In questo articolo descriverò il progetto di un box transverter per i 10 GHz, con una potenza di uscita di 7 W e il feed integrato direttamente nell’involucro.
Riporterò inoltre tutte le informazioni tecniche e i riferimenti dei singoli componenti utilizzati.
Disclaimer:
Non c’è nulla di nuovo o rivoluzionario in questo progetto. Molti OM hanno già realizzato il proprio box transverter, sicuramente migliori di questo. L’obiettivo qui è semplicemente documentarlo.
Quando ho iniziato ad appassionarmi alle microonde, la documentazione disponibile era scarsa, se non del tutto assente. Per questo motivo vorrei condividere la mia esperienza e lasciare qualcosa di utile, affinché chi desidera avvicinarsi a questo mondo possa avere un’idea più chiara di ciò che lo aspetta.
All’interno delle associazioni locali e nazionali dedicate alle microonde, una delle osservazioni più frequenti è: “dobbiamo avvicinare i giovani a questo hobby”. Ecco, mi auguro che questo contributo possa andare proprio in questa direzione.
Descrizione del Progetto: la prima volta che ho sentito parlare di un box transverter è stata per me una sorpresa. Provenendo dal mondo HF, dove le radio hanno tutto integrato, dove normalmente non si utilizzano LNA e dove l’interfacciamento con un SSPA è generalmente semplice e si realizza con 2 cavi tra l’amplificatore e la radio, il concetto mi era del tutto nuovo. Ho deciso di realizzare questo box transverter per operare in portatile sulle microonde a 10 GHz (anche se successivamente l’ho utilizzato anche prove EME), quindi uno dei requisiti principali era ottenere un design il più compatto possibile. Un SSPA a MMIC con una potenza nominale di 7 W mi è sembrato un buon compromesso per operazioni in portatile con parabole da 85 o 100 cm.
Di seguito è riportato lo schema a blocchi del box transverter:
Fig.1: schema a blocchi del box transverter a 10GHz
Illuminatore:
Se ci si rivolge al mercato, non sono disponibili molti feed per i 10 GHz. In linea di principio si può utilizzare qualsiasi feed adatto a questa frequenza e, soprattutto, capace di illuminare correttamente la parabola che si intende utilizzare (f/D).
La mia scelta è ricaduta su un feed I0JXX con chaparral, disponibile sul sito di Sandro I0JXX, che ho deciso di integrare direttamente nel box per ridurre al minimo il percorso del segnale tra il feed e il connettore COM del relè coassiale.
Fig.2: illuminatore per 10GHz – I0JXX, caratteristiche principali
LNA:
Un altro componente fondamentale nella catena del box transverter è l’LNA. Anche in questo caso, l’offerta sul mercato non è particolarmente ampia. Personalmente ho trovato interessante un modello prodotto da Down East Microwave Inc., un’azienda statunitense con sede a Live Oak, Florida, molto attiva nel settore del radioamatoriale.
Il modello che ho scelto è l’L3-2ULNA, un preamplificatore per i 10 GHz con una figura di rumore di 0,8 dB e un guadagno nominale di 22 dB. È dotato di connettori SMA femmina sia in ingresso che in uscita.
Lo shop online di Kuhne Amateur propone diversi modelli, con guadagni differenti, mentre alcuni OM particolarmente esperti (Mauro IZ1OTT ad esempio) realizzano e vendono i propri LNA, offrendo buone prestazioni a costi più contenuti. La scelta, quindi, può essere fatta in base alle proprie esigenze.
Fig.3: DEMI LNA – L3-2ULNA
Relè coassiale:
Il relè coassiale è un componente di fondamentale importanza nel box transverter. Ha il compito di commutare il feed tra la catena RX e TX, da e verso il transverter. Sul mercato sono disponibili numerosi modelli: SPDT, SDT, bistabili (latched), a 12 Vdc, 24 Vdc, e così via.
Per questo progetto ho scelto un relè coassiale prodotto dalla RADIALL. L’ho acquistato usato, ma in ottime condizioni, durante una fiera (Montichiari Ham Fair) alcuni anni fa; come già detto, comunque, esistono molte alternative valide sul mercato.
Ho utilizzato il contatto NC (Normally Closed) per collegare l’LNA, poiché nella maggior parte del tempo opero in ricezione, mentre la trasmissione occupa una frazione minore. Conosco però chi adotta la soluzione opposta, collegando l’LNA al contatto NO (Normally Open) e lasciando il NC allo SSPA: entrambe le scelte presentano vantaggi e svantaggi.
Se si collega l’LNA al contatto NC e lo SSPA al NO, durante la ricezione (che è la condizione prevalente) il relè non si scalda, poiché la bobina non è eccitata e il consumo di potenza è nullo. Al contrario, collegando l’LNA al NO e lo SSPA al NC, il grande vantaggio è che, in caso di guasto dell’alimentazione o del relè, si evita il rischio di danneggiare l’LNA con la potenza RF proveniente dallo SSPA. Tuttavia, in questa configurazione la bobina rimane sempre eccitata e il relè tende a scaldarsi sensibilmente.
Inizialmente avevo adottato quest’ultima soluzione, ma dopo alcune prove sono tornato alla configurazione con LNA su NC e SSPA su NO, per ridurre il calore interno al box.
Questo relè coassiale deve essere pilotato da un sequencer.
Fig.4: esempio di un relè coassiale per microonde della RADIALL
Transverter 144MHz/10GHz:
Il 10G5 non ha bisogno di presentazioni, essendo uno dei componenti più noti per l’attività radioamatoriale a 10 GHz. Prodotto da Kuhne (azienda tedesca oggi parte del gruppo ALARIS), è caratterizzato da una qualità molto elevata, probabilmente tra le migliori disponibili, almeno per quanto riguarda la mia esperienza.
Naturalmente esistono molte altre soluzioni per il transverter: online si trovano numerosi progetti e PCB acquistabili per 20–30 euro da assemblare autonomamente. Tuttavia, non avendo le competenze per un autocostruzione a quel livello, ho preferito orientarmi su un prodotto commerciale, pronto all’uso.
Il 10G5 offre una potenza di uscita massima di circa 200 mW, regolabile tramite un trimmer (TX Gain).
Fig.5: 10G5 transverter Kuhne per i 10GHz.
Sequencer:
Il sequencer è il generatore degli eventi temporizzati che consente di far funzionare correttamente il box transverter. Attivato da un segnale PTT esterno proveniente dalla propria apparecchiatura, avvia la sequenza operativa che, nel mio caso, è la seguente:
1. Commutazione del relè coassiale (esclusione dell’LNA dal percorso del segnale e inserimento dello SSPA)
2. Applicazione della tensione di bias allo SSPA (attivazione dello SSPA)
3. Trasmissione del transverter (potenza massima in uscita)
4. Attivazione del PTT del ricetrasmettitore
Apprezzo particolarmente il sequencer fornito da HamRadioParts.eu: è a 4 canali, con uscite isolate pilotate da relè di buona qualità, logica completamente analogica (aspetto per me molto importante, poiché non essendoci firmware o software si evitano possibili blocchi), alimentato a 12 V.
Fig.6: Hamradioparts – sequencer a 4 porte
SSPA:
Anche in questo caso, molto dipende da ciò che si ha a disposizione. Esistono numerosi SSPA, ma l’aspetto davvero fondamentale è garantire un’adeguata dissipazione termica di questo dispositivo di potenza.
Nel mio caso ho installato un dissipatore ventilato all’interno del contenitore. Un’altra soluzione valida consiste nel montare un dissipatore esternamente al box, realizzando un’apertura nell’involucro in modo che una parte del dissipatore sia accessibile dall’interno per il fissaggio dello SSPA. Non è semplice stabilire a priori quale sia l’opzione migliore senza una valutazione termica specifica della propria configurazione, ma entrambe le soluzioni possono essere valide. Cercando online “10GHz power amplifier” si possono trovare diverse proposte: a stato solido, TWT, commerciali, autocostruite, e così via.
Il mio SSPA è basato sul TGA2704 prodotto da QORVO, con una potenza nominale di uscita di 7 W. Il TGA2704-SM di Qorvo è un amplificatore di potenza realizzato con processo produttivo pHEMT GaAs da 0,25 µm. Opera nella gamma 9–11 GHz e fornisce 7 W di potenza in saturazione, con un guadagno di piccolo segnale pari a 21 dB.
Ho misurato la potenza in uscita del mio box transverter immediatamente prima del feed, quindi subito dopo l’uscita del relè coassiale, rilevando 6,3 W con un bolometro HP.
Occorre prestare attenzione al livello del segnale di pilotaggio in ingresso: alcuni SSPA non sono in grado di accettare tutta la potenza erogata dal transverter. In questi casi è necessario adattare il livello del segnale, regolando il trimmer TX Gain del Kuhne 10G5 oppure inserendo un attenuatore di alcuni dB prima del connettore d’ingresso dello SSPA.
Fig.7a: QORVO TGA2704 datasheet
Fig.7b: QORVO TGA2704 evaluation board
Dissipatore per lo SSPA
Il dissipatore che ho utilizzato è il modello LAM 5 K 150 12 della Fischer Elektronik GmbH. È dotato di una ventola assiale integrata, che garantisce un raffreddamento estremamente efficiente.
Fig.8: LAM 5 K 150 datasheet
Potete acquistarlo da Mouser, TME, in genere da tutti i grandi distributori di componenti elettronici.
Ext Ref 10MHz (opzionale):
Per garantire una buona stabilità e ridurre la deriva in frequenza a 10 GHz, è fortemente consigliato utilizzare un oscillatore disciplinato GPS (GPSDO) o comunque un riferimento a 10 MHz ad alta stabilità.
Nel mio caso ho utilizzato il Mini Precision GPSDO di Leo Bodnar, una soluzione molto diffusa e affidabile. In assenza di un riferimento esterno a 10 MHz, il transverter 10G5 è comunque in grado di agganciare la propria PLL utilizzando il TCXO interno. Tuttavia, se il box viene esposto alla luce solare, la deriva di frequenza può diventare significativa, soprattutto per applicazioni EME.
Fig.9: Leo Bodnar Mini GPSDO
Ultra-Low-Noise power supply board (opzionale):
Oggi è molto comune utilizzare alimentatori switching economici a 12 Vdc (li utilizzo anch’io), facilmente reperibili sul mercato e a costi molto contenuti. Tuttavia, quando osservo con l’oscilloscopio il ripple di tensione in uscita sotto carico, soprattutto in prossimità della frequenza di switching del PWM, resto sempre un po’ perplesso.
Per questo motivo ho progettato una piccola e semplice scheda, con ingresso a 12 Vdc, uno stadio lineare e un filtro LC, pensata per ridurre il ripple presente sulla linea di alimentazione che alimenta l’LNA. Considerando che spesso si ha a che fare con segnali estremamente deboli da decodificare, preferisco alimentare l’LNA con una tensione il più possibile pulita e stabile.
I filtri LC a doppio stadio sono generalmente limitati in dinamica, ma nel caso specifico non rappresenta un problema, poiché l’LNA non presenta variazioni significative di tensione sulla propria alimentazione. In ogni caso è possibile bypassare l’induttanza, evitando di montarla sul PCB e utilizzando solo un condensatore.
I file del PCB e la distinta componenti (BOM) sono disponibili sul mio GitHub. L’utilizzo di questa scheda è opzionale: il box transverter può funzionare perfettamente anche con una semplice linea di alimentazione a 12 Vdc.
Fig.10: ULN Power Supply 2.0 schema elettrico (KiCAD)
Fig.11: ULN Power Supply 2.0 PCB (KiCAD)
Fig.12: ULN Power Supply 2.0 3D-view (KiCAD)
Contenitore:
Anche questa è una scelta personale: contenitore metallico o plastico, con dimensioni variabili. Io ho utilizzato il modello Hammond 1550N, un contenitore in alluminio con dimensioni esterne di 250 × 250 × 101 mm. Lo spessore delle pareti è di 2,5 mm. È facilmente reperibile presso i principali distributori di componenti elettronici (RS Components, TME, Mouser, ecc.).
Sono disponibili due versioni: la 1550N con finitura naturale e la 1550NBK con finitura nera texturizzata. Ho scelto la versione nera a causa della scarsa disponibilità della versione naturale, ma devo dire che me ne sono pentito. Durante il periodo estivo, sotto l’irraggiamento solare, il contenitore nero può raggiungere temperature esterne superiori ai 50 °C.
È quindi fondamentale prevedere un adeguato sistema di ventilazione per l’intero contenitore, non solo per il dissipatore dello SSPA, al fine di evitare un invecchiamento precoce dei componenti interni dovuto alle alte temperature.
Probabilmente, alle nostre latitudini e nei mesi estivi, può essere una buona alternativa optare per un contenitore in plastica, dotato di un paio di ventole per l’estrazione del calore e schermato con pannelli in polistirene.
Fig.13: disegno meccanico del contenitore Hammond 1550N
Assemblaggio:
Le connessioni RF devono essere realizzate utilizzando cavi semirigidi; personalmente utilizzo i modelli UT-141 e UT-085. La denominazione 141 e 085 si riferisce al diametro esterno del cavo, rispettivamente 1,41 mm e 0,85 mm.
È possibile reperirli facilmente nei consueti canali di vendita, durante le fiere di settore oppure su eBay, dove numerosi venditori li propongono a prezzi generalmente accessibili.
Fig.14: A sinistra, disposizione del 10G5 e dello SSPA; a destra, apertura per l’estrazione dell’aria calda del dissipatore ventilato..
Fig.15a Dettaglio dell’assemblaggio. Nella foto a sinistra si nota il collare stampato in 3D per il fissaggio del feed. Il chaparral deve essere rimosso prima dell’installazione del feed all’interno del contenitore.
Fig.15b: Dettaglio dei connettori. RCA per il PTT, SMA per il riferimento esterno, N per l’IF e connettore circolare a 4 poli per l’alimentazione a 12 Vdc (+12 Vdc a basso rumore per l’LNA).
Il jack da 3,5 mm è previsto per la lettura della posizione del relè, funzione non ancora implementata nella mia installazione.
Fig.17: Transverter box terminato
Test:
Durante l’incontro annuale di due giorni dei radioamatori italiani appassionati di microonde, svoltosi l’ultima volta a Verona alla fine di aprile 2024, ho portato con me il box transverter. Per verificarne le prestazioni, abbiamo effettuato una misura utilizzando il noise meter di Luciano I3CLZ. Le misure sono state eseguite da Mauro IZ1OTT.
La figura di rumore complessiva, includendo transverter, LNA e relè, è risultata pari a 1,35 dB, un valore decisamente accettabile.
Fig.18: Transverter box durante le misure di NF
Conclusioni:
Siamo quindi giunti al termine dell’assemblaggio. Continuo a utilizzare con soddisfazione questo box anche per attività EME (con buoni risultati soprattutto in ricezione, considerando la potenza di uscita limitata).
Naturalmente, durante la realizzazione ho commesso diversi errori, che ho cercato di correggere e che probabilmente oggi eviterei. Ma non lasciatevi scoraggiare: l’importante è iniziare, mettersi in gioco, sperimentare e fare esperienza in questo affascinante mondo dei 10 GHz.
Resto ovviamente a disposizione per qualsiasi domanda, richiesta di chiarimento o supporto nella realizzazione, nei limiti delle mie possibilità. Non esitate a contattarmi all’indirizzo email: ivan@iz0jny.it
“Il presente articolo è la traduzione in italiano di quello pubblicato su DUBUS 01/2025.”
“Il presente articolo in italiano è apparso su RadioRivista 03/2026
Link utili
https://www.downeastmicrowave.com/product-p/l3-2ulna.htm
https://www.i0jxx.com/it/97-10-ghz
https://www.hamradioparts.eu/4-port-isolated-universal-sequencer-board
https://www.qorvo.com/products/p/TGA2704
https://www.fischerelektronik.de/web_fischer/en_GB/VA/LAM5K15012/datasheet.xhtml?branch=heatsinks
https://www.hammfg.com/part/1550N