24 GHz super low noise HEMT amplifier - Kuhne electronic

24 GHz super low noise HEMT amplifier
Michael Kuhne, DB6NT
DEUTSCH
Einführung:
Bisher verwendete man beim Aufbau von Vorverstärkern zwischen den Stufen Di-
Cap Kondensatoren als Koppelelemente. Jedoch war die Beschaffung äußerst
schwierig. Deshalb wurden die Kondensatoren mit Mühe aus Leiterplattenmaterial
selbst hergestellt. Beim Abgleich des fertig aufgebauten Verstärkers konnten
Schwingneigungen bei ca. 8 GHz festgestellt werden. Durch Drosselinduktivitäten,
Koppelkondensatoren und Transistorkapazitäten betrug die Verstärkung in diesem
Frequenzbereich 40 dB, was über die Gehäuseabmessungen (8 GHz Hohlleiter) zu
Schwingneigung führte.
Bei dem hier vorgestellten HEMT-Vorverstärker werden Stripline-Filter als
Koppelelemente eingesetzt. Dadurch erreicht man einen Bandpasscharakter des
Verstärkers. Auch die mühevolle Herstellung der Kondensatoren wird damit
umgangen. Durch Verwendung der NEC-Transistoren NE32584C, die in ihren
elektrischen Parametern sehr wenig steuern, konnte eine Schaltung entwickelt
werden., die bereits ohne Abgleich Verstärkung von ca. 15 dB oder mehr aufweist.
Durch Feinabgleich sind 30 dB Gain sowie eine Rauschzahl bei der Hohlleiterversion
von 1,5 dB NF erreichbar, bei der Koaxialversion 1,8 dB NF. Mit
Aufbau:
Die Leiterplatte wird zunächst auf die Gehäuseabmessungen hin geschnitten.
Danach erfolgt die Durchkontaktierung an dem im Bestückungsplan vorgesehenen
Stellen (0,1 mm Kupferblech), sowie deren beidseitige Verlötung. Auf der Masseseite
sollte nur sehr wenig Lötzinn verwendet werden, um bei der späteren Montage im
Gehäuse eine gute Auflage der Leiterplatte zu erreichen.
Um Flussmittelreste zu beseitigen wird die Platine nach dem Bestücken mit Alkohol
(Spiritus) gewaschen. Die Montage erfolgt durch 3 Stück M2 Schrauben. Optimaler
Sitz der Leiterplatte, vor allen an den HF Ein- und Auskoppelpunkten, ist
entscheidend für die Funktion des Verstärkers. Dazu sollte Sekundenkleber, besser
Silberleitkleber verwendet werden.
Bei dem Hohlleiteraufbau werden abgemantelte UT 085 SEMI-RIGID Stücke für die
Übergänge verwendet, die Abmessungen ergeben sich aus einer Aufbauskizze.
Bei dem Koaxialaufbau sollten Mikrostrip-Buchsen verwendet werden. Bei einer
direkten Montage des Verstärkers am Koaxrelais ist ein Flanschstecker am Eingang
sinnvoll.
Abgleich:
Nach dem Anlegen der Betriebsspannung, werden zunächst die Ströme der
Transistoren an den dafür vorgesehenen Potentiometern eingestellt (Drainspannung
2 V). Nach Ansteuerung eines Signals W wird die Ausgangsleistung durch Anbringen
von kleinen Kupferfähnchen an der Streifenleitung optimiert. Die Sättigungsleistung
beträgt ca.15 mW. Ein Feinabgleich auf beste Rauschzahl kann nur am Messplatz
erfolgen. Um Schwingneigungen des Verstärkers zu verhindern wird niederohmiger
Leitschaumstoff in den Deckel des Gehäuses eingeklebt.
Bei korrektem Aufbau sind die Verstärker „absolut stabil“, Loadwechsel an Ein- und
Ausgang führen nicht zum Schwingen.
Viel Spaß beim Nachbau und gut DX im 24 GHz Band.

Literatur:
1. Low Noise Preamplifier for 24 GHz, HB 9 MIN, DUBUS Buch IV, Seite 244
2. HEMT Pramplifier for 24 GHz, JE 1 AAH, DBUUS BUCH IV, Seite 234
3. 24 GHz HEMT-Verstärker, DB6NT, DUBUS Buch IV, Seite 354
Teile:
Fertigmodule oder Leiterplatten:
Kuhne electronic GmbH
Scheibenacker 3
D-95180 Berg / Oberfranken
Germany
Phone 0049 / 09293 / 800 939
Fax 0049 / 09293 / 800 938
Email kuhne.db6nt@t-online.de
Internet http://www.db6nt.de
ENGLISH
Introduction:
Usually expensive and hart to get single chip capacitors have been used in 24 GHz
amplifiers. One solution to the problem of DC-separation was the construction to the
construction of home-made caps made from PTFE copper cladded substrate. The
amplifiers, which used this type of coupling were prone to oscillations on 8 GHz,
because of the box waveguide resonances.
The new amplifiers uses coupled lines, which act as a bandpass filter. The use of the
NEC HEMT NE32584C turned out as another advantage. Even without tuning the
gain was more than 15 dB. After tuning a gain of 30 dB is possible. Noise figure of
the waveguide version measured as 1.5 dB and of the coaxial version as 1,8 dB.
Construction:
Cut the PCB to fit into the box. Look to the parts layout to verify the position for
contact through by means of 0.1 mm copper foil.
Clean the PCB and screw the PCB into the box. Epotek H20E silver epoxy cement
should be used for a solid contact.
The waveguide transducers are made from UT85 semigrid. Look at the mechanical
drawing for details.
For the coaxial version microstrip-launchers with 2.16 mm thick PTFE (SMA) are
preferred.
Alignment:
Apply supply voltage and adjust pots for 10 mA drain current each. Drain voltage is
about 2 V. Drive amplifiers with 10 µW and optimise output power by applying small
copper foils at the microstriplines. A saturation output power of 15 mW should be
reached. If you can lay hand on a noise figure meter, a tuning for minimum noise
figure can be provided at the input.
References:
1. Low Noise Preamplifier for 24 GHz, HB 9 MIN, DUBUS Buch IV, Seite 244
2. HEMT Pramplifier for 24 GHz, JE 1 AAH, DBUUS BUCH IV, Seite 234
3. 24 GHz HEMT-Verstärker, DB6NT, DUBUS Buch IV, Seite 354

Parts:
Ready made units or PCB:
Kuhne electronic GmbH
Scheibenacker 3
D-95180 Berg / Oberfranken
Germany
Phone 0049 / 09293 / 800 939
Fax 0049 / 09293 / 800 938
Email kuhne.db6nt@t-online.de
Internet http://www.db6nt.de