2.4GHz MMIC power amp MW7IC2725N

[PA1EW]

Een tijd geleden mijn QO-100 spullen weer eens opgetuigd voor portable-gebruik. Het was me al langer opgevallen dat mijn Kuhne 2.4GHz MKU UP2424 up-converter voor QO-100 de geclaimde 20W output op 2.4GHz niet haalde.
Bij nader onderzoek bleek dat er slechts 5...7W uitkomt en tot overmaat van ramp ook nog met een hoop sterke spurious producten rond het gewenste 2.4GHz signaal. Recent de schakeling uitgepluisd, verder nagemeten en o.a. de eindtrap MMIC onderzocht (lang verhaal...). Dit blijkt een NXP MW7IC2725N module te zijn zoals die voorkomt in o.a. de 2.4GHz 50dB 20W amplifier van PA3AXA of die van F6BVA en anderen.

Helaas is deze MMIC “obsolete” en niet meer te bestellen bij de bekende leveranciers zover ik weet. Ik zou graag mijn upconverter weer up-to-specs willen maken omdat deze erg handzaam is bij portable gebruik.

Eind van het verhaal is dat ik op zoek ben naar iemand die nog een originele ongebruikte MW7IC2725NR1 heeft liggen ter overname! Ik hoor het graag!

73
Ed PA1EW

[pe1cmo]

Gebruik jij 144 MHz om omhoog te mengen naar 2400 MHz ??
Dan is de filtering totaal rot.

Ik zie wel ergens een keramisch bandpassfilter, maar dat is zeker niet genoeg als je met 144 MHz gaat mengen, 432 zou beter gaan.
Ik zie bijvoorbeeld spurious rond 2250 MHz, dat is militair (drone enz)
Maar dat is niet het probleem met je output, dit is filtering en eigenlijk een gebrek aan het ontwerp, waardoor dit eigenlijk niet verkocht mag worden. Zeker niet met een 144 MHz als sturing. (eis is 60dB spurriuos afstand)

Mocht je wel met 432 aansturen, dan staat het mogelijk te oscilleren, en ook dat staat los van je eindtrap vermogen.

[PA1EW]

Dag Rene,
Ik had al een vermoeden dat er meer uitleg nodig zou zijn . Ik heb trouwens in het AMSAT-DL QO-100 forum ook een heel uitgebreid verhaal opgesteld in het NB-deel -> Hardware en wat vragen gesteld aan mede-gebruikers van deze transverter, helaas daar totaal geen response

Extra module, rechtsboven, in MKU2424A

De situatie is toch wel anders als je op het eerste gezicht zou denken.
Ik zal het toelichten: Fa. Kuhne heeft deze 2424A upconverter voor QO-100 begin 2019, na veel klachten over freqentie-stabiliteit (FM-ing), voor iedere bezitter gratis gemodificeerd met een extra module die een 10MHz (GPSDO) externe referentie input mogelijk maakt wat prima bleek te werken. Na heel wat speurwerk heb ik deze extra module "ontmaskerd" als gestripte Kuhne MKU G23 G4 = 13cm transverter met 10MHz ref input met weglating van het RX deel, zie de bijgevoegde foto's en info die ik op internet vond. Mijn eigen "extra"-module is trouwens niet open geweest, maar de uiterlijke gelijkenis is treffend.

Kuhne MKU 23 G4 13cm transverter

MKU 23 G4 13cm transverter board

Het oorspronkelijke 13cm MKU2424A upconverter-deel die je ziet op de basisprint op de voorgaande foto 1e bericht is op een paar tactische plekken LOS-gekoppeld en dus helemaal niet actief! Zie de overzicht-foto: de TX-IF (144/432MHz) gaat vanaf de blauwe drive-instelpotmeter via de dunne zwarte coax met IPEX con direct naar de extra module. De 2.4GHz uitgang van de extra module gaat via een andere dunne zwarte coax terug naar de ingang van de 2725 MMIC. De 10MHz ref input gaat naar een extra SMA op het achterpaneel (SMA kabeltje moest je wel zelf ff boren/plaatsen).

Bij een van mijn testen heb ik het 2.4GHz TX signaal uit de extra module gecontroleerd: Pmax ca.17dBm met een schoon spectrum over 1GHz span! (zie foto). Tot hier is er dus niets mis, zelfs met 144MHz aansturing!. De 2.4GHz drive weer terug aangesloten via de IPEX con op de basisprint naar de 2725 ingang (pin 6).

2.4GHz drive signaal uit extra module, span 1GHz

Met een 2 windingen pickup-lusje via een dunne coax aan de analyzer kan er eenvoudig een VHF oscillatie vastgesteld worden ergens rond 128MHz (dus niet 144MHz) met harmonischen die ook in het 2.4GHz uitgangssignaal aanwezig zijn. Je ziet dat de spurious iets in frequentie verschuift als het vermogen gevarieerd wordt. Zodra er iets van bias in de MMIC voortrap en eindtrap ingesteld is begint bij de minste RF aansturing de spurious ellende rond de 2725 eindtrap.

Full span spectrum 3.2GHz via pickup probe

Mijn voorlopige conclusie voor wat de oorzaak van de onstabiliteit en lage output is dat de (vaak vergeten) MMIC source aansluiting, hier de metalen onderkant van de chip - pin 17, onvoldoende lage impedantie RF contact maakt. De 2725 is in deze schakeling niet aan de dikke heat-spreader gesoldeerd wat wel een goede oplossing zou zijn volgens NXP. Sandor DM4DS die vele 20W lineairs met deze 2725 ( PA3AXA ontwerp) gebouwd heeft gaf aan de RF ground van de MMIC het grootste probleem was aangaande o.a. instabiliteit. Na het direct op de heat-spreader solderen van de metalen source-onderzijde zijn alle (ca 50) exemplaren probleemloos gebleken.

Omdat het naderhand op de heat-spreader solderen praktisch erg moeilijk is wil ik nu proberen of met een druppeltje Liquid Metal (Thermal Grizzly Conductonaut) zowel de thermische als de elektrisch geleiding voor de MMIC PA optimaal te krijgen is.

Voorbeeld Liquid Metal koelpasta

Ik zou graag een nieuw MMIC exemplaar willen inzetten want de originele is om verschillende redenen inmiddels verdacht...

73 Ed

[pe1cmo]

Ed,

Duidelijk, en mogelijk is die oscillatie ook het gevolg van de trappen er voor. Die kan je makkelijk loskoppelen van de voeding, en kijk dan eens wat er gebeurd.
Als de eindtrap inderdaad oscilleert, dan is dat ook de beperkende factor in je uitgangs vermogen. En er is een kans dat een geringe wijziging in de sturing (kleinere condensator) al verbetering geeft.

Oja, liquid metal cooling, mooi, maar o wee als er aluminium bij komt van koelplaten, zie: https://www.youtube.com/watch?v=afINW7PGDFI
Overigens tast die gallium op den duur ook koper aan, niet doen dus.


beter is om WLPK van Fisher te gebruiken

[PA1EW]

Bedankt Rene voor deze bruikbare suggesties. De voorgaande trappen zijn reeds door Kuhne zelf zijn uitgeschakeld tijdens hun modificatie-werk, met de pickup probe naar de analyzer krijg ik weinig/geen signalen te zien als ik boven dat deel van de schakeling “zweef” (met- en zonder PTT). Ik zal het voor de zekerheid toch nog eens nalopen.

Ingangs circuit MMIC

De waarde van de ingangs-C zou interessant kunnen zijn omdat dit een onderdeel van de Kuhne-achteraf-modificatie blijkt te zijn en waar dus mogelijk foute C’s in kunnen zitten. Heb ik wel aan gedacht maar nog niet gecheckt. Hoewel in de datasheet staat dat de ingang “50 Ohm/DC-blocked” is, zijn er om de print-verbinding te maken extern twee chip-C’s in serie geplaatst tussen de IPEX con en de 2725 ingang pin 6 (zie foto boven).


Ja, die dramatisch gevolgen van Liquid Metal op aluminium zijn me inderdaad bekend. Eerlijk gezegd ben ik best wel wat huiverig om het in het mooie kastje te gebruiken... De aanwezige (koperen?) heat-spreader waar het op zou komen lijkt vernikkeld te zijn en dat zou weer geen probleem moeten zijn.

Heb hier toevallig ook van Thermal Grizzly een Kryonaut WLPK versie liggen die wellicht overeenkomt met die van Fisher? Heeft deze koelpasta ook elektrische geleiding naar jij weet?

Een mogelijk zwak punt dat ik meen te zien is de keuze voor montage van de 2.4GHz N-connector VIA een geschroefde zwart ge-eloxeerde aluminium achterplaat zodanig dat er slechts twee boutjes rechtstreeks contact maken tussen de connector-flens en de heat-spreader. De achterplaat is daarbij wel iets uitgefreesd ter plaatse van de RF-OUT connector-flens, echter dit uitgefreesde deel is bij mijn versie niet 100% vlak. De los erin geplaatste N-connector wiebelt ietsje als je er zijdelings tegen drukt.

Als deze wijze van monteren (via een extra tussenplaatje) tot power/oscillatie-problemen zou leiden dan verwacht je toch dat er meer klachten zouden zijn gekomen?. Maar ik krijg tot heden helaas geen terugkoppeling via AMSAT-DL forum en lees er algemeen ook niks over.

Los achterpaneel met o.a. losgenomen N-connector

Bij wijze van test heb ik tijdelijk een pigtail met SMA op het printspoor van de N-connector aansluiting gesoldeerd. Was alleen niet erg gelukkig met de gerealiseerde coax aarde aansluiting onder het boutje, mogelijk was deze ook weer niet optimaal zo. Resultaat op deze manier was helaas nog steeds veel spurious.

Tijdelijke pigtail met SMA aan RF uitgang

Als het toch aan te bevelen is kan de N-connector flens rechtstreeks tegen de heat-spreader aangeschroefd worden zoals hieronder provisorisch uitgevoerd te zien. Jammer genoeg nog steeds maar vast met twee boutjes en het uitgefreesde vlak in de achterplaat moet dan uitgeboord/uitgevijld worden. Dit is te doen lijkt me, maar is het zinvol?

N-connector rechtstreeks aan heat-spreader geschroefd

[pe1cmo]

Ed, die twee condensatoren in dat groene rondje is een matching, daar zou ik niets aan doen. Maar er zitter één a twee MMIC voor, en dan die koppel condensatoren, die bedoel ik.
De laatste foto, N connector direct op die heatspreader, zo zou ik dat ook doen.

Heb je een schema, zo ja, email die eens.

[PA1EW]

Bedankt voor de tips! Je aanwijzing voor de bedoelde koppel condensatoren snap ik niet helemaal. Ik heb even een andere foto geplaatst die misschien beter uit te leggen is. In de witte cirkel is door Kuhne de vermoedelijke driver-tor(?) uit de originele upconverter trein verwijderd, samen met wat bijbehorende componenten. Naar mijn idee is de modificatie verbinding (groene circkel) tussen de IPEX connector en de MMIC ingang (bredere spoortje) gewoon gemaakt door twee C’s als overbrugging te gebruiken, toch? De input is al 50 Ohm gematched volgens de spec. Denk dat ik deze C’s toch eens uitsoldeer en opmeet voor de zekerheid. Zal het laten weten.

Details ingang MMIC

N.b. ik heb voorheen al een foute ontkoppel-C aangetroffen in beide 28V aansluitingen voor driver/PA drain aansluitingen in de MMIC. Op deze foto zijn ze al deels uitgesoldeerd voor verdere testen.
Er is twee maal 10nF aangetroffen terwijl dit 1 x 10nF en 1 x 6P8 zou moeten zijn als je het NXP Test Circuit bekijkt. Met 6P8 werkte het trouwens niet beter! De opbouw van MMIC schakeling is letterlijk overgenomen van het NXP Test Circuit, de layout is dat ook deels.

Test Circuit schema NXP

Test Circuit layout NXP

[PA1EW]

Vergeten te melden: ik heb helaas geen schema's. Kuhne is daar heel zuinig mee, alleen een nietszeggend blokschema van de oude situatie.

Zoals gezegd komt de schakeling rond de MW7IC2725 vrijwel overeen met het NXP test circuit.

[pe1cmo]

Het is inderdaad jammer dat je geen schema hebt.
Ik heb op die andere vraag van je twee links gegeven.

[PA1EW]

Tja, ik stel waarschijnlijk wat veel vragen tegelijkertijd

Weer even een korte dan: heb jij mogelijk slechte ervaringen met N-chassisdelen zoals het type gebruikt in de MKU2424A converter? Zie de foto's. Ik doel met name op de aanwezigheid van de "ring" aan de onderkant van de flens (waar evt. een O-ring in kan volgens mij).

N-connector chassisdeel met ringvormige opening

N-connector voor 2.4GHz antenne aansluiting

[PA1WBU]

Daar zit idd normaliter een rubber ring in. In ieder geval in de connectors in deze uitvoering die ik tegengekomen ben.

Wilko

[PA1EW]

Dag Wilko,

De rubber O-ring in de groef is duidelijk (i.c.m. waterdichte doosjes buitengebruik) maar is het bekend of deze groef een negatief effect heeft op de juiste 50 Ohm afsluiting bij bijv. 2.4GHz?

Ik vond een ouder bericht ergens van Sandor, DM4DS die flinke problemen had met zo 'n N-connector met "ring" of groef gesoldeerd op een QO-100 Poty (patch) 2.4GHz antenne. De afstemming bleek niet goed te krijgen met dit type N-con. Met een andere N-chassisdeel was dit opgelost.

Ik probeer alle mogelijke oorzaken voor het oscilleren van de MMIC-PA in mijn Kuhne 2424 UP-converter te elimineren.

[laaglander]

Hallo Ed,
Uit je berichten kan ik opmaken dat je nog geen nieuwe MW7IC2725 hebt kunnen vinden.
Ik heb hier nog een ongebruikte professionele lineaire QO-100 eindtrap met SZM2166Z en MW7IC2750 liggen, welke je eventueel mag overnemen.
Werkt op 24-30 Volt en levert bij -8 dBm input een output van 45-46 dBm op 2400 Mhz.
De eindtrap is klaar voor gebruik, kan eventueel door een Pluto worden aangestuurd.
De prijs hiervoor is Euro 125,- exclusief verzenden.
Mocht je interesse hebben dan kan ik je uitgebreide verdere info mailen, stuur dan even een PB.
m.vr.gr. Cor PA0P

[laaglander]

De fotoos schijnen niet door te komen, jammer..............

[PA1EW]

Hallo Cor,

Ik heb gelukkig net een nieuwe MW7IC2725N van Jan ON6ZG kunnen bemachtigen. Nog mooi in een anti-statische gesloten verpakking als reserve deel voor een F6BVA PA.
Toch bedankt voor het mooie aanbod, zal het in het achterhoofd houden. Mijn bedoeling is om zo veel mogelijk de functionaliteit van de Kuhne MKU UP2424 compleet intact te houden, dus met ingebouwde MMIC PA. Het ding is namelijk erg handzaam bij portable gebruik vanwege o.a. de ingebouwde DC-DC converter 12V-> 28V, diverse beveiligingen en compacte afmeting.