Preamp/LNA för 144 MHz

De både metoderna utesluter inte varandra.

Men det är oavsett en bra utgångspunkt att
ta ett steg tillbaka och tänka ett ögonblick på
vad man önskar uppnå. Om vi tar ett bandpassfilter
som exempel så är det rätt bra att veta i förväg
ifall man behöver en , två eller tre filterpoler eftersom det bestämmer hela uppbyggnaden.

Mer komplicerad än så behöver en "kravspecifikation" inte vara,
och saken är helt orelaterad till om det skulle vara en kommersiell produkt eller inte.

Jag har dock börjat att se ett mönster rent allmänt; nya radioamatörer
är numera ganska ofta uppfyllda av förutfattade meningar och är obenägna att lyssna till råd. Uppenbarligen har något gått dem förbi i utbildningen, att ett oslagbart sätt att lära sig något är att faktiskt lyssna till de som har mer kunskaper och erfarenhet. Man kan undvika både dyrbara och pinsamma misstag när sådant tillämpas.

Numera gör jag av olika skäl ganska sällan detaljkonstruktioner på komponent- eller modulnivå, men principen tillämpas precis lika bra vid systemkonstruktion. Först titta på övergripande egenskaper, sedan grovt välja ut metoder och funktionsblock, göra ett första förslag, låta andra titta på förslaget, ta in och bearbeta kritik samt synpunkter samt slutligen ta fram en mer färdig lösning. HP nådde sin en gång världsledande position inom mätutrustning genom att konsekvent tillämpa detta.

De som låter prestige eller förutfattade meningar styra sina val blir vanligen inte så långvariga.

Men i slutänden, "var och en blir salig på sin fason"
 
Även som (delvis) självlärd så finner jag ofta matnyttigheter i dina inlägg AOM.
Har följt den här tråden med intresse.
 
SM0AOM said:
Jag har dock börjat att se ett mönster rent allmänt; nya radioamatörer
är numera ganska ofta uppfyllda av förutfattade meningar och är obenägna att lyssna till råd.
Click to expand...
Jag ser samma mönster och är nog inte så hjälpsam som förr. Men om jag märker att råden uppskattas och det ges någon form av återkoppling kan jag bli väldigt hjälpsam.

Har kanske att göra med att det idag finns massor med lättanvända simuleringsprogram som gör jobbet i kombination med närmast obegränsad information. De råd du eller jag ger blir då bara ett i det allmänna informationsbruset.

När vi började på 60-talet var ingången ofta John Schröders Radiobyggboken som täckte in det mesta som behövdes för att hjälpligt bygga ihop mottagare och div mätinstrument.

Kravspecifikationer på den tiden kunde inskränka sig till några enkla saker som frekvensområde, uteffekt, tonkvalitet etc som ofta fick bedömas i avsaknad av mätinstrument. Å andra sidan kommer man långt med en dioddetektor och div jämförandemätningar. :)
 
Det är precis vad saken handlar om, och det är det som gör ett reservationslöst användande av simuleringsprogram så riskabelt.
Dessa program är endast modeller, och kan inte efterbilda "den farliga verkligheten" fullt ut.

Dessutom innehåller de sällan eller aldrig någon vägledning i rimlighetskontroller eller om en simulerad kretslösning verkligen är realiserbar. Detta utgör för många, inklusive högskolestudenter, ett närmast oöverstigligt hinder.

På QRZ.com så tog jag del i en diskussion om självneutraliseringsfrekvensen hos 811A med bl.a. den mycket erfarne RF-ingenjören G0HZU, vilken ingående redogjorde för bristerna hos gängse modeller av kretselement som oftast finns i simuleringsprogram.
Som exempel togs uppträdandet hos en traditionell modell jämfört med en modell utförd i en 3D-elektromagnetisk simulator. Skillnaden vid frekvenser i VHF-området var dramatisk.

Att det är ett oerhört informationsbrus idag är ställt utom allt tvivel, och för den oerfarne blir det en mycket svår uppgift att navigera genom det.

Funderar ibland över hur man hade agerat som 15/16-åring om detta omfattande informationsbrus och alla datorbaserade gratisverktyg funnits då.

Sannolikt hade jag blivit helt odräglig, och gett mig in i animerade diskussioner med mina mentorer, i stället för att, bildlikt talat, sitta vid SM4COK och SM4AWC:s fötter och insupa vetande förankrat i "vetenskap och beprövad erfarenhet".
 
För att konkretisera denna tråd lite så är jag nu i stort sett klar med ett kort för LNA med ATF-54143 och efterföljande banpassfilter. Matchningsnät etc är ritat lite generiskt och jag tänker mig att det ska funka på 144, 432, 1090/ADSB samt om prestandan blir tillräckligt bra också på 1296 MHz. Med fantommatning typ 5V eller separat matning via regulator. Induktanserna i filtret blir luftlindade. Blir en beställning på JLCPCB och styckkostnaden per mönsterkort kommer att bli låg. Om intresse finns här så kan jag sen dela med mig.
image.png

image.png
 
Lägg till LF-filtrering på gate på HF-steget. R5 kan vara en induktor och avkopplingfrån spänningsdelaren till source med brytfrekvens någon kHz eller lägre. Då slipper du att (starka) signaler amplitudmoduleras med brus från Q1 och termiskt brus från spänningsdelaren.
SM5BSZ noterade det på en transverter för några år sen, där det var ett steg i LO som modulerades.
Ett seriemotstånd från spänningsstab till avkoppling på matningsspänningen är nog också bra.

Hälsningar
/Jan
 
Det borde räcka med att sätta en kondensator till jord
från den punkt där R3,R4 och R5 möts.

Impedansnivåerna i denna krets är höga, så man får bra LF-avkoppling med relativt små kapacitansvärden.

Vill man vara riktigt ordentlig så kan man dela upp R3 i två, och sätter en kondensator till jord på mittpunkten.

Sedan blir en rent allmän fundering hur man ska få det hela stabilt på 144 MHz. När man tittar på plotten för Rolletts stabilitetsfaktor k för transistorn ensam,
1690200520634.pngså inser man, likt OZ2OE för snart 20 år sedan, att stabilitet inte är given.
Det går åt en del dämpning både här och var för att uppnå det.

Blir intressant att se brusprestanda i de olika banden, och hur kritiskt det blir med komponentspridning.
 
Tack för synpunkter. Minns SM5BSZ's ändringsförslag på Anglian-transvertern, men tror att detta problem med LF-brus/detektering inte är så vanligt utan var mer av en egenhet hos just den MMIC-förstärkaren som man använde där. En avkoppling till jord där resistanserna möts får det bli. R5 bör helst inte vara en induktans av stabilitetsskäl (en induktans blir ju också en kapacitans på höga frekvenser).
Vidare om stabiliteten, så är det viktigt att drain inte ser rent reaktiv impedans någonstans. Ett litet serie-R som R6 garanterar (nästan) det. Och låga frekvenser kommer se R i FB1, som bör vara kanske 100Ohm vid 100 MHz. Vidare, om pi-dämparen R8-R9-R10 är på blott -3dB blir reflektionsdämpningen som sämst -6dB från den, på nån frekvens där bandpassfiltret helt reflekterar. Så finns möjligheter att labba.
På ingången vill man helst inte hitta på för mycket trix, men måhända skulle jag sätta ett L i serie med R5 så att man kan labba lite ifall stabiliteten blir ett problem. Att kortet kommer vara FR4 skapar också lite loss på >1 GHz vilket är bra för stabiliteten på höga frekvenser.
 
Det blir nog bra.

Erinrar mig från kursen i Mikrovågsförstärkare att
man kan plotta "stabilitetskonturer" som visar om det finns risk
att underskrida värdet 1 på k hos en förstärkare vid någon frekvens.

Har dock inte gjort sådant "i modern tid", men har förstått att
t.ex. Agilent ADS kan göra det som del av simuleringar.
 
SM0AOM said:
Ett filter ska alltid sitta där det gör mest nytta.
Finns det starka utombandssignaler så ska det sitta framför en förstärkare,
därför att ingenting kan ersätta HF-selektivitet.

Man gör vanligen så att filtreringen distribueras utefter en förstärkarkedja för att begränsa bandbredden
i varje steg, och minska kraven på varje enskilt filter.

Vilken form på passbandskurvan och vilken flankbranthet som behövs styrs av behoven,
och det är här som kunskaper om och erfarenheter av "systems engineering" kommer in.
Vi som försörjer (försörjt) oss som systemingenjörer vet att "ingen kedja är starkare än sin svagaste länk",
och väger olika alternativ mot varandra för att hitta den mest smakliga kompromissen.

Sitter det systemkomponenter vilka har mycket sämre storsignalegenskaper bakom en LNA
så gör filter med realiserbara egenskaper ganska liten skillnad oavsett var det sitter, men det är ändå lämpligt att undertrycka signaler
långt ifrån arbetsfrekvensen innan de når aktiva kretselement.

Saken är på intet sätt något sätt ny, i mitten av 70-talet så skrev DJ7VY mycket i DUBUS och UKW-Berichte om optimering av förstärkarkedjor.
M. Martin: "Empfängereingangsteil mit großem Dynamikbereich und geringen Intermodulationsverzerrungen"

View attachment 10156

Det nedersta filtret är av visst intresse, eftersom det har en djup "notch" på 100 MHz medan det ger en försumbar dämpning på 144 MHz.

View attachment 10155

När man vill optimera för brusfaktor så är låg dämpning viktigt, och man undertrycker de signaler som bedöms
kunna ha det största potentiella inflytandet. Vilka dessa är avgörs av den aktuella signalmiljön.

Av andra skäl kan det vara nyttigt att sätta ett filter även efter en LNA, därför att man vill begränsa bandbredden för att
undvika att bruset på spegelfrekvensen försämrar systemet. Detta var ett större problem förr, när MF ofta låg på 4-6 MHz.
Click to expand...
Det nedre filtret som beskrivs är väldigt likt det jag har börjat fundera på att ha som matchningsnätverk på ingången men efter att ha begrundat era rekommendationer och gjort lite mätningar på min msa-0185 och även vissa simuleringar inser jag att trimbara komponenter gör att man kan justera egenskaperna till det man önskar, men då blir frågan - är det helt förkastligt att sätta två trimkondensdatorer i serie med signalen på ingången? Jag antar att matchningsnätverket jag tänker på kallas T-nätverk då det är två kondingar i serie med en induktans emellan dessa som kopplas mot jord.

Jag förstår att denna variant inte kommer uppföra sig som kretsen ovan men det är det jag kan löda dit på mitt labb-kort vilket är det som just nu får sätta gränserna ( så har vi löst den diskussionen )

En ytterligare fråga gäller spolen som fungerar som filter mellan RF-utgången och drivspänningen. Hur stor är FÖR stor och hur påverkar det? Ju större induktans desto större reaktans men med massor med tråd och varv kommer den ju få en stor kapacitans vilket borde göra det till en serieresonant krets med LÅG impedans vid en viss frekvens vilket jag misstänker är o-önskvärt?
 
Jag tror jag håller mig till fasta värden när trimkondingar ligger på dom här pengarna...
 

Attachments

  • Screenshot_20230728-115224.png
    Screenshot_20230728-115224.png
    342,6 KB · Views: 15
sJag ifrågasätter starkt om det överhuvudtaget behövs något matchningsnät på ingången.
Moderna MMIC är internt matchade och ligger vanligen inom 1,5:1 SWR-cirkeln

För att kunna försumma inverkan av impedansen hos matningsnätet till en MMIC-utgång så bör beloppet
vara minst 4 gånger större än systemimpedansen, alltså 200 ohm. Hur man fördelar dessa 200 ohm mellan
reaktans och resistans är rätt egalt, men när man låter impedansen primärt bestå av induktans finns risken för
självresonanser.

Vid en arbetsfrekvens av 144 MHz så krävs en induktans av 220 nH, och detta ordnas enklast med en liten luftlindad induktans
med 4 mm diameter, 0,4 mm tråd samt 9 varv. Denna får en första självresonans runt 900 MHz vilket ligger tillräckligt
långt borta.

Ett T-nät får en högpasskaraktäristik, som är dåligt ibland och bra ibland.

Att låta en befintlig låda eller layout detaljstyra hur en elektrisk konstruktion ska se ut är något
som på 70-talet kallades för "lådsyndromet". Om man som nybörjare går in i den fällan är
det upplagt för besvikelser.

Endast erfaret "RF-folk" kan göra sådana anpassningar med goda resultat,
eftersom alla val när det gäller mekanisk uppbyggnad får återverkningar på den elektriska funktionen.
 
De mmics jag kommer prova med behöver ingen matchning men jag eftersom vill lära mig saker tänkte jag ta tillfället i akt och passa att samtidigt lära mig räkna på och bygga ett matchningsnätverk. Om jag bara valde att göra det minsta som behövs finns det ju egentligen ingen anledning att hålla på med någon hobby alls. Det mesta går att köpa färdigt idag.
 
Har gjort en del ritande i KiCad idag och kommit fram till följande layout.

Screenshot from 2023-07-30 21-22-01.pnglnapcb.png

Jag hade gärna sett större yta vid konstantströmsdrivarna då dom nog kan bli varma vid hög inspänning men för labbändamål bör det duga gott. Footprinten för L1 stämmer inte. Jag högg bara något relativt stort för att ha utrymme att spela på när jag väl kommit fram till vad som passar där. Schema-symbolen för CL25 är inte heller korrekt då varken CL2 eller CL25 fanns med i KiCad så jag tog en annan LED-drivare bara för att få dit rätt kapsling. Anslutningarna är dock korrekta för CL2 och CL25. Kondingarna vid regulatorerna är 1206 för att det inte ska bli onödigt/löjligt smått att löda. Jag har provat/övat lite de senaste dagarna och även om jag börjar få snits på 0603 föredrar jag lite större komponenter.

Trimkondingarna är Knowles JR500 som är ställbara mellan 8 och 50pF
 
Jag tror att alla vi andra här gärna skulle bli av med dina konstantströmsdrivare, men det är ju som du skriver för din egen kompetensutveckling och nöje, så prova du! Och ja, trimkondingar är väldigt dyrt nu då det används såpass lite. Du får försöka hitta surplus på ebay etc.
Eller köpa från denna affär: https://www.rf-microwave.com/en/standard-trimmers/544/
 
Ett praktiskt tips;

Bra trimkondensatorer är dyra men inte alltid nödvändiga. Dock är de bekväma att använda när någon krets skall optimeras eller man behöver finna bästa kombination mellan flera trimkondensatorer. Som de tre du har i ingångskretsen i din pre-amp. Bara en kombination av dessa är ju "den bästa".

När jag arbetade med RF-konstruktion med hålmonterade komponenter på 80-talet så gjorde vi en stor revision av ett antal produkter där alla trimkondensatorer (många) ersattes med fasta Philips NP0 kondensatorer. All trimning gjordes sedan genom att sära lite på de små luftlindade spolarna. Resultatet blev bra och komponentkostnaden minskade markant liksom fel och reklamationer minskade eftersom en del fabrikat av trimkondensatorer är ostabila och inköparen ibland "köpte in på pris från Kina" istället för vad vi på utvecklingsavdelningen specificerade.

Senare när vi gick över till SMD-konstruktion i slutet av 80-talet, då med jättestora komponenter som 1206 och 0805, ersattes de luftlindade spolarna med Coil Craft SMD som vi fann hade en väldigt liten spridning och i övrigt bra data. I utvecklingsfasen använde jag ibland små trimkondensatorer av hög kvalitet för att "känna" lite på avstämningen och kanske finna de bästa komponentvärdena i mångpoliga filter m m. Kapacitansen i respektive trimkondensator mätes därefter upp och trimkondensatorn ersattes sedan med fasta SMD-kondensatorer.

De flesta produkterna jag jobbade med var inom frekvensområdet 30 - 1000 MHz. För att underlätta utvecklingsarbetet tog jag fram ett komplett testkit med provkondensatorer där 0805 NP0 kondensatorer limmades fast på 2 mm plexiglasstavar ca 10 cm långa och försedda med en liten flagga med komponentvärdet påskrivet. Hela serien små kapacitanser från 0,5 pF upp till 47 pF. Vid labb och prov så trycktes pinnen med komponenten mot lödöarna och det gick snabbt att finna bästa värde i en krets. Proceduren fungerar mycket bra på höga frekvenser långt upp i GHz-området och där man använder SMD-komponenter av god kvalitet och där tillverkningstoleranserna på mönsterkorten kan hållas under kontroll. Alla bestyckade individer blir nära nog helt identiska utan att det behövs någon trimning eller justering av kretsarna.

Samma teknik kan naturligtvis användas med vanliga hålmonterade komponenter där man kan såga en liten skåra i en 3 eller 5 mm plexiglasstav och sen limma dit komponenterna med korta avklippta ben som landar i den position och gör kontakt med löd-ön som en fastlödd komponent hamnar i.
 
Last edited:
Det som Bengt beskriver är en mycket bra metod och fungerar
alltid så länge man är stadig på handen.

Sedan kommer det här med "engineering judgement" in i bilden.
En ingångkrets till en LNA med en modern MMIC arbetar med så låga
impedanser och har så lågt Q att man inte har någon som helst
glädje av trimbara komponenter.

Den experimenterande radioamatören förväntas skaffa sig "engineering judgement" och
ett av kännetecknen på sådant är att lyssna till råd från mer erfarna.
 
Idag har jag konstruerat kalibreringsstandarder till min nanoVNAn för att lära mig lite om hur man kan "nolla bort" olika parametrar. Jag skapade Open, Short och Load mha tre identiska kort med det jag prototypar min LNA på (bild finns tidigare i den här tråden) och först blev jag inte riktigt klok på mina mätdata men ett av bekymren visade sig vara en dålig lödpunkt på en ytmonterad bygling.

Jag använde 100pF seriekondensator på samtliga kort placerad på samma plats där den sitter på kortet med min PGA103 och jag upptäckte nu när jag granskar mina mätvärden att när jag använder mina egengjorda standards som alla har en kondensator i serie så stämmer mina värden nästan exakt med de som är publicerade av Minicircuits. Jag noterar också att det skiljer en hel del beroende på drivströmmen. Vid 120mA som uppnådes mha 6 parallekopplade CL2 LED-drivare mätte jag precis under 5V innan spolen som sitter direkt vid utgången på mmic'n och de impedans-värden jag får fram har mycket små avvikelser från publicerade siffror.

Jag tolkar resultatet som att det är fullt möjligt att bygga egna kalibreringsstandarder för specifika projekt där man vill utesluta t.ex. kretskortsbanor och mindre induktanser och kapacitanser om man är villig att offra några kretskort och lite komponenter.

Vidare var det spännande att fortsätta lödövningarna med ytmonterade komponenter. 0603 känns fortf lite smått men 1206 som jag använde för glättning/avkoppling precis innan spolen (även den storlek 1206) var en fröjd att jobba med.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top