LNB Modifikation für X-Band und QO-100 Empfang

Dieser Artikel zeigt wie man einen kostengünstiges LNB so modifiziert, dass ein externes LO-Referenzsignal eingespeist werden kann. Ein derartig modifiziertes LNB kann für den Empfang von X-Band-Signalen im 10 GHz-Bereich, beispielsweise vom Amateurfunksatelliten QO-100 (Qatar Es’hail 2), verwendet werden. Ebenso sind Radioastronomie- und Mikrowellenexperimente möglich.

Dieser Artikel ist eine gekürzte Version meines Research Papers, welches in voller Länge hier heruntergeladen werden kann [1].

Einführung

Beim ausgewählten LNB handelt es sich um ein Goobay 67269 der Wentronic GmbH. Laut den Angaben des Herstellers [3] ist das LNB geeignet für den Empfang im Bereich von 10,7 bis 11,7 GHz (low-band) und von 11,7 bis 12,75 GHz (high-band). Die Zwischenfrequenz am Ausgang des LNB beträgt 950 MHz bis 1950 MHz (low-band) bzw. 1100 bis 2150 MHz (high-band). Dies entspricht einer Frequenz des Lokaloszillators (LO) von 9,75 GHz (low-band) und 10,6 GHz (high-band).

Ungeöffnetes Goobay 67269 LNB

Ungeöffnetes Goobay 67269 LNB

Als Referenz für die Erzeugung des LO-Signales dient ein 25 MHz Schwingquarz. Das 25 MHz Referenzsignal wird um den Faktor 390 (low-band) bzw. 424 (high-band) multipliziert um die gewünschte LO-Frequenz zu erreichen. Ein einfacher 25 MHz Quarzoszillator ist genau genug für dem Empfang eines breitbandigen Fernsehsignales. Für den Empfang von schmalbandigeren Signalen, beispielsweise SSB-Signale, ist jedoch eine deutlich stabilere Referenz notwendig. Daher wird hier eine Möglichkeit gezeigt das LNB so zu modifizieren, dass das LO-Signal an ein extern eingespeistes Referenzsignal gekoppelt werden kann.

Diese Modifikation ermöglicht auch das Verändern der LO-Frequenz durch die Verwendung einer anderen Referenzfrequenz. Der Schmalband-Transponder von QO-100 hat einen Downlink-Frequenzbereich von 10489,5 to 10490 MHz. Mit der Standard-LO-Frequenz von 9750 MHz würde sich eine Zwischenfrequenz von 739,5 bis 740 MHz ergeben. Ändert man die Frequenz des extern zugeführten Referenzsignales auf 25,78 MHz, entsprechend einer LO-Frequenz von 10054,20 MHz, würde sich die Zwischenfrequenz in einen Bereich von 435,30 MHz bis 435,80 MHz verschieben. Genau in der Mitte des 70 cm Amateurfunkbandes.

Modifikation

Die Modifikation ist prinzipiell sehr einfach. Zunächst wird der 25 MHz Quarz entfernt und durch einen LC-Bandpass-Filter getauscht. Der Eingang des Bandpassfilters wird mit dem vorhandenen F-Stecker des LNBs verbunden. Somit kann mit Hilfe eines geeigneten Splitters, oft Triplexer genannt, über das gleiche Koaxialkabel die Betriebsspannung und die Referenzfrequenz zugeführt und die ZF-Signale entnommen werden.

(1)   \begin{equation*}  Z_{LC} = |2 \pi f L - \frac{1}{2 \pi f C}|  \end{equation*}

Für den LC-Bandpass wurden Standardwerte von 18 pF und 2,2 µH gewählt.

Die Komponentenwahl entspricht einer Impedanz von 8.1 Ω bei einer Frequenz von 25 MHz. Bei einer Frequenz von 26 MHz beträgt die Impedanz 19.32 Ω, bei 27 MHz steigt dieser Wert weiter auf 45.74 Ω an (Gl. 1).

Nachdem das Plastikgehäuse vorsichtig mit einem flachen Schraubendreher geöffnet wird, können die Schrauben des Metallgehäuses mit einem T8 Torx-Bit gelöst werde. Nachdem die Schrauben gelöst und der Deckel entfernt wurden, ist die Leiterplatte des LNB zugänglich.

LNB mit entfernter Plastikabdeckung

LNB mit entfernter Plastikabdeckung

Entfernen der Schrauben des Metallgehäuses

Entfernen der Schrauben des Metallgehäuses

Die funktionalen Blöcke des LNB lassen sich sehr leicht identifizieren. Die Schaltung ist um einen vollintegrierten PLL-/LO-/Mischer-Chip mit der Aufschrift „3566E“ herum aufgebaut. Eine Recherche über diesen Chip konnte leider nicht viele Informationen beschaffen. Das ist allerdings nicht weiter schlimm. Das Grundprinzip bei derartigen LNB-Chips ist im Kern sehr ähnlich.

Die vom F-Stecker kommende Versorgungsspannung wird über eine gedruckte Spule (gelb) an einen linearen Spannungsregler vom Typ 7806 herangeführt. Die im Bild mit XTAL1 und XTAL2 markierten Kontakte führen zum 25 MHz Quarz, der sich auf der Rückseite der Leiterplatte befindet.

Nahaufnahme der Leiterplatte mit Markierungen für die PLL, der Quarzkontakte und der gedruckten Spule (gelbes Rechteck) vor dem Spannungsregler

Nahaufnahme der Leiterplatte mit Markierungen für die PLL, der Quarzkontakte und der gedruckten Spule (gelbes Rechteck) vor dem Spannungsregler

Um den korrekten Kontakt für die Einspeisung eines externen Referenzsignales zu identifizieren, wurden die Signale an XTAL1 und XTAL2 mit einem Oszilloskop betrachtet. Pin 2 des 3566E (XTAL2) wurde als geeigneter Kontakt für die Einspeisung identifiziert.

Um die Platine aus dem Gehäuse zu lösen muss lediglich ein einziger Lötkontakt über dem F-Stecker gelöst werden. Hierzu wird mit einem flachen Schraubendreher auf Höhe des F-Steckers etwas Druck von unten auf die Platine ausgeübt und der entsprechende Kontakt kurz erhitzt. Die Platine sollte in der Folge sofort aus dem Gehäuse lösen.

Mit etwas Druck von unten lässt sich die Platine leichter entfernen.

Mit etwas Druck von unten lässt sich die Platine leichter entfernen

LNB Leiterplatten vor (oben) und nach der Entfernung des 25 MHz Quarzes (unten).

LNB Leiterplatten vor (oben) und nach der Entfernung des 25 MHz Quarzes (unten)

Der 25 MHz auf der Rückseite der Platine wird mit Hilfe von etwas Entlötsauglitze entfernt. An der Stelle des nunmehr entfernten Quarzes wird nun eine 2,2 µH Induktivität eingelötet. Um die Beine der Spule vor unbeabsichtigten Kontakt mit dem Gehäuse zu schützen, wird diese mit etwas Polyimid-Klebeband abgedeckt. Die Platine wird dann wieder in das Gehäuse gelegt und an den F-Stecker gelötet.

Eine 2,2 µH Spule wurde anstatt des Schwingquarzes installiert

Eine 2,2 µH Spule wurde anstatt des Schwingquarzes installiert

Die nun unnötige (und hinderliche) Leiterbahn am Kontakt XTAL1 wird mit einem scharfen Gegenstand durchtrennt. Der 18 pF Kondensator wird zwischen dem F-Stecker und dem Kontakt XTAL1 eingelötet.

Die Leiterbahn zwischen dem PLL IC und dem Kontakt XTAL1 wird mit einem scharfen Gegenstand durchtrennt.

Die Leiterbahn zwischen dem PLL IC und dem Kontakt XTAL1 wird mit einem scharfen Gegenstand durchtrennt

Ein 18 pF Kondensator wird zwischen dem F-Stecker und der 2,2 µH Spule eingelötet.

Ein 18 pF Kondensator wird zwischen dem F-Stecker und der 2,2 µH Spule eingelötet

Test

Um die Funktionsfähigkeit des LNB nach der Modifikation zu überprüfen, wird dieses über einen selbstgebauten Triplexer mit 12 V Versorgungsspannung und einem 25.78 MHz Referenzsignal versorgt. Der ZF-Ausgang wird mit dem Eingang eines SDR verbunden.

Prototyp eines Triplexers für die Verwendung eines modifizierten LNB für Empfangsexperimente im K-Band

Prototyp eines Triplexers für die Verwendung eines modifizierten LNB für Empfangsexperimente im K-Band

Über den Tiefpass-Port des Triplexers (fc = 30 MHz) wird ein Referenzsignal von 25,78 MHz (entsprechend einer LO-Frequenz von 10054,2 MHz) eingespeist. Der Hochpass-Port des Triplexers wird über ein 10 dB Dämpfungsglied mit dem Eingang eines RTL2832 SDR verbunden. Weiter wird eine Betriebsspannung von ca. 14 V angelegt. Ohne angelegtes Referenzsignal beträgt die Stromaufnahme ca. 60 mA. Dieser Wert steigt sprunghaft auf 90 mA, sobald ein gültiges Referenzsignal angelegt wird. Auf der 75 Ohm Seite des LNB wird ein Referenzpegel von ca. Vpp, entsprechend ca. 12 dBm, benötigt.

Mit einem ADF4351 Entwicklungsboard wird ein Signal, welches zwischen 3496 MHz und 3496,333 MHz springt, erzeugt. Die dritten Harmonischen dieser Signale dienen als Testsignale mit Frequenzen von 10,488 GHz und 10,489 GHz. Das Entwicklungsboard wird so eingestellt, dass das Signal alle 500 ms zwischen den beiden Frequenzen wechselt.

ZF-Ausgang in SDRSharp betrachtet

ZF-Ausgang in SDRSharp betrachtet

Das resultierende ZF-Spektrum wird in AirSpy SDR# Studio betrachtet. Die beiden Testsignale sind im Wechsel alle 500 ms klar zu erkennen. Der Abstand zwischen den beiden Testsignalen im Ausgangsspektrum bestätigt zudem, dass es sich tatsächlich um die erwarteten harmonischen handelt. Es soll angemerkt werden, dass die Ausgangsleistung des LNB trotz Verwendung der dritten Harmonischen eines Signales mit einer Leistung von -4 dBm sehr stark war. Das LNB musste von der Signalquelle weggerichtet werden und ein 10 dB Dämpfungsglied am Eingang des SDR war notwendig um diesen nicht zu übersteuern.

Aus Neugier wird noch versucht die 23. Harmonische eines 456 MHz Signales (=10,488 GHz) aus einem Handfunkgerät (Ausgangsleistung = 500 mW) zu empfangen. Gleichzeitig wurde die LO-Frequenz des LNB durch Einspeisung eines 25,641025 MHz Referenzsignales auf 10 GHz eingestellt. Tatsächlich lässt sich ein sehr deutliches Signal bei 488 MHz feststellen. Ein Verstellen der Sendefrequenz bestätigt durch den 23-fachen Frequenzversatz, dass es sich um die beabsichtigte Harmonische handeln muss.

23. harmonische eines 456 MHz Signals (Po=500 mW) bei Einspeisung eines 25,641025 MHz Referenzsignales

23. harmonische eines 456 MHz Signals (Po=500 mW) bei Einspeisung eines 25,641025 MHz Referenzsignales

Fazit

Dieser Artikel zeigt wie es leicht und kostengünstig möglich ist ein handelsübliches LNB für das 3 cm Amateurfunk- bzw. IEEE X-Band umzubauen.

This article shows that it is possible to successfully modify an inexpensive Goobay 67269 LNB to accept an external reference signal. Furthermore, the experiments shown demonstrate that the LNB is capable of down-converting K-band signals outside of the manufacturer’s specified frequency range.

Links und Quellen:
[1] Westerhold, S. and Matlinski, C., “Modification of a Goobay 67269 LNB for use in 10 GHz communication satellite reception”, Jul. 2023, doi: 10.5281/zenodo.8102235.

[2] Armin Duft. “Goobay 67269 LNB Modification”. In: (2019). url: https://dh1da.darc.de/projekte/Amateurfunk/QO-100_LNB/Goobay_67269_LNB_Mod-DH1DA.pdf (visited on 07/01/2023).

[3] Wentronic GmbH. Universal Single LNB | Wentronic. url: https://www.wentronic.com/de/universal-single-lnb-67269 (visited on 07/01/2023).

Bitte zitieren als:
S. Westerhold: LNB Modifikation für X-Band und QO-100 Empfang (2023), in: Baltic Labor Blog für Hochfrequenz- und Messtechnik, ISSN (Online): 2751-806X, URL: https://baltic-labor.de/2023/07/lnb-modifikation-fuer-x-band-und-qo-100-empfang/ (Stand: 20.06.2024).

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