บทความนี้จะอธิบายเกี่ยวกับการออกแบบตัวแปลง RF พร้อมทั้งแผนผังบล็อกที่อธิบายเกี่ยวกับการออกแบบตัวแปลง RF ขึ้นและตัวแปลง RF ลง โดยจะกล่าวถึงส่วนประกอบความถี่ที่ใช้ในตัวแปลงความถี่แบนด์ C นี้ การออกแบบจะดำเนินการบนบอร์ดไมโครสตริปโดยใช้ส่วนประกอบ RF แบบแยกส่วน เช่น มิกเซอร์ RF ออสซิลเลเตอร์ในพื้นที่ MMIC เครื่องสังเคราะห์เสียง ออสซิลเลเตอร์อ้างอิง OCXO แพดตัวลดทอนสัญญาณ เป็นต้น
การออกแบบตัวแปลง RF ขึ้น
ตัวแปลงความถี่ RF หมายถึงการแปลงความถี่จากค่าหนึ่งไปเป็นอีกค่าหนึ่ง อุปกรณ์ที่แปลงความถี่จากค่าต่ำไปเป็นค่าสูงเรียกว่าอัพคอนเวอร์เตอร์ เนื่องจากทำงานที่ความถี่วิทยุ จึงเรียกว่า RF อัพคอนเวอร์เตอร์ โมดูลตัวแปลง RF อัพนี้จะแปลงความถี่ IF ในช่วงประมาณ 52 ถึง 88 MHz ไปเป็นความถี่ RF ประมาณ 5925 ถึง 6425 GHz จึงเรียกว่าอัพคอนเวอร์เตอร์ C-band โมดูลนี้ใช้เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องรับส่งสัญญาณ RF ที่ติดตั้งใน VSAT ที่ใช้สำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียม
รูปที่ 1: แผนผังบล็อกตัวแปลง RF ขึ้น
มาดูการออกแบบชิ้นส่วนตัวแปลง RF Up พร้อมคำแนะนำทีละขั้นตอน
ขั้นตอนที่ 1: ค้นหามิกเซอร์ ออสซิลเลเตอร์ในพื้นที่ MMIC เครื่องสังเคราะห์เสียง ออสซิลเลเตอร์อ้างอิง OCXO และแผ่นลดทอนที่มีจำหน่ายทั่วไป
ขั้นตอนที่ 2: คำนวณระดับพลังงานในขั้นตอนต่างๆ ของการจัดรายการโดยเฉพาะที่อินพุตของ MMIC เพื่อที่จะไม่เกินจุดบีบอัด 1dB ของอุปกรณ์
ขั้นตอนที่ 3: ออกแบบและเลือกใช้ตัวกรองแบบ Micro Strip อย่างเหมาะสมในขั้นตอนต่างๆ เพื่อกรองความถี่ที่ไม่ต้องการออกหลังจากมิกเซอร์ โดยออกแบบตามช่วงความถี่ที่คุณต้องการส่งผ่าน
ขั้นตอนที่ 4: ทำการจำลองโดยใช้ไมโครเวฟออฟฟิศหรือ Agilent HP EEsof โดยเลือกความกว้างของตัวนำให้เหมาะสมตามต้องการในตำแหน่งต่างๆ บน PCB สำหรับฉนวนไฟฟ้าที่เลือกตามต้องการสำหรับความถี่พาหะ RF อย่าลืมใช้วัสดุป้องกันเป็นกล่องหุ้มระหว่างการจำลอง ตรวจสอบพารามิเตอร์ S
ขั้นตอนที่ 5: สร้าง PCB และบัดกรีส่วนประกอบที่ซื้อมาและบัดกรีให้เข้ากัน
ตามที่แสดงในแผนผังแบบบล็อกของรูปที่ 1 ต้องใช้แผ่นลดทอนสัญญาณที่เหมาะสมขนาด 3 dB หรือ 6dB เพื่อดูแลจุดบีบอัด 1dB ของอุปกรณ์ (MMIC และมิกเซอร์)
จำเป็นต้องใช้ออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่นและเครื่องสังเคราะห์ที่มีความถี่ที่เหมาะสม สำหรับการแปลง 70MHz เป็นแบนด์ C แนะนำให้ใช้ LO ที่ 1112.5 MHz และเครื่องสังเคราะห์ที่มีช่วงความถี่ 4680-5375MHz กฎหลักในการเลือกมิกเซอร์คือกำลัง LO ควรมากกว่าระดับสัญญาณอินพุตสูงสุดที่ P1dB 10 dB GCN คือเครือข่ายควบคุมเกนที่ออกแบบโดยใช้ตัวลดทอนไดโอด PIN ซึ่งจะเปลี่ยนการลดทอนตามแรงดันไฟฟ้าอนาล็อก อย่าลืมใช้ตัวกรองแบนด์พาสและโลว์พาสเมื่อจำเป็นเพื่อกรองความถี่ที่ไม่ต้องการและส่งความถี่ที่ต้องการ
การออกแบบตัวแปลง RF ลง
อุปกรณ์ที่แปลงความถี่จากค่าสูงเป็นค่าต่ำเรียกว่าดาวน์คอนเวอร์เตอร์ เนื่องจากทำงานที่ความถี่วิทยุ จึงเรียกว่าดาวน์คอนเวอร์เตอร์ RF มาดูการออกแบบชิ้นส่วนดาวน์คอนเวอร์เตอร์ RF พร้อมคำแนะนำทีละขั้นตอนกัน โมดูลดาวน์คอนเวอร์เตอร์ RF นี้จะแปลงความถี่ RF ในช่วงตั้งแต่ 3700 ถึง 4200 MHz เป็นความถี่ IF ในช่วงตั้งแต่ 52 ถึง 88 MHz จึงเรียกว่าดาวน์คอนเวอร์เตอร์ C-band
รูปที่ 2: แผนผังบล็อกตัวแปลงลง RF
รูปที่ 2 แสดงแผนผังบล็อกของตัวแปลงลงแบนด์ C โดยใช้ส่วนประกอบ RF มาดูการออกแบบชิ้นส่วนตัวแปลงลง RF พร้อมคำแนะนำทีละขั้นตอนกัน
ขั้นตอนที่ 1: เลือกมิกเซอร์ RF สองตัวตามการออกแบบ Heterodyne ซึ่งแปลงความถี่ RF จากช่วง 4 GHz เป็น 1 GHz และจากช่วง 1 GHz เป็น 70 MHz มิกเซอร์ RF ที่ใช้ในการออกแบบคือ MC24M และมิกเซอร์ IF คือ TUF-5H
ขั้นตอนที่ 2: ตัวกรองที่เหมาะสมได้รับการออกแบบมาให้ใช้ในขั้นตอนต่างๆ ของตัวแปลงลง RF ได้แก่ BPF 3700 ถึง 4200 MHz, BPF 1042.5 +/- 18 MHz และ LPF 52 ถึง 88 MHz
ขั้นตอนที่ 3: ใช้ IC ขยายสัญญาณ MMIC และแผ่นลดทอนสัญญาณในตำแหน่งที่เหมาะสมตามที่แสดงในแผนผังบล็อกเพื่อให้ตรงกับระดับพลังงานที่เอาต์พุตและอินพุตของอุปกรณ์ โดยเลือกใช้ตามข้อกำหนดของค่าเกนและจุดบีบอัด 1 dB ของตัวแปลง RF ลง
ขั้นตอนที่ 4: เครื่องสังเคราะห์ RF และ LO ที่ใช้ในการออกแบบตัวแปลงขึ้นยังใช้ในการออกแบบตัวแปลงลงด้วย ดังที่แสดง
ขั้นตอนที่ 5: ตัวแยก RF ถูกใช้ในสถานที่ที่เหมาะสมเพื่อให้สัญญาณ RF สามารถผ่านในทิศทางเดียว (เช่น ไปข้างหน้า) และหยุดการสะท้อน RF ในทิศทางย้อนกลับ ดังนั้นจึงเรียกว่าอุปกรณ์ทิศทางเดียว GCN ย่อมาจาก Gain control network GCN ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ลดทอนสัญญาณแบบแปรผัน ซึ่งช่วยให้ตั้งค่าเอาต์พุต RF ได้ตามต้องการโดย RF link budget
บทสรุป: คล้ายกับแนวคิดที่กล่าวถึงในการออกแบบตัวแปลงความถี่ RF นี้ เราสามารถออกแบบตัวแปลงความถี่ที่ความถี่อื่นๆ เช่น แบนด์ L, แบนด์ Ku และแบนด์ MMwave ได้
เวลาโพสต์: 07-12-2023
