Preamp / Vorverstärker für 0,3 - 150 MHz

Hallo zusammen.

@ Bernhard:
Suchst du die eierlegende 'Wollmilchsau'?
Ein bisschen mehr Realitätssinn wäre wohl angebracht.

> - Frequenzbereich s. o.
> - Verstärkung ~0/15/30 dB schaltbar
> - Rauschzahl < 2 dB
> - Impedanz beidseitig 50 Ohm
> - IP3 > 25 dB
> - Stromaufnahme egal, Versorungsspannung 5 oder 10 V
> - < 5 €

Punkt 1. ok

Punkt 2. das in einem einfachen Design? Das wird wohl etws schwierig
         bis unmöglich sein.

Punkt 3. vielleicht machbar, aber bei der Bandbreite wohl mehr als
         schwierig

Punkt 4. ok

Punkt 5. ok, Oh Herr lass Strom vom Himmel fallen.

Punkt 6. eher wohl 10V

Punkt 7. die Realität wird dich nicht ein- sondern überholen

Google mal nach Norton-Verstärker, das ist das Einzige, was mir so
auf Anhieb einfällt.

73
Wilhelm

Ich werf mal einen LTC6405 oder LTC6406 in die Runde
2.7 / 3GHz Gain-Bandwidth Product
Low Noise: 1.6nV/vvHz

Der LTC6409 läge evtl. auch gerade noch drin,
der LTC6400-8 rauscht weniger, geht aber nur bis 2.2 GHz.

Interessant auch die Appl.Note DN418

> Verstärkung ~0/15/30 dB schaltbar

IMO ist viel Verstärkung im Frontend eher problematisch, 0/8/16 dB 
könnten möglicherweise reichen oder max. 0/10/20 dB

Hallo,

Bernhard __ schrieb:
> für meinen Eigenbautransceiver suche ich einen Schaltung für den
> Eingangsverstärker mit folgenden Eigenschaften:
> - Frequenzbereich s. o.
> - Verstärkung ~0/15/30 dB schaltbar

2 x 15dB Verstärker über Relais schaltbar

> - Rauschzahl < 2 dB

Wozu? Das externe Rauschen auf LW/MW liegt um mehrere 10er Potenzen 
darüber, selbst in den oberen KW Bändern hat man noch 10dB externen 
Rauschen, von dem man made noise mal ganz zu Schweigen. Auf KW braucht 
man keine Rauschzahl von 2dB, selbst auf 2m ist es ausser für EME egal.

Verpass dem Teil eine ordentliche Eingangsselektion für die einzelnen 
Bänder und danach dann entsprechende VV für den Bereich > 25MHz, wenn es 
unbedingt ein breitbandiger VV sein muss.

> - Impedanz beidseitig 50 Ohm

Über den gesamten Bereich, das geht nur mit entsprechender 
Gegenkoppelung.

> - IP3 > 25 dB

Das beisst sich mit der Anforderung an die Rauschzahl und der 
Breitbandigkeit, ausserdem wird das Summensignal über den gesamten 
Bereich dann irgendwann zuviel für einen IP3 ~25 dB

> - < 5 €

50€

> Wegen der großen Bandbreite wird GaAs wohl das Mittel der Wahl sein.
> MMICs scheiden wohl aus, weil die bezahlbaren Typen zu sehr rauschen und
> nicht genug Verstärkung haben.

GaAs ist eher was für den GHz Bereich. Die MMIC lassen sich teilweise 
deutlich unterhalb der angebenen Frequenz betrieben, aber da muss man 
halt die Koppelkondensatoren entsprechend groß machen.

> Vermutlich läuft es damit auf eine klassische Transistorschaltung
> hinaus, die mir geläufigen arbeiten aber nur auf KW oder VHF, nie auf
> beiden Bereichen.

Siehe Erik T. Red (Beam Verlag), der hat einige diskrete Verstärker 
drin, die in dem Bereich mehr als eine Dekade gehen. Allerdings ist dort 
der IP immer deutlich unter deiner Anforderung.

Gruß Andreas

@ Sascha (Gast)

>Hallo,
>ähhhh, ja super NF = 2dB wo gibts das?

überall ...

>Ich suche für 2m also 145MHz auch einen Eingang für mein SDR was ich
>gerade baue und finde nur IC z.B. von Analog Device mit NF= 6 bis 8 dB.
>Dafür aber 45dB Gain.

Ist eben Mist, wenn man nur noch fertige ICs kennt. Transistoren sind 
Dir wohl nicht recht?


@ Bernhard __
Nortonverstärker wäre auch das einzige, was mir einfallen würde. Aber 
nicht für 5,- mit diesen hochgesteckten Parametern.

Hallo zusammen,

danke für die Infos bisher. Was spricht (sorry hatte ich vergessen zu 
schreiben) bei einem Geradeausempfänger gegen die Verlagerung der 
Verstärkung in den HF-Bereich?
Mein Argument dafür ist, dass man damit das SNR verbessert weil alle 
internen Störungen logischerweise danach kommen.
Ein schaltbares 10 dB Dämpfungsglied und eine eine zweistufige 
Verstärkung vor dem ADC sind sowieso dabei.

Zurück zum Thema, hier eine Zusammenfassung der bisherigen Ideen:
- LTC6405, ich halte mal den AD8099 dagegen, davon finde ich aber keinen 
IOPx. Als ich die Spannung hochgerechnet habe, glaubte ich an einen 
Rechenfehler, bis ich die > 8 dB NF im Datenblatt gefunden habe...
- Norton-Verstärker, konkret 
http://www.ece.vt.edu/swe/lwa/memo/lwa0071.pdf
- klassische Transistorschaltung, siehe Anhang "ts". Die Schaltung ist 
in einem kommerziellen Gerät verbaut, keine Ahnung woher ich das Bild 
bekommen habe. Sorgen macht mir dabei nur L234, der sicherlich nicht 
einfach für die Bandbreite herstellbar ist.
- andere Variante der Transistorschaltung, Elecraft KX3. Leider IOP3 
sicherlich schlecht
http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CDEQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.elecraft.com%2Fmanual%2FKX3SchematicDiagramDec2012.pdf&ei=HCxwUuK-M8XWtAazpoDQBg&usg=AFQjCNGgYVhqjH7_B3Bnnz4dmN1LsPDgRA&bvm=bv.55123115,d.Yms&cad=rja
- zwei mal SGA6286. Super IP3, einfach zu beschalten. Die NF ist 
definitiv besser als im Datenblatt angegeben, aber mal zwei und elendig 
große Stromaufnahme...

Welchen Weg würdet ihr gehen bzw welche Einschränkungen würdet ihr in 
Kauf nehmen.

Viele Grüße und Danke im Voraus,
Bernhard

Vielen Dank für eure Infos!

Über Norton-Verstärker belese ich mich gerade. Am Trafo kanns eigentlich 
nicht liegen, die fertigen Teile von Minicircuits können den 
Frequenzbereich locker ab. An den Transistoren auch nicht, siehe Rush's 
Vorschlag.

@ ich (Gast)
Soweit ich weiß werden solche Tests immer mit ausgeschaltetem Preamp 
durchgeführt, oder?

Aber in deinem pdf sieht man, dass beim KX3 im 6 m Band tatsächlich 
beide Preamps (20 + 10 db) verwendet werden (können).

>> kann ich nur bestätigen, der PHA-1 ist ein für viele Anwendungen sehr guter und 
interessanter MMIC
Auch unter 50 MHz?

Der Nortonverstärker ist wegen seines Frequenzgangs und der geringen 
Leistungsverstärkung ausgeschieden.

Spaßeshalber habe ich mal eine ganz simple Transistorschaltung aus 
meiner Studienzeit simuliert. Solange man ideale Bauteile verwendet, 
sieht das natürlich gut aus :-)

Hat jemand von euch ein Modell eines realen Transistors, z.B. NE46XX, 
2SC55XX etc?

73
Bernhard

Hallo Bernhard

Ich hab mal meine Variante drangehängt. Für die Simulation hab ich den 
BFR96 verwendet, der laut Datenblatt max. 100mA kann. Außer dem Rauschen 
werden sich die Ergebnisse nicht groß unterscheiden.

Durch die hohe Verstärkung leidet leider der IP3-Wert. Er bezieht sich 
auf das Eingangssignal, die Probleme werden jedoch durch das hohe 
Ausgangssignal in Verbindung mit der gekrümmten Kennlinie des 
Transistors verursacht.
Würde man die Verstärkung nur um 6 dB reduzieren, würde sich der Wert 
auf 13.5 + 3*6 = 31.5 dBm verbessern.

Gruß, Bernd

> würde sich der Wert auf 13.5 + 3*6 = 31.5 dBm verbessern.

Stimmt nicht, die Simulation zeigt nur 19 dBm. Trotzdem, der 
Leistungsbedarf ist im Vergleich zu den erreichten Werten verdammt hoch.

Wie wäre eine Verstärkung von 11 dB mit einem IP3 ~21 dBm und nach dem 
Mixer/Diplexer eine weitere NF-Verstärkung? Dort wäre auch die 
Kreuzmodulations-Gefahr nicht so groß, da die Bandbreite schon deutlich 
begrenzt wird (~16kHz). Der Strombedarf dafür würde ca. 50 mA betragen.

Hallo Bernd,

danke für die library und die Ideen zum Preamp.
Nachdem ich jetzt auch noch etwas mit den Parametern gespielt habe, 
glaube ich nicht mehr an die diskrete Umsetzung, die Parameter der oben 
genannten Fertiglösungen sind dafür einfach zu gut und ich habe zu wenig 
Erfahrung mit Preamps.

>> und nach dem Mixer/Diplexer eine weitere NF-Verstärkung?
Stimmt, das kostet nichts. Ich rechne gerade mal zusammen.

Ich denke, es werden zwei einzeln schaltbare Fertigverstärker, z.B. 
SGA6286  für KW und FRA-1 für UKW werden.

In die gerade entstehende Version des boards sind jetzt alle bisherigen 
Verbesserungsmaßnahmen eingeflossen, leider ist jetzt Platz übrig?!?
Das Layout (80x100) ist im Anhang...
- schwarz: Eingang vom Bandpass bis zum ADC
- lila: vom DAN bis zum Ausgang zum Bandpass

Hast du noch Ideen, was man in den TRX packen könnte?

Gerade habe ich noch eine ganz interessante Schaltung gefunden.
http://www.ha8et.hu/Extra.htm

Gyula baute damit recht erfolgreich die Application Note 5244 von 
Avagotec nach.

Glaubt ihr, der Verstärker liese sich auf dem von mir gewünschten 
Frequenzbereich nutzen? Im Datenblatt des GaAs-FET steht ab 50 MHz, aber 
ich wüsste nichts was gegen einen Betrieb bei niedrigerer Frequenz 
sprechen würde.

Danke
Bernhard

> leider ist jetzt Platz übrig

Andersrum wär schlimmer, für den freien Platz hätte ich einen Vorschlag: 
Ein SWR-Meter. Oder ist die Idee mit dem Antennen-Analysator schon 
eingeflossen? Der Richtkoppler müßte allerdings auf die andere Platine.

Falls jetzt alles oberhalb 50 MHz auf ein Modul verbannt wird, könnte 
sich die Suche auf 0,3 - 50 MHz reduzieren, was aber letztendlich nicht 
viel am Problem Großsignalfestigkeit und Rauschen ändert.

Diese Vorstufe benötigt 2 Watt, ist das nicht eher was für die 
Steckdose? Da könnte ja die Endstufe einfach umgedreht werden, falls sie 
rauscharm wäre.

>> Da könnte ja die Endstufe einfach umgedreht werden
HI. Ich wollte das Teil natürlich mit reduziertem Strom betreiben. Im 
Datenblatt wird aber explizit for Instabilitäten bei niedrigeren 
Frequenzen gewarnt, daher lasse ich das mal lieber.

Der Ideale Vorverstärker wäre deiner Meinung nach ~8 dB (+ 3 dB vom 
Übertrager), oder? Wenn wir beim TRX von einem IIP3 von 35 dBm ausgehen, 
dann wäre ein IOP3 von >= 35 dBm für den Preamp ideal, oder?
Dann würde mir noch einfallen:
Stufe 1: kein Vorverstärker
Stufe 2: 8 dB großsignalfest
Stufe 3: BGA612 mit 17dB, 2dB NF, IOP3 nur 17 dBm

Glaubst du, Stufe 2 würde sich diskret lohnen? Kannst du da etwas 
zaubern :-)

Den Sendemischer habe ich übriges gerade mal von DC bis 200 MHz gegen 50 
Ohm arbeiten lassen. Von 3 bis is 110 MHz sind die Mischerverluste fast 
konstant, bei 160 MHz 5 dB mehr (alle dB Leistung). Fast unglaublich für 
mich, wenn man die ~3 ns Schaltzeit des Mischer bedenkt.

Zum SWR-Meter: stimmt, passt perfekt in meinen freien Platz. Allerdings 
reizt mich gleich eine komplette Messbrücke mit eigenem DUT-Anschluss. 
Der Anhang entstammt dem Vortrag von DL1SNG zur HAM-Radio 2012.

Viele Grüße
Bernhard

> Fast unglaublich für mich,
> wenn man die ~3 ns Schaltzeit des Mischer bedenkt.

Ohne jetzt genau ins Datenblatt zu schauen, die Schaltzeit wirkt sich 
oft nur als Zeitverzögerung bzw. Phasenverschiebung aus. Falls der 
Baustein bei steigenden und fallenden Flanken identisch 3ns verzögert, 
wirkt sich das überhaupt nicht aus.

> Stufe 2: 8 dB großsignalfest

Es gibt ein paar Simulationen in der Schublade, aber nicht mit 35 dBm. 
Erst mal schauen, was die anderen machen.

> gerade mal von DC bis 200 MHz gegen 50 Ohm arbeiten lassen

Dann sollte das für Rx auch funktionieren. Wird damit 2m wieder 
interessant?

> reizt mich gleich eine komplette Messbrücke

Und statt DDS wird der Si570 verwendet. Muss der Lo zur Gilbert-Zelle um 
90° gedreht sein?

Müssen sinusförmige Signale verwendet werden? Falls das gefilterte 
Tx-Signal auf die Messbrücke geht, darf dann für die Gilbert-Zelle ein 
Rechteck verwendet werden?

>> Erst mal schauen, was die anderen machen.
Meinst du damit kommerzielle Geräte?
KX3: s.o. sehr hohe Verstärkung, niedriger IOP3 wegen Stromaufnahme
UHFSDR: BGA612, 17 dB IOP3
SDR1000: MMIC mit ~15dB und IOP3 > 30 dB

>> Dann sollte das für Rx auch funktionieren.
Im RX-Pfad entsteht bei mir wie ich dir mal geschrieben habe aber ein 
Rauschen, was mit der aktuellen Vorverstärkung wenig Empfang zulässt.
Deshalb mein Ansatz die Verstärkung, wie beim KX3, mehr in den HF-Teil 
zu ziehen. Wobei mein altes Layout auch wirklich nicht gut ist, 
vielleicht wird das S/N sowieso viel besser.

Ich gehe fest davon aus, dass 2m gehen wird. Und wenn tatsächlich nur 
z.B. 100 MHz gehen, dann springt ein schönes UKW-Radio und ein 
ordentlicher Bereich für den Antennenanalysator raus.

Die Analyserfunktion habe ich mir ganz simpel gedacht, siehe Anhang.
Sender rechts, Empfänger links, Zusatzhardware wären nur drei 
Widerstände, eine Buchse und Schalter.

Der TX-Pfad des TRX soll einen Träger von z.b. 50,0001 MHz mit -20 dBm 
in eine Brückenschaltung mit drei mal 50 Ohm und dem DUT einspeisen. Bei 
1 Ohm Auflösung stellt sich eine Brückenspannung von einzelnen mVpp ein. 
Diese geht in den ganz normalen RX-Pfad und wird dort auf 100 Hz I 
(ohmscher Widerstand) und Q (Blindwiderstand) heruntergemischt. Durch 
Wegschalten des DUT sieht man die Ausgangsspannung des TRX, so wird die 
Kette kalibriert.

Ob die Oberwellen stören, das habe ich noch nicht durchdrungen. Der TX 
liefert im o.g. Fall 50,0001 Mhz, 200,0004 MHz (vier Stufen je 90 °), 
600,0012 MHz usw. Der RX schneidet dann alles um 50 MHz wieder weg. 
Dazwischen sollte meiner Ansicht nach ds Superpositionsprinzip gelten.

Kritik gerne erwünscht, ich bin nur ein einfacher Firmwerkler und habe 
eigentlich keine Ahnung davon :-)

Der Preamp steht jetzt übrigens fest, es wird der BGA616 von Infineon.

Die o. g. Anforderungen mit Ergebnis:
- Frequenzbereich s. o.
-> DC bis 2,7 GHz
- Verstärkung ~0/15/30 dB schaltbar
-> 0/20 dB mit Analogschalter
- Rauschzahl < 2 dB
-> 2,2 dB bei 100 MHz + Analogschalter
- Impedanz beidseitig 50 Ohm
-> Ok
- IP3 > 25 dB
-> 29 dBm
- Stromaufnahme egal, Versorungsspannung 5 oder 10 V
-> 6 V
- < 5 €
-> 1,5 € + Analogschalter

Viele Grüße
Bernhard

> Der Preamp steht jetzt übrigens fest

Trotzdem poste ich meinen Stand, falls es jemand benötigt.
Der IP3 liegt bei 34dBm, die Verstärkung beträgt 9dB.

Das Rauschen ist vermutlich minimal schlechter als die geforderten 2dB, 
die Simulation sagt bezogen auf den Eingang: 855pV/sqrt(Hz).

> 1,5 € + Analogschalter

Das wird schwer zu unterbieten sein.