122 GHz Transverter 2018  -  Philipp Prinz, DL2AM

 

 

Bereits vor zwölf Jahren habe ich den ersten 122-GHz-Transverter beschrieben [1] und mit diesen Geräten 2006 schon die ersten Zwei-Weg-SSB-QSOs über 14 km Entfernung als Europa­rekord mit Alex, DL2GWZ, getätigt. Da hat sich der Aufwand und die viele Zeit in Freude gezeigt. Es folgten noch Verbes­serungen für dieses Frequenz-Band bei weiteren Veröffentli­chungen.

Nun will ich einen 122 GHz-Transverter beschreiben, so wie ich die letzten gebaut habe, ohne Bond-Technik. Ich will versuchen, mit diesem Beitrag doch noch einige mm-Wellen-Begeisterte Funkamateure für diese hohe Frequenz den Einstieg zu erleichtern, da viele Bauteile heute doch zu erwerben sind, wenn auch nur bescheidene Messmittel zur Verfügung stehen. Ein Versuch in kleinen Schritten lohnt sich. Eine Hilfestellung von prak­tizierenden 122-GHz-Funkamateuren sollte man in Anspruch nehmen (Bild 1). Zu weiteren Anregungen können die Bilder beitragen.

 

 

                                                           

 

Blick zurück

Wenn ich sieben Jahre zurückden­ke, habe ich von DB6NT für meine 122-GHz-CW-Sender die LO (Oszillator) nur für eine Frequenz von 122,250000 GHz bekommen. Da habe ich den 10 MHz OCXO um 1 Hz höher schwingen lassen, um auf 122,250012 GHz zu kommen. Heute ist das alles kein Pro­blem mehr, wenn ein LO mit PLL von DB6NT benutzt wird. Auch ich werde bei dieser Beschreibung den LO mit PLL anwenden. Vorweg will ich noch erwähnen, wenn auf 61 GHz leistungs­fähige und bezahlbare Verstärker zur Verfügung stünden, würde das nachste­hende Konzept anders aussehen.

Die Baubeschreibungen für 122 GHz von DB6NT, DCØDA und DL2AM haben heute immer noch Gültigkeit, denn eine System-Optimierung wäre nur möglich, wenn die schon erwähn­ten 61 GHz-Verstärker zur Verfügung stünden. Somit müssen wir uns mit den bekannten CMA-382400-Multiplier ×3 bzw. ×4 – die doch über 100 mW bei 40 GHz erreichen – zurechtkommen, was aber keine Nachteile bedeutet. Diese Multiplier haben viele Jahre bei verschiedenen Frequenzen ihre Arbeit geleistet. Im Preis/Leistungs-Verhältnis sind diese Multiplier unschlagbar (Bild 2). Die ersten Multiplier ×3, die ich aus den USA bekommen habe, sahen noch aus wie in (Bild 3).

Mit ihrer Anwendung ist es möglich, eine LO-Frequenz von 13,567 GHz zu wählen, welche diese dann verdreifacht auf 40,7 GHz. Die Ausgangsleistung von minimal 100 mW ist sehr zum Vorteil für die folgende Mixer-Leistung. Ein nachfolgender Oberwellen-Mixer unter Zugabe von z.B. 144 MHz bildet dann die Endfrequenz von 122,250 GHz. Realistisch gesehen sind bei 122 GHz mit einem Oberwellen-Mixer OSB-Leistungen (oberes Seitenband) von 30...120 μW zu erwarten und mit einem Spektrum-Analyzer zu messen. (Bild 4).

 

Bewährte Technik

 

Nun zur Sache: Es hat sich beim Einkleben der Dioden nichts verändert. Die Leistungsunterschiede können variieren, wenn man fünf Dioden einklebt. Es ist schon möglich, schlechtgehende Dioden vorsichtig heraus zu kratzen und wieder neu einzukleben. Manchmal hat man Erfolg bei dieser Methode (Bild 5). Es ist darauf zu achten, dass die Dioden mit einem optimalen Arbeits-Widerstand betrieben werden. Eine 0,22-μH-Drossel in Serie und danach ein Poti von ungefähr 5 k_ gegen Masse ergibt wesentlich bessere Leistungs-Ergebnisse (Bild 6).

Wenn kein Spektrumanalyzer zur Verfügung steht, um maximal das OSB bzw. Out bei einer CW-Bake zu messen, kann der Diodenstrom als Indikator angewendet werden. Leider ist es so, dass der Diodenstrom weiterhin steigt, obwohl eine Sättigung des OSB bzw. Output eines CW-Signals schon vorhanden ist. Dabei habe ich aber festgestellt, dass der Diodenstromanstieg sich verlangsamt, sobald eine Sättigung eintritt. Da ist mit

großer Sorgfalt vorzugehen, die Mischer-Dioden verzeihen nichts. Ein einfacher Detektor kann dabei auch eine Hilfe sein. Um die Leistung des LO z.B. 13,567 GHz an den Multiplier einzustellen, gehe ich folgendermaßen vor: Zuerst stelle ich an dem Netzteil mit dem 500 Ohm Sendepoti die Spannung auf 4,5…5 V ein, um spätere eventuelle Leistungserhöhungen des Multipliers durch Anhebung dieser Spannung machen zu können (Bild 7).

Den ZF-Pegel, z.B. 144 MHz, lege ich vorweg gleich auf 9…10 mW In fest, das mit dem 100-_-Poti im ZF-Verstärker eingeregelt werden kann (Bild 8). Danach erhöhe ich die LO-Leistung von einem niedrigen Pegel ausgehend durch Verkürzung der koaxialen Zuleitung bzw. Herausnahme von Dämpfungsgliedern schrittweise bis eine Sättigung des OSB-Signals messtechnisch festgestellt wird. Nach dem gesamten Zusammenbau kann wieder mit dem 500-Ohm Sendepoti eine Feinein­stellung des max. Out gemacht werden. Die ZF-Leistung kann auch wieder auf bestes OSB eingestellt werden. Das Aus­tauschen der verschiedenen Kurzschluss-Schieber bringt manchmal beachtliche Leistungsunterschiede.  Ja, die LO-Leistung muss durch gute Anpassung an die Mixer-Diode gelangen (Bild 9).

Wenn mit den beiden Kurzschluss-Schie­bern auf maximal Out abgeglichen wur­de, nehme ich einen Keramik-Stift und fahre mit diesem über die 50-(-Streifen-Leitung. Wenn sich dadurch keine nen­nenswerte Leistungs-Erhöhung zeigt, ist das Schieben eines Fähnchens nicht nötig. Nach meiner Erfahrung ist bei 122 GHz die Anpassung ohne Fähnchen recht gut. Als Mixer-Single-Dioden kann die MA4E1317 und MA4E1310 Verwendung finden.  Als Verdreifacher in CW und Baken-Sender ist die MA46H146 passender.

Eine Reduzierung der LO-Leistung durch Veränderung des 500-Ohm Rx-Poti der 5-V Spannung des Multiplier in Stellung Emp­fang bringt einen wesentlich besseren Signal-Rausch-Abstand. Diese Spannung sollte etwa 2,7...4,0 V betragen. Das ganze hört sich ein wenig schwierig an, ist es auch, wenn keine geeigneten Messmittel zu Verfügung stehen (Bild 10). Ich will aber auch erwähnen, dass mit die­sen zwei Transverter mit Oberwellen-Mixer bei normalen Bedingungen Reich­weiten von 42 km zu erreichen sind, was Alex, DL2GWZ, und mir öfters gelungen ist. Wir hatten auch mehrmals versucht, die 60 km Distanz zu erreichen, aber der Wettergott hatte kein Einsehen.

 

Noch optimaler

 

Um noch optimalere System-Verbesse­rungen zu erreichen, baute ich für die­ses Vorhaben im Jahr 2009 auch zwei CW-Sender auf (Bild 11). Der Erste mit 2 mW und der Zweite mit 1,4 mW Out. Das 100-(-Poti kann für eine Leistungs­veränderung des Outputs an die Außen­seite der Frontplatte angebracht werden. Zeitgleich baute ich ebenso zwei Emp­fänger mit der Aufbereitung 15 GHz × 2 = 30 GHz × 2 = 60 GHz und dann × 2 = 122 GHz mit zwei HP Zero Bias Dioden HSCH 9161, die ich antiparallel eingeklebt habe. Diese Empfänger mit Harmonik-Mixer sind schon 6 dB bes­ser als ein Oberwellen-Mixer bei einem Transverter [2].

Um die kleinen WR-8- bzw. WR-7-Hohl­leiter und Flansche zu reinigen, benutze ich kleine Bürsten, die normalerweise bei Hör-Geräten bzw. Zahnreinigung (Bild 12) genutzt werden.

 

Erfahrungswerte

 

 

Meine erste Veröffentlichung bei 122 GHz-Anwendungen war [1] und bis heute sind es 53 Veröffentlichungen in der CQ DL für den mm-Wellen-Anwender geworden. Dies hat einige Zeit in Anspruch genommen und der Material-Aufwand war auch nicht gerade wenig um diese vielen Versuche machen zu können. Das war und ist immer mein Herzblut in diesem Wellen-Bereich zu experimentieren.

Im mm-Bereich von 240 GHz und bei meiner Anwendung von 411,106 GHz war der Aufwand noch wesentlicher, da in diesem hohen Wellenbereich die benötigten HF-Teile schwer zu beschaffen waren. Im Januar 2009 bei winterli­chen Bedingungen machten Alex, DL2GWZ, und DL2AM ein Zwei-Weg-SSB-QSO von 5,5 km Entfernung. Da war die Freude groß und eine Belohnung für die viele Mühe war uns sicher. Bei 411,106 GHz reichte es nur für ein Indoor-QSO von 16 m Distanz, aber meine Technik funktionierte.

 

Literatur und Bezugsquellen

 

[1]    Philipp Prinz, DL2AM: „Ein 122 GHz Transverter mit neuem Multipli-er“, CQ DL 6/06, S. 412ff.

[2]    Philipp Prinz, DL2AM: „Weitver-bindungen auf 76 und 122 GHz“, CQ DL 7/12, S. 494ff.

[3]    Philipp Prinz, DL2AM: „122 GHz Transverter – ein Nachtrag“, CQ DL 12/06, S. 873ff.