einem FiFi-SDR mit HDSDR Software fast keine Unterschiede. Ausser dem etwas geringeren Pegel. Dafür sinkt auch das Grundrauschen.

Test auf 28,5 MHz mit KW-Receiver:
20 OldJR599.jpg
Mein uralter Trio JR599 Kurzwellenempfänger. Ein voll-analoger Schatz !

Beim Betrieb an einem OSCAR100 LNB und dem Trio JR599 Kurzwellen RX liegt steigt das Grundrauschen bei Anschluss des Konverters mit LNB von S0 auf S2,5 an.

21 Tiny28Noise.jpg
21 Tiny28Noise.jpg (18.99 KiB) 1844 mal betrachtet
Grundrauschen knapp neben der CW-Bake

Die CW-Bake ist an meinem gichtbrüchigen 60cm Testspiegel an der Werkstatt der schlecht fokussiert und schlecht ausgerichtet ist dann deutlich mit S5,5 zu hören.

22 Tiny28Beacon.jpg
22 Tiny28Beacon.jpg (17.58 KiB) 1844 mal betrachtet
Das Signal der OSCAR100 CW-Bake

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 haben, ist das völlig ausreichend.
Die CW-Bake wandert über Tage nicht aus dem CW-Filterbereich raus.
Es ist ein echter Genuss mal wieder mit einem analogen „Flywheel“ über das Band zu drehen und die SSB-Signale schön feinstufig abzustimmen.

Test auf 27 MHz mit einem CB-Funkgerät :

23 Tiny27firstTest.jpg
Test am President Jackson CB-Funkgerät

Die 27 MHz Version habe ich an einem President Jackson CB-Funkgerät getestet.
Auf Kanal B4 (27,005) findet man sofort die OSCAR100 Bake.
Das Grundrauschen ohne Signal aber mit LNB hebt das S-Meter gerade sichtbar an.

24 Tiny27Noise.jpg
24 Tiny27Noise.jpg (10.52 KiB) 1844 mal betrachtet
Grundrauschen knapp neben der CW-Bake

25 Tiny27Beacon.jpg
25 Tiny27Beacon.jpg (9.58 KiB) 1844 mal betrachtet
Die Bake zeigt dann S8. (so weit zum Thema S-Meter :lol: )

Das Signal hört sich sauber an und kann mit dem Clearifier abgestimmt werden.
Auch die SSB-Signale sind gut lesbar. Allerdings ist es auf Grund des Kanalrasters etwas mühsam über das Band zu drehen.
Zu Monitorzwecken oder um Spiegel auszurichten oder LNBs zu optimieren ist dieser Aufbau aber bestens geeignet.

Ich spiele mit dem Gedanken ein President Jackson mal mit einem Direkt-Synthesizer auszustatten und ihn durchstimmbar zu machen.

Hier nun alle erforderlichen Dateien für den Nachbau :

Alle folgenden Files in einer .ZIP Datei zusammengefasst.
NB Konverter tiny28 1.0.zip
(189.56 KiB) 105-mal heruntergeladen
Das Schaltbild einzeln
NB Konverter tiny28 1.0 shem.pdf
(124.27 KiB) 92-mal heruntergeladen
Die Stückliste einzeln
NB Konverter tiny28 1.0_Stückliste.xls
(33 KiB) 68-mal heruntergeladen
Der Bestückungsplan oberseite eineln
NB Konverter tiny28 1.0 PPtop.pdf
(20.97 KiB) 87-mal heruntergeladen
Der Bestückungsplan unterseite eineln
NB Konverter tiny28 1.0 PPbot.pdf
(10.52 KiB) 86-mal heruntergeladen
Platinen-Kupferseite oberseite 1:1 eizeln
NB Konverter tiny28 1.0 PCBtop.pdf
(9.16 KiB) 100-mal heruntergeladen
Platinen-Kupferseite unterseite 1:1 einzeln
NB Konverter tiny28 1.0 PCBbot.pdf
(9.94 KiB) 74-mal heruntergeladen
Durchkontaktierungsstellen (grau) einzeln
NB Konverter tiny28 1.0 PCBthru.pdf
(18.03 KiB) 79-mal heruntergeladen

Nachwort :
Es hat mal wieder Spass gemacht, mit wenigen, aber dafür sehr genau angepassten Bauteilen einen minimalistischen Konverter zu entwickeln.
Kommentare und eventuelle Fehleranmerkungen sind sehr willkommen,
entweder hier im Forum oder per Mail unter : DF1QE(ät)agfunk.de

Wenn ich hiermit jemanden an den Lötkolben gelockt habe, stelle ich in kleinen Mengen auch semiprofessionell gefertigte und gebohrte Platinen bereit und lege einige fertig programmierte Si590 und TA1016A auf Lager.
Je nachdem wie gerade so die Auslastung in meinem QRL ist, werde ich vielleicht auch ein paar fertig bestückte Platinen oder Bausätze auf ebay anbieten.
Schaut mal unter : https://www.ebay.de/sch/armin_graewe/m.html
(Die Angebote bitte nicht mit der 2m-Version verwechseln)

So weit für heute …. und gestern …. und vorgestern ….
Puhhhh, es braucht seine Zeit so einen Bericht zu schreiben und zu bebildern ….

VY73, bleibt gesund !
Armin DF1QE
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Ich weiß noch an welcher Seite man den Lötkolben anfassen darf :lol:
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