Usando un LNB nelle applicazioni radioamatoriali a banda stretta ci si imbatte nel problema della stabilità dell'oscillatore locale che, tradizionalmente stabilizzato con un risonatore dielettrico, è ormai stato rimpiazzato da un circuito PLL con riferimento a quarzo.
La tipica modifica radioamatoriale del LNB per QO-100 è realizzata mediante la rimozione del quarzo e l'iniezione, su uno dei terminali, di un segnale generato da una sorgente ad elevata stabilità come un oscillatore disciplinato da GPS. Si pratica un foro sul contenitore del LNB e si installa un connettore SMA o si fa passare direttamente attraverso il foro un piccolo cavo coassiale da cui proviene il segnale di riferimento.
Nelle versioni più elaborate si modifica il filtro presente nel LNB per aggiungere l'estrazione del segnale di clock miscelato con IF ed alimentazione in modo da utilizzare un solo coassiale per i tre segnali, il tutto sempre previa rimozione del quarzo.
Per il mio LNB ho invece adottato una tecnica alternativa denominata Injection Locking che è usata in ambito professionale nel campo dei sistemi a microonde e dei Laser.
Essa prevede di iniettare all'ingresso dell'oscillatore un segnale ad alta stabilità e di potenza opportuna in modo da forzare la frequenza dell'oscillatore a quarzo a quella del segnale iniettato. Il duplice vantaggio di questa tecnica è che non occorre rimuovere il quarzo ed in assenza del segnale di iniezione l'oscillatore continua a funzionare usando il quarzo, come se il LNB non fosse stato modificato.
Il fenomeno fisico della sincronizzazione che sta alla base della tecnica dell'IL è esemplificato in questo bel video didattico:
https://www.youtube.com/watch?v=W1TMZASCR-I
la teoria dell'Injection Locking è illustrata in modo abbastanza semplice dal video seguente:
https://www.youtube.com/watch?v=IgB2NRdUMVo
infine l'equazione che governa la condizione d'aggancio è illustrata nel sito di KO4BB:
http://www.ko4bb.com/getsimple/index.php?id=oscillator-injection-locking
Ho usato un LNB Fracarro mod. 287338 a doppia uscita (basato sul chip Rafael Micro RT320M) in modo da disporre di un connettore F per il segnale di riferimento senza dover effettuare modifiche meccaniche che sovente si ripercuotono anche sul grado di ermeticità del modulo.
Lo stadio oscillatore del chip è realizzato mediante un inverter CMOS, come nella figura seguente, il punto corretto in cui deve essere effettuata l'iniezione a 25 MHz è l'ingresso di U1.
L'ingresso di U1 si individua facilmente in modo sperimentale per mezzo di un generatore di segnali a 10.5 GHz, un analizzatore di spettro ed una trombetta di lancio realizzata a partire da un vecchio LNB in cui il lanciatore è stato sostituito da un connettore SMA con pin che sporge di 5.5 mm nella guida circolare e dal lato opposto una vite di adattamento M2.5.
Nella foto seguente la configurazione per la misura, l'LNB ritratto non è il Fracarro ma il Goobay 67269 nuova versione.
Il punto di iniezione corretto è quello che richiede la minore potenza del segnale per conseguire l'aggancio, la condizione d'aggancio è segnalata dalla frequenza dell'IF sull'analizzatore di spettro che, all'aumentare del livello di potenza del segnale iniettato, raggiunge un punto in cui passa bruscamente dal valore stabilizzato dal quarzo a quello limitrofo imposto dall'oscillatore esterno. Nel mio caso la soglia di aggancio si ha iniettando un segnale sinusoidale a 25 MHz di +2 dBm e, adottando alcuni dB di margine, ho fissato il livello di iniezione a +7 dBm.
Ho iniettato il segnate tramite un condensatore da 10 pF che a 25 MHz ha una reattanza abbastanza elevata, pertanto il livello di potenza effettivamente immessa nell'oscillatore è molto più bassa di quella disponibile al connettore.
Il condensatore di iniezione dovrà essere saldato sul terminale del quarzo come nella figura, l'altra armatura dovrà essere collegata al connettore F, preventivamente disconnesso dal circuito, mediante uno spezzone di filo smaltato.
Il coperchio necessita di essere lavorato con una fresa da dentista per eliminare la piccola interferenza meccanica creata dal condensatore che è stato aggiunto.
Per migliorare la cifra di rumore del LNB ho poi migliorato l'adattamento di impedenza alla frequenza di 10.5 GHz inserendo una vite M2.5 in contrapposizione al lanciatore della polarizzazione verticale; ciò mi ha consentito di incrementare il segnale ricevuto di circa 0.7 dB.
Di seguito lo schema per il calcolo della cifra di rumore F di un sistema a 3 stadi in cascata (formula di Friis). Nel nostro caso il lanciatore in guida costituisce il primo stadio, il secondo è l'amplificatore di ingresso con HEMT, il terzo il successivo amplificatore: la cifra di rumore del lanciatore coincide con la sua attenuazione ed il suo contributo si somma integralmente alla F del sistema.
In conclusione l'incremento del guadagno che sono riuscito ad ottenere, irrisorio in termini assoluti, è però relativo al primo stadio della catena ricevente e quindi si ripercuote in toto sulla cifra di rumore che risulta perciò migliorata di 0.7 dB; non male per un modulo per cui dichiarano spesso cifre di rumore - assolutamente irrealistiche - dell'ordine di 0.1 o 0.2 dB!
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