این مقاله طراحی مبدل RF را به همراه نمودارهای بلوکی، که طراحی مبدل بالارونده RF و مبدل پایینرونده RF را شرح میدهد، شرح میدهد. در این مقاله به اجزای فرکانسی مورد استفاده در این مبدل فرکانس باند C اشاره شده است. طراحی بر روی یک برد میکرواستریپ با استفاده از اجزای RF گسسته مانند میکسرهای RF، نوسانسازهای محلی، MMICها، سینتیسایزرها، نوسانسازهای مرجع OCXO، پدهای تضعیفکننده و غیره انجام میشود.
طراحی مبدل RF up
مبدل فرکانس RF به تبدیل فرکانس از یک مقدار به مقدار دیگر اشاره دارد. دستگاهی که فرکانس را از مقدار کم به مقدار زیاد تبدیل میکند، به عنوان مبدل افزایش فرکانس (UP CONVERTER) شناخته میشود. از آنجایی که در فرکانسهای رادیویی کار میکند، به عنوان مبدل افزایش فرکانس RF شناخته میشود. این ماژول مبدل افزایش فرکانس RF، فرکانس IF در محدوده حدود ۵۲ تا ۸۸ مگاهرتز را به فرکانس RF در حدود ۵۹۲۵ تا ۶۴۲۵ گیگاهرتز تبدیل میکند. از این رو به عنوان مبدل افزایش فرکانس C-band شناخته میشود. این ماژول به عنوان بخشی از فرستنده-گیرنده RF مستقر در VSAT مورد استفاده برای کاربردهای ارتباطات ماهوارهای استفاده میشود.
شکل 1: نمودار بلوکی مبدل RF up
بیایید طراحی قطعه مبدل RF Up را با راهنمای گام به گام ببینیم.
مرحله ۱: میکسرها، نوسانساز محلی، MMICها، سینتیسایزر، نوسانساز مرجع OCXO، پدهای تضعیفکننده که عموماً در دسترس هستند را پیدا کنید.
مرحله ۲: محاسبه سطح توان را در مراحل مختلف ترکیب، به ویژه در ورودی MMICها، به گونهای انجام دهید که از نقطه فشردهسازی ۱ دسیبل دستگاه تجاوز نکند.
مرحله ۳: طراحی و استفاده از فیلترهای مناسب مبتنی بر میکرواستریپ در مراحل مختلف برای فیلتر کردن فرکانسهای ناخواسته پس از میکسرها در طراحی، بر اساس اینکه کدام بخش از محدوده فرکانسی را میخواهید عبور دهید.
مرحله ۴: شبیهسازی را با استفاده از نرمافزار microwave office یا agilent HP EEsof با پهنای هادی مناسب در مکانهای مختلف روی PCB برای دیالکتریک انتخاب شده مطابق با فرکانس حامل RF انجام دهید. فراموش نکنید که در طول شبیهسازی از مواد محافظ به عنوان محفظه استفاده کنید. پارامترهای S را بررسی کنید.
مرحله ۵: برد مدار چاپی را بسازید و قطعات خریداری شده را لحیم کنید و آنها را لحیم کنید.
همانطور که در نمودار بلوکی شکل ۱ نشان داده شده است، برای مراقبت از نقطه فشردهسازی ۱ دسیبلی دستگاهها (MMICها و میکسرها)، باید از پدهای تضعیفکننده مناسب ۳ دسیبل یا ۶ دسیبل استفاده شود.
نوسانساز محلی و سینتیسایزر فرکانسهای مناسب باید بر اساس فرکانس مورد استفاده قرار گیرند. برای تبدیل 70 مگاهرتز به باند C، LO با محدوده فرکانسی 1112.5 مگاهرتز و سینتیسایزر با محدوده فرکانسی 4680-5375 مگاهرتز توصیه میشود. قاعده کلی برای انتخاب میکسر این است که توان LO باید 10 دسیبل بیشتر از بالاترین سطح سیگنال ورودی در P1dB باشد. GCN یک شبکه کنترل بهره است که با استفاده از تضعیفکنندههای دیود PIN طراحی شده است که تضعیف را بر اساس ولتاژ آنالوگ تغییر میدهند. به یاد داشته باشید که در صورت نیاز از فیلترهای میانگذر و پایینگذر برای فیلتر کردن فرکانسهای ناخواسته و عبور فرکانسهای مورد نظر استفاده کنید.
طراحی مبدل RF Down
دستگاهی که فرکانس را از مقدار بالا به مقدار پایین تبدیل میکند، به عنوان مبدل پایینبرد شناخته میشود. از آنجایی که در فرکانسهای رادیویی کار میکند، به عنوان مبدل پایینبرد RF شناخته میشود. بیایید طراحی بخش مبدل پایینبرد RF را با راهنمای گام به گام ببینیم. این ماژول مبدل پایینبرد RF، فرکانس RF را در محدوده ۳۷۰۰ تا ۴۲۰۰ مگاهرتز به فرکانس IF در محدوده ۵۲ تا ۸۸ مگاهرتز تبدیل میکند. از این رو به عنوان مبدل پایینبرد C-band شناخته میشود.
شکل 2: نمودار بلوکی مبدل RF down
شکل ۲ نمودار بلوکی مبدل کاهنده باند C را با استفاده از قطعات RF نشان میدهد. در ادامه طراحی قطعه مبدل کاهنده RF را به همراه راهنمای گام به گام مشاهده میکنیم.
مرحله ۱: دو میکسر RF مطابق با طراحی Heterodyne انتخاب شدهاند که فرکانس RF را از محدوده ۴ گیگاهرتز به ۱ گیگاهرتز و از ۱ گیگاهرتز به ۷۰ مگاهرتز تبدیل میکنند. میکسر RF مورد استفاده در طراحی MC24M و میکسر IF آن TUF-5H است.
مرحله ۲: فیلترهای مناسبی برای استفاده در مراحل مختلف مبدل RF down طراحی شدهاند. این فیلترها شامل BPF با فرکانس ۳۷۰۰ تا ۴۲۰۰ مگاهرتز، BPF با فرکانس ۱۰۴۲.۵ +/- ۱۸ مگاهرتز و LPF با فرکانس ۵۲ تا ۸۸ مگاهرتز میشوند.
مرحله ۳: آیسیهای تقویتکننده MMIC و پدهای تضعیف در مکانهای مناسب، همانطور که در نمودار بلوکی نشان داده شده است، برای برآورده کردن سطوح توان در خروجی و ورودی دستگاهها استفاده میشوند. این موارد بر اساس بهره و نقطه فشردهسازی ۱ دسیبل مورد نیاز مبدل RF down انتخاب میشوند.
مرحله ۴: همانطور که نشان داده شده است، از ترکیبکننده RF و LO که در طراحی مبدل بالارونده استفاده شدهاند، در طراحی مبدل پایینرونده نیز استفاده میشود.
مرحله ۵: ایزولاتورهای RF در مکانهای مناسب استفاده میشوند تا به سیگنال RF اجازه عبور در یک جهت (یعنی رو به جلو) و جلوگیری از انعکاس RF آن در جهت عقب را بدهند. از این رو به عنوان دستگاه تک جهته شناخته میشود. GCN مخفف Gain control network است. GCN به عنوان دستگاه تضعیف متغیر عمل میکند که امکان تنظیم خروجی RF را مطابق با بودجه لینک RF فراهم میکند.
نتیجهگیری: مشابه مفاهیم ذکر شده در این طراحی مبدل فرکانس RF، میتوان مبدلهای فرکانس را در فرکانسهای دیگری مانند باند L، باند Ku و باند موج میلیمتری طراحی کرد.
زمان ارسال: 7 دسامبر 2023
