Un diseño para una antena de VHF 40W banda ancha amplificador de potencia de RF para la difusión de FM

Introducción

Lo que este diseño es para

Para aumentar la potencia de salida de los excitadores de banda de transmisión de FM de baja potencia, varios de estos están disponibles comercialmente, tanto en kits como listos para usar. Ver Cómo ser una estación de radio comunitaria para los enlaces a los comentarios de algunos de los excitadores más populares.

¿Quién es este diseño para?

• Aquellos que están familiarizados con la electrónica de RF y técnicas constructivas mecánicas
• Aquellos que ya han construido y probado con éxito amplificadores de potencia VHF (> 10W)

Para referencia, véase Introducción a la Comunidad de Estaciones Electrónica

Se requerirá que el siguiente equipo de prueba para sintonizar el amplificador:

• Estabilizado poder limitado suministro de corriente (+ 28V, 3A)
• Multímetro, con 3A o mayor rango actual
• VHF 50W Carga ficticia
• Medidor de potencia de RF
• excitador FM, con aprox. 26 - dBm de potencia de salida 27
• Analizador de espectro de radiofrecuencia
• RF Analizador de Red o un analizador de espectro con generador de tracking
• poder atenuador de RF

Este diseño es NO Adecuado para principiantes y novatos en RF VHF. Estas personas corren los siguientes riesgos:

• Las quemaduras térmicas y RF
• Electrocución
• La destrucción de los componentes de RF caros y equipos de prueba
• No deseada de radiación RF espurias, lo que resulta en interferencia con otros usuarios del espectro electromagnético, poniendo en riesgo la visita de estado, y el consiguiente riesgo de confiscación de equipos, multas, y posiblemente prisión.
• Una gran cantidad de estrés y frustración.

¿Por qué este diseño es necesario

Creo que la calidad de la gran mayoría de los esquemas y diseños de equipos de transmisión de FM disponibles en Internet dista mucho de ser satisfactoria. Mira mi asesoramiento sobre la construcción de los planes en la web. En particular, la información disponible sobre los amplificadores de potencia de RF VHF es aún más desesperada, por ejemplo, los diseños que utilizan dinosaurios de dispositivos como el TP9380. Este diseño se basa en un nuevo dispositivo MOSFET, con las ventajas consiguientes de

• alta ganancia
• alta eficiencia
• facilidad de sintonización

Dado que la mayoría de los diseños en la web tienen más de 10 años, el uso de un dispositivo introducido recientemente debería maximizar la vida útil del diseño. También utilizo este diseño como un vehículo para demostrar la cantidad de información requerida para que un tercero no equipado con habilidades de lectura mental construya con éxito este amplificador. El punto es este: si una persona tiene las habilidades y la experiencia suficientes para construir algo a partir de escasa información de diseño, por ejemplo, solo un esquema, es igual de capaz de hacerlo a partir de ninguna información. Por el contrario, una persona que no tenga ese nivel de habilidad y experiencia requerirá instrucciones detalladas para tener éxito.

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Procedimiento de diseño

El diseño del amplificador se basa en la recientemente introducida (1998) Motorola MRF171A MOSFET (Ficha de datos de MRF171A in (PDF) formato).No confunda esto con el ahora suspendido, dispositivo antiguo, MRF171.  Enero 2002 - Motorola cambia su cartera de productos dispositivo de potencia de RF más oftern que algunas personas cambian sus partes inferiores. Parece que Motorola han descargado este dispositivo a M / A-Com.

Simulación por ordenador

La viabilidad inicial se realizó utilizando un paquete de simulación de microondas y RF lineal, específicamente Supercompact. La versión utilizada fue 6.0, que, francamente, considero una pieza de software pobre y no la recomiendo en absoluto. Para este dispositivo, Motorola proporciona parámetros S e impedancias de extremo único de señal grande. Los parámetros S se miden a 0.5 A de corriente de drenaje en reposo, lo que representa un paso adelante en la caracterización del dispositivo, ya que tradicionalmente los parámetros S tendían a medirse a corrientes de drenaje bastante bajas. Si bien esto es satisfactorio para los dispositivos de señal pequeña, el uso de parámetros S medidos a corrientes de drenaje pequeñas está limitado para el diseño de amplificadores de potencia. 

Si bien la información del parámetro S medida a 0.5 A podría haber proporcionado un punto de partida de diseño útil, elijo basar el diseño en las impedancias de señal grande de un solo extremo. Estos los mide el fabricante del dispositivo ajustando el dispositivo para obtener el mejor rendimiento en cada frecuencia de prueba en un dispositivo de prueba genérico. A continuación, se retira el dispositivo de prueba y se utiliza un analizador de redes vectoriales para medir la impedancia compleja mirando hacia atrás en la red de adaptación, mientras que estos se terminan con 50 R. Este procedimiento se lleva a cabo para las redes de adaptación de entrada y salida. La ventaja de los datos de impedancia de señal grande es que se puede medir a la potencia de salida real que el dispositivo está diseñado para generar y, como tal, son más representativos en un escenario de amplificador de potencia. Tenga en cuenta que las impedancias individuales grandes solo proporcionan información para permitir que se sintetice una red de adaptación de entrada y salida, no proporcionan información sobre la ganancia, la eficiencia, el rendimiento de ruido (si es relevante) o la estabilidad probable del amplificador resultante.

Este es el archivo que se utiliza para sintetizar la red de entrada.

* Mrf171i1.ckt; Nombre de archivo

* bloque de definición de variable, el primer valor es el valor mínimo permitido, * el tercero es el valor máximo permitido, el medio es la variable

C1:? 1PF 30.2596PF 120PF? C2:? 1PF 21.8507PF 120PF? L1:? 1NH 72.7228NH 80NH? C3:? 1PF 179.765PF 180PF? L2:? 1NH 30.4466NH 80NH? BLK; Circuito netlist cap 1 2 c = c1 cap 2 0 c = c2 ind 2 3 l = l1 cap 3 0 c = c3 ind 3 9 l = l2 res 9 0 r = 33; resistencia de alimentación de polarización de compuerta uno 9 mrf171ip; referencia a 1 puerto de datos IPNET: 1POR 1; crear una nueva red de 1 puerto END FREQ STEP 88MHZ 108MHZ 1MHZ END OPT

* Declaración de control de optimización, le dice al simulador que optimice entre * 88 y 108 MHz, y que logre una pérdida de retorno de entrada mejor que * -24 dB

   IPNET R1 = 50 F = 88MHZ 108MHZ MS11 -24DB LT

FIN DE DATOS

* Defina una red de un puerto llamada mrf171ip, haciendo referencia a las impedancias complejas equivalentes de la serie de señal grande *. Estos datos están disponibles en 4 * puntos de frecuencia

* Defina la información del parámetro Z, formato real e imaginario, * la impedancia de referencia es 1 Ohm

   mrf171ip: Z RI RREF = 1 * MRF171A Z FUENTE 30MHZ 12.8 -3.6 100MHZ 3.1 -11.6 150MHZ 2.0 -6.5 200MHZ 2.2 -6.0 FIN

Por supuesto, el uso de un simulador no proporciona ninguna ayuda en la selección de la topología del circuito, ni los valores iniciales para los componentes de la red. Esta información proviene de la experiencia en diseño. Todos los valores de optimización se han restringido con máximos y mínimos para mantener la red resultante realizable.

Inicialmente, se probó una red de coincidencia de 3 polos, que no era capaz de proporcionar una coincidencia de banda ancha suficiente en los 20 MHz. El uso de un circuito de 5 polos permitió alcanzar el objetivo de optimización. Tenga en cuenta que la polarización de la puerta 33R se incluye en la simulación, ya que esto ayuda a eliminar la Q de la red de entrada y mejora la estabilidad en el amplificador final.

Se realizó un procedimiento similar para la red de salida. En esta simulación, la alimentación de drenaje se incluyó en la simulación. Aunque a primera vista, el valor de este estrangulador no es crítico, si se vuelve demasiado grande, se puede incluir la estabilidad, si se vuelve demasiado pequeño, se convierte en parte de la red de coincidencia de salida, que en este caso se pensó que no era deseable. .

Opciones de componentes

Como la potencia de entrada es de solo medio vatio, se utilizaron condensadores y recortadores cerámicos estándar en el circuito de adaptación de entrada. L1 y L2 (consulte esquemático) podrían haberse hecho mucho más pequeños, pero se mantuvieron grandes para mantener la coherencia con los inductores utilizados en la red de salida. En la red de salida, se utilizaron condensadores revestidos de metal de mica y recortadores de compresión de mica para manejar la potencia y mantener las pérdidas de componentes al mínimo. El estrangulador de banda ancha L3 proporciona cierta reactancia con pérdida a frecuencias de RF más bajas, C8 se encarga del desacoplamiento de AF (frecuencia de audio).

El uso de un MOSFET de canal N en modo de mejora (un voltaje positivo polariza el dispositivo en conducción) significa que el circuito de polarización es simple. Un divisor de potencial deriva el voltaje requerido de un voltaje bajo estabilizado por un diodo Zener de 5.6V. El segundo zener de 5.6V, D2, se instala como medida de precaución para garantizar que no se aplique un voltaje excesivo a la puerta del FET, esto ciertamente resultaría en la destrucción del dispositivo. Los puristas estabilizarían la temperatura de la corriente de polarización, pero como la polarización no es crítica en esta aplicación, esto no se molestó.

Se había utilizado una toma BNC para la entrada de RF, debido a la baja potencia de entrada de RF. He usado el tipo N para la salida de RF, no uso BNC para más de 5W y no me gustan los conectores de estilo UHF. Personalmente, no recomiendo usar conectores UHF por encima de 30MHz.

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Construcción

El amplificador se construyó en una pequeña caja de aluminio fundido a presión. Las conexiones de entrada y salida de RF se realizan mediante enchufes coaxiales. La fuente de alimentación se enruta a través de un condensador de paso de cerámica atornillado en la pared de la caja. Estas técnicas de construcción dan como resultado un excelente blindaje, evitando que la radiación de RF se escape del amplificador. Sin él, se podrían irradiar cantidades significativas de radiación de RF, interfiriendo con otros circuitos sensibles como los VCO y las etapas de audio, también podrían ocurrir cantidades significativas de radiación armónica. 

La base del dispositivo de energía se asienta a través de un corte en el piso de la caja de fundición y se atornilla directamente a un pequeño disipador de calor de aluminio extruido. Una alternativa sería que la base del dispositivo de potencia se apoye en el suelo de la caja de fundición. Esto no se recomienda por dos razones, ambas relacionadas con proporcionar una ruta efectiva para conducir el calor del FET. En primer lugar, el suelo de la caja de fundición a presión no es particularmente liso, lo que da como resultado una trayectoria térmica deficiente. En segundo lugar, tener el piso de la caja de fundición a presión en la trayectoria térmica introduce más interfaces mecánicas y, por lo tanto, más resistencia térmica. Otra ventaja de la técnica de construcción elegida es que alinea correctamente los cables del dispositivo con la cara superior de la placa de circuito.

El uso del disipador de calor especificado requerirá el uso de refrigeración por aire forzado (un ventilador). Si planea no usar un ventilador, se requerirá un disipador de calor mucho más grande y el amplificador debe montarse con las aletas del disipador de calor en posición vertical para maximizar el enfriamiento por convección natural.

La placa de circuito consta de una pieza de material de PCB (placa de circuito impreso) de fibra de vidrio revestida con 1 oz de Cu (cobre) en cada lado. Utilicé Wainwright para formar los nodos del circuito; se trata básicamente de trozos autoadhesivos de material de PCB de una sola cara estañado, cortados a medida con un par de cortadores laterales grandes. Una alternativa fácil es utilizar piezas de material de PCB de una cara de 1.6 mm de espesor, cortadas a medida y luego estañadas. Estos se pegan al plano del suelo con un adhesivo de tipo cianoacrilato (por ejemplo, superpegamento o Tak-pak  FEC 537-044). Este método de construcción da como resultado que el lado superior de la PCB sea un excelente plano de tierra. La única excepción a esto son las dos almohadillas para la puerta y el drenaje del FET. Estos se crearon marcando cuidadosamente la capa superior de cobre con un bisturí afilado y luego retirando las astillas de cobre con la ayuda de una punta de cautín de punta fina y el bisturí. Pasando la punta de hierro a lo largo de la pieza aislada de cobre afloja el pegamento lo suficiente como para que el Cu se pele con el bisturí. La plataforma de la puerta así creada es claramente visible en el fotografía del prototipo

Habiendo hecho la abertura en el PCB para que la base del dispositivo de poder se asiente, envolví cinta de cobre a través de la ranura para unir los planos de tierra superior e inferior. Esto se hizo en dos lugares, debajo de las pestañas de origen. A continuación, se soldó la cinta de cobre por arriba y por abajo.

See fotografía para conocer las posiciones sugeridas para los componentes. La pantalla vertical a la derecha del gabinete es una pieza de material de PCB de doble cara, soldada al plano de tierra superior en ambos lados. Este es un intento de mejorar el rechazo armónico final, reduciendo el acoplamiento entre los inductores que forman la salida de coincidencia y los inductores que componen el LPF. Para realizar este tipo de trabajos de soldadura, se requerirá un soldador de 60 W o más, preferiblemente uno de temperatura controlada. Esta plancha será demasiado exagerada para los componentes más pequeños, por lo que también se necesitará una plancha más pequeña.

Como se menciona más adelante, los inductores LPF se sueldan directamente a las fichas de los condensadores de metal revestidas.

Sugerido la construcción Rough and Ready Procedimiento

1. Corte un pedazo de material de doble cara PCB de la placa base (aprox. 100 85mm x)
2. Crea la apertura para el FET, usando una selección de taladros y limas. Use el FET como plantilla, si es necesario, pero no lo explote con estática. Asegúrate de terminar con el desagüe del lado derecho.
3. Taladre seis agujeros en el PCB, se trata de celebrar la Junta de Coordinación a la caja de fundición a presión
4. Colocar la placa en la caja y utilizar los agujeros en el PCB para taladrar a través de la caja
5. Temporalmente atornillar la placa a la caja
6. Calcule dónde va a ir el disipador de calor, debajo de la caja. El dispositivo debe terminar hacia el centro del disipador de calor. Perfore algunos orificios más en todo el lote y reutilice algunos de los orificios de la caja / PCB existentes y extiéndalos hacia abajo a través del disipador de calor. Atornille temporalmente el disipador de calor al conjunto de PCB / caja. Cuando mires en la parte superior de la caja, ahora deberías ver una pieza de disipador de calor revelada, del mismo tamaño que la base del FET.
7. Aparejo a ti mismo un poco de protección estática (si tienes una vieja soplado un dispositivo o un dispositivo bipolar en el mismo paquete que usted no tendrá que preocuparse de esto) y colocar el dispositivo dentro de la abertura en el tablero.
8. Utilice la FET para dar le dará las posiciones centrales de sus 'agujeros de montaje
9. Toma todo en pedazos de nuevo. Haga dos agujeros en el disipador de calor para el FET
10. Taladre los agujeros en los dos extremos de la caja para los conectores de RF y el condensador pasante
11. Estañe la PCB, superior e inferior, con una plancha grande. Use solo suficiente soldadura para obtener un acabado suave, pero no demasiado para crear áreas elevadas de soldadura, especialmente en la parte inferior, ya que evitarán que la PCB quede plana contra el piso de la caja.
12. Cree las dos islas por la puerta de FET y de drenaje, como se detalla en el párrafo anterior
13. Cinta de cobre soldadura entre las caras superior e inferior de la placa por debajo de donde las pestañas de origen será
14. Crear las islas del PCB, el estaño ellos, que se peguen en el PCB con la fotografía como una guía
15. Crear y ajustarse a la pantalla entre el amplificador y las áreas de LPF
16. Aplicar todos los restantes componentes de PCB, con la excepción de la FET
17. Colocar la placa a la caja y el disipador de calor
18. Montar y conectar y los conectores de RF y el condensador de alimentación directa
19. Tomando precauciones antiestáticas nuevamente, aplique la película continua más delgada posible de pasta de transferencia de calor a la base del FET. Esto se puede hacer cómodamente con un palillo de madera.
20. Doble los últimos 2 mm de cada uno de los cables del FET. Esto hará que sea mucho más fácil de quitar, si surge la necesidad.
21. Atornille el FET al disipador de calor. Demasiado suelto y el dispositivo se sobrecalentará, demasiado apretado y distorsionará la brida del dispositivo y una vez más se sobrecalentará. Si tiene un destornillador dinamométrico, busque el torque recomendado y úselo. 
22. Si ha entendido las instrucciones correctamente, las pestañas del dispositivo estarán una fracción por encima de la PCB. Suelde el FET con el hierro grande, primero las fuentes, luego el drenaje y finalmente la puerta. Es posible que tenga que desconectar L4 y L5 mientras instala el FET, pero no desconecte R3, ya que esto proporciona protección estática para el dispositivo.

Esquemático

Lista de partes

Notas

1. Los números de pieza son para Farnell única guía - otras partes equivalentes pueden ser sustituidos.
2. Condensadores metálicos revestidos son o bien Semco Serie MCM, serie Unelco J101, Underwood o Arco MCJ-101 series disponibles a partir, entre otros lugares, RF Parts.
3. Disponible de MRF171A BFI (REINO UNIDO), Richardson or RF Parts (EE.UU.)
4. Arco o cortadoras Sprague están disponibles en Conceptos de comunicación (EE.UU.)
5. 18 SWG (calibre estándar) es el diámetro de aproximadamente 1.2mm
6. 22 SWG (calibre estándar) es el diámetro de aproximadamente 0.7mm
7. Para hacer los inductores, enrolle el número requerido de vueltas alrededor de un formador de tamaño apropiado, use inicialmente un espacio de diámetro de alambre entre cada vuelta. Luego, separe las espiras para obtener la longitud requerida en la tabla de la lista de piezas. Finalmente, verifique el valor con un analizador de red y ajústelo en consecuencia.
8. La excepción a la regla de separación de arriba es L4, que es la herida cierre.
9. Lámina de cobre se encuentra disponible en tiendas de artesanía (utilizado en la fabricación de vidrios de colores)
10. A / R = según sea necesario

Fotografía del amplificador prototipo

Nota orientación del FET. La ventaja con la barra es el desagüe, y está a la derecha

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Prueba de filtro de paso bajo

Cualquier amplificador de potencia de RF debe ser seguido por una filtro de paso bajo (LPF) para reducir el armonía a un nivel aceptable. Lo que es este nivel en una aplicación sin licencia es un punto discutible, pero a medida que aumenta la potencia de salida, se debe prestar más atención a la supresión de armónicos. Por ejemplo, un tercer armónico de -3dBc en una unidad de 30W es 1uW, lo que es poco probable que cause molestias, mientras que la supresión del tercer armónico de -1dBc en una salida de 30KW da como resultado 3W de potencia en el tercer armónico, lo que es potencialmente problemático. Entonces para el fotometría absoluta) nivel de radiación armónico en el segundo ejemplo a ser la misma que la primera, que ahora hemos de suprimir el tercer armónico por 60dBc.

En este diseño tomé la decisión de implementar un filtro de paso bajo Chebyshev de 7 polos. Se eligió un Chebyshev ya que la ondulación de fase y amplitud dentro de la banda de paso no era crítica, y el Chebyshev ofrece una mejor atenuación de la banda de parada que en comparación con, digamos, un Butterworth. La banda de supresión de diseño se eligió a 113MHz, lo que da un margen de implementación de 5MHz desde la frecuencia de banda de paso deseada más alta a 108MHz y el inicio de la banda de supresión a 113MHz. El siguiente parámetro de diseño crítico fue la ondulación de la banda de paso. Para un diseño de frecuencia única, es una práctica normal elegir una ondulación de banda de paso grande, por ejemplo 1 dB, y sintonizar el pico de los máximos de la última banda de paso a la frecuencia de salida deseada. Esto proporciona la mejor atenuación de la banda de supresión porque una mayor ondulación de la banda de paso da como resultado una atenuación de la banda de detención más rápida. Un filtro de siete polos tiene 7 elementos reactivos, en este diseño cuatro condensadores y tres inductores. Cuantos más polos, mejor será la atenuación de la banda de supresión, a expensas de una mayor complejidad y una mayor pérdida de inserción de banda de paso. Se requiere un número impar de polos ya que tanto la impedancia de entrada como la de salida se diseñaron para ser 50R.

Como este diseño es de banda ancha, esto restringe la ondulación de la banda de paso a un nivel tal que la pérdida de retorno de la banda de paso no se vuelve horrible. Utilizando la excelente utilidad de diseño de filtros shareware Faisyn (disponible en FaiSyn Diseño de RF Software Home Page) permite que estas compensaciones se investiguen fácilmente, y me conformé con una ondulación de banda de paso de 0.02dB. Este programa también calcula los valores de filtro por usted y genera una lista de conexiones en un formato adecuado para ingresar en los simuladores de circuitos lineales más populares. Con 7 polos, la opción estaba disponible para usar 4 condensadores y 3 inductores o 3 condensadores y 4 inductores. Elegí el primero porque da como resultado un componente menos para el viento. Se examinaron los valores de los condensadores proporcionados por el programa faisyn para comprobar que estaban cerca de un valor preferido, que era. Si hubieran caído entre los valores preferidos, las opciones incluirían conectar en paralelo dos condensadores juntos, lo que aumenta innecesariamente el recuento de componentes, o ajustar sutilmente la frecuencia de la banda de parada y la ondulación de la banda de paso para obtener un conjunto de valores más deseables.

Para aplicar el filtro, decidí usar condensadores de metal de tamaño estándar vestidos realizados por Unelco, o Semco. Los inductores estaban hechos de alambre de cobre estañado 18 SWG (calibre de cable estándar). En mi experiencia, hay poco que ganar con el uso de alambre de cobre plateado. Los inductores se formaron alrededor del centro de un estándar. RS or Farnell ajustes de la herramienta (FEC 145-507): tiene un diámetro de 0.25 pulgadas, 6.35 mm. De lo contrario, utilice la broca del tamaño adecuado. Los dos inductores externos se enrollaron en el sentido de las agujas del reloj, el interior se enrolló en sentido antihorario. Este es un intento de reducir el acoplamiento inductivo mutuo entre los inductores, lo que tiende a degradar la atenuación de la banda de parada. Por la misma razón, los inductores están dispuestos a 90 ° entre sí, en lugar de todos en línea recta. Los inductores se sueldan directamente a las pestañas de los condensadores revestidos de metal. Esto mantiene las pérdidas al mínimo. Un filtro de este tipo cuidadosamente construido puede exhibir una pérdida de inserción de banda de paso mejor que 0.2dB. Aquí están los resultados de la prueba de la unidad prototipo.

Conociendo los valores requeridos para los inductores, hice una conjetura basada en la experiencia sobre cuántas vueltas necesitaba, y luego usé un analizador de red de RF debidamente calibrado para medir la inductancia del inductor que había creado. Esta es, con mucho, la forma más precisa de determinar el valor de las inductancias de valor pequeño, ya que la medición se puede realizar a la frecuencia de funcionamiento real del filtro. Habiendo medido el valor y ajustado las inductancias en consecuencia, debería encontrar que cuando se construye el filtro completo, sorprendentemente se necesitan pocos ajustes para finalizar el ajuste del filtro.

La mejor manera de ajustar este filtro es minimizar la pérdida de retorno de entrada de banda de paso, utilizando un analizador de red. Al minimizar la pérdida de retorno de entrada, minimizará la pérdida de transmisión de banda de paso y la ondulación de banda de paso. los 20MHz período El gráfico muestra que logré una pérdida de retorno de banda de paso de -18dB. Si no tiene un analizador de red, las cosas son un poco más complicadas. Si solo está sintonizando una frecuencia puntual, configure una fuente de energía de RF para conducir al filtro a través de un medidor de potencia direccional. El filtro se termina con una buena carga de 50R. Ahora controle la potencia reflejada que regresa del filtro y sintonice el filtro para minimizar la potencia reflejada. Si desea un rendimiento de banda ancha, tendrá que intentar hacer esto en, digamos, tres frecuencias, inferior, media y superior de la banda. Alternativamente, si logró medir sus inductores lo suficientemente bien por otros medios, podría simplemente ensamblar el filtro y dejarlo así, sin más ajustes.

Habiendo sintonizado la pérdida mínima de retorno de la banda de paso, la atenuación de la banda de parada se encarga de sí misma, no debe sintonizarla ya que estropeará la pérdida de inserción de la banda de paso. los 200MHz período El gráfico muestra que logré 36dB de rechazo en el segundo armónico de 2MHz, que es el peor de los casos. Refiriéndose al 600MHz período gráfico muestra la armónica 3rd de 88MHz suprimida por 55dB, y las órdenes superiores en una cantidad mayor que ésta.

Amplificador de Pruebas

Usé un analizador de red HP 8714C para sintonizar este amplificador. Sin acceso a un analizador de red, tendrá que ser extremadamente inventivo para ajustar el rendimiento de banda ancha. Habiendo sintonizado el LPF, el siguiente trabajo es establecer el sesgo FET. Haga esto con un analizador de espectro conectado a la salida (a través de una cantidad apropiada de atenuación, por lo menos 40dB) para monitorear oscilaciones espurias. Conecte una buena carga 50R a la entrada y conecte una PSU estabilizada (unidad de fuente de alimentación) con un límite de corriente establecido en 200mA.

Coloque todos los recortadores en el centro de su rango. Con las recortadoras cerámicas en miniatura especificadas, cuando la metalización de media luna en la placa superior de la recortadora está completamente alineada con la parte plana del cuerpo de la recortadora, la recortadora está en la capacidad máxima. Gire 180 ° desde aquí para obtener una capacitancia mínima. Configure R1 para voltaje mínimo (experimente antes de ajustar el FET si no sabe de qué manera es). Aumente lentamente la tensión de alimentación de 0 V a + 28 V. La única corriente consumida debería ser la del circuito de polarización, aproximadamente 14 mA. Ahora ajuste R1 para agregar 100 mA a esa cifra. No debe haber pasos repentinos en la corriente que se toma de la fuente de alimentación. Si los hay, es casi seguro que el amplificador esté oscilando.

Si todo va bien, apáguelo. Calibre el analizador de redes. En el HP 8714C para esta aplicación, normalizo S11 en un circuito abierto y realizo una calibración completa en S21 con 40 dB de atenuación en línea. Obviamente, los atenuadores utilizados deben tener una capacidad nominal de al menos 50 W de RF a frecuencias de VHF.

Ahora la vida se complica un poco. Normalmente, recomendaría mirar a través de la combinación de amplificador y LPF, pero debido a que el punto de ruptura de LPF está solo 5MHz por encima de la banda de paso deseada del amplificador, hace que sea imposible ver la forma de respuesta del amplificador si esta es una banda ascendente de 108MHz . Por esta razón, hice el ajuste inicial del amplificador con el LPF en bypass, lo que me permitió configurar el intervalo del analizador de red lo suficientemente amplio para ver dónde estaba la respuesta del amplificador.

Con 0dBm de la unidad, ajustar lejos para conseguir unos 15dB de ganancia y mejor que 10dB de la pérdida de retorno a través de 88 108 MHz (pequeña señal gráfica de la ganancia, Pin = dBm 0). Ahora suba la unidad al amplificador, retrocediendo el límite de corriente de manera adecuada. Notará que a medida que aumenta la unidad de RF, la ganancia aumentará y la pérdida de retorno de entrada mejorará. Este comportamiento es una consecuencia de sesgar el FET comparativamente a la ligera. Puede desviar las tuercas del FET y desviarlo a, digamos 0.5 A, esto le dará más ganancia en niveles de conducción más bajos. Para aplicaciones normales, recomiendo usar un sesgo más bajo. Un alto sesgo a niveles de salida pequeños reducirá la eficiencia de CC a RF.

Ahora necesitará enfriar el amplificador, a menos que lo haya equipado con un enorme disipador de calor. Con el HP 8714C puede obtener una fuente de alimentación de + 20dBm (eso es lo que dice en la pantalla, en realidad es menos que eso) (ganancia media de la señal gráfica, Pin = + 20 dBm). Con este nivel de unidad, ahora puede sintonizar entre 18 y 20 dB de ganancia y pérdida de retorno mejor que 15 dB. En este punto, volvería a conectar el LPF y reduciría el intervalo del analizador de red a 20MHz centrado en 98MHz. Ciertamente no se recomienda conducir el amplificador por encima de 108MHz a potencia en el LPF. Antes de dejarse llevar demasiado, cambie a CW (lo mejor es alargar el barrido de barrido a varios segundos en CW para evitar ser confundido por el retorno de barrido del analizador) y observe la salida en el analizador de espectro. La salida debe estar limpia como la nieve, recuerde verificar que la salida esté en la frecuencia con la que está excitando el amplificador, si no lo está, verá una horrenda oscilación dentro de la banda.

Para el ajuste final de la planitud de la potencia, debido a que tenía acceso a un laboratorio de RF inteligente con todo lo que pudiera necesitar (equipo de prueba, de todos modos) utilicé un amplificador de banda ancha Mini-Circuits ZHL-42W para aumentar la salida del analizador de red para permitir para ajustar la respuesta de ganancia de los amplificadores en forma plana a la máxima potencia de salida. La gráfica de ganancia final se tomó configurando la fuente de alimentación de manera apropiada y luego realizando una calibración completa con el amplificador de Mini-Circuitos y los atenuadores de potencia en línea. Esto me permitió trazar solo la ganancia del amplificador de potencia. Luego cambié a barrido lento y usé un medidor de potencia de RF calibrado para medir con precisión la potencia de salida de RF. Conocer la potencia de salida de RF y la ganancia me permitió calcular con precisión la potencia de entrada al amplificador de potencia. Este gráfico muestra que la ganancia de potencia es una sombra inferior a 20 dB y aproximadamente 0.3 dB plana en toda la banda (gran ganancia de la señal gráfica, Pin = + 26.8 dBm). Junto con el ajuste de planitud, se debe verificar la eficiencia. Logré un mínimo del 60% a 88MHz a 40W de salida, mejorando con mayores potencias de salida. Yo diría que una buena eficiencia es más importante que una buena planitud. Desde el punto de vista de los oyentes, la diferencia entre la salida de 35W y 45W es insignificante, pero ejecutar una potencia más baja con una buena eficiencia significa que el FET funcionará más frío, durará más y será más resistente a condiciones de falla como un VSWR alto.

La potencia de salida que elija ejecutar finalmente depende de usted, el MRF171A funcionará felizmente al menos 45W y probablemente mucho más, aunque no lo recomiendo. Alrededor de 40 a 45 W es suficiente; consulte Cómo mantener a su dispositivo final de energía de RF Alive para obtener más información.

Resultados del amplificador

No se pudieron medir armónicos en la salida del amplificador hasta un piso de ruido de -70dBc. Esto es de esperar, ya que una investigación rápida mostró los armónicos en bruto del amplificador antes del LPF a aproximadamente -40dBc. Ya se ha demostrado que el filtro tiene una supresión mínima del segundo armónico de -2dBc. No se observaron resultados espurios.

No se realizaron mediciones formales con VSWR de mala salida. Accidentalmente ejecuté el amplificador a plena potencia en un circuito abierto durante unos segundos y no explotó. El uso de una fuente de alimentación con un límite de corriente cuidadosamente establecido ayudará a evitar que el amplificador haga algo estúpido en estas condiciones.

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Aplicación

Como un ejemplo de una aplicación para este amplificador que utiliza el Broadcast Almacén 1W FM LCD PLL Exciter para impulsar el amplificador de banda ancha de 40W. Para evitar modificar la unidad de Broadcast Warehouse, utilicé una almohadilla BNC de 3dB de laboratorio entre el excitador y el amplificador de potencia, para proporcionar el nivel de excitación correcto al amplificador. El excitador se programó para tres frecuencias diferentes, en cada frecuencia se midió la potencia de salida y el consumo de corriente, lo que permitió calcular la eficiencia de CC a RF.

Amplificador de Potencia tensión de alimentación = 28V
Tensión de suministro de Exciter = 14.0V, el consumo de corriente de excitación = 200 mA aprox.

El excitador Broadcast Warehouse incorpora una función de apagado de RF fuera de bloqueo, que se utiliza durante la reprogramación de PLL para que no se genere RF hasta que se haya recuperado el bloqueo de frecuencia. Cuando el apagado de RF de los excitadores estaba activo, la salida del amplificador se reducía de manera similar, es decir, el amplificador permanecía estable.

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Conclusión

He demostrado un amplificador de banda ancha que, una vez sintonizado, no requiere más ajustes para cubrir la banda de transmisión de FM de 87.5 a 108 MHz. El diseño utiliza un MOSFET de última generación que proporciona casi 20 dB de ganancia con una sola etapa, tiene una buena eficiencia de CC a RF, un bajo número de componentes y es fácil de construir. El costo de las piezas no debe exceder las £ 50, el FET utilizado en el prototipo cuesta menos de £ 25

Si este amplificador se utiliza con un excitador de banda ancha y de la antena, la combinación resultante permite al usuario cambiar la frecuencia de transmisión a voluntad sin ajustes necesarios de todos modos en la cadena de transmisión.

El amplificador requiere un alto grado de experiencia de la potencia de RF a la melodía, y el acceso a los equipos profesionales de pruebas de RF

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Trabajo Futuro

• Construir unidades adicionales para evaluar la repetibilidad
• Diseño de circuitos impresos
• Mejorar la estabilidad en malas condiciones de entrada desajuste
• Reducir el número de componentes variables
• Investigar variación de la polarización del FET actual para modificar la ganancia del amplificador

 

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contribuido

Escrito por Electrónica únicos (Woody y Alpy)
"Aquí tienes un PCB para el MRF171A, mosfet de 45 vatios, en tu página.
El archivo está en formato bmp. Utilice película láser y una impresora láser, imprimirá a la medida ".

MRF171A_1_colour.bmp (14 kb)

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