de Ik8UIF
2,4 GHz  Exciter REV_2.2

Un TX da 15mW per i 13cm dotato di PLL I2C
interfacciabile al progetto di "LCD Display Interface"


2,4GHz Exciter

Feb/2003

 L'Exciter per i 2,4GHz qui presentato puo` considerarsi il fratello gemello
 del modello gia` creato per la banda dei  1,2GHz.   Infatti il  circuito si 
 avvale degli stessi componenti attivi utilizzati nel progetto precedente ed
 in particolare del PLL SP5055 gestito dal PIC 16F84.
 Per il PCB si utilizza un supporto in FR4 che conferisce al progetto ancora
 una facile ed affidabile realizzazione, nonostante la frequenza in gioco.
 Il  modulo  puo` essere  OPZIONALMENTE interfacciato con un Display LCD per
 la completa gestione di Frequenza, Memorie, stato del PLL, etc...
 La  potenza RF fornita e` di circa 15mW ed e` adatta per effettuare i primi
 esperimenti e Qso sui 13cm.




 NOTE SUGLI UPGRADE 
 Nella Rel_2.2 e` stato aggiornato il software.
 Nella  Rel_2.1  sono  stati modificati i valori delle due resistenze poste
 sulle  linee  RX/TX  della  porta  RS232, per cui entrambe dovranno essere 
 sostituite con un valore di 150 ohm.

 Il   software    e`    stato   aggiornato  e   quindi   sara`   necessario 
 riprogrammare il PIC con il nuovo TX2400.HEX v2.2 disponibile  in download
 piu` sotto e nella sezione Software.



 LO SCHEMA ELETTRICO
Schema elettrico
Si discernono dallo schema le due parti principali: il VCO e l' insieme PLL+PIC ovvero la parte digitale del circuito. Il VCO e` costituito da un transistor BFQ70 a cui segue un INA10386 che porta la potenza utile RF a livelli di circa 12dBm nell' intero range 2300MHz2450MHz. Per questa sezione sono stati utilizzati componenti SMD montati sul lato piste del C.S. . Il controllo della frequenza del Vco e` affidato ad un Sintetizzatore tipo SP5055 il quale dispone al suo interno di un primo prescaler (16) in grado di gestire frequenze fino a 2,6GHz con una sensibilita` media nell'ordine di -13dBm. Segue un secondo divisore PROGRAMMABILE che permette di ottenere STEPS di soli 125KHz sulla impostazione della frequenza finale. La gestione di questo secondo divisore, e delle altre parti dell' I.C., avviene con protocollo I2C permettendo il controllo totale del dispositivo tramite il bus costituito da CLOCK e DATA (bidirezionale), quindi con 2 soli collegamenti al Microprocessore PIC (+ 1 per il LOCK_DETECT State). Per altri dettagli sul funzionamento del PLL consultare il file SP5055.PDF. Piu` avanti sara` analizzata la parte inerente il software contenuto nel PIC16F84.
MONTAGGIO
Di seguito vengono riportati tutti i dati inerenti il corretto montaggio dell' intero progetto (c.s., disposizione dei componenti, quotatura fori, etc.). Il procedimento descritto garantisce un montaggio ottimale anche ad un hobbista con media esperienza, ovviamente riferita alle microonde (hi!), a patto che esso segua ALLA LETTERA la descrizione delle varie fasi dell' assemblaggio. IL CIRCUITO STAMPATO Il C.S. andra` realizzato su Vetronite FR4 doppia faccia da 1,6mm di spessore. La stampato al taglio finale misura 59x59mm ed i suoi quattro angoli vanno leggermente SMUSSATI a 45 onde facilitare il successivo incastro nel contenitore. Troverete i LAYOUT in formato ARIANNA e CIRCAD nel file TX2400.ZIP nella sezione Software. Ecco il layout:
C.S. Exciter 2,4GHz (FR4 double-face 1,6mm - final cut 59x59mm)
IL CONTENITORE L' Exciter e` racchiuso in un BOX tipo TIN-PLATE delle misure esterne di 60x60x22mm completo di DUE coperchi di chiusura. Come prima operazione si procedera` quindi a FORARE il contenitore seguendo con precisione le misure indicate nelle foto:
Fori per Vcc, MOD e Gnd
Fori per SMA
FORATURA DEL C.S. ED INSERZIONE NEL BOX Le operazioni che seguono non sono particolarmente critiche ma richiedono precisione onde garantire il corretto posizionamento del circuito stampato all' interno del contenitore. Da notare (ma chi ha seguito altri miei progetti gia` lo sa!) l' adozione di alcuni SPILLI (spessore 0,60,8mm) per le interconnessioni di MASSA tra i due lati del C.S. . Gli spilli non dovranno presentare tracce di ossidazione e prima del loro montaggio si procedera` con una limetta ad appiattire leggermente la loro testa e quindi a stagnarla utilizzando poco stagno.

   LATO PISTE e SMD

   - forare il C.S. con punta da 0,8mm
   - forare il pad centrale del BFQ70 con punta da 3,5mm
   - inserire il C.S. (dal lato piste) nello scatolo facendolo
     scendere di 9mm rispetto al suo bordo e controllando
     che questa distanza sia omogenea sui 4 lati del c.s.
   - saldare a 450c i quattro angoli del C.S. allo scatolo dal
     lato MASSA
   - saldare il connettore SMA allo scatolo ed al C.S.
   - saldare allo scatolo le restanti zone di massa con
     esso confinanti (vedere TRACCIA VERDE sul piano
     della disposizione dei componenti lato SMD)
   - stagnare a 350c i pads che accoglieranno l' SP5055 e
     successivamente pulire con Acetone.
Scatolo lato inferiore
Scatolo lato massa    LATO MASSA

   - saldare allo scatolo l' intero perimetro del C.S.
   - inserire e saldare i 12 spilli di raccordo di massa tra
     i due lati del C.S. (vedi Pads di colore VERDE nella
     disposizione componenti lato MASSA)
   - svasare i fori con una punta da 3,5mm girata a mano
     (5-6 giri a foro esercitando una sufficiente pressione).
     Controllare successivamente con una lente di
     ingrandimento l' assenza di scorie di rame !



 LISTA E DISPOSIZIONE COMPONENTI

 Vengono di seguito riportati i  PIANI  con la disposizione dei componenti 
 sia sul lato Piste/SMD che su quello del piano di MASSA.
 Le  TRACCE VERDI  indicano  le  zone  del  C.S. che andranno saldate alle 
 pareti del contenitore mentre i piccoli  RIQUADRI, sempre di color VERDE,
 indicano  i  punti  in cui andranno inseriti e saldati gli  SPILLI per la
 interconnessione  di  MASSA  tra i due lati dello stampato.

 Iniziare  a  inserire  dal  LATO SMD  i  12 SPILLI e quindi a saldarli su
 entrambi i lati del c.s. (usare poco stagno e lavorare con pulizia).
 Di  seguito  montare  tutti  i  componenti del LATO MASSA a partire dallo 
 Zoccolo  del  PIC   poi  le  resistenze,  condensatori,   quarzo da 4MHz, 
 (montato a 90 rispetto al c.s., vedi foto), regolatori di tensione ed il
 transistor BC337. 
 Controllare  infine  che  non  vi  siano  corto  circuiti dei reofori dei 
 componenti  rispetto  al  piano  di  massa  a  seguito  di una cattiva od
 insufficiente  svasatura dei fori.

LATO MASSA
Disposizione componenti lato superiore    ELENCO COMPONENTI

    PIC16F84, 78L05, 78L08, BC337

    XTAL 4MHz
    zoccolo ic 18pin
    passanti da 1nF e 0pF

    2 x 330 ohm
    2 x 22k
    3 x 10k
    4k7
    10 ohm
    3 x 150 ohm

    3 x 10uF 25VL
    100nF poly
    10nF poly
    33nF poly
    150nF poly
    10pF ceramico NPO
    2 x 100pF ceramico
    2 x 22pF ceramico NPO

 Per  il  montaggio  dei  componenti sul LATO-SMD occorrera` utilizzare un
 saldatore regolato a 360c dotato di punta a coltello con spessore finale
 di max 2mm (es. Weller).  La  punta andra` tenuta ben pulita ad ogni fase
 di saldatura ed esente da tracce di stagno o flussante residui.

 Come primo componente...  toglietevi il pensiero e saldate il PLL SP5055.
 POSIZIONARE L' IC  E SALDARE INIZIALMENTE  IL PIN.1  ED  IL PIN. 9 QUINDI
 PROSEGUIRE  PER  TUTTI GLI  ALTRI.   PER QUESTA SALDATURA  NON UTILIZZARE 
 STAGNO MA RISCALDARE DIRETTAMENTE I PINS  PREMENDOLI LEGGERMENTE  CON  LA
 PUNTA DEL SALDATORE VERSO I PADS DEL  C.S. IN  PRECEDENZA STAGNATI.
 Dopo  il  PLL  andra`  saldato  il  BFQ70 a cui in precedenza sara` stato 
 tagliato  il  terminale  dell' emettitore  sottostante  alla scritta "70" 
 impressa sul suo case.  Procedere  stagnando  leggermente  i  due pads di
 destinazione   e   quindi,    senza   aggiungere  altro  stagno,  saldare  
 il transistor.   Da notare che le connessioni delle due resistenze da 10k
 di polarizzazione e del condensatore  ATC  da  1,2pF  andranno effettuate 
 direttamente sul terminale di  BASE  del  BFQ70 (vedere figura seguente).
 La cura e la pulizia riposta nel  montaggio  del  Vco  sara` determinante
 per le performances finali in  termini  di  stabilita`,  rumore di fase e
 range operativo di frequenza (vedere piu` avanti la foto del Vco).
 Successivamente  andranno  saldate  tutte  le  RESISTENZE SMD  e quindi i 
 CONDENSATORI.  Per  questi  componenti stagnare prima UNO dei due pads di
 destinazione,  quindi  posizionare  e premere il componente SMD sul  c.s.
 saldandolo al pad appena stagnato. Saldare quindi il componente all'altro
 pad.
 Come ultimi componenti andranno saldati il COMPENSATORE 1-6pF, il LED_Lck,
 il  QUARZO da 8MHz  che andra` ripiegato  a 90 a circa 4mm  dal  c.s. .
 Solo  in   ultimo  andranno  inseriti   e  saldati  sullo  scatolo  i due 
 CONDENSATORI PASSANTI per l'  Alimentazione e  l' INPUT Video che saranno  
 poi raccordati con i relativi pads sul c.s. .

 LASCIARE AL MOMENTO SCOLLEGATA LA PRESA OPZIONALE PER IL DISPLAY LCD.

LATO SMD
   ELENCO COMPONENTI

    BFQ70,  INA10386,  BB811,  SP5055

    XTAL 8MHz
    LED ROSSO
    SMA-F con flangia a 2 fori
    TIN-PLATE BOX 60x60x22mm

    2 x 1K       smd 0805
    2 x 10k      smd   ""
    15 ohm     smd   ""
    100 ohm   smd   ""

    3 x 1nF     smd 0805
    6 x 100nF smd   ""
    47pF         smd   ""
    22pF         smd   ""
    1,2 pF       smd   ""   ATC
    3,3 pF       smd   ""   ATC
    33 pF        smd   ""
    COMPENSATORE 1-6 pF (tipo per
       telecomando colore blu a 2 reofori)
Disposizione componenti lato SMD

IL SOFTWARE
Effettuate il
Download TX2400.ZIP Rel_2.2
il file racchiude il layout (formati Arianna CAD e Circad 98), il .HEX per programmare il PIC nonche`, come vedremo, un programma DOS per il settaggio della Frequenza su valori diversi dal default di 2443MHz.
TEST e TARATURA
Dopo avere programmato il PIC 16F84 con il file TX2400.HEX sara` possibile effettuare la prima accensione del circuito alimentandolo con una tensione di 13,8Vcc dopo avere inserito un carico a 50ohm sulla presa Rf-OUT. Controllate come prima cosa che l' assorbimento sia sull' ordine dei 150mA e ... che non si levino fumate dal circuito ...! Al momento dell' accensione il LED_LOCK deve illuminarsi per un attimo e quindi riaccendersi dopo qualche istante per indicare che la frequenza impostata (al momento 2443MHz) e` stata agganciata dal PLL. Misurare ora la tensione sul punto TP1 che dovra` risultare tra 8 9v in stato di Lock. Nel caso tale valore risulti assai discosto da quanto indicato occorrera` riposizionare lungo la strip-line il diodo varicap BB811 e/o stagnare la strip-line di BASE con i pads di taratura presenti. In tale modo sara` garantita una modulazione ottimale del Vco nonche` il relativo aggancio del PLL anche in condizioni di forte sottoalimentazione dell' intero circuito. Segue il grafico dell' andamento Vctrl/Frequenza rilevato sul prototipo, si noti la buona linearita` ottenuta nell' intero range.
Grafico della Frequenza in funzione di Vctrl sul Varicap
Ecco in dettaglio la zona del Vco, e` importante attenersi a questa foto per il posizionamento del BB811 e degli altri componenti SMD:
dettaglio del Vco
Ora se disponete di un Frequenzimetro adeguato tarate il COMPENSATORE della Frequenza di Riferimento del PLL fino ad ottenere la lettura esatta della frequenza nominale dell' Exciter. Verificate inoltre sul vostro ricevitore ATV che la PORTANTE generata sia esente da qualsiasi tipo di disturbo.
  • Contenuto armonico del segnale RF Segue il grafico del contenuto armonico misurato sui multipli della frequenza fondamentale:
    Harmonics content
  • Come modulare l' Exciter Sull' ingresso del Modulo Exciter e` possibile inserire sia un segnale Video proveniente direttamente da una telecamera (o da altra fonte videocomposita) oppure inviare un segnale di Banda Base quindi comprendente sia il segnale Video che quello della Sottoportante Audio opportunamente miscelati. In quest' ultimo caso e` possibile utilizzare il progetto di Modulatore Audio & Video disponibile nelle Project Pages. SEGNALE DA TELECAMERA Nel caso della prima ipotesi, quindi di una connessione diretta ad una telecamera, occorrera` inserire tra questa ed il Modulo Exciter il seguente circuito di Preenfasi:
    Rete di Preenfasi
    All' Ingresso Video della rete di preenfasi andra` applicato il segnale della Telecamera o del Monoscopio, etc... Il trimmer da 100ohm dovra` essere regolato per una DEVIAZIONE FM sufficiente per ottenere un'immagine qualitativamente perfetta. SEGNALE BB DAL MODULATORE Utilizzando il mio Modulatore Audio & Video sara` necessario interporre tra questo e l' Exciter la seguente rete di adattamento:
    BB adapter
    La rete deve essere posta subito dopo il Modulatore. Il trimmer da 100 ohm dovra` essere regolato per una DEVIAZIONE FM sufficiente per ottenere un'immagine qualitativamente perfetta.
    USO DELL' EXCITER
    Il Modulo Exciter puo` essere utilizzato in due modi: 1) SENZA ULTERIORI CONNESSIONI In questo caso la QRG di Default e` impostata su 2443.000MHz. Per modificare tale valore utilizzare il programma Dos TX24SET.EXE (presente nel file TX2400.ZIP) e riprogrammate il PIC con il .hex generato. 2) TRAMITE L' LCD DISPLAY INTERFACE L' abbinamento a questo progetto offre una completa gestione dell' Exciter con la possibilita` di impostare e visualizzare la Frequenza del VCO anche su Canali di Memoria. Inoltre il collegamento via Seriale permette la gestione da remoto dell'Exciter rendendone possibile il montaggio direttamente sotto l'Antenna ma con tutte le funzionalita` gestibili dal proprio shack tramite il LCD Display Interface. Nel caso di quest'ultimo abbinamento si rimanda al progetto di
    LCD Display Interface v1.0 - Per Exciters 1.2GHz e 2.4GHz
    disponibile nelle Projects Pages di questo sito. Buona costruzione e buoni Qso in 13cm! 73s de Ik8UIF Alberto



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