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Ein HF Verstärker von 100MHz bis 4400MHz aufgebaut

Ich habe einen breitbandigen HF Verstärker aufgebaut für den Frequenzbereich von 100MHz bis 4,4 GHz.

Dazu habe ich ein ERA1-SM MMIC verwendet, wie in diesem Artikel.
Im HF 50Ohm Eingang und im Ausgang sind jeweils 10nF Kondensatoren in die Microstrip Leitung eingesetzt um die Gleichspannung nach außen abzublocken.

Auf der Rückseite ist ein Spannungsregler 7808 für 8V aufgelötet. Die zwei 100nF Kondensatoren für die Glättung und zum Verhindern von Schwingungen sind direkt an die Beine gelötet. Hier der Aufbau:

Die ERA1 MMIC Schaltung benötigt ca. 42mA über einen Vorwiderstand von 113 Ohm lt. Datenblatt bei 8V Spannung.

Ich habe einen 0805 SMD Widerstand mit 120 Ohm gewählt. Die Verlustleistung darüber beträgt 0,21W. Das ist grenzwertig, funktioniert auf Grund der Kupferflächen rundherum aber gut.

Die Gleichspannung wird über 2 SMD Kondensatoren 1nF und 100nF gegen Masse von der HF abgeblockt und dann über den 120 Ohm Widerstand zur HF Seite geleitet.

Da ergeben sich nun die Schwierigkeiten. Die 8V Gleichspannung soll durch kommen zur 50 Ohm Microstrip Leitung, die HF soll aber nicht zur Seite in den DC Zweig abfließen und in den Kondensatoren gegen Masse kurzgeschlossen werden. Der 120 Ohm Widerstand allein läßt zu viel HF abfließen.

Ein Induktivität die Gleichspannung durch läßt und die HF abblockt wäre gut, nur ist die nicht so breitbandig wie gewünscht.

Mehrere verschieden große Induktivitäten hintereinander geschaltet könnten helfen. Wenn ein kleine Induktivität die hohen Frequenzen abblockt, dahinter ein mittelgroße die mittleren Frequenzen und ein große die niedrigen Frequenzen. Das habe ich simuliert und mit den Eigenresonanzen der Spulen ergibt das mehrere Durchlass und Sperrstellen durch die verschiedenen L C Schwingkreise die jetzt entstehen. Mit Parallelwiderständen zu den Spulen im kOhm Bereich läßt sich das zum Teil beheben, ist aber eine gewagte Sache. Die Simulation reagiert hier sehr empfindlich auf Werteänderungen und meine SMD Induktivitäten sind nicht besonders gut spezifiziert. Die minimale Eigenresonanzfrequenz ist grob angegeben, aber ob das reicht?

Da bin ich lieber zu einer Entstörspule in einem Ferrit gewechselt, Diese hat einen hohen Durchgangswiderstand bis ca 2 GHz, wie im letzten Artikel vom Bias Tee beschrieben. Darüber wird sie niederohmiger. Hier der Auszug aus dem Datenblatt.

Ein erster Versuch mit einem Ferrit hat schon ganz ordentliche Ergebnisse gezeigt, fällt über 2 GHz aber deutlich unter die Angaben im Datenblatt des MMIC zurück. Zwei Ferrite in Reihe verbessern das und bei 3 Ferriten ist das Ergebnis gut.

Hier die 3 Verstärkungsmessungen mit den 1, 2 und 3 Ferriten (Beads) und die Idealwerte aus dem Datenblatt

Die gelbe Kurve mit 3 Ferriten ist gut. Sie könnte ggf. mit weiteren Ferriten verbessert werden und dichter an die grüne Idealwerte heran gehen, dazu ist auf meiner Platine aber kein Platz mehr.

Wenn ich bei meiner FR4 Platine ca. 0,2dB Durchgangsdämpfung pro GHz annehme, dann sind das bei 4GHz schon 0,8dB, bleiben hier also nur noch 1,2 dB Abstand zur Idealkurve des MMIC die verbessert werden könnten.

Die Messung für den fertigen Verstärker 2

Hier der Aufbau der Platine von vorn.

Das ergibt mit einfachen Mitteln einen ganz ordentlichen GHz Verstärker und ist eine deutliche Verbesserung zur 1. Version des Verstärkers.

Verwendet wurden:
Shelvin Platine 3
2 SMA Buchsen zum Anlöten
7808 Spannungsregler 8V
ERA1-SM Verstärker
3 Ferrit Spulen BLM15HD182SN1
120 Ohm Widerstand
6 Kondensatoren wie oben beschrieben 3 x 100nF, 2 x 10nF, 1 x 1nF

Ich habe hier noch ein paar Platinen ohne Bauteile und Stecker übrig und für 5 € pro Stk. abzugeben plus 1,45 € Versand im Brief in Deutschland. Wenn also Interesse besteht fragt nach der Era Platine Shelvin V3. solange noch Platinen da sind.

von Matthias Busse

Ein Bias Tee von 20MHz bis 2,1 GHz mit 2 SMA Steckern aufgebaut

Ein Bias Tee ist ein DC Block, wie im vorherigen Beitrag, plus eine Gleichspannungszuführung auf einer Seite um z.B. einem Verstärker die Versorgungsspannung zu geben.

Die Gleichspannung wird seitlich über eine Induktivität zugeführt um die HF nicht abfließen zu lassen. Etwas wird aber immer durch kommen, sodass man dahinter einen Kondensator an Masse legt um die HF abzuleiten. Die Gleichspannung wird zwischen Induktivität und Kondensator angeschlossen.

Hier das Blockschaltbild. Statt der Induktivität ist hier ein 1800 Ohm Widerstand eingezeichnet, dazu später mehr.

Am Port2 rechts liegt jetzt die DC Gleichspannung auf der 50 Ohm Leitung. An Port 1 kann sie über den Kondensator nicht kommen, für die HF-Welle stellt der Kondensator aber keine Sperre dar. Wenn die HF über die Induktivität seitlich abfließen sollte, wird sie mit dem 100nF Kondensator gegen Masse abgeleitet und erscheint nicht auf der Gleichspannungsleitung DC. Weiterlesen

DC Block von 2kHz bis 3GHz aufgebaut

Ich habe eine DC Block aufgebaut. Das ist einfach ein Kondensator in Reihe in der 50 Ohm Leitung. Damit wird eine Gleichspannung abgeblockt und es kommt nur die Wechselspannung durch.

Gleichspannungen werden für Verstärker und andere aktive Schaltungen auf der 50 Ohm Leitung benötigt, dürfen aber nicht zu den Meßgeräten kommen, damit die Gleichspannung nicht das Meßergebnis verfälscht.

So ein DC Block sollte kompakt aufgebaut werden und einen großen Frequenzbereich abdecken. Am einfachsten ist es zwei HF Stecker direkt zusammen zu löten und einen Kondensator in den Innenleiter zu legen. Ich habe hier 2 SMA Stecker verwendet und einfach einen 2,2uF SMD  Kondensator zwischen die Innenleiter gelötet.
Bei maximal 1dB Durchgangsdämpfung (S21) kann ich ein unter Grenzfrequenz von 2kHz erwarten und bei max. 0,1dB sind 5kHz die Grenzfrequenz. Weiterlesen

Das Stehwellenverhältnis SWV mit dem NWT4000 messen

Der NWT4000 kann mit der Software WinNWT4 auch das Stehwellenverhältnis messen. Dazu ist allerdings eine Meßbrücke erforderlich.

Das Stehwellenverhältnis beschreibt bei einer Eintormessung das Verhältnis der hin laufenden Welle zur reflektierten Welle. Wie gut z.B. eine Antenne die hinlaufende Welle (Sendeleistung) abstrahlt und wieviel Leistung auf der Leitung zurück kommt, also nicht abgestrahlt wird.

Dazu wird eine SWV Brücke benötigt, die den gewünschten Frequenzbereich abdeckt.
Eine preiswerte SWV Brücke habe ich bestellt und hier durchgemessen. Diese Brücke ist laut Aufdruck von 0,1 MHz bis 3000 MHz ausgelegt.

Als erstes wurde die Transmission bei einem offenen Abgang gemessen. Das heißt die hinlaufende Leistung wird vollständig reflektiert und am Ausgang gemessen. Das ist dann die Transmissionsdämpfung der Brücke selbst.
Hier das Meßergebnis. Weiterlesen

Den ADF4351 Frequenzgenerator 35MHz bis 4,4GHz vom Arduino Uno ansteuern

Mit dem AFD4351 von Analog Devices lassen sich Frequenzen von 35 MHz bis 4,4 GHz erzeugen. Er ist digital vom Arduino ansteuerbar. Die Frequenz und Ausgangsleistung kann eingestellt werden. Damit ist er prima als Synthesizer zur Frequenzerzeugung geeignet.

Der interne VCO erzeugt 2,2 – 4,4 GHz und ist PLL gesteuert stabil. Diese Frequenzen können direkt als Sinus ausgegeben werden. Die Frequenzen darunter werden über digitale Frequenzteiler erzeugt, das heißt es werden Rechteck Signale ausgegeben mit den entsprechenden Oberwellen nach der Fourier Reihe.

Vom PC ist das Programm über die serielle Ausgabe steuerbar. Mit der Eingabe von h im Seriellen Monitor des Arduino Programms oder einem anderen Terminal Programm gibt es die Hilfe für die akzeptierten Steuerbefehle. Weiterlesen

Power Splitter DC – 4GHz

Ich habe einen 6dB Power Splitter aufgebaut. Er arbeitet von Gleichspannung bis zu 4 GHz und alle Ports sind besser 14dB angepasst, damit ist das SWR kleiner 1,5.
Jenseits von 4GHz kann ich leider nicht messen.

Zum Aufbau habe ich ein einfaches Alu Halbschalengehäuse mit 2 Stirnplatten verwendet.

In die Stirnplatten habe ich 3 x SMA Buchse-Buchse Gehäuseeinsätze geschraubt und dann zwei  Semirigid Kabel (verzinnter Mantel) mit 2 SMA Steckern abgeschnitten. Diese habe ich auf die Gehäusebuchsen geschraubt und in der Mitte des Gehäuses zusammen laufen lassen.

Die Semirigid Leitungen wurden abisoliert, sodass der Innenleiter etwas raus schaut. Er wird nach oben gebogen da hier später die Widerstände angelötet werden sollen. Unter die 3 Leitungen habe ich ein Stück Weißblech gelötet für einen guten Massekontakt zu allen Seiten und für die mechanische Stabilität.

Dann habe ich die 3 Innenleiter im Dreieck mit 3 x 50 Ohm Widerständen frei fliegend verbunden. Dazu wurden 49,9 Ohm SMD 805 Widerstände mit 1% Toleranz genommen. Das ist schon etwas schwierig zu verlöten, da alle Widerstände ca. 1mm über der Massefläche liegen sollten und dicht vor der Schirmung verlötet werden sollen. Nur wenn der Aufbau kompakt ist können gute Eigenschaften bis zu hohen Frequenzen erreicht werden. Weiterlesen