Dieser Artikel beschreibt das Design von HF-Konvertern und enthält Blockdiagramme sowie die Designs von HF-Aufwärts- und HF-Abwärtskonvertern. Er erwähnt die in diesem C-Band-Frequenzkonverter verwendeten Frequenzkomponenten. Das Design erfolgt auf einer Mikrostreifenplatine mit diskreten HF-Komponenten wie HF-Mischern, Lokaloszillatoren, MMICs, Synthesizern, OCXO-Referenzoszillatoren, Dämpfungsgliedern usw.
Design des HF-Aufwärtskonverters
Ein HF-Frequenzkonverter dient der Frequenzumwandlung. Das Gerät, das die Frequenz von einem niedrigen auf einen hohen Wert umwandelt, wird als Aufwärtskonverter bezeichnet. Da es mit Radiofrequenzen arbeitet, wird es als HF-Aufwärtskonverter bezeichnet. Dieses HF-Aufwärtskonvertermodul wandelt die ZF-Frequenz im Bereich von etwa 52 bis 88 MHz in eine HF-Frequenz von etwa 5925 bis 6425 GHz um. Daher wird es als C-Band-Aufwärtskonverter bezeichnet. Es wird als Teil eines HF-Transceivers im VSAT für Satellitenkommunikationsanwendungen eingesetzt.
Abbildung 1: Blockdiagramm des HF-Aufwärtskonverters
Sehen wir uns das Design des RF-Up-Konverterteils mit einer Schritt-für-Schritt-Anleitung an.
Schritt 1: Informieren Sie sich über allgemein verfügbare Mischer, lokale Oszillatoren, MMICs, Synthesizer, OCXO-Referenzoszillatoren und Dämpfungspads.
Schritt 2: Führen Sie die Leistungspegelberechnung in verschiedenen Phasen der Aufstellung durch, insbesondere am Eingang der MMICs, sodass der Kompressionspunkt des Geräts von 1 dB nicht überschritten wird.
Schritt 3: Entwerfen und verwenden Sie in verschiedenen Phasen geeignete Filter auf Mikrostreifenbasis, um unerwünschte Frequenzen nach den Mischern im Design herauszufiltern, je nachdem, welchen Teil des Frequenzbereichs Sie durchlassen möchten.
Schritt 4: Führen Sie die Simulation mit Microwave Office oder Agilent HP EEsof mit den erforderlichen Leiterbahnbreiten an verschiedenen Stellen der Leiterplatte für das gewählte Dielektrikum entsprechend der HF-Trägerfrequenz durch. Vergessen Sie nicht, während der Simulation Abschirmmaterial als Gehäuse zu verwenden. Überprüfen Sie die S-Parameter.
Schritt 5: Lassen Sie die Leiterplatte fertigen, löten Sie die gekauften Komponenten ein und verlöten Sie diese.
Wie im Blockdiagramm in Abbildung 1 dargestellt, müssen dazwischen entsprechende Dämpfungspads von entweder 3 dB oder 6 dB verwendet werden, um den 1-dB-Kompressionspunkt der Geräte (MMICs und Mischer) zu berücksichtigen.
Lokaloszillator und Synthesizer mit geeigneten Frequenzen müssen verwendet werden. Für die Konvertierung von 70 MHz ins C-Band werden ein LO von 1112,5 MHz und ein Synthesizer im Frequenzbereich von 4680–5375 MHz empfohlen. Als Faustregel für die Wahl des Mischers gilt, dass die LO-Leistung 10 dB über dem höchsten Eingangssignalpegel bei P1 dB liegen sollte. GCN ist ein Gain Control Network mit PIN-Dioden-Dämpfungsgliedern, die die Dämpfung je nach analoger Spannung variieren. Verwenden Sie bei Bedarf Bandpass- und Tiefpassfilter, um unerwünschte Frequenzen herauszufiltern und die gewünschten Frequenzen durchzulassen.
Design des HF-Abwärtskonverters
Das Gerät, das die Frequenz von einem hohen auf einen niedrigen Wert umwandelt, wird als Abwärtswandler bezeichnet. Da es mit Radiofrequenzen arbeitet, wird es als HF-Abwärtswandler bezeichnet. Sehen wir uns den Aufbau des HF-Abwärtswandlers mit einer Schritt-für-Schritt-Anleitung an. Dieses HF-Abwärtswandlermodul wandelt HF-Frequenzen im Bereich von 3700 bis 4200 MHz in ZF-Frequenzen im Bereich von 52 bis 88 MHz um. Daher wird es als C-Band-Abwärtswandler bezeichnet.
Abbildung 2: Blockdiagramm des HF-Abwärtskonverters
Abbildung 2 zeigt das Blockdiagramm eines C-Band-Abwärtskonverters mit HF-Komponenten. Hier sehen Sie den Aufbau des HF-Abwärtskonverters anhand einer Schritt-für-Schritt-Anleitung.
Schritt 1: Zwei HF-Mischer wurden nach dem Heterodyn-Design ausgewählt, das die HF-Frequenz von 4 GHz auf 1 GHz und von 1 GHz auf 70 MHz umsetzt. Der verwendete HF-Mischer ist MC24M, der ZF-Mischer ist TUF-5H.
Schritt 2: Es wurden geeignete Filter für den Einsatz in verschiedenen Stufen des HF-Abwärtskonverters entwickelt. Dazu gehören 3700 bis 4200 MHz BPF, 1042,5 +/- 18 MHz BPF und 52 bis 88 MHz LPF.
Schritt 3: MMIC-Verstärker-ICs und Dämpfungspads werden an geeigneten Stellen eingesetzt, wie im Blockdiagramm dargestellt, um die Leistungspegel am Ausgang und Eingang der Geräte zu gewährleisten. Diese werden entsprechend der Verstärkung und der 1-dB-Kompressionspunktanforderung des HF-Abwärtskonverters ausgewählt.
Schritt 4: Der im Aufwärtswandler-Design verwendete HF-Synthesizer und LO werden wie gezeigt auch im Abwärtswandler-Design verwendet.
Schritt 5: HF-Isolatoren werden an geeigneten Stellen eingesetzt, um das HF-Signal in eine Richtung (d. h. vorwärts) passieren zu lassen und seine HF-Reflexion in Rückwärtsrichtung zu unterbinden. Daher spricht man auch von unidirektionalen Geräten. GCN steht für Gain Control Network (Gain Control Network). Das GCN fungiert als variable Dämpfungseinrichtung, die die HF-Ausgabe je nach HF-Link-Budget regelt.
Fazit: Ähnlich den in diesem HF-Frequenzkonverter-Design erwähnten Konzepten können Frequenzkonverter für andere Frequenzen wie das L-Band, das Ku-Band und das Millimeterwellenband entworfen werden.
Veröffentlichungszeit: 07.12.2023
