2020-12-22

70 MHz 25 W Power Amplifier

Formålet med den danske del af denne side er at tilbyde hjælp til de læsere af OZ, som ønsker at hente en elektronisk kopi af printudlægget, datablade og i øvrigt komme med opdateret information om selve 70 MHz power-modul PAet.

I forbindelse med arbejdet omkring dette power-modul PAet skal der lyde en kæmpe tak til Erik, OZ1TF, som tilbød at rentegne diagram og lave et professionelt printudlæg.

Byggesæt

Der er ikke flere byggesæt.

Byggesættet bestod af følgende dele:

• Boret printplade.
• Samtlige komponenter, der skal monteres på printpladen og power modul.
• Trimmepind til spolerne.
• Hvidblikkasse.
• Fire gennemføringskondensatorer.
• To BNC coaxbøsninger.

Samlingen af byggesættet

Byggesættet: brug kun dokumentationen fundet her på Internettet.

Du kan også se de opdaterede dokumenter og ændringer her: "Komponenter til 70 MHz 25 W Power Amplifier"

70 MHz PA

Indledning

Du har sikkert allerede læst om 70 MHz transverteren og står i en situation hvor du har behov for at få noget mere effekt. I skrivende stund har vi jo tilladelse til at sende med 25 W. I denne konstruktionsartikel beskrives både hvordan den nævnte 70 MHz transverter, og andre sendere, kan få øget sendeeffekten.

Men hvordan laves 25 W? Tja, det er der ikke noget endegyldigt svar på. Faktisk kan det gøres på et utal af måder. Nogle vil måske bygge et PA fra grunden med to-tre transistorer, andre vil måske tage et PA fra en landmobil radio og hvis det skal bruges til SSB tilføje et bias-kredsløb. Denne konstruktion anvender et fix-og-færdig 30 W, 68-88 MHz powermodul fra Mitsubishi, se ref. 1.

Endnu engang var jeg i bekneb med at rentegne diagram og lave printudlæg og endnu engang trådte Erik, OZ1TF, til. Tusinde tak for hjælpen!

Beskrivelse

En af de helt store fordele ved brugen af et powermodul er, at konstruktionen er meget simplere. I princippet er powermodulet et komplet PA, der bare skal forsynes med en DC-spænding. Helt så simpelt er det dog ikke. Et powermodul byder også på en række ulemper. De to primære ulemper er 1) manglende, eller reduceret, lavpasfiltrering på udgangen, og 2) ringere virkningsgrad end et PA-trin skræddersyet til formålet. I virkeligheden er designet af et powermodul også baggrunden for ulempe 1). Powermodulet dækker et område på 20 MHz hvorimod et skræddersyet PA ikke behøver at dække mere end 500 kHz. Alligevel opvejer fordelene ulemperne og konstruktionen af et lavpasfilter skåret til det aktuelle behov er nemt at fremstille.

PA-trinnet består af følgende grunddele

• Et 50 Ω indgangsdæmpeled.
• Selve powermodulet.
• DC forsyning og med biaskredsløb og behørig HF-afkoblinger.
• Et lavpasfilter på udgangen af powermodulet.
• En HF-detektor til indikering af udgangseffekten på et voltmeter.

Dæmpeledet på indgangen (R1-3) kan være nødvendigt at bruge hvis styreeffekten er for høj. På udgangen er monteret et elliptisk lavpasfilter (C12-16, L3-4) hvis første dyk er designet til at være på den anden-harmoniske omkring 140 MHz og andet dyk på 210 MHz svarende til den tredje-harmoniske.

På R5 indstillet bias-spændingen og derved bias-strømmen i powermodulet.

For at sende med PA-trinnet skal powermodulet "tastes" hvilket kan ske enten ved at tilføre 12 V på "TX12 V In" eller føre "TX GND In" til stel. Hvis du allerede har den føromtalte 70 MHz transverter så er denne forsynet med en udgang kaldet "TX +12 V." Denne udgang kan forbindes direkte til "TX 12 V In."

Der er også mulighed for at måle udgangseffekten, i form af en ukalibreret DC-spænding, hvis komponenterne C17, C18, D3, D4 og VR2 monteres. Men de er ikke nødvendige for at anvende PA-trinet.

Opbygning

Modsat de fleste andre konstruktioner så monteres komponenterne i denne konstruktion direkte på oversiden af printpladen. Eneste undtagelse er selve powermodulet, der monteres på kølepladen.

Inden selve monteringen skal der laves et 3,5 mm hul i den ene ende i hvert af de to kobberbånd, ca. 5 mm inde og midt i. Kobberbåndene fungerer som den primære HF-forbindelse mellem powermodulet og printpladen.

Det første, der skal gøres er at påføre et meget tyndt lag kølepasta under powermodulet. Påfør ikke mere end højest nødvendigt. Det er ikke kølepastaen, der køler, det er kølepladen! Dernæst placeres powermodulet på kølepladen. Hvert af de to kobberbånd lægges med hullerne over på fastspændingshullerne på powermodulet. Dernæst skrues powermodulet med kobberbåndene fast til kølepladen. Stram ikke skruerne for meget da powermodulet derved kan komme til at stå i en bue. Faren er at der kan opstå mekanisk stres og kølingen nedsættes. 0,4-0,6 Nm er det optimale moment.

Derefter placeres printpladen under benene fra powermodulet og printpladen spændes fast. Montér nu alle komponenterne. Rækkefølgen er ikke kritisk.

Hele konstruktionen er designet så den kan være i en hvidblikkasse med målene 74 · 111 · 30 mm³.

Justering

En af fordelene ved at anvende et powermodul er, at der ikke er noget at justere bortset fra bias-spændingen/strømmen. Men har du mulighed for at sweepe lavpasfiltret, inden monteringen af powermodulet, så kan du finjustere de to dyk til at ligge præcist på henholdsvis den anden- og tredje-harmoniske. Alternativt kan du lytte på 140 MHz og 210 MHz med en modtager så kan du bruge denne som tuningsredskab. Det er vigtigt, at dæmpningen på 70 MHz ikke er for stor da den eller vil betyde at powermodulet ser ind i et dårligt standbølgeforhold.

Bias-spændingen kan med fordel indstilles så hvilestrømmen i modulet er 700mA. Hvis PA-trinnet udelukkende skal bruges til FM så er 500 mA passende. Sendes der mest SSB er de 700 mA bedre for lineariteten.

Selve tuningen af lavpasfiltret foregår ved at klemme eller udvide L3 og L4, men gør det kun på en af gangen. På L3 justeres til dykket falder på 210 MHz og tilsvarende for L4 på 140 MHz. Den uundgåelige dæmpning i pasbåndet bliver ikke synderligt påvirket af tuningen af L3 og L4. Skulle dette være tilfældet, så er der noget helt andet galt i konstruktionen. Har du ikke mulighed for at tune filtret på en spektrumanalysator så brug en lille men kendt effekt på 70 MHz og mål den både før og efter lavpasfiltret. For at filtret ikke skal være helt ved siden af bør der maksimalt forsvinde 10% af effekten i filtret.

Tilbage er så at tilpasse R1-3 så powermodulet ikke bliver overstyret. Har du bygget en transverter efter ref. 2, så er det en god ide at montere et 10 dB dæmpeled. Har du en anden styreeffekt så kan nedenstående tabel hjælpe på vej. Vær dog opmærksom på, at ved styreeffekter over 500 mW bør R1 og R2 ikke være af 0,25/0,4 W klassen.

50 Ω dæmpeled til justering af indgangssignalet.

Signalet på indgangen til powermodulet må aldrig overstige 100 mW.

Målinger

Alle målinger er foretaget ved en drain-spænding (V_DD) på 13,8 V.

Hvilestrøm I_DDQ som funktion af biasspændingen V_GG.

Flere I_DDQ målinger her. Det anbefales af sætte I_DDQ til 700 mA for lineære og blandet modes (SSB, CW og FM) og hvis udelukkende til FM brug til 500 mA.

Udgangseffekten (P_Out) og drainstrøm (I_DD) som funktion af indgangseffekten (P_In). De fuldt optrukne linier er udgangseffekten. De røde linier for I_DDQ = 1,5 A og blå er for I_DDQ = 500 mA.

Som den ovenstående figur viser så er effektiviteten lav til sammenligning med et PA-trin, der er lavet med en transistor. Dette er meget normalt for et power modul. Det betyder at kølepladen skal være af samme størrelse som en normalt transistor-PA på 100 W og ikke som om det var 25 W.

Lavpasfiltrets karakteristik.

Spurius ud af et ufiltreret powermodul, ved en hvilestrøm I_DDQ = 1,5 A og P_Out = 25 W.

Hele PA-trinets spurius, ved 25 W og en hvilestrøm I_DDQ = 1,5 A og P_Out = 25 W.

Intermodulation ved en hvilestrøm I_DDQ = 500 mA og en udgangseffekt P_Out = 25 W PEP. Tredie-ordens IMD er dæmpet 24 dB.

Intermodulation ved en hvilestrøm I_DDQ = 1,5 A og P_Out = 25 W PEP.  Tredie-ordens IMD er dæmpet 29 dB.

Intermodulation ved en hvilestrøm I_DDQ = 1,5 A og P_Out = 33 W PEP.  Tredie-ordens IMD er dæmpet 26 dB.

Stykliste

Hvis du har købt et byggesæt så se en pakkeliste her:: "Komponenter til 70 MHz 25 W Power Amplifier"

Modstande

Alle modstande er 0,25/0,40 W metalfilm.

Kondensatorer

Alle kondensatorer er keramiske 1 modul, 2,54 mm, hvis ikke andet er angivet.

Halvledere

Spoler

Blandet

Afslutning

Er du en af dem, som allerede har bygget en 70 MHz transverter så er dette PA-trin en naturlig udvidelse.

Appendix

Udvalgte dBm-værdier omregnet til Watt.

Referencer

1. Mitsubishi RF Power Module, RA30H0608M datablad.
2. 70 MHz transverter af OZ2M og OZ7IS, baseret på OE9PMJs 50 MHz transverter, OZ december 2004.
3. www.rudius.net/oz2m/70mhz
4. www.oz7igy.dk

Dokumentation mv.

Rettelser til OZ

78L05 vender forkert på komponentplaceringen og der er godt og grundigt rod i komponentnavnene. Så brug informationen her når du efterbygger PAet.

Bo, OZ2M, www.rudius.net/oz2m