Dit artikel beschrijft het ontwerp van RF-omzetters, inclusief blokschema's, voor zowel RF-upconverters als RF-downconverters. De frequentiecomponenten die in deze C-band frequentieomzetter worden gebruikt, worden besproken. Het ontwerp is uitgevoerd op een microstrip printplaat met behulp van discrete RF-componenten zoals RF-mixers, lokale oscillatoren, MMIC's, synthesizers, OCXO-referentieoscillatoren, verzwakkingspads, enzovoort.
RF-upconverter ontwerp
Een RF-frequentieomzetter verwijst naar het omzetten van frequenties van de ene waarde naar de andere. Het apparaat dat frequenties van een lage naar een hoge waarde omzet, staat bekend als een upconverter. Omdat het op radiofrequenties werkt, wordt het een RF-upconverter genoemd. Deze RF-upconvertermodule zet IF-frequenties in het bereik van ongeveer 52 tot 88 MHz om naar RF-frequenties van ongeveer 5925 tot 6425 GHz. Vandaar dat het een C-band upconverter wordt genoemd. Het wordt gebruikt als onderdeel van RF-transceivers die worden ingezet in VSAT's voor satellietcommunicatie.
Figuur 1: Blokschema van de RF-omzetter
Laten we het ontwerp van het RF Up-convertergedeelte eens stap voor stap bekijken.
Stap 1: Zoek uit welke mixers, lokale oscillatoren, MMIC's, synthesizers, OCXO-referentieoscillatoren en verzwakkingspads er doorgaans beschikbaar zijn.
Stap 2: Voer de vermogensniveauberekening uit in de verschillende fasen van de opstelling, met name bij de ingang van de MMIC's, zodat het vermogensniveau het 1 dB-compressiepunt van het apparaat niet overschrijdt.
Stap 3: Ontwerp en implementeer geschikte microstripfilters in verschillende fasen om ongewenste frequenties na de mixers in het ontwerp uit te filteren, afhankelijk van welk deel van het frequentiebereik u wilt doorlaten.
Stap 4: Voer de simulatie uit met Microwave Office of Agilent HP EEsof met de juiste geleiderbreedtes, zoals vereist op verschillende plaatsen op de printplaat voor het gekozen diëlektricum, afhankelijk van de RF-draaggolffrequentie. Vergeet niet om afschermingsmateriaal als behuizing te gebruiken tijdens de simulatie. Controleer de S-parameters.
Stap 5: Laat de printplaat fabriceren en soldeer de gekochte componenten erop.
Zoals weergegeven in het blokdiagram van figuur 1, moeten geschikte verzwakkingspads van 3 dB of 6 dB ertussen worden gebruikt om het 1 dB-compressiepunt van de apparaten (MMIC's en mixers) op te vangen.
Gebruik een lokale oscillator en synthesizer met de juiste frequenties. Voor conversie van 70 MHz naar de C-band wordt een LO van 1112,5 MHz en een synthesizer met een frequentiebereik van 4680-5375 MHz aanbevolen. De vuistregel voor het kiezen van een mixer is dat het vermogen van de LO 10 dB hoger moet zijn dan het hoogste ingangssignaalniveau bij P1dB. GCN (Gain Control Network) is ontworpen met PIN-diode-verzwakkers die de verzwakking variëren op basis van de analoge spanning. Vergeet niet om banddoorlaat- en laagdoorlaatfilters te gebruiken wanneer nodig om ongewenste frequenties te filteren en de gewenste frequenties door te laten.
RF-downconverter ontwerp
Het apparaat dat frequenties van een hoge naar een lage waarde omzet, wordt een downconverter genoemd. Omdat het op radiofrequenties werkt, wordt het een RF-downconverter genoemd. Laten we het ontwerp van de RF-downconverter stap voor stap bekijken. Deze RF-downconvertermodule zet RF-frequenties in het bereik van 3700 tot 4200 MHz om naar IF-frequenties in het bereik van 52 tot 88 MHz. Daarom wordt het een C-band downconverter genoemd.
Figuur 2: Blokschema van de RF-downconverter
Figuur 2 toont het blokschema van een C-band downconverter met behulp van RF-componenten. Laten we het ontwerp van het RF-downconvertergedeelte stap voor stap bekijken.
Stap 1: Volgens het heterodyne-ontwerp zijn twee RF-mixers geselecteerd die RF-frequenties omzetten van 4 GHz naar 1 GHz en van 1 GHz naar 70 MHz. De RF-mixer die in het ontwerp wordt gebruikt, is de MC24M en de IF-mixer is de TUF-5H.
Stap 2: Er zijn geschikte filters ontworpen voor gebruik in verschillende fasen van de RF-downconverter. Deze omvatten een banddoorlaatfilter (BPF) van 3700 tot 4200 MHz, een BPF van 1042,5 ± 18 MHz en een laagdoorlaatfilter (LPF) van 52 tot 88 MHz.
Stap 3: MMIC-versterker-IC's en verzwakkingspads worden op de juiste plaatsen gebruikt, zoals weergegeven in het blokschema, om de vermogensniveaus aan de uitgang en ingang van de componenten te bereiken. Deze worden gekozen op basis van de versterking en het 1 dB-compressiepunt dat vereist is voor de RF-downconverter.
Stap 4: De RF-synthesizer en LO die in het ontwerp van de opwaartse converter worden gebruikt, worden ook in het ontwerp van de neerwaartse converter gebruikt, zoals weergegeven.
Stap 5: RF-isolatoren worden op geschikte plaatsen gebruikt om RF-signalen in één richting (voorwaarts) door te laten en de RF-reflectie in de achterwaartse richting te voorkomen. Daarom worden ze ook wel unidirectionele apparaten genoemd. GCN staat voor Gain Control Network (versterkingsregelnetwerk). De GCN functioneert als een apparaat met variabele demping waarmee het RF-uitgangsvermogen naar wens kan worden ingesteld op basis van het RF-linkbudget.
Conclusie: Net als bij de concepten die in dit ontwerp van een RF-frequentieomvormer worden genoemd, kunnen frequentieomvormers ook voor andere frequenties worden ontworpen, zoals de L-band, de Ku-band en de millimetergolfband.
Geplaatst op: 7 december 2023
