mlab-modules / qfhmix01 Goto Github PK

View Code? Open in Web Editor NEW

1.0 1.0 0.0 193.39 MB

QFH active antenna mixer

Home Page: https://www.mlab.cz/module/QFHMIX01/

License: GNU General Public License v3.0

OpenSCAD 0.22% HTML 99.78%

mlab mlab-module kicad kicad-pcb kicad-project mlab-kicad pcb

qfhmix01's Introduction

QFHMIX01E - QFH active antenna mixer

Parameters

Parameter	Value	Description
Frequency range	100 - 1000 MHz
Noise Figure	4.75 dB	For 430 MHz
Total Gain	31.6dB	23.5 dBm IIP3
Interface	IDC381-8-110	KRONE Punch down block
Operating and storage temperature	-20 - +30°C
Operational input voltage	9 - 14.8 V	Internally stabilized to +5V and +3V

qfhmix01's People

Contributors

Stargazers

Watchers

qfhmix01's Issues

Mechanické uchycení vývodů antény

Aktuálně se osvědčilo anténu montovat na šrouby tak, že se rozplácne konec měděné trubky kleštěmi a do vzniklé plochy se lochovačkou vytvoří díra.
Dále je pak plochý konec uchycen na šroub utažený v PCB dvěmi maticemi staženými proti sobě (stejně jako jsou řešeny MLAB moduly).
Takový postup má ale nevýhodu že se při skládání antény musí měděný konec trubky vyhnout až nad úroveň šroubu. Důsledkem je zbytečně obtížné skládání a hlavně oprava antén.

Lepším řešením by tak asi bylo do PCB zaletovat sloupek se závitem do kterého se naopak šroub zašroubuje skrz placatou část antény.

Vhodné sloupky by mohly být například tyto:

Vyžaduje to ale úpravu aktuálního otvoru pro připojení antény, který na PCB nyní je.

Přepěťové ochrany vstupů antény

Modul obsahuje vstupní přepěťové ochrany této konstrukce (symetricky na obou vstupech)

Tyto přepěťové ochrany mohou/musí být odebrány a akumulace náboje na anténě bude vyřešena DC svodem na vstupní straně filtru.

Chyby v návrhu současného modulu jsou zakresleny přímo do schéma v tomto nákresu

Odebrání zbytečných součástek

Označeno křížky

Zkontrolovat velikosti pouzder cívek

Kvůli maximalizaci Q je pravdědobně potřeba používat větší pouzdra cívek.

Návrh RF filtru z diskrétních součástek

Pro tento modul je nutné navrhnout strukturu RF filtru, která by umožňovala přeladění filtru změnou hodnot součástek. Předpokládaný pracovní rozsah je 100 až 900 MHz.

Rezistorová síť pro napájení mixeru oscilátorem je špatně spočítána

Výstupní hodnoty napětí z aktuální rezistorové sítě překračují doporučené limity pro napájení mixeru

Rozdílnost signálů antén č.3 a č.4

Po opravě zesilovačů na anténě č. 4 #17 se ukázalo, že anténa č.3 má odlišnou citlivost oproti anténě č.4.
Test byl proveden vysíláním PlutoSDR na 370MHz.

Anténa č. 3 je ve spektrogramu vpravo nahoře. Vpravo dole je anténa č.4. Ze spektrogramu je vidět, že signál na anténě č.4 je více viditelný oproti šumu.

Zničené vstupní zesilovače

Zjistil jsem že na anténě č. 4 jsou zničené oba vstupní zesilovače U6 a U7.
Je potřeba ověřit

Byly dobře přiletované jejich chladící plošky
jsou dobře zaletované vstupní filtry izolující případnou přepěťovou špičku z antény.

PCB layout

Chlazení zesilovačů - odmaskování prokovů

Při použití vyrobených desek jsem zjistil, že se přehřívají zesilovače na vstupu antény. Důvodem je nedostatečný odvod tepla z jejich pouzder.
V jejich okolí a pod nimi je sice množství prokovů na druhou stranu desky. Jenže prokovy jsou prázdné a nevedou tak dobře teplo pryč z pouzdra.

Důvodem je jednak to, že je po zaletování zesilovačů nutné prokovy zalít cínem z druhé strany PCB. A také to, že prokovy jsou díky nepájivé masce z jedné strany zablkovány před vstupem cínu.

Na další revizi PCB je tak nutné chladící prokovy odmaskovat okružím i z druhé strany, aby bylo možné prokov v celé jeho výšce prolít cínem.

Orientace narážecí svorkovnice na PCB

Na PCB je vhodné svorkovnici otočit o 180 stupňů, aby více odpovídala reálnému způsobu přivedení kabelu.

Aktuálně totiž vodiče musí být na svorkovnici přivedeny přesně z opačné strany.

Lineární stabilizátor 5V nahradit spínaným zdrojem

Vzhledem k vysoké spotřebě aktivní antény (880 mA@5V) je potřeba nahradit lineární vstupní regulátor spínaným zdrojem.

Vstupní regulátor by měl akceptovat 12-14V vstupní napájení (palubní 12V rozvod auta) a vytvářet 5V napájení, které je vhodné pro napájení LNA a mixerů.
Důležité je, aby spínaný zdroj pracoval na konstantní frekvenci a nezarušil tak příliš velkou část spektra.

Opravit hodnoty terminačních rezistorů

Ve schématu jsou nekoupitelné hodnoty rezistorů.

Je potřeba zvážit i existenci rezistoru R36, který je redundantní k předchozím čtyřem rezistorům na vstupu

Budič hodinového signálu pro směšovače nahradit

V návrhu je aktuálně použit dvojitý budič hodin

Takové řešení pravděpodobně zbytečně zvyšuje složitost. Neboť výkon, který je potřeba na napájení jednoho směšovače je podstatně menší než výkon, který je schopen poskytnout jeden PECL výstup.

Vhodnější tak zřejmě je použít stejný obvod jako je použit v RFIQINT01A - MAX9321. Tento obvod má pouze jeden PECL výstup a přijatelnější pouzdro.

Zapojení vstupních obvodů mixeru nerespektuje doporučené zapojení v datasheetu

Datasheet vyžaduje na RF vstup mixeru zapojit seriovou kombinaci R 68 Ohm a cívky (L1A/L1B) s indukčností 56nH.

Tento RL článek ve skutečnosti určuje pracovní bod mixeru a bez něj není na výstupu mixeru žádný signál.

Bias napájení mixeru

Mixer pro svojí funkci potřebuje ještě bias napájení to je přivedeno ze strany RF výstupu aktuálně tímto zapojením:

Bylo by vhodné sjednotit součástky a hodnoty se zapojením, které je použito na napájecí straně LNA ve filtrech:

Výsledkem bude, že v konstrukci bude menší rozsah použitých typů součástek a také je provedení napájení na straně LNA kvalitnější.

Tepelná ochrana při přehřátí

Ve více issues #11 #18 nebo #17 se ukazuje, že zřejmě bude vhodné ošetřit maximální provozní teplotu, při které aktivní prvky antény budou napájeny.

Pokud vyjdeme z vlastnostní měniče LTC3601, tak ten má vstupní pin RUN, který umožňuje vypnutí a zaptuní měniče. "RUN (Pin 14/Pin 12): Regulator Enable Pin. Enables chip operation by applying a voltage above 1.25V. A voltage below 1V on this pin places the part into shutdown. Do not float this pin."

Pro zajištění takové proteční funkce by tak mělo stačit řídit hodnotu napětí na pinu RUN podle teploty. Existují přímo IC termostaty, které takovou vlastnost splňují, např. LM56.

Domnívám se ale, že je jednodušší stejného výsledku dosáhnout odporovým děličem tvořeným termistorem a odporem.
K vyřešení je tak potřeba:

zvolit teplotu při které se to má vypínat.
Najít termistor, který je pro to vhodné použít
napočítat ten druhý odpor v děliči tak, aby vzhledem k hysterezi RUN vstupu došlo ke spínání při akceptovatelném rozsahu teplot.

Přehřívající se obvod U10 na QFHMIX01B

Obvod budiče U10 má plošku nespojenou se zemí, která se silně zahřívá.

Kvalitní blokování napájení mixeru

Aktuální zapojení neřeší blokování napájení mixeru

Datasheet vyžaduje, aby vývod DCPL (4) byl blokován kapacitou alespoň 100nF.

Dále pak na vstupu napájení Vpos je RC Pi článek, sloužící k filtraci vstupního napájení.

QHA anténa pro příjem signálů družic

Pro příjem signálů o neznámém polarizačním stavu, jako je například vysílání satelitů je výhodné použít anténu přijímající kruhovou polarizaci. Takovým typem antény je například quadrifillar helix, tento typ antény však má kvadraturní výstup a pro zpracování signálu je tak vhodné pracovat s I/Q signálem.

Simulační model antény

Cílem simulačního modelu je mít k dispozici nástroj, kterým bude možné navrhnout anténu pro definovanou aplikaci. Zejména pro zvolený frekvenčni rozsah. Návrh je ovšem potřebné řešit společně s částečným designem RF anténního frontendu. Neboť vstupní parametry obvodů lze nastavit tak, aby lépe odpovídaly konstrukčnímu optimu antény.

NEC Model

Vytvořil jsem NEC model, který umožňuje optimalizovat rozměry antény podle zadaných požadavků. Tento model obsahuje chybu v umístění konců spirály helixu mimo střed zemní patche.

Antenna Magus model

Tento simulační software obsahuje předpřipravený model antény S-C QHA, která je téměř ideální pro tuto aplikaci.

Mělo by proto být možné navrhnout anténu/antény pro potřebné frekvenční rozsahy. S předpokladem, že funkce fázovacího napájecího vedení bude zajištěna vždy digitálním zpracováním.

Určení geometrických parametrů

Výstupem optimalizace na simulovaném modelu antény by měly být geometrické rozměry anténních elementů, které umožní její výrobu.

Konstrukční realizace

Z projektu Bolidozor si lze půjčit některá konstrukční řešení této antény. Například realizaci základní podstavy a ní umístěné sletované šroubovice.

Bolidozor QFH anténa

Zemní plocha je realizována z děrovaného pozinkového plechu, kterým propadává sníh. Tento plech je nanýtován na úhelníky, které slouží jako výstuha podkladového čtverce a také k jejich vzájemnému spojování. Na ně pak může být umístěn prvek zářiče tvořený šroubovicí.

Šroubovice z měděné trubky by měla být zakončena průchodkou do kovové krabice ve které bude analogový front-end. Kovová krabice by měla být integrální součástí antény a bude sloužit jako její podstava.