บทความนี้อธิบายการออกแบบตัวแปลง RF พร้อมด้วยแผนภาพบล็อก อธิบายการออกแบบตัวแปลง RF อัปคอนเวอร์เตอร์และตัวแปลง RF ดาวน์คอนเวอร์เตอร์ กล่าวถึงส่วนประกอบความถี่ที่ใช้ในตัวแปลงความถี่ C-band นี้ การออกแบบดำเนินการบนแผงวงจรไมโครสตริปโดยใช้ส่วนประกอบ RF แบบแยกส่วน เช่น มิกเซอร์ RF, ออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น, MMIC, เครื่องสังเคราะห์เสียง, ออสซิลเลเตอร์อ้างอิง OCXO, แผ่นลดทอนสัญญาณ ฯลฯ
การออกแบบตัวแปลง RF ขึ้น
ตัวแปลงความถี่ RF หมายถึงการแปลงความถี่จากค่าหนึ่งเป็นอีกค่าหนึ่ง อุปกรณ์ที่แปลงความถี่จากค่าต่ำเป็นค่าสูงเรียกว่า ตัวแปลงความถี่ขึ้น เนื่องจากทำงานที่ความถี่วิทยุ จึงเรียกว่า ตัวแปลงความถี่ขึ้น RF โมดูลตัวแปลงความถี่ขึ้น RF นี้จะแปลงความถี่ IF ในช่วงประมาณ 52 ถึง 88 MHz เป็นความถี่ RF ประมาณ 5925 ถึง 6425 GHz จึงเรียกว่า ตัวแปลงความถี่ขึ้น C-band โมดูลนี้ใช้เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องรับส่งสัญญาณ RF ที่ติดตั้งใน VSAT ซึ่งใช้สำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียม
รูปที่ 1: แผนผังบล็อกตัวแปลง RF ขึ้น
มาดูการออกแบบชิ้นส่วนตัวแปลง RF Up พร้อมคำแนะนำทีละขั้นตอนกัน
ขั้นตอนที่ 1: ค้นหามิกเซอร์ ออสซิลเลเตอร์ในพื้นที่ MMIC เครื่องสังเคราะห์เสียง ออสซิลเลเตอร์อ้างอิง OCXO แผ่นลดทอนสัญญาณที่มีจำหน่ายทั่วไป
ขั้นตอนที่ 2: คำนวณระดับพลังงานในขั้นตอนต่างๆ ของการจัดรายการโดยเฉพาะที่อินพุตของ MMIC เพื่อไม่ให้เกินจุดบีบอัด 1dB ของอุปกรณ์
ขั้นตอนที่ 3: ออกแบบและกำหนดตัวกรองแบบ Micro Strip ที่เหมาะสมในขั้นตอนต่างๆ เพื่อกรองความถี่ที่ไม่ต้องการออกหลังจากมิกเซอร์ในการออกแบบตามช่วงความถี่ที่คุณต้องการให้ผ่าน
ขั้นตอนที่ 4: ทำการจำลองโดยใช้ไมโครเวฟออฟฟิศหรือ Agilent HP EEsof โดยเลือกความกว้างของตัวนำให้เหมาะสมตามต้องการ ณ ตำแหน่งต่างๆ บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เพื่อเลือกไดอิเล็กทริกตามความถี่พาหะ RF อย่าลืมใช้วัสดุป้องกันเป็นกล่องหุ้มระหว่างการจำลอง ตรวจสอบพารามิเตอร์ S
ขั้นตอนที่ 5: สร้าง PCB และบัดกรีส่วนประกอบที่ซื้อมาและบัดกรีให้เข้ากัน
ตามที่แสดงในแผนผังบล็อกของรูปที่ 1 จำเป็นต้องใช้แผ่นลดทอนสัญญาณที่เหมาะสมขนาด 3 dB หรือ 6dB เพื่อดูแลจุดบีบอัด 1dB ของอุปกรณ์ (MMIC และมิกเซอร์)
จำเป็นต้องใช้ออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่นและเครื่องสังเคราะห์ความถี่ที่เหมาะสม สำหรับการแปลงความถี่ 70MHz เป็น C band ขอแนะนำให้ใช้ความถี่ต่ำ (LO) ที่ 1112.5 MHz และเครื่องสังเคราะห์ความถี่ในช่วงความถี่ 4680-5375 MHz หลักเกณฑ์ในการเลือกมิกเซอร์คือกำลังขับของความถี่ต่ำควรสูงกว่าระดับสัญญาณอินพุตสูงสุดที่ P1dB 10 dB GCN คือเครือข่ายควบคุมเกนที่ออกแบบโดยใช้ตัวลดทอนสัญญาณไดโอด PIN ซึ่งปรับค่าการลดทอนสัญญาณตามแรงดันไฟฟ้าอนาล็อก โปรดจำไว้ว่าควรใช้ตัวกรองแบนด์พาสและโลว์พาสตามความจำเป็นเพื่อกรองความถี่ที่ไม่ต้องการและส่งผ่านความถี่ที่ต้องการ
การออกแบบตัวแปลง RF ลง
อุปกรณ์ที่แปลงความถี่จากค่าสูงเป็นค่าต่ำเรียกว่า ดาวน์คอนเวอร์เตอร์ เนื่องจากทำงานที่ความถี่วิทยุ จึงเรียกว่า ดาวน์คอนเวอร์เตอร์ RF มาดูการออกแบบชิ้นส่วนดาวน์คอนเวอร์เตอร์ RF พร้อมคำแนะนำทีละขั้นตอน โมดูลดาวน์คอนเวอร์เตอร์ RF นี้จะแปลงความถี่ RF ในช่วง 3700 ถึง 4200 MHz เป็นความถี่ IF ในช่วง 52 ถึง 88 MHz จึงเรียกว่า ดาวน์คอนเวอร์เตอร์ C-band
รูปที่ 2: แผนผังบล็อกตัวแปลงลง RF
รูปที่ 2 แสดงแผนภาพบล็อกของตัวแปลงสัญญาณลงแบนด์ C โดยใช้ส่วนประกอบ RF มาดูการออกแบบชิ้นส่วนตัวแปลงสัญญาณลง RF พร้อมคำแนะนำทีละขั้นตอนกัน
ขั้นตอนที่ 1: เลือกใช้มิกเซอร์ RF สองเครื่องตามการออกแบบแบบเฮเทอโรไดน์ 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: ตัวกรองที่เหมาะสมได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานในขั้นตอนต่างๆ ของตัวแปลง RF ดาวน์ ซึ่งรวมถึง BPF 3700 ถึง 4200 MHz, BPF 1042.5 +/- 18 MHz และ LPF 52 ถึง 88 MHz
ขั้นตอนที่ 3: มีการใช้ไอซีขยายสัญญาณ MMIC และแผ่นลดทอนสัญญาณในตำแหน่งที่เหมาะสมดังที่แสดงในแผนภาพบล็อก เพื่อให้สอดคล้องกับระดับพลังงานที่เอาต์พุตและอินพุตของอุปกรณ์ เลือกใช้ตามข้อกำหนดของอัตราขยายและจุดบีบอัด 1 เดซิเบลของตัวแปลง RF ดาวน์
ขั้นตอนที่ 4: เครื่องสังเคราะห์ RF และ LO ที่ใช้ในการออกแบบตัวแปลงขึ้นยังใช้ในการออกแบบตัวแปลงลงด้วย ดังที่แสดง
ขั้นตอนที่ 5: ตัวแยก RF จะถูกใช้ในตำแหน่งที่เหมาะสมเพื่อให้สัญญาณ RF สามารถผ่านในทิศทางเดียว (เช่น ไปข้างหน้า) และหยุดการสะท้อน RF ในทิศทางย้อนกลับ ดังนั้นจึงเรียกว่าอุปกรณ์แบบทิศทางเดียว GCN ย่อมาจาก Gain control network (เครือข่ายควบคุมเกน) GCN ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ปรับลดทอนสัญญาณ ซึ่งช่วยให้สามารถตั้งค่าเอาต์พุต RF ได้ตามงบประมาณลิงก์ RF
บทสรุป: คล้ายกับแนวคิดที่กล่าวถึงในการออกแบบตัวแปลงความถี่ RF นี้ เราสามารถออกแบบตัวแปลงความถี่ที่ความถี่อื่นๆ เช่น แบนด์ L แบนด์ Ku และแบนด์ mmwave ได้
เวลาโพสต์: 07-12-2023
