LOW-NF-5GLNA

NFの良い5GLNAを求めて・・・

発端は8N1EME・・・
　2007年3月、日本でかつてないビッグ･プロジェクト　8N1EMEが実施された。ところが、このためにはどうも我が家の固定設備では難しそうだ。でも、せめて聞きたいという事で数週前からLNAを作ろう・・と悪戦苦闘が続いた。
　そこでの方法は、マキ電機の10G基板を使い、FETにNE350184Cを投入するものだった。しかし、なかなかNFは下がらず、なんとかNF2dB を切るかなというあたりで時間切れとなった。さらに、雪崩ビーコン練習機に精を出していたら、間に合わなくなって当日になってTRVをおろしてゴソゴソ・・・　結局、世紀の大プロジェクトを聞き逃すということになってしまった。
　驚くべきは、45cmのお皿で8N1EMEを聞いた人も出たことである。最も、後でわかった事には、こうした局はDB6NTのプリアンプをトップに入れていたのだ。このLNAは、JI1CBS局によればNF=0.6dB以下になっているとのこと。こりゃあ、いいなぁ・・・。そこでこのユニットの中を見せていただいた。
　基板を見ると、なんだか不思議だ。入力部のカップリングはチップコン。FETのドレインにチップのインダクタが入っている。さらに、出力部のカップリングがなんとエッジ･カップリングでスリットが切ったパターンになっているのだ。うーん、不思議だ。入力部にこれを使うならともかく、スリットを出力に使うのはどんな意味があるのだろうか。ともあれ、これはすごい性能だ。なんとかマネシンボしたいものだ。

RSGB/ARRLのハンドブックでは・・・
　そこでバイブルの一つであるARRTL/RSGBのマイクロ波ハンドブックを引っ張り出した。NF=0.6dB程度の低ノイズアンプが出ていたはずだ。すると、こちらは入力部のカップリングに、この基板のエッジ･カップリングを使っている。また、ドレインにインダクタの代わりに小さなチップ抵抗が入れてある。バターンも出ているのだが、うーん、この基板の材料はないなぁ。じゃあ、手持ちのあるテフロン0.8mm基板で一つ適当に作ってみようか・・と考えた。

5GLNAのパターンを描く

　さっそく、ノートパソコンでPCBEを起動する。このソフトは、曲線がうまく描けない(使い方を知らないだけ??)などの問題もあるが、とりあえずフリーで使えて便利だ。まずはパスコン用の扇型を作って部品登録。その後、エッジカップリング部分を作ってみる。50Ωラインが2.1mm巾として、モノポールは0.4mm巾とした。その結合を 0.1mm間隔で描いてみたら、レザープリンターで印刷したらつながってしまった。そこで、もう少しあける。でも、実際は0.1mm間隔程度になっていると思う。あとは、ドレイン側のラインを基板上での短縮率をかけて1/2λ分とった。長めの方が調整が楽だろう。ちなみにゲート側は1/4λとった。
　最初に作ったパターンは、紙に打ち出してみたら、入れる予定のケースからバイアスラインがはみ出してしまった。そこで、バイアスラインを途中で折ったものを作り直して、紙に印刷、ケースにあわせてから「トナーで基板」を使ってエッチングした。

組み立てと調整・・
　

さて、エッチングが終了すると、スルーホールの穴あけである。実は何度か「スルピンキット」という物を使ってみたのだが、どうも基板が薄いとか柔らかいとうまくピンが合わないように思う。1.6mmガラエポにはよさそうなのだが・・。また、手持ちの0.8mmピンではどうもスルーホールとして小さいような気がしてきた。そこで、今回は1.6mmハトメを使うことにした。これを差込み、FETのソースでは先を半分ほど切ってから、ハンマーでたたいて潰した。もちろん、半田あげする。こうする方が接触面積というか、スルーホールの面積が大きくなるように思ったのだ。
　これを、FETにはNE350184Cを使って組み立てて、ケースに押し込んだ。電源を調整して、まず、ドレイン電流が2Vで10mAになるようにゲートバイアスを調整した。その上で5Gの調整用信号を入れて、スペアナで出力最大に調整していく。入力部のカップリングのゲート付け根(1/4λ離れた場所)に長めのスタブがついたら、ゲインで15dB以上になったようだ。ここでNF計につないで測定しながらスタブを微調整した。すると・・・なんと針は NF 1.2dB以下を示した。誤差は当然にあるだろうが、やっと1dBまで追い込むことができた。

5G-LNAが一応、そこそこに動いたので、昼寝をしてから、ふと「これにつけるバイアス電源基板を作ろう」と思い立った。うっかり実験中に石を飛ばさないためにも、あった方がいいよなぁ・・・という事で、PCBEでパターンを作ってみた。

　このソフト、いろいろできるらしいですが、私の場合は単純にパターン面だけを使って作っている。でも、7660とかを部品として登録すれば、今後も使える。レザープリンターで打ち出して、現物とあわせてやり補正してから、TTS用紙を切って貼り付けて作り、転写、保護シートをつけてからエッチングした。ガラエポ0.5mmで作ったが、ちょっとふにゃふにゃ・・・。
　さて、最後はゴシゴシとスチールウールで磨いてトナーなどを落としてできあがり。スルーホールは今回も1.6mmハトメを使った。どうもスルピン・セットは0.5mm程度の基板で使うとうまくない。1.6mm程度の基板にあっているように思う。組み立てて、動作確認をしてから、LNAにつけてみた。さて、これで一丁前に見えるだけは見える。