LNA EME ATF531 for 2m and 70cm bands

В этом проекте удалось создать универсальный LNA для любых применений (тропо, тесты, ЕМЕ), диапазонов 2m и 70cm. LNA выполнен на E-pHEMT транзисторе средней мощности ATF-531P8. Высокий динамический диапазон (OIP3 = 36 dBm) на уровне PGA-103+ (SPF5189z). NF лучше примерно на 0.3 dB. Транзистор надежнее, чем маломощные ATF-54143 (SAV-541). P1dB выше на 5 dB. Наличие узкополосного фильтра на выходе позволяет подавлять FM диапазон, и соседние любительские диапазоны.

Моделирование LNA в программе MWO

Изучая S2P файлы транзистора ATF-531P8 обратил внимание на низкие значения NF при токах сток-исток 75 – 135 mA. Моделирование схемы LNA 2m в программе MWO подтверждает NF < 0.14 dB (Рис. 2). Полосовой LC фильтр выполнен с бескаркасными индуктивностями медным проводом. Полоса пропускания по уровню -3dB около 15MHz (BW < 15 MHz). Схема LNA и фильтра в проекте MWO представлены на Рис. 1.1 и Рис. 1.2

Результаты моделирования (Рис. 2.1, Рис. 2.2, Рис. 2.3, Рис.2.4)

КСВ LNA по входу не превышает 1.5 Коэффициент усиления 27 dB, абсолютно устойчив.

Конструкция LNA

LNA содержит входную согласующе-трансформирующую цепь, активный элемент ATF-531P8, интегральный стабилизатор напряжения 6 V типа L7806, аттенюатор -3 dB, трехзвенный полосовой фильтр, цепь стабилизации смещения транзистора, цепь питания LNA по фидеру снижения (Рис. 3). Номиналы элементов входной согласующей цепи и фильтра зависят от диапазона рабочих частот (на схеме не указаны). Настройка режима транзистора по постоянному току заключается в установке напряжения на стоке 4 V, при токе сток-исток 135 mA. Питание LNA от напряжения 8 – 12 V. Предусмотрена возможность подачи напряжения питания по RF фидеру от трансивера или посредством инжектора питания.

Плата размером 60х32 mm на материале FR4, 1mm, с металлизацией отверстий и маской. Индуктивности фильтра выполнены проводом 0.5 mm, на оправке диаметром 2.5 mm. Настройка фильтра шагом намотки индуктивностей. Печатные платы на диапазоны 2m (Рис. 4.1) и 70cm (Рис. 4.2) ниже:

Корпус LNA выполнен из алюминиевой плиты Д16 фрезерованием на станке с ЧПУ. Разъемы N-типа «гнездо». Питание через проходной конденсатор на корпусе.

График NF от частоты, измеренный на анализаторе NF Agilent приведен на Рис. 5

Процесс измерений LNA EME 144 MHz на R&S®FSW

---

Графики АЧХ в узкой и широкой полосе (Рис. 6.1 и Рис. 6.2). На графике в широкой полосе второй маркер показывает подавления УКВ FM вещательного диапазона (более -70 дБ), а четвертый маркер подавление диапазона 430 МГц (около -70 дБ).

Выполнил проект LNA 70cm на транзисторе ATF-531P8 в программе MWO. NF на этом диапазоне несколько хуже. Если настраивать вход на минимум NF, то КСВ «улетает» за 5. Остановился на варианте: NF = 0.2 dB, G = 21 dB (-3dB att перед фильтром), VSWR IN < 2.6, VSWR OUT < 1.4, подавление 144 MHz более -100 dB, полоса пропускания по -3 dB (BW-3dB) = 50 MHz.

Вариант платы с индуктивностями фильтра в виде микрополосковых линий представлен на Рис. 7

Собрал настроил и испытал LNA 70cm EME на транзисторе ATF-531P8. Cравнительные измерения шума Солнца относительно холодного неба с ЕМЕ антенной показали одинаковый результат с LNA на SAV-541+ (ATF-54143).

Оценка результата измерений NF

Отдельный вопрос – ошибка измерения NF, вызванная большим КСВ по входу DUT (испытуемого LNA). Вот интересный online калькулятор, позволяющий оценить возможности различных ИКШ, ГШ, и учесть ошибки измерения. Например, для ИКШ 8970В с генератором шума 346А основная погрешность измерения NF = 0.3 dB при усилении LNA G = 20 dB получается +- 0.12 dB. Калькулятор позволяет вывести график погрешности как функцию, например, КСВ МШУ по входу или выходу. Привожу график ошибки от КСВ МШУ по входу. Очевидно, что при КСВ 3 ошибка составляет +- 0.22 dB, что соизмеримо с измеряемым значением NF < 0.3 dB. Так недолго намерять отрицательные значения NF. Ошибка же от КСВ LNA по выходу зависит от усиления LNA, и при G > 20 dB невелика (при КСВ = 3 составила +- 0.13 dB). То есть ошибка за счет КСВ по выходу выросла примерно на 0.01 dB.

Выводы:

• Измерения абсолютного значения малых величин NF с помощью ИКШ проблематично. Лучший промышленный ИКШ PSA серии имеет основную погрешность +-0.083 dB с ГШ N4000 серии;
• Сравнивая два МШУ с равными NF но разным КСВ по входу получим разные показания NF;
• Единственным окончательным критерием оценки NF EME LNA является измерение отношения шума «холодного неба» к шуму Солнца (др космических источников);
• EME МШУ с плохим КСВ по входу норма (к сожалению вынужденная). Отражение от входа МШУ приводит лишь к небольшой потере усиления приемной системы, но не потере NF (чувствительности).

Заключение

Данный LNA безусловный лидер по NF на диапазоне 2m. Для 70cm NF идентичен LNA на транзисторе ATF-54143 при лучшем динамическом диапазоне и максимально допустимой мощности на входе. Отличное подавление BPF за полосой пропускания в сочетании с высоким значением OIP3 позволяют использовать LNA в городе с близко расположенными вещательными FM и TV передатчиками. Это лучший на сегодня LNA для 2m в серии моих разработок.

LNA 2m ATF531 N-female

LNA 70cm ATF531 SAW filter N-female

Общие вопросы:
admin@vhfdesign.com

Техническая поддержка:
us4ici@vhfdesign.com

Проверка наличия:
https://vhfdesign.com/kits/list