|
Už jsem byl několikrát upozorněn, že to, co v našem HW koutku napíšu, jsou věci obecně známé. Ano, jenže některé detaily jsem si musel vyzkoušet v praktickém radioamatérském provozu tak říkajíc "na sobě" a tyhle (většinou negativní) zkušenosti by mohly být někomu k užitku, aby neopakoval stejné chyby. Proto se k těmto popisům stavím tak, že i když někdy (často) opakuji stokrát známé pravdy, považuji je za součást svých radioamatérských konstrukčních pokusů podobně, jako je (nebo by mělo být) vnímáno poslání QSL jako součást DX QSO. Pokud však moje informace považujete za zbytečné, protože ty věci přece znáte lépe, nečtěte to prosím dál. Vyhnete se tak zbytečným informacím, kterých dnes po internetu kolují tuny... Ale k věci: v reportu z posledních dvou závodů (1,2) jsem slíbil, že o našem dalším polovodičovém 70cm PA napíšu pár slov. Není to nový PA, jen předělaný UHF TV PA. Dovolte tedy pár slov na toto téma: trochu jsem se kdysi v radiokomunikačním oboru TV vysílačů pohyboval a tak si dovolím tvrdit, že polovodičové výkonové VF zesilovače různých výrobců, použité k vysílání analogové TV v UHF pásmech jsou ve skutečnosti velmi podobné. A proto - i když následující povídání je zaměřeno na přestavbu jednoho konkrétního PA modulu, jsou tyto zkušenosti použitelné i při přestavbě jiných UHF PA modulů pro radioamatérské aplikace v pásmu 70cm. Proč? Zatímco v 70 a 80 letech 20.století byly UHF TV vysílače především elektronkové a používaly klystrony, triody i tetrody - zpočátku s odděleným FM PA pro zvukové nosné, později i pro společné výkonové zesílení analogového obrazu i zvuku, s nástupem komerčního TV vysílání a s potřebou pokrytí menších oblastní lokálními vysílači došlo na přelomu 80 a 90 let ke konverzi velkých základních TV vysílačů na používání tranzistorových PA modulů, které byly sdružovány z jednotlivých modulů o výkonu cca 100 až 200W na sumární výkon několika kW. V 90.létech se k tomu to účelu pochopitelně používaly především bipolární tranzistory, optimalizované z hlediska co nejnižších intermodulací. LDMOS výkonové tranzistory se v těchto TV vysílačích objevují až na přelomu století. Ukončení provozu analogového pozemského TV vysílání (a přechod na DVB-T a DTT obecně) v Evropě, USA, Kanadě, Austrálii i jiných vyspělých státech vedlo k situaci, že tyto původně analogové TV PA moduly se dostaly mezi radioamatéry za zlomek pořizovacích cen. To samozřejmě přineslo zájem o jejich použití v aplikacích jako je EME provoz, ale také pozemní contestový provoz. Najděte si na webu třeba články F5DQK o konverzi UHF TV PA firmy SAGEM, ale i dalších. Ovšem zdaleka ne všechny tyto pokusy o konverzi UHF TV PA byly úspěšné a proto dosud jsou mezi radioamatéry poměrně široce používány elektronkové PA. Ty ovšem mají jednu nevýhodu: nehodí se pro digitální EME provoz v modu FSK, protože anodové obvody těchto PA (s výjimkou těch elektronkových PA s kapalinovým chlazením) mají sklon k přehřívání, což vede k rozladění anodových obvodů, snížení účinnosti, dalšímu zvýšení teploty a v nejednom případě až k destrukci elektronky a PA. Nikoli v poslední řadě to souvisí s tím, že provoz CW je nesprávně vnímán radioamatéry jako provoz telegrafní, ačkoli jde o provoz s trvalou nosnou, kdy jsou obvody PA vystaveny trvale vysoké výkonové ztrátě. A právě řešením tepelných problémů při provozu FSK (WSJT EME) jsou polovodičové PA. V radioamatérské praxi se tak se zpožděním cca 25 let opakuje požadavek, který již předtím vedl k náhradě velkých elektronkových UHF TV PA tranzistorovými. Tranzistory lze totiž přímo přišroubovat na chladič, který má nulový napěťový potenciál a ten formovat víceméně dle libosti, a to včetně vodního chlazení. Tepelná kapacita takových chladičů je velká, obvody polovodičových PA jsou na nízkých impedancích a tedy obvykle dosti širokopásmové, takže neexistuje problém rozlaďování a tepelného driftu účinnosti. Nevýhodou polovodičových PA ovšem je, že výkonové tranzistory musí pracovat při mnohem menší provozní teplotě (teplota aktivního prvku), než je tomu u elektronek a to vede k problému tepelného odporu mezi chladiče a chladicím médiem (kterým je obvykle vzduch) protože teplotní gradient (spád) mezi chladičem a teplotou chladicího média je řádově menší. To se často podceňuje a vede to mezi radioamatéry k negativní pověsti polovodičových PA, jejichž životnost je údajně nižší, než v případě PA s elektronkami. Tak to u amatérských konstrukcí skutečně může být, pokud nejsou výkonové zesilovače dostatečně chlazené - a často to souvisí rovněž s tím, že přehřáté tranzistory jsou oproti elektronkám méně odolné v případě nepřizpůsobení (což přináší problém zejména u miniaturizovaných PA na KV pásmech). Jestliže tedy chcete používat polovodičové PA - a zejména to platí pro radioamatéry, kteří jsou konstruktéry takových výkonových zesilovačů, je třeba si zapamatovat jednu starou moudrost: "se zvýšením teploty polovodičového přechodu o 10°C klesne jeho spolehlivost 100x". Polovodičové VF výkonové prvky je tedy třeba především dobře:
A k tomu pochopitelně přistupuje související požadavek: teplotu polovodičových prvků je třeba v provozu pečlivě monitorovat a v případě příliš vysoké teploty je nutno provoz PA s pomocí obvodů automatické ochrany neprodleně zastavit, aby nedošlo k poškození polovodičových modulů! Stejný požadavek platí pro monitorování odraženého výkonu, který se vrací od zátěže zpět do výkonových zesilovačů! A nejde jen o nepřizpůsobení antény, ale třeba také o náhlou poruchu v některém z konektorů, či v koaxiálním relé a koneckonců také o vhodný návrh výkonových sdružovačů, které sumarizují výkon z jednotlivých PA modulů do společného výstupu. S tím souvisí i monitoring vyvážení polovodičového PA - tedy aby jednotlivé PA moduly dodávaly stejný výkon a nedocházelo k přehřívání některého z nich. Ostatní typy ochran jsou už doplňkové a pokud nejsou obsaženy přímo v nějakém chytrém spínaném zdroji, tak smysl má snad jen nadproudová ochrana pro jednotlivé výkonové moduly. Nikoli pouze jako ochrana proti přetížení, ale také jako ochrana proti zkratu. V takovém tranzistorovém PA pracujeme s napětím desítek voltů a desítek ampér a bylo by nešťastné, pokud by někde v takovém PA došlo k destrukční poruše a ve výkonovém tranzistoru došlo k zahoření elektrického oblouku. Takové tranzistory stále používají podložky z beryliové keramiky a v případě, že je tento materiál rozprášen do okolí, je velice toxický. Napájecí obvody musí být tedy řešeny nejen tak, aby nedopustily překročení povolených proudů, ale také tak, aby v případě zkratu se zdroj zablokoval, nebo alespoň někde něco shořelo dříve, než budeme mít z polovodičového PA svářečku... Jaké tranzistory? Jak je uvedeno výše, v UHF TV PA z 90. let se setkáme většinou s výkonovými moduly, osazenými bipolárními tranzistory. Nečiním si nárok na zobecnění, ale LDMOS tranzistory najdete v TV PA vyrobených až na přelomu století, alespoň soudě na základě toho, co jsem viděl u výrobců této technologie (např Rohde Schwarz, Motorola, NEC, Telefunken, italští výrobci, SAGEM, Ericsson a česká Tesla). Většinou jde o tranzistory TPV8100, BLV861, BLV862 a teprve později LDMOSy BLF861A, 2SK2396A apod. Viz několik obrázků zde: 1, 2, 3, 4, 5, 6. Z toho, co jsem viděl, jsou asi nejrozšířenější TPV8100B a BLV861 (jsou to omezené ekvivalenty). Výhodou těchto PA je modulová koncepce, kdy lze jednotlivé PA moduly z celého PA vymontovat, nahradit, opravit (a pro naše potřeby upravit). Součástí těchto modulů jsou i obvody předpětí, které jsou zejména u bipolárních tranzistorů velice důležité, pokud je potřebujeme udržet v lineární oblasti (ostatně viz obvod zde). Naštěstí jsou tyto PA moduly navrženy pro přenos analogové TV se společným zesílením obrazu i zvuku, takže jejich intermodulační produkty 3.řádu musí být velmi dobře potlačeny - a tomu odpovídá i použitý zdroj předpětí, který obvykle není nutné zásadně modifikovat. S jakým výkonem se dá počítat? Je logické, že radioamatérský konstruktér se domnívá, že PA (modul) je schopen dát větší výkon, než který udává výrobce pro TV provoz - m.j. zejména proto, že požadavek na potlačení intermodulací pro radioamatérské použití zdaleka není tak tvrdý jako pro analogovou TV - ale problém je zakopán jinde: z hlediska modulace je analogová TV s negativní modulací a potlačenou nosnou z výkonového pohledu vlastně impulsní modulací, neboť plného výkonu dosahuje pouze v řádkovém synchronizačním impulsu, zatímco v době činného běhu (přenos jasové složky obrazu) je výkon zhruba poloviční (podle okamžitého jasu). PA tedy vlastně běží v jakémsi impulsním provozu, kdy jen zhruba po 1/10 času dává maximální výkon, zatímco v 90% času je výkon maximálně 70% (černý obraz). A tomuto režimu odpovídá konstrukce TV PA a jeho chlazení. Pokud bychom mu beze změny konstrukce "naložili" 100% zatížení, pravděpodobně bude čip tranzistoru přehřátý a tranzistor to dlouho nepřežije... Je proto nutno ověřit, zda chlazení UHF TV PA a jednotlivých tranzistorů je v radioamatérském provozu dostatečné a tomu přizpůsobit svou vizi, kolik budeme z takového PA chtít "tahat" CW signálu... Je třeba říci, že v praxi to bude spíše méně, než je hodnota PEP při TV provozu, protože chlazení tranzistoru neurčuje jen chladič, ale (a to především) tepelný přechod (tepelný odpor) mezi čipem tranzistoru a chladičem! Jinak řečeno: limitní výkon pro polovodičové PA, které prošly konverzí z UHF TV PA na radioamatérské použití v pásmu 70cm není dán potlačením intermodulačních produktů, ale chlazením. U tranzistoru TPV8100B je tepelný odpor mezi čipem a dosedací plochou tranzistoru cca 0,8°C/W a povolená teplota čipu max.200°C. Chceme-li však s určitou rezervou dosáhnout spolehlivého provozu, neměli bychom počítat s teplotou čipu vyšší, než 150°C (zejména pro CW provoz). Při výkonu tranzistoru 100W a 50% účinnosti je tedy třeba z čipu odvést 100W tepelného výkonu a to nám na tepelném odporu uvnitř pouzdra tranzistoru vyvolá tepelný spád 80°C. Teplota pouzdra tranzistoru tedy dosáhne 70°C. Další tepelný odpor je mezi dosedací ploškou tranzistoru a chladičem. Podle údajů katalogového listu BLV861 (stejné pouzdro) je to 0,2°C/W, tedy spád dalších 20°C. Jinak řečeno, teplota chladiče v těsné blízkosti tranzistoru by měla být cca 50°C. Tím jsme ovšem ještě neskončili. Výrobci u výkonových tranzistorů udávají omezení povolené výkonové ztráty při vyšší teplotě čipu. U uvedeného tranzistoru si v datasheetu přečteme údaj 1,25W/°C - tedy původní maximální ztrátový výkon při 25°C (215W) je při teplotě pouzdra 70°C nutno snížit na hodnotu: 215 - (70-25)*1,25= 158W. Naštěstí ve výše uvedeném zapojení budeme z čipu v provozu odvádět "pouze" cca 100W, takže se do limitu 158W vejdeme. Lze tedy pokročit dál: nyní je třeba se podívat do katalogu výrobce chladiče, jaký je tepelný odpor chladiče, který chceme použít, přičemž počítejme s teplotou chladicího vzduchu cca 30°C. Neznáme-li tuto hodnotu, lze ji změřit, nebo alespoň jednoduše ověřit, zda daný chladič vyhoví Vašim záměrům. Lze to udělat tak, že do místa tranzistorů přišroubujete 100W zakončovací odpory 50R a pustíte do nich (100V a 2A) výkon 100W (pro výše uvedenou konfiguraci s tranzistory TPV8100B) a počkáte, až se teplota chladiče ustálí. Samozřejmě chladič by měl být ofukován minimálně stejně, jako v provozu PA. Jaký bude výsledek? Bude teplota chladiče nižší, nebo vyšší, než výše uvedených 50°C? Pokud bude vyšší, chladič je nedostatečný... Tolik nejprimitivnější test existujícího chladiče. Co ale když vhodný chladič nemáme? Zkušenost je taková, že pro tento účel jsou vhodné chladiče s dlouhými úzkými žebry - například 4 a více cm dlouhé a jen cca 1 až 2mm silné - tedy chladiče určené pro chlazení nuceným ofukováním. Prohlédněte si například katalog firmy Fischer z DL. Při návrhu mechanické konstrukce je pochopitelně třeba myslet na to, kolik výkonových modulů a tranzistorů na chladiči bude a při testování je nahradit všechny zdroji příslušného tepelného výkonu, nebo chladič pro účel testu oříznout na velikost, odpovídající jen jednomu zesilovacímu modulu... Omezujícím faktorem pro volbu chladiče je navíc otázka typu proudění vzduchu přes chladiče PA. Experti (mezi které se nepočítám) píšou, že lepší chlazení lze dosáhnout při laminárním, než turbulentním proudění vzduchu mezi žebry chladiče. Tím si můžeme položit otázku, čím foukat. Originální UHF TV PA jsou obvykle chlazeny turbínou a to několik PA modulů současně. Protože stojany TV vysílače a vzduchotechniku nemáme, musíme vystačit s tím, co je reálné opatřit. Obyčejné stejnosměrné axiální ventilátory jsou jistě dobře dostupné ve všech velikostech, ale pokud nejde o speciální typy, určené pro vysoké výkony (ty jsou ale hlučné a drahé), nedávají dostatečný tlak pro "profouknutí" celé délky chladicích žeber. Pokud totiž mají foukat do prostoru, kde je nějaký aerodynamický tlak, začnou se na jejich lopatkách trhat proudnice a jejich účinnost rychle klesá. Lepší, než pořízení výkonných a hlučných ventilátorů je mít druhý levný axiální ventilátor na obou stranách chladicích žeber. Při sání (na výstupu chladiče) se omezuje turbulentní proudění a vstupní ventilátor, který vzduch tlačí, jej dodává do prostoru, kde je podtlak a chlazení je tak mnohem účinnější. Příkladem byl i můj předchozí 70cm PA a jeho pozdější (zatím nedokončená) kW 23cm varianta. Dalším důležitým faktorem pro výběr chladiče je jeho materiál. Tepelná vodivost hliníku je omezená, mnohem lepší (ale také dražší a těžší) je měděný chladič. Jenže já jsem chtěl vytvořit přenosný PA.. Proto byl hliník jedinou volbou. Prosté zvětšování hliníkového chladiče je neefektivní - důležitější je tloušťka jeho základny, která by měla být minimálně 10 až 15mm - čím více tím lépe. A výkonový tranzistor (tranzistory TV modulu) by měly být umístěny na separátní kovové podložce s dobrou tepelnou vodivostí, nejlépe měděné - to je ten "rozptylovač" tepla (angl. spreader), který napomáhá nevalné tepelné vodivosti hliníkového chladiče. Já jsem měl u rekonstrukce TV PA Telefunken štěstí - viz níže - a chladič původního PA byl zcela dostatečný. Jenže: to jsou obecné řeči, plynoucí z teorie a teprve praxe ukáže, zda jsme teoreticky něco nezanedbali. Vraťme se tedy k výše uvedenému doporučení, věnovanému otázce, jak otestovat chladicí schopnost stávajícího chladiče, který máme k dispozici: nepochybně totiž dojdete k závěru, že doporučené testování existujícího chladiče je s ohledem na výše uvedené podmínky CW provozu provedeno špatně a máte do jisté míry pravdu. Při EME provozu (WSJT) by měl PA přece vydržet cyklus "jen" 40 sekund vysílání, 60 sekund příjem a nikoli "key down" provoz. Střída plného výkonu tedy při EME není 100%, ale pouze 40% - jenže: přiznejte se sami, opravdu na 100% zaručíte, že teplota chladicího vzduchu bude při praktickém používání PA stejná, nebo nižší, než při testu? Zaručíte, že operátor vždy ten PA po 40 sekundách odklíčuje? Zaručíte, že rozdělení výkonu mezi jednotlivé tranzistory je vždy perfektní? Asi ne, že. Takže šetřit na chlazení se opravdu nevyplatí! Doporučuji proto návrh PA pro "key down" provoz! Ostatně: jak již bylo řečeno výše, tranzistory jsou umístěny na chladiči nikoli přímo, ale v rámci nějakého zesilovacího modulu. A ten má také své tepelné charakteristiky. A ne vždy podložky pod tranzistory UHF TV PA jsou měděné... Řada TV vysílačů, používající tranzistory TPV8100B, je sestavena z modulů Motorola RFA8180B mají hliníkové podložky. U jiných UHF TVPA modulů to bude odpovídat použitým materiálům a tranzistorům, ale v principu to bude podobné. Takže každá rezerva se hodí! Ale existují i další pasti: tepelný odpor mezi dosedací plochou tranzistoru a kovovým rozptylovačem tepla (spreader), který vlastně tvoří mechanickou podložku zesilovacího modulu. V případě TV PA Telefunken (SV 5379) jsme totiž narazili na problém v tom, že tranzistory byly do těla zesilovacího modulu namontovány zcela "suché", tedy bez "podmáznutí" teplovodivou silikonovou pastou a tomu odpovídal i vyšší tepelný odpor. Bylo nutno tedy tranzistory opatrně odpájet a na dosedací plošku nanést kapku teplovodivé pasty. Jenže pozor - ne všechny teplovodivé pasty jsou stejné a zde je nutno tepelný výkon 100W přenést přes plošku cca 1cm2 se zanedbatelnými ztrátami. Byla tedy použita pasta Grizzly a aby se navíc zabránilo nahromadění zbytečně silné vrstvy (pro dosažení co nejnižšího tepelného odporu je třeba použít co nejtenčí vrstvy, která pouze vyplňuje škrábance a zbytky po nerovnostech tranzistoru i dosedací plošky), rozmíchal jsem tedy teplovodivou pastu nitroředidlem a na dosedací plošku nanesl skutečně jen kapku na konci šroubováku. V tomto případě totiž platí: čím méně, tím více! Uvedená doporučení samozřejmě platí obecně pro konstrukci jakéhokoli výkonového VF zesilovače, tedy i pro moderní LDMOS tranzistory, které jsou schopné odevzdávat kW výkony (a proto se na měděnou podložku obvykle musí přímo připájet), nicméně tento článeček se věnuje přestavbě UHF TV PA pro radioamatérské použití a tak se vracím k tomuto tematu. Pokud chcete mít spolehlivé zařízení, které Vás v provozu nezklame, potom by všechny použité komponenty měly pracovat v rámci svých povolených hodnot. Nesnažte se u svých domácích zařízení napodobovat jiné komerční konstruktéry! Po těchto úvahách jsem se vrátil do praktické práce. Před několika lety jsme koupili od PA3CMC 2ks již zmíněných 1kW UHF TV Telefunken a chlapci z klubu už na mě velice tlačili, kdy s tím železářstvím něco udělám. Dlouho jsem rozvažoval, zda PA pouze zprovoznit - podobně jako například PE1RDP:
Jenže my ten PA chceme používat pro VKV contesty a to znamená PA převážet stovky km na každý závod. Takže mechanická konstrukce musí být přenosná, dostatečně robustní a především skladná, což původní modul rozhodně nesplňoval. A tak, i když to znamenalo mnohem více práce, rozhodl jsem se nakonec celou mechanickou konstrukci kompletně předělat. Původní kW TV PA obsahoval sedm 180W polovodičových jednotek (6 bylo sdružených do jednoho výstupu a sedmá byla budičem pro uvedených 6). Když jsem změřil parametry chladiče, vyšlo mi, že uchladí nejen jeden kW PA, ale dokonce dva takové výkonové zesilovače. A pokud bude dostatečně ofukován a doba zaklíčování na CW TX nepřekročí 3 minuty, mohu si dovolit použít chladič z původního TV PA Telefunken jako chladič oboustranný, tedy namontovat PA moduly na něj z obou stran. Jenže délka toho chladiče byla přes 60cm (chladič je složen z hliníkových lamel, stažený závitovými tyčemi M6 a ofrézovaný do roviny), takže jsem ho rozebral a zkrátil, aby se i s bočnicemi budoucího PA vešel do standardní šířky 19 palců, jako naše ostatní PA:
Na tuto šířku se na chladič vejde (z obou stran) celkem 10 výkonových modulů RFA8180b (z UHF TV PA Telefunken). Tyto moduly jsou schopné dávat 180W CW (každý), takže jsem zvolil konfiguraci dvojitého PA (dva separátní PA v jedné bedně s jedním společným budičem), přičemž každá strana chladiče ponese 4 "koncové" zesilovače sloučené do jednoho výstupu - výkon každé poloviny dvojitého PA by tedy měl být max 720W - a jednoho budicího modulu. Elektricky tedy bude sloučení 4 modulů v každé polovině PA vypadat takto:
Pro zapojení děličů a sdružovačů bylo použito klasické zapojení 90° "branch line coupleru" se 4 porty, kde jeden port je připojen na zakončovací odpor. Toto zapojení má oproti často používanému "Wilkinsonu" jednu výhodu: v případě výpadku jednoho zesilovacího modulu z dvojice se polovina výkonu "zdravého" PA ztrácí v zakončovacím odporu, který lze monitorovat (velikost VF napětí na zakončovacím odporu) a generovat povel k alarmu, či přímo odstavení PA, aby nedošlo k poškození ostatních obvodů. A tento zakončovací odpor lze navíc umístit kamkoli ve skříni PA a VF signál k němu dovést kabelem. Děliče i sdružovače jsou sestavené z lambda/4 úseků teflonových koaxiálních kabelů o impedancích 50 a 35 Ohmů s vnějším průměrem (přes stínění) cca 4,1mm. Tyto kabely jsou schopné na daném kmitočtu trvale přenášet výkon až 400W, což v tomto případě vyhovuje. Nicméně - aby kabely přece jen nebyly příliš horké, byly připájeny na nosný a zároveň chladící plech, který je v konstrukci PA z druhé strany ofukován chladicím vzduchem. Obrázek:
Teflonové koaxiální kabely o průměru cca 4,1mm v děliči jsou dlouhé 120mm (u kabelu 35Ω) a 122mm (u kabelu 50Ω) mezi konci stínění a vnitřní vodič přesahuje stínění cca o 1,5mm. 35-ti ohmový koaxiální kabel lze koupit například tady. Děliče a slučovače je nutno zapojit správně, aby se signály fázově sčítaly a nikoli odčítaly. Zapojení na tomto obrázku má chybu. Správné zapojení je na schematu, uvedeném výše. Pokud zanedbáme fázový posun jednotlivých zesilovacích modulů (předpoklad je, že u všech modulů by měl být stejný), měl by být fázový posun po každé signálové cestě 540°. Zkontrolujte si to. Více detailů najdete na obrázcích, uvedených dole. Tolik ke chlazení PA a s tím související základní mechanické konstrukci. Pojďme se nyní podívat na samotné zesilovací moduly. V UHF TV PA Telefunken, který byl předělán na 70cm, byly použity výkonové moduly Motorola RFA8180B, osazené tranzistory TPV 8100B, označených jako A8180. Toto označení evokuje, že by mohlo jít o nějakou zlepšenou konstrukci tranzistoru, která je schopná dávat větší výkon? Nevím. Důležitější je, že toto zkrácené označení je doplněno dalším písmenem, které, jak bylo vypozorováno, má souvislost se ziskem tranzistoru. Proto by v každém modulu měly být osazeny tranzistory se stejným písmenem. V UHF TV PA, které jsem měl k dispozici, byly tranzistory označené písmeny K až R.
Při testování těchto modulů (celkem 14ks) bylo zkonstatováno, že na 432MHz je zisk modulu jen okolo 8 až 9dB, nicméně energetická účinnost je dobrá a zakončovací odpor sdružovače obou polovin PA zůstává studený. Vyvážení obou polovin modulu pomocí oktávových Lambda/4 sdružovačů (pravděpodobně od této společnosti) je dobré, a na výstupu tranzistorů není nutné dělat žádné změny. Na vstupní straně tranzistorů se dosáhne většího zisku (zesilovací modul se tak přeladí kmitočtově dolů) zařazení dodatečného keramického kondenzátoru 12pF (NP0) mezi báze obou tranzistorů. Tím se zisk modulu dostane na požadovaných cca 10,3 až 10,8dB. Pokud by se vám nepodařilo dosáhnout tohoto zisku (a všechny 4 moduly, které budou sloučeny do 0,5dB zisku) zkuste namísto kondenzátoru 12pF (zejména u tranzistorů s písmenným označením menším, než M), použít kondenzátor 15pF. Schema zapojení tohoto modulu včetně úprav pro použití v pásmu 70cm je zde:
Popis signálové cesty: vzhledem k tomu, že 70cm PA je "dvojitý" (twin) má společné buzení. V souladu s naším "standardem" pro buzení, popsaným zde je na vstupu PA odbočnice (coupler) s vazebním útlumem cca 13 až 20dB (podle nastavení trimru). Následuje dvoustupňový zesilovač (použil jsem budič z UHF TV PA NEC) který při buzení cca 50mW dává na výstupu cca 15W výkonu. Za ním následuje 90° "branchline" dělič 1 na 2 s výstupy pro PA1 a PA2. Budicí kabely jsou stejně dlouhé, aby v případě potřeby bylo možné dvojitý PA použít jako jeden PA s výkonem až 1400W (pomocí externího 90° sdružovače). V signálové cestě (budu popisovat už jen jeden PA, druhý je identický) následuje budič s jedním UHF TV modulem (je to ten "pátý" modul uprostřed mezi 4 "koncovými" moduly - viz obrázky). Ten dává na výstupu cca 65W max. Tento výkon je dělen 4 na výkon 4 x 15W, kterým jsou buzeny 4 výkonové moduly. Ty mají na svém výstupu sdružovač 4 na 1 a za tímto sdružovačem je k dispozici výkon cca 720W max. Následuje směrová odbočnice pro měření výkonu a přizpůsobení antény a nakonec anténní relé CZX3500 od fy Tohtsu. Poznámka: toto relé s N konektory vypadá sice velmi dobře, ale pro přepínání výkonů na 70cm okolo 800W se příliš nehodí - dochází občas teplem přechodového odporu na VF kontaktech k povolení pájené zlacené kontaktní trubičky na výstupním konektoru a ta může z kontaktu "vylézt" a způsobit v relé zkrat. Proto pozor na toto relé na 70 a 23cm, pokud s ním chcete přepínat výkony větší, než 600W! Protože svět není ideální, použité děliče a sdružovače mají mezi sebou tolerance v útlumu jednotlivých cest (1->4 a 4->1) cca do 0,5 dB a jednotlivé moduly tedy nejsou ideálně vyvážené - ostatně i samotné PA moduly mají podobné tolerance zisku - přiřazoval jsem ke vstupu sdružovače s větším útlumem vždy modul s větším ziskem, aby uvedenou ztrátu do jisté míry kompenzoval. Výsledek je plně vyhovující. PA s teoretickým výkonem je schopen při napájení 28V (naprázdno 28,9V - napájecí vodiče a snímací odpory pro měření proudu prostě nějaký ten úbytek mají) dát výkon 750W při 1dB kompresi a odstupu intermodulačních produktů IMD3 přes 35dB. Jistě se také zeptáte, jak řešit napájecí zdroj: k TV PA byl k dispozici třífázový 3kW (30V a 100A) spínaný zdroj. Ovšem ten byl vzhledem k době své výroby těžký a objemný. A protože my své zařízení na závody vozíme autem, dal jsem přednost osvědčeným moderním spínaným zdrojům Meanwell. Popis napájecích a ovládacích obvodů: Dvojitý PA je napájen z externího 19-ti palcového zdroje (viz obrázky), který obsahuje dva zdroje Meanwell RSP2000 (24V/80A). Zdroje jsou nastavené na výstupní napětí cca 28,8V (na maximum). V praxi je z těchto zdrojů odebírán proud max. 70A, takže zdroje jsou provozovány v bezpečné oblasti. V PA lze zvlášť zapnout, či vypnout jednu, nebo obě PA "poloviny". V každém případě však obě koaxiální relé přepínají současně (PA má jediný sekvencer), aby v případě multibeamingu nedošlo k poškození LNA. Každý PA má ručkový měřič výstupního výkonu opatřený obvody PEP wattmetru, monitoruje se teplota chladiče i některých zesilovacích modulů a podle teploty jsou řízeny otáčky ventilátorů a případně je tak vyhlašován poplach, nebo stav nouze (ten má za výsledek odstavení PTT pro PA moduly) v případě přehřátí. PA je vybaven monitoringem proudu všech 4 "koncových" výkonových modulů se znázorněním okamžitého proudu na LED bargrafech na panelu. PA také obsahuje reflektometrickou ochranu a monitoring případného rozvážení fázového sloučení jednotlivých PA modulů, jejichž výkon je sdružen do jednoho výstupu. Monitoring PA je vybaven jednoduchými obvody zobrazení dvoustavových veličin monitorovaných hodnot (poplach, nebo stav nouze), které je indikováno LED diodami shora a malou sirénkou, která hlásí operátorovi případný problém. V případě, že je PA dočasně odstaven (zablokováním PTT výkonových modulů) a problém již nepřetrvává, je po cca 30 sekundách opět automaticky uveden do provozu. Výše uvedené ochranné obvody jsou zcela jednoduché a jejich zapojení je triviální, takže není nutné programovat žádné mikropočítače a také oživení a případné odstranění poruch je jednoduché. Tolik k popisu PA. A teď závěrem obrázky, protože často je efektivnější jednou vidět, než desetkrát číst... Pokud se do stavby takového polovodičového PA pustíte, přeji Vám hodně uspokojení z jeho funkce! 73 de OK1VPZ
PS: thanks OK1DIX and OK1TEH for help with translantion of my poor English. Thanks Dirk ON5GS and his friend for data of old Telefunken PA.
|
