この記事では、RFコンバータの設計について、ブロック図を用いて解説し、RFアップコンバータとRFダウンコンバータの設計について解説します。また、このCバンド周波数コンバータで使用される周波数部品についても触れます。設計は、RFミキサー、局部発振器、MMIC、シンセサイザー、OCXO基準発振器、アッテネータパッドなどの個別のRF部品を用いて、マイクロストリップ基板上で行われます。
RFアップコンバータ設計
RF周波数コンバータとは、周波数をある値から別の値に変換することを指します。低い周波数から高い周波数に変換する装置はアップコンバータと呼ばれます。無線周波数で動作するため、RFアップコンバータと呼ばれます。このRFアップコンバータモジュールは、約52～88MHzのIF周波数を約5925～6425GHzのRF周波数に変換します。そのため、Cバンドアップコンバータと呼ばれます。これは、衛星通信アプリケーションに使用されるVSATに搭載されたRFトランシーバーの一部として使用されます。
図1：RFアップコンバータのブロック図
ステップバイステップガイドを使用して、RF アップコンバータ部分の設計を見てみましょう。
ステップ 1: 一般的に入手可能なミキサー、局部発振器、MMIC、シンセサイザー、OCXO 基準発振器、減衰器パッドを調べます。
ステップ 2: デバイスの 1dB 圧縮ポイントを超えないように、ラインナップのさまざまな段階、特に MMIC の入力で電力レベルの計算を実行します。
ステップ 3: 通過させたい周波数範囲の部分に基づいて、設計内のミキサーの後で不要な周波数を除去するために、さまざまな段階で適切なマイクロストリップ ベースのフィルターを設計します。
ステップ4：マイクロ波オフィスまたはAgilent HP EEsofを使用して、RF搬送周波数に応じて選択した誘電体に対し、PCB上の各箇所で適切な導体幅を設定し、シミュレーションを実行します。シミュレーション中は、シールド材を筐体として使用することを忘れないでください。Sパラメータを確認してください。
ステップ 5: PCB を製造し、購入したコンポーネントをはんだ付けしてはんだ付けします。
図 1 のブロック図に示されているように、デバイス (MMIC およびミキサー) の 1dB 圧縮ポイントに対応するには、3dB または 6dB の適切な減衰パッドを間に使用する必要があります。
適切な周波数の局部発振器とシンセサイザーを使用する必要があります。70MHzからCバンドへの変換には、1112.5MHzの局部発振器と4680～5375MHzの周波数範囲のシンセサイザーが推奨されます。ミキサー選択の目安として、局部発振器の電力はP1dBにおける最大入力信号レベルより10dB高くする必要があります。GCNは、アナログ電圧に基づいて減衰量を変化させるPINダイオード減衰器を使用して設計されたゲインコントロールネットワークです。不要な周波数を除去し、必要な周波数を通過させるため、必要に応じてバンドパスフィルタとローパスフィルタを使用してください。
RFダウンコンバータ設計
周波数を高い値から低い値に変換するデバイスはダウンコンバータと呼ばれます。無線周波数で動作するため、RFダウンコンバータと呼ばれます。ステップバイステップガイドに従って、RFダウンコンバータ部分の設計を見てみましょう。このRFダウンコンバータモジュールは、3700～4200MHzのRF周波数を52～88MHzのIF周波数に変換します。そのため、Cバンドダウンコンバータと呼ばれます。
図2：RFダウンコンバータのブロック図
図2は、RF部品を使用したCバンドダウンコンバータのブロック図を示しています。ステップバイステップのガイドに沿って、RFダウンコンバータ部分の設計を見ていきましょう。
ステップ1：ヘテロダイン設計に基づき、RF周波数を4GHzから1GHz帯、および1GHzから70MHz帯に変換する2つのRFミキサーが選択されました。設計に使用されているRFミキサーはMC24M、IFミキサーはTUF-5Hです。
ステップ2：RFダウンコンバータの各段で使用するために適切なフィルタが設計されています。これには、3700～4200MHzのBPF、1042.5±18MHzのBPF、および52～88MHzのLPFが含まれます。
ステップ3：MMICアンプICと減衰パッドは、ブロック図に示すように、デバイスの出力と入力の電力レベルを満たす適切な場所に配置されます。これらは、RFダウンコンバータのゲインと1dB圧縮ポイントの要件に応じて選択されます。
ステップ 4: アップ コンバータの設計で使用される RF シンセサイザーと LO は、図に示すように、ダウン コンバータの設計でも使用されます。
ステップ5：RFアイソレータは、RF信号を一方向（つまり前方）に通過させ、後方へのRF反射を阻止するために適切な場所に使用されます。そのため、単方向デバイスと呼ばれます。GCNはゲイン制御ネットワークの略です。GCNは可変減衰デバイスとして機能し、RFリンクバジェットに応じてRF出力を任意に設定できます。
結論: この RF 周波数コンバーターの設計で説明した概念と同様に、L バンド、Ku バンド、mmwave バンドなどの他の周波数で周波数コンバーターを設計できます。
投稿日時: 2023年12月7日
