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TECHNIKFORUM

Transvertertechnik

Verluste im Hohlleiter-

Koaxsystem bei 24 GHz

Jürgen Dahms, DCØDA

Zwei Punkttabellen (links) zeigen in

der Gegenüberstellung Vor- und Nach-

teile beider Systeme auf.

Deutlich überwiegen die Vorteile bei

einem reinen Aufbau in Hohlleitertech-

nik. Der Nachteil ist die dadurch be-

dingte Größe des Transvertergehäuses.

Es gilt, Vor- und Nachteile so mit einan-

der zu verbinden, dass größere Verluste

in Ausgangsleistung und Eingangsemp-

findlichkeit vermieden werden. Beson-

ders Portabelstationen legen Wert auf

ein flaches kleines Gehäuse und ein

In seinem Beitrag versucht der Autor darzustellen, wo bei der

Zusammenschaltung von 24-GHz-Baugruppen Übertragungsver-

luste auftreten und wie sie minimiert werden können.

Am Beispiel eines einfachen Transverters für das 24-GHz-Band

wird die Problematik erklärt und durch Messdaten dokumen-

tiert. Gleichzeitig wird dabei der Aufbau dieses sehr preiswer-

ten Transverters für den Portabelbetrieb beschrieben.

Den Autor

erreichen Sie unter:

Jürgen Dahms, DCØDA

Vinkloether Mark 48

44265 Dortmund

dc0da@aol.com

bauten integrieren. Ein gutes Beispiel

hierfür bieten die Transvertermodule

von Kuhne electronic [1].

Beim 24-GHz-Band dagegen stoßen wir

an die Grenzen dieser Aufbautechnik.

Die Güte einfacher Topffilter reicht

nicht mehr aus, und herkömmliche Ko-

axialkabel sind mit erheblichen Verlus -

ten verbunden. Die Antennensysteme,

meist Parabolspiegel, haben ausnahms-

los Hohlleiteranschlüsse. Aus diesen

Gründen finden wir hier oftmals

Mischaufbauten teils in Hohlleiter-,

teils in Koaxtechnik vor, denn man

möchte auf die raumsparende Verbin-

dung der Baugruppen untereinander

mit Koaxialkabeln nicht ganz verzich-

ten. Die damit verbundene Problematik

soll an einem einfachen Beispiel aus der

Transvertertechnik erläutert werden.

Bei noch höheren Frequenzbändern,

wie dem 47- und 76-GHz-Band, kön-

nen bis auf den Anschluss des Oszilla-

torbausteins aus oben genannten Grün-

den nur noch Hohlleiter verwendet

werden.

fache elektrische Umschaltung der An-

tenne von Empfang auf Senden.

Der Wendeverstärker

im Koaxialsystem

Die einfachste und preiswerteste Lö-

sung für ein Sende-/Empfangssystem

im 24-GHz-Band ist der Einsatz eines

Wendeverstärkers, der bei Empfang als

HF-Vorverstärker vor dem Mischer mit

Filter und im Sendefall als Verstärker

mit Endstufe nach dem Filter mit Mi-

scher arbeitet. Zum Umpolen des Wen-

deverstärkers wird ein Transferrelais

benötigt.

Wer sich für das Blockschaltbild und

weitere Versionen, sowohl in Hohllei-

ter- als auch in Koaxversion interes-

siert, werfe einen Blick auf Seite 57

des Kataloges von [1], den es auf der

Firmenwebseite gibt.

Der Verstärker wurde im Tagungsband

der GHz-Tagung, Dorsten im Februar

1997 von Michael Kuhne, DB6NT, ver-

öffentlicht und hat in seinem Katalog

die Bezeichnung MKU LNA 245 HP.

Zur Untersuchung und Erklärung der

Thematik habe ich einen solchen Trans-

verter aufgebaut und die einzelnen

Bauschritte im Bild festgehalten.

Gleich zeitig soll diese Billigversion Ein-

steigern bei ihren eigenen Überlegun-

gen und Aufbauten helfen.

Außer dem Wendeverstärker waren aus

früheren Versuchsaufbauten Oszillator-

baustein, subharmonischer Mischer

und ein einstufiges Resonatorfilter vor-

handen (Oszillator-Bez. MKU LO 12,

Unterschiede bei

Hohlleiter- und Koaxaufbauten

Zunehmend zählt außer dem 10-GHz-

Band auch das 24-GHz-Band zur Con-

testausrüstung vieler Clubstationen, im

ATV-Bereich sind auch Relais ein- und

-ausgaben auf 24 GHz realisiert.

Somit ist die Thematik durchaus ak -

tuell. Selbst viele Portabelstationen ste-

hen nicht selten vor der Überlegung,

wie ihre Station auf 24 GHz realisiert

werden soll.

n der Amateurfunktechnik wer-

den heute die einzelnen Baugrup-

pen in Sende-/Empfangsstationen

bis hoch in das 10-GHz-Band fast

ausschließlich in koaxialer Technik

hochfrequenzmäßig verkabelt. Sowohl

flexible Teflonkabel als auch Festman-

telkabel (Semirigid) kommen zum Ein-

satz. Topffilter einfacher Bauart zur

Unterdrückung von Oszillator- und

Spiegelfrequenz bei Mischverfahren

lassen sich direkt mit in die Platinenauf-

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TECHNIKFORUM

Bild 1: Anpassung der Platine an das Gehäuse

Bild 2: Bestückung der Platine auf Montagebrett

Mischer-Bez. MKU 24 GC, beides im

Katalog [1].

Wer sich näher für den Mischer interes-

siert, lese die Veröffentlichung von

DB6NT im DUBUS 2/98 nach.

Für den Wendeverstärker musste ein

passendes Schalengehäuse aus Alumi

z.B. Dynatech oder Teledyn, die in den

vier Schaltpfaden bei 24 GHz unter-

schiedliche Durchgangsdämpfungen

bis zu 1,6 dB aufweisen können.

So bleiben z.B. bei einer Einseitenband-

Leistung (SSB) von 0,2 mW aus dem

Mischer von den erreichten 70 mW aus

dem Verstärker nur noch 48 mW übrig!

Es werden aber auch Transferrelais des

Herstellers Philips Sweden Silvers Lab

angeboten, die allerdings den Nachteil

des sehr geringen Buchsenabstandes

haben, dafür aber auf allen Pfaden

gleichmäßige Werte in der Durchgangs-

dämpfung bei 24 GHz von nur unge-

fähr 0,5 dB aufweisen.

Der Buchsenabstand dieses Relais erlaubt

die direkte Montage von nur einem einzi-

gen Baustein, es ist daher für unser Vor-

haben geeignet. Das Relais arbeitet in Im-

pulsschaltung schon bei 23 V Spannung

einwandfrei; es können einfache Span-

nungsdoppler eingesetzt werden.

In Empfangsstellung des Relais ist die

empfindliche Eingangsstufe des Verstär-

kers direkt mit dem Antennenpfad ver-

bunden, beim Umpolen des Relais muss

jetzt der Ausgang des Verstärkers auf

den Antennenpfad gelegt werden. Dies

lässt sich nur mit einer „Umweglei-

tung“ aus versilbertem Festmantelkabel

(Semirigidkabel UT 141) realisieren,

die den Verstärkerausgang mit der

Relaisbuchse verbindet. Hier entsteht

notgedrungen ein Verlust bei der Aus-

gangsleistung des Bausteins. Durch die

Verwendung von hochwertigen SMA-

Steckern (z.B. von Radial mit der Kata-

logbezeichnung R 125 055 000 W) und

bei sorgfältiger Montage der Stecker an

das Kabel kann ein Verlust minimiert

werden. Achtung: Der Biegeradius des

Kabels sollte den Wert von 7 mm nicht

unterschreiten. Wichtig ist das Durch-

messen der Kabelverbindung vor dem

Einbau. Dabei müssen Ein- und Aus-

gang der Verbindung mit ca. 6dB

geeigneten Dämpfungsgliedern abge-

schlossen werden, sonst kann es durch

Anpassungsunterschiede zwischen Sig-

nalquelle und Milliwattmeter zu Fehl-

messungen kommen.

Nach meiner Erfahrung werden in der

Mikrowellentechnik die meisten Fehler

bei der Steckermontage gemacht! In

einem Transverter summieren sich die-

se Stoßstellen und führen letztendlich

zu unbefriedigenden Ergebnissen bei

der Ausgangsleistung und der Eingangs-

empfindlichkeit. Die Umwegleitung

darf den Dämpfungswert von 0,5 dB

nicht überschreiten!

Bild 3 zeigt das Transferrelais mit ange-

schlossenem Wendeverstärker, der Um-

wegleitung und zwei Kabelbögen zum

Prüfen der Umschaltung.

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkei-

ten, Relais und Verstärker im Gehäuse

zu montieren: Einmal parallel zur

Rückwand (Spiegelanschluss), dies er-

gäbe die geringsten Verluste, aber auch

um 90° versetzt zur Rückwand.

Die erstgenannte Möglichkeit würde

ein sehr breites und schmales Gehäuse

erfordern. Ich habe in meinem Fall auf

die sich bei mir bewährten Schalen-

gehäuse von ID-Elektronik [2] zurück-

gegriffen und war gezwungen, die

zweite Möglichkeit zu wählen.

Zur Veranschaulichung habe ich die

erste Möglichkeit für diesen Beitrag im

Foto festgehalten, denn die Wahl des

Gehäuses ist eine individuelle Sache.

Zum Einsatz kommt ein Hohlleiter -

übergang von PROCOM, vertrieben

durch Eisch-Kafka-Electronic [3]. Der

vergoldete Übergang wird mit Messpro-

tokoll geliefert. Mein Exemplar weist

ein Stehwellenverhältnis von 1,25 aus,

dies ergibt ein Return loss von ca. 19 dB

und ist damit durchaus auch für genaue

Messungen bei 24 GHz geeignet.

Es muss zwischen Relaisbuchse und

Übergang ein hochwertiger Verbin -

der SMA-Stecker/Stecker zwischenge-

schraubt werden. Die Durchgangsdämp-

nium gefräst werden. Die Teflonplatine

wurde aus dem Platinenangebot [1] be-

stellt und hat die Bezeichnung Nr.

20-PCB 24 GHz HEPA vierstufiger Ver-

stärker Koaxial, der fertig zu beziehen-

de Baustein die Bezeichnung MKU

LNA 245 HP.

Bild 1 zeigt die Anpassung der Platine

in das Gehäuse, für den Eingang wird

ein Mikrostripline-SMA-Stecker mit

2-Loch-Flansch und für den Ausgang ei-

ne Mikrostripline-SMA-Buchse mit

2-Loch-Flansch montiert. Mit dem

SMA-Stecker kann der Verstärker direkt

auf das Transferrelais aufgeschraubt

werden, so ergeben sich an dieser

Stelle die geringsten Montageverluste.

Das wirkt sich bei der Eingangsemp-

findlichkeit des Transverters positiv

aus. Nach der Durchkontaktierung und

Bestückung der Platine auf einem Mon-

tagebrett (Bild 2) wird sie mit Silber-

leitlack eingeklebt und abgeglichen.

Die Messdaten des fertig abgeglichenen

Verstärkers, auch HEMT PA genannt:

•Sättigungsleistung (P sat )80 mW

•Eingangsrauschzahl (F)3,2 dB

•max. Durchgangsverstärkung (G max )

32 dB

Bei einer Eingangsleistung von nur

0,2 mW wird eine Ausgangsleistung von

70 mW erreicht, die Sättigungsleistung er-

fordert eine Eingangsleistung von 1 mW.

Der Wendeverstärker

am Transferrelais

Dem Transferrelais muss besondere

Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Auf den Amateurfunkflohmärkten fin-

den wir meist aus Anlagen ausgebaute

Transferrelais verschiedener Hersteller,

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TECHNIKFORUM

T4 (Manuskriptnummer)

fung des Verbinders liegt zwischen 0,2

und 0,3 dB. Der HL-Übergang kann mit

seinem Flansch direkt mit dem Spiegel -

anschlussflansch in der Gehäuserück-

wand verschraubt werden. Bild 4 zeigt

eine Nahaufnahme dieser Montagemög-

lichkeit mit den geringsten Verlusten.

Buchse und einmal auf SMA-Stecker

nötig, so wird später auch das Filter in

die Anlage integriert. Kommerzielle

HL-Übergänge sind auch auf dem

Flohmarkt immer noch recht teuer und

mit SMA-Stecker so gut wie nicht zu

bekommen. Wer etwas geschickt ist,

kann sich diese Übergänge aber auch

selber aus einem Einzelflansch, einem

Stück Hohlleiter WR 42 und einer

SMA-Flanschbuchse bzw. Flansch-

stecker selbst anfertigen. An einem

Ende wird das HL-Stück mit einem

kleinen Messingblech abgeschlossen.

Der Abstand von dieser Rückwand be-

trägt 2,5 mm und die Eintauchtiefe des

SMA-Lötstiftes ca. 2,2 mm in den HL.

SMA-Printbuchsen sind besonders gut

für die Verarbeitung geeignet.

Grundsätzlich werden bei mir alle

selbst gebauten HL-Übergänge mit

einer M2-Kompensationsschraube (Tu-

nerschraube) versehen. Damit können

unterschiedliche Impedanzsprünge bzw.

Fehlanpassungen weitgehend ausgegli-

chen werden. Die Schraube sitzt der

Buchse gegenüber, mit einem Abstand

von der Rückwand von ca. ¾ " HL-

Wellenlänge.

Im Bild 5 ist das Filter mit den mon-

tierten Übergängen zu sehen. Unter

dem Filter liegen Bauteile für die Her-

stellung eines Überganges.

Die genaue Vermessung des Filters solo

und damit die exakte Feststellung des-

sen Durchgangsdämpfung kann ein

Funkamateur nur vornehmen, wenn er

dazu die kommerziellen Apparaturen

besitzt.

Ich habe nur die Gesamtdurchgangs-

dämpfung inklusive der beiden selbst

Die Unterdrückung des unteren Seiten-

bandes kann nur mit dem Spektrum-

analysator erfolgen, da sie aber vom

Rest-LO um weitere 144 MHz entfernt

liegt, dürfte sie weit höher unterdrückt

sein als dieser.

Da der subharmonische Mischer selber

schon ca. 10 dB Oszillatorfrequenz -

unterdrückung hat, werden selbst mit

nur einem einstufigen Resonatorfilter

ausreichend gute Werte der Spiegel-

und Oszillatorfrequenzunterdrückung

erreicht. Bild 6 zeigt einen Ausschnitt

der dazugehörigen Messanordnung.

Der SSB-Mischer

mit Resonatorfilter

Filterabgleich und Durchgangs-

dämpfung

Zuerst habe ich das einstufige Resona-

torfilter mit Hilfe eines Signalgenerators

exakt auf die Frequenz von 24048

MHz abgestimmt. Hierzu werden zwei

Hohlleiterübergänge einmal auf SMA-

Einbau der Bausteine

in das Transvertergehäuse

Nachdem die Vormessungen abgeschlos-

sen sind, werden alle Bausteine im vor-

bereiteten Schalengehäuse eingebaut

und HF-mäßig miteinander verbunden.

Ein weiterer HL-Übergang muss noch

für den Anschluss des Antennenports

des Transferrelais an den Spiegel -

anschlussflansch angefertigt werden.

Zur Überbrückung des Abstandes zur

Gehäuserückwand habe ich ein kurzes

kommerzielles Stück Hohlleiter mit

zwei Flanschen, erworben auf dem

Flohmarkt, eingesetzt. Im Bild 7 ist die

räumliche Anordnung der Bausteine auf

der unteren Gehäuseschale zu sehen.

Die elektrische Verdrahtung vervollstän-

digt den Gehäuseeinbau. Die Gehäuse-

frontplatte (Bedienseite) war bereits

vorbereitet. Hierbei werden die Grund-

funktionen der bisher von mir veröffent-

lichten Transverter in der CQ DL nach

wie vor übernommen, da sie sich beim

Portabelbetrieb bisher bewährt haben.

Ich möchte sie an dieser Stelle trotz-

dem kurz aufführen, um dem interes-

sierten Leser ein Nachblättern in älte-

ren Heften der CQ DL zu ersparen.

Es sind dies im Einzelnen:

•Flachmessinstrument für die Anzeige

der relativen Ausgangsleistung bei

Sendebetrieb

•BNC-Einlochbuchse für den An-

schluss des 2-m-Gerätes, die Steuer

Bild 3: Das Transferrelais mit angeschlossenem Wende-

verstärker, der Umwegleitung und zwei Kabelbögen zum

Prüfen der Umschaltung

Bild 4: Die direkte Montage des Flansches am Transfer-

relais ergibt geringste Verluste

gefertigten HL-Übergänge gemessen,

um einen weiteren Anhaltspunkt zu

haben, diese liegt bei ca. 2,5 dB.

Mischervermessung mit und ohne

Resonatorfilter

Zuerst ist es wichtig die Messdaten des

Mischers zu kennen.

Bei einer Oszillatoreingangsleistung von

50 mW ergeben sich folgende Werte:

•Ausgangsleistung (P out )1,3 mW

Hierbei handelt es sich um die Sum-

menleistung aus beiden Seitenbän-

dern und restlicher verdoppelter Os-

zillatorleistung.

Nach der Bestimmung der Summenleis -

tung erfolgt die Messung mit nachge-

schaltetem Filter:

•Ausgangsleistung (P out )450 µW (Ein-

seitenband)

•Oszillatorunterdrückung31,5 dB

Bild 5: Resonatorfilter mit HL-Übergängen auf SMA

leis tung darf max. 3 W betragen, die

Umschaltung von Empfang auf Sen-

den geschieht über die ZF-Leitung

•SMA-Einlochbuchse zum Messen

der verdreifachten Quarzfrequenz

(373,50 MHz), die Messleistung be-

trägt 1 mW

•Frontplattendurchbruch (3 mm) zum

Nachjustieren der Oszillatorfrequenz

mit Abgleichschlüssel bei geschlosse-

nem Schalengehäuse

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Bild 6: Die Vermessung von Mischer mit Filter

Bild 7: Räumliche Anordnung der Bausteine im Gehäuse

Bild 8: Blick auf den fertigen Transverter bei geöffnetem

Gehäuse

Bild 9: Blick auf den fertigen 24-GHz-Portabeltransverter

•Kippschalter zum Einschalten des Os-

zillatorbausteins (ca. 15 Min. vor

dem Betrieb des Transverters) mit

Anzeige durch grüne LED

•Kippschalter mit den Funktionen

OPERATE und STAND BY, Anzeige

der Inbetriebnahme des Wendever-

stärkers durch rote LED

•Beide Kippschalter sind in Reihe ge-

schaltet, d.h., der LO muss zwangs-

läufig immer zuerst in Betrieb genom-

men werden

•Zwei Polbuchsen rot und schwarz

zur Spannungszuführung mit Verpo-

lungsschutzdiode

Bild 8 gibt einen Blick in den fertig ver-

drahteten Innenaufbau des 24-GHz-

Transverters mit der Bezeichnung

24-GHz-Trx-HEPA.

•Eingangsrauschzahl (F in ) Einseiten-

band 4,6 dB

•Oszillatorfrequenzunterdrückung38

Diese relativ guten Werte sind auf die

Verwendung eines 24 GHz tauglichen

Transferrelais, sorgfältige Steckermon-

tage und auf die HL-Übergänge mit

Tunerschraube zurückzuführen.

Beim Anpassen der Übergänge, ins -

gesamt drei Stück, wird man nie exakt

gleiche Verlustverhältnisse bei Rausch-

zahl und Leistung bekommen, man

kann immer nur einer Seite den Vorteil

geben, bzw. versuchen, die Verluste in

etwa gleichmäßig aufzuteilen. Nach

meinen Erfahrungen ist dies aber eine

zeitraubende Aktion. Der Vollständig-

keit halber gibt Bild 9 einen Gesamt -

eindruck des Transverters mit Blick auf

die Gehäusefront.

Ich hoffe, mit meinem Beitrag die Pro-

blematik beim Zusammenschalten von

Baugruppen im 24-GHz-Bereich beson-

ders für Newcomer anschaulich und

einfach genug dargestellt zu haben.

Die Anregung hierfür kam von einigen

Teilnehmern des Funkwettbewerbes des

Bayerischen Bergtages, die mich baten,

in meiner gewohnten Aufbautechnik

einmal einen einfachen preiswerten 24-

GHz-Transverter mit nur einem Ver -

stärker aufzubauen. Hierbei sollte die

Umschaltung von Empfangs- auf Sen-

debetrieb elektrisch mit einem Relais

erfolgen. Erst beim Aufbau bin ich dabei

auf die beschriebene Thematik ge-

stoßen. Sie war mir im Nachhinein doch

so wichtig, dass ich diesen Versuch der

Darstellung unternommen habe.

Bedanken möchte ich mich bei Philipp

Prinz, DL2AM, für die Überlassung des

Resonatorfilters, bei Karl Ochs, DJ6BU,

für das Fräsen des Verstärkergehäuses

und besonders bei Michael Kuhne,

DB6NT, für die Zusendung der Platinen

und die nützlichen Anregungen aus

seinem umfangreichen Produktkatalog.

Literatur und Bezugsquellen

MessungderAusgangsleistung

und Eingangsrauschzahl

Nachdem nochmals alle HF-Kabelver-

bindungen geprüft sind, kann die

ab schießende Messung am Spiegelan-

schlussflansch erfolgen. Hierbei wur-

den folgende Werte gemessen:

•Ausgangsleistung (P out ) Einseiten-

band62 mW

[1] Kuhne electronic GmbH, Scheibenacker 3, 95180 Berg/Ober-

franken, Tel. (0 92 93) 80 09 39, Fax (0 92 93) 80 09 38,

www.kuhne-electronic.de, www.db6nt.de

info@kuhne-electronic.de

[2] ID-Elektronik, Wingertgasse 20, 76228 Karlsruhe,

Tel. (07 21) 9 45 34 68, Fax (07 21) 9 45 34 69,

www.id-elektronik.de , info@id-elektronik.de

[3] Eisch-Kafka-Electronic GmbH, Abt-Ulrich-Str. 16, 89079

Ulm-Gögglingen, Tel. (0 73 05) 2 32 08, Fax (0 73 05) 2 33 06,

www.eisch-electronic.com, eisch-electronic@t-online.de

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