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GERÄTE

Sende-Empfänger

Transverterkonzept

für 241 GHz Zur Person

Philipp Prinz, DL2AM

Jahrgang 1939,

Amateurfunkgenehmi-

gung seit 1967.

Technischer Zeichner,

Mechanikermeister,

Pädagogik f. Lehrlingsausbildung

Refa-Ausbildung, seit 1980 Modultech-

nik, Herstellung und Vertrieb v. Linears

bis 2003

Philipp Prinz, DL2AM

241 GHz ist sozusagen die Königsdisziplin im GHz-Bereich der

Funkamateure. Nachfolgend wird ein Transverter beschrieben,

der zu eigenen Versuchen in diesem Bereich anregen soll.

ie größte Herausforderung war,

dass ich mit meinen verfügba-

ren Messmitteln an Grenzen

stieß. Nach einigen gescheiterten Ver-

suchen habe ich mir dann doch die

dafür geeigneten Messmittel beschafft,

um nachvollziehbare Ergebnisse zu er-

reichen. Es hat sich aber auch wieder

gezeigt, dass praktische, einfache Mess-

methoden zum erwünschten Ziel

führen können. Ich werde versuchen,

auch diese aufzuzeigen, die auch in den

unteren Frequenzbereichen Anwen-

dung finden. Bei meinen ganzen Versu-

chen auf 241 GHz, die mehr als 1 Jahr

in Anspruch genommen haben, ist eine

ganze Mappe voller Protokolle und Nie-

derschriften entstanden. Ein geringer

Teil wird hier wiedergegeben.

Für mich schien es vorteilhaft, in einem

Gehäuse den Konverter und Sender

nur für CW, getrennt voneinander, auf-

zubauen (Bild 1) . Auch war es für

mich wichtig, zuerst eine Bake zu ha-

ben, um verlässliche Empfangsversu-

che machen zu können. Was aber bei

diesem Konzept nicht unbedingt not-

wendig ist, da ja ein CW-Sender aufge-

baut wird. Ich habe gleich zwei Geräte

Viele Arbeiten und mechanische Teile

sind ähnlich ausgeführt wie in den vor-

herigen Baubeschreibungen zu meinen

76- und 122-GHz-Anwendungen. Aus

diesem Grund sind einige Details nicht

wieder gegeben. Sie können diese unter

den Literaturstellen finden. Auch möch-

te ich darauf hinweisen, dass nicht

gleich bei dieser hohen Frequenz Versu-

che gemacht werden. Es ist anzuraten,

erst bei tieferen Frequenzen mit dieser

Technik zu beginnen.

Anschrift:

Riedweg 12

88299 Leutkirch

prinz.dl2am@t-online .de

www.dl2am.de

aufgebaut, eines davon für meinen

Funkpartner.

Die OCXOs von 140,000115 MHz für

den Sender und 139,916666 MHz für

den Empfänger hat Fa. ID-Elektronik ge-

fertigt. Diese schalte ich mit einem SMA-

Koax-Relais auf den LO, den DB6NT ge-

liefert hat, und dieser vervielfacht ×96. Es

entsteht eine Sende-Frequenz von

13,440006 GHz und eine Empfangs-Fre-

quenz von 13,432 GHz. Mit einem wei-

teren Koax-Relais gebe ich diese beiden

Frequenzen auf die zwei Multiplier

CMA382400, die wieder ×3 vervielfa-

chen. Somit entstehen die Sendefrequenz

von 40,32 GHz und eine Empfangsfre-

quenz von 40,296 GHz. Diese Sendefre-

quenz wird mit 6 multipliziert und ergibt

die 241,920200 GHz.

Für den Empfangskonverter schien mir

günstiger zu sein, zuerst die 40,296 zu

verdoppeln und dann die ergebenden

80,592 GHz zu verdreifachen, da dies bei

nur einer Verdreifachung einen besseren

Signal-Rauschabstand ergibt. Zu dieser

Frequenz habe ich die 144 MHz dazuge-

mischt, dass sich wieder eine Eingangs-

Frequenz von 241,920200 GHz ergibt.

Dieses System können Sie aus der sche-

matischen Darstellung in Bild 2 ersehen.

Durch die zusätzliche Aufbereitung bei

Empfang von 40 auf 80 GHz und dann

anschließender Verdreifachung war ein

neues Gehäuse notwendig, das die Fa.

Micro-Mechanik anfertigte (Bild 3) .

Literatur

[1] Philipp Prinz, DL2AM: „122 GHz-

Transverter“, CQ DL 6/06, S. 412ff.

[2] Philipp Prinz, DL2AM: „Neue

Gehäuse für 47/76 u. 122 GHz“,

CQ DL 6/07, S. 411ff.

[3] Jürgen Dahms, DCØDA:

„Abschlussbericht 122 GHz“,

CQ DL 12/08, S. 851ff.

[4] Philipp Prinz, DL2AM: Tagungs-

band 53, Bensheim 2008

[5] Philipp Prinz, DL2AM: „Tipps z.

CMA 382400 Multiplier“, CQ DL 1/09,

S. 35

[6] Michael Kuhne, www.db6nt.com

[7] Hubert Krause,

www.micro-mechanik.de

[8] Ewald Goebel,

www.id-elektronik.de

Bild 1:

Zwei Transverter

241 GHz und einer

für 122 GHz

250

CQ DL 4-2009

GERÄTE

Michael, DB6NT, erstellte die PCB, nach-

dem das Konzept klar war mit der Nr. 46-

40/80 GHz, Nr. 42-80/240 GHz und Nr.

43-40/241 GHz. Dieses neue Gehäuse

ist doppelt. Auf der einen 40/80-GHz-

Seite wurde die PCB Nr. 46 und die Va-

raktor-Diode zuerst eingeklebt.

Nach Anbringen des Durchführungskon-

densators, eines ca. 5-k# -Potis für die Di-

oden-Vorspannung der MA46H146, der

beiden Kurzschluss-Schieber, wovon der

eine bei 40 GHz eine WR-28-Ausfräsung

und der andere ein 4,5 mm Tuning-Ele-

ment hat, kann der erste Test beginnen.

Bei einem Input von ca. 20 mW bei

13,432 GHz sollten 3 bis 8 mW bei

80 GHz einstellbar durch die Variation der

4–6 V am Regel-Netzteil für den Multi-

plier erreicht werden. Der HL-Mess-

flansch wird dabei an der Seite vom 241-

GHz-Gehäuse an den 80 GHz Rund-HL,

der 3 mm " hat, angeschraubt.

Die maximale Leistung entsteht durch

den Abgleich der beiden Tuning-Elemente

und dem 5-k# -Poti (Bilder 4 und 5) .

Siehe auch CQ DL 12/06, S. 4, Thermis-

torkopf. Wenn keine Leistungsmessmög-

lichkeit bei 80 GHz vorhanden ist, kann

der maximale Output auch etwa auf größ-

ten Dioden-Querstrom des 5-k# -Potis ab-

gestimmt werden.

Ist dies gelungen, kann die PCB Nr. 42

eingeklebt und mit der Zero-Bias-Diode

HSCH 9161 bestückt werden (Bild 6) .

Auch kann die Oberseite des Rund-HL,

an der die Diode sitzt, ein klein wenig an-

gesenkt werden, z.B. 0,3 mm. Die HL-

Bohrung muss sehr sauber und mit einer

Reibahle bearbeitet sein. Man muss sich

vorstellen, dass $/4 bei 241 GHz ca.

3/10 mm bedeuten und dadurch die

kleinste Rille oder Schmutzteilchen eine

Dämpfung verursacht. Wenn bei den Tu-

ning-Elementen die Einstellschraube zu

lang ist, kann diese abgedreht werden. Al-

lerdings muss der abgedrehte Teil wieder

vergoldet werden, da sonst ein Leistungs-

verlust entsteht (schlechtere Güte).

Nun wieder zum Rx-Aufbau

In die 144 MHz ZF-Einspeisungsleitung

im Gehäuse habe ich in Serie ein 1-nF-

Koppel-C eingefügt, damit ich mit einem

Poti von ca. 1 k # die Zero-Bias-Diode

HSCH 9161 vorspannen kann (Bild 7) .

Anschließend baute ich eine Bake für

241 GHz auf und verwendete dazu ein

Uni-Gehäuse mit einem Rund-HL von

0,9 mm und der PCB Nr. 43 sowie eine

MA4E1317 Single-Diode. Mit dieser

Bake konnte ich meinen Empfänger von

241 GHz testen und einen Abgleich vor-

nehmen. Auch die Bakenleistung konnte

ich mit den beiden Tuning-Elements

4,5 mm WR-28-Ausfräsung und 1,75 mm

Durchmesser am vorhandenen Empfän-

ger gut abgleichen. Nun zum Rx-Ab-

gleich. Beide Tuning-Elemente, bei

80 GHz 4 mm Durchmesser und bei

241 GHz 1,75 mm Durchmesser, sind auf

maximale ZF-Leistung getrimmt. Auch

kann noch die 40/80-GHz-Vervielfa-

chung vorsichtig abgeglichen werden.

Das Bakensignal wird jetzt so weit ge-

schwächt, bis es gerade noch zu hören

ist. Mit dem 1-k# -Poti und den beiden

Tuning-Elementen von 40/80 GHz

konnte ich das beste Signal-Rauschver-

hältnis einstellen. Aus Erfahrung kann ich

sagen, dass Abgleich-Fähnchen an den

50-# -Leitungen meist nicht notwendig

sind, da ich schon vier Empfangs- und

Sendesysteme aufgebaut habe.

Bild 2: 241-GHz-Schema

Technik und das Einkleben

der Dioden

Bei einem Rund-HL von 0,9 mm Durch-

messer ist es sehr wichtig, dass sich die Di-

ode direkt über dem HL befindet. Dies trifft

auch bei unteren Frequenzen zu. Wenn

das Diodengehäuse auf den Rücken gelegt

unter dem Mikroskop angeschaut wird,

sieht man die Position der Diode genau.

Beim Einpassen der PCB in das Gehäuse

ist darauf zu achten, dass der Zwi-

schenraum vom 50-# -Leitungsende und

der Masse genau über dem Hohlleiter

liegt. Auf der Unterseite der PCB muss

der Rund-HL auch an der gleichen Stelle

positioniert sein. Dies kann durch leichtes

Andrücken der eingepassten PCB auf den

HL mit dem Finger geschehen. Es zeich-

net sich die HL-Bohrung an der PCB ab.

Die PCB ist so zuzuschneiden, dass die

drei Seiten an der Gehäusewand anste-

hen, somit ist die Position festgelegt.

Auch muss die PCB bei 122 und 241

GHz eingeklebt werden. Bei Versuchen

auf 122 GHz konnte ich eindeutig einen

Unterschied zwischen eingeklebten und

nicht eingeklebten PCBs feststellen.

Bild 3: Schema-Zeichnung des Doppel-Gehäuses 241 GHz

Bild 4:

Rx-Mixer 40/80 GHz

mit Tuning-

Elementen

Aufbau des CW-Senders

Im Prinzip ist es wie bei der Bake auf

241 GHz und bei 122 GHz (Bild 8) . Das

Uni-Gehäuse mit einer Rund-HL-Bohrung

von 0,9 mm Durchmesser hat ebenfalls

die Fa. Micro-Mechanik angefertigt. Die

verwendete PCB ist die gleiche wie in der

Bake die Nr. 43 und muss auch einge-

klebt werden.

Bei Versuchen mit verschiedenen Dioden

bin ich reumütig wieder auf die

MA4E1317 zurückgekommen. Mit die-

Bild 5: Rx-Mixer 40/80 GHz Seitenansicht

251

CQ DL 4-2009

GERÄTE

T4 (Manuskriptnummer)

ser war die „größte“ CW-Leistung er-

reichbar (Bild 9) . Der LO von DB6NT

wird beim Senden getastet. Für die Di-

oden-Vorspannung baute ich eine SMA-

Buchse ein. An diese kommt ein Stück

Semi-Rigid mit einem angelöteten 1-k# -

Poti. Für 40 GHz verwende ich auch wie-

der einen Kurzschluss-Schieber mit einer

Ausfräsung für WR 28 und ein Tuning-

Element von 4,5 mm Durchmesser.

Am Ausgang von 241 GHz ist ein Tuning-

Element von 1,75 mm Durchmesser ein-

gebaut. Der Multiplier CMA 382-400

sollte minimal 100 mW Leistung bei

40,32 GHz abgeben und mit 6 V DC be-

trieben werden. Diese Frequenz wird

jetzt versechsfacht.

Den CW-Sender verwendete ich jetzt als

Bake und speiste die Frequenz in den

Empfänger ein. Es ist möglich, den Tx-

HF-Ausgang mit dem Rx-HF-Eingang mit

einem WR-8-Hohlleiter von ca. 50 cm zu

verbinden. Das Empfangssignal ist jedoch

viel zu stark und der FT-290 geht in die

Begrenzung. Ich habe in den HL WR 8

ein wenig Dämmschaum reingedrückt,

sodass ca. 20 bis 30 dB Dämpfung entste-

hen. Somit war ein Abgleich gut möglich,

da das Signal sehr stabil ist.

Auch so kann ein CW-Sender und Emp-

fänger ohne teuere Messmittel abgegli-

chen werden. Die beiden Tuning-Elemen-

te und der Trimmer werden auf maxima-

le 144-MHz-ZF-Leistung beim FT-290R

getrimmt und dabei wechselweise das

Poti und die Tuning-Elemente verändert.

Beim FT-290R kann parallel zum S-Meter

ein Digitalvoltmeter angeschlossen wer-

den. Dies erleichtert den präzisen Ab-

gleich (Bild 10) . Es muss geprüft wer-

den, ob das 1-k# -Poti ausreicht. Ich

konnte bei 241 GHz ca. 10 µW mit ei-

nem Hughes Thermistor-Kopf mit WR 5

messen abzüglich des 201-GHz-Trägers.

Frühestens jetzt kann festgestellt werden,

wie gut die OCXOs sind (Jitter und Fre-

quenz-Stabilität).

Bild 6:

Rx-Mixer

80/241 GHz

Bild 11: Spektrum 241 GHz, 10 µW

Wenn ich das Tx-CW-Signal bei 241 GHz

am Spektrumanalyzer HP 8563 E mit

dem Mischer von Miltech mit HL-WR 4

anschaue (Bild 11) , kann ich mich darü-

ber schon freuen. Ich stellte fest, dass die

einfache Abgleichmethode ebenfalls opti-

mal war.

Nach bekannter Methode muss auch ge-

prüft werden, ob die 241 GHz auch die

richtige Empfangs-Frequenz ist und nicht

bei 201 GHz ein QSO stattfindet.

Ich konnte aber auch feststellen, dass

mit dem Rund-HL von 0,9 mm die

201,6 GHz, es ist die 5. Harmonische,

noch kräftig durchkommt. Ein noch klei-

nerer Rund-HL ist denke ich nicht mehr

machbar, um zu erreichen, dass die 201

GHz in den Cutoff-Bereich fällt. Erst bei

einem Rund-Hohlleiter von 0,6 mm

Durchmesser ist von dem 201-GHz-Trä-

ger nichts mehr zu sehen. Nach oben

weist ein Hohlleiter im weiten Bereich

kein Cutoff auf Bild 12 .

Bedanken möchte ich mich bei Jürgen,

DCØDA, für die interessanten Telefona-

te. Erwähnen möchte ich, dass ich auf

122 GHz jetzt 1,75 mW CW-Leistung er-

reicht habe (gemessen mit Anritsu

ML83+MP82B), mit der Single-Diode

MA4E1310. Ich denke, das ist die Sätti-

gungsleistung dieser Diode. Wenn zwei

dieser Dioden parallel eingeklebt werden,

geht es nicht, auch wenn bei 40,7 GHz

mit 200 mW angesteuert wird. Die Kapa-

zität ist für diese hohe Frequenz zu groß

geworden.

Bild 7:

241-GHz-Mischer

Schema

Bild 8:

Tx-Multiplier An-

sicht auf WR 28 HL

Bild 9:

Tx-Multiplier

und Bake mit

Tuning-Elementen

Bild 10:

Tx-Multiplier von

der Seite gesehen

Bild 12: Miltech-Mixer HL WR 4

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CQ DL 4-2009

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