1 Kw HF Amplifire

Ergänzend zum Artikel “1kW Amplifere am NMD” stelle ich hier nähere Details dazu vor. Auch werde ich unten ein weiterführendes Projekt auf dieser Basis starten, um einen möglichen Nachbau zu vereinfachen.

Video aufgenommen am 05.August 2023 in Olten, anlässlich der Überprüfung durch die NMD – Kommission, ob Leistung und Anforderung der Ausschreibung entsprechen.

Hier den HB-Radio Artikel in der Roh-Fassung Download (PDF)

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Wir Bauen uns eine eigene Portable PA
Stand 12.Dezember 2023

Einleitung:

Im Prinzip wollte ich hier meine am NMD benutzte 1Kw PA für einen Nachbau im Detail und Schritt für Schritt vorstellen.

Dazu erstellte ich schrittweise ein Duplikat, um es ausführlich zu dokumentieren. Doch die Rechnung ging nicht auf, schon früh beim Leistung hochfahren, verabschiedete sich der LDMOS mit einem Blitzlicht.

Ich möchte allen hier interessierten Nachbauer diesen Frust vorwegnehmen und schlage dazu einen anderen Weg wie folgt ein:

Wir bauen uns als erstes eine HF-500W PA, bevor wir uns an die 1KW PA wagen, um Selbst-Erfahrung zu gewinnen. Mit 500W ist man in den meisten Fällen auf dem Band sehr gut bedient, so meine Erfahrung. Dies schon wegen der Portablen Stromversorgung und dessen Finanziellen Aufwand für Transistoren/LDMOS.

Ich werde hier einen Modularen Aufbau wählen, das erleichtert einen Selbstbau und dessen Modifikation enorm.

Vor allem können wir mit einem Modularen Aufbau unterschiedliche Transistoren / LDMOS einsetzen.
Viele Nach-Bauer unterschätzen oft, dass ein Austausch von einer Publizieren Schaltung, eines Halbleiters mit einem anderen Typ, komplett andere HF-Verhältnisse bedeuten. Viele Selbstbauer scheitern an diesem Punkt oft und sind frustriert. Hier ist nach anzufügen, dass auch die Wahl der Betriebs-Spannung der PA einen grossen Einfluss auf Eigenschaft, Wirkungsgrad und Ausgangsleistung der PA hat!

Die nachfolgende Bau-Beschreibung mache ich Anhand des Bloch-Schema (siehe unten)

Mit was fangen wir an? Das ist oft die «Gretchen-Frage»

Soll ich mir erst ein Gehäuse kaufen, dann die alle Module bauen und ins Gehäuse einbauen?

Mit dieser Strategie laufe ich die Gefahr, dass bei der Inbetriebnahme das teuerste Element, der LDMOS schon in den «Himmel» geschickt wird.

Daher bauen wir uns als erstes das Input-Modul und PA-Modul.

Das «PA-Input-Modul» und das «PA-Output-Modul» ist nicht wie üblich in einer Platine vereint.
Das erlaubt uns, verschiedene Transistoren/LDMOS – Typen zu verbauen und damit zu experimentieren.

Doch zuerst müssen wir uns entscheiden, was für Transistoren/LDMOS wir einsetzen möchten und ob wir solche Parallel schalten wollen, siehe nachfolgendes Bild:

Bild oben: die 2-fach Variante, das Output-Modul ist immer das gleiche

Übliche Transistoren sind SD2933 à 300W, VRF2944 à 300W,

Bild oben: die 2-fach Variante, das Output-Modul ist immer das gleiche

Als Transistor/LDMOS kommt hier der MRF300 à 300W zum Einsatz. Hier gibt es einen AN-und BN-Typ, mit dem Unterschied der Anschlüsse.

Bild oben: die4-fach Variante, das Output-Modul ist immer das gleiche

Als Transistoren / LDMOS kommt eine grosse Anzahl und Typen wie folgt in Frage:

4xMRF150 à 150W, 4x SD2933 à 300W, 4x VRF2944 à 300W, und später auch 1 x BLF188XR à 1`200W, usw.

Meine Empfehlung für die erste PA

Eine 600W HF PA von 160m bis 6m

Als erstes machen wir uns einen Grob-Aufbau wie in den nächsten drei Bilder gezeigt:

Bild oben: unsere erste PA, eine 600W HF-PA, 160m bis 6m

Legende:

1= Powermeter für die Eingangsleistung, z.B. ein KX3 mit 05.W Output

2= ATT, also einen 7dB Leistung -Abschwächer. Unbedingt erforderlich!!

3= Input – Board 2-fach

4= PA Output-Modul, hier mit 2x MRF300

5= Bias-Schalter, quasi die PTT von Hand geschaltet

6= Powermeter, hier auf 200W End-Ausschlag eingestellt

7= Voltmeter zur Überwachung der PA-Eingangsspannung

8= Amper-Meter zur Überwachung der Stromaufnahme

9= Spectrumanalysator zur Überprüfung der Oberwellen-Unterdrückung.

10= Dämpfungslied zwischen Dummyload-Auskopplung und Spectrumanalysator

11= 50V Power-Supply

Bild oben: Test auf 160m

KX3 Output 0.5W, erzeugt 165W, Strom-Aufnahme = 7.5A, da wir ja noch keine Tiefpassfilter verwenden, sind die Oberwellen noch erheblich gross.

Wie schon oben erwähnt, ist der Abschwächer Nr.2 zwingend wichtig. Ohne einen solchen Abschwächer befördert ihr die Transistoren schon beim ersten Test in den Himmel. Denn die Gates der LDMOS ertragen hier nur maximal -6V bis +10V!! Viele Transceiver haben die Eigenschaft, dass die Power-Regelung beim ersten Peak überschwingt, also die Leistungsregelung mag nicht nach.

Vor einer Erst-Inbetriebnahme müssen wir die den Bias-Strom richtig einstellen. Dazu hat es für jeden der beiden Transistor in Spindel Trimmer (blau) mit dem den Ruhestrom einstellt. Auf meinem Board habe ich noch zusätzlich je einen Jumper, mit dem ich die einzelne Bias-Spannung kurzschliessen kann. In unserem Beispiel fange ich mit der linken Bias-Strom-Einstellung an, dabei schliesse ich die rechte Bias-Spannung mit dem Jumper kurz. Nun erhöhe ich die linke Bias-Spannung, bis zum Beispiel 500mA fliessen. Danach kehre ich das ganze um und schliesse die linke Bias-Spannung mit dem Jumper und stelle ebenfalls 500mA ein. Nun können beide Jumper entfernt werden und die PA ist in Bereitschaft und zieht 1.0A. Dabei ist aber zu beachten, dass der momentan fliessende Strom nicht nur den beiden Transistoren entspricht, nein darin ist auch die Bias-Spannung-Aufbereitung enthalten, hier etwa 65mA. Dieser Wert kann man einfach in Erfahrung bringen, indem man beide Jumper setzt, als kurzschliesst.

Zwischen dem 50V Power Supply und dem DC-PA-Eingang kommt eine Schmelz-Sicherung für alle Fälle.

Mit dieser Erst-Inbetriebnahme wollen feststellen, ob die Bestückung und Verdrahtung HF-Technisch ok ist. Eine Aussage über die Ausgansleistung erhalten keine korrekte, da die Oberwellen oft mitgemessen werden und aber vor allem eine optimale Anpassung des PA-Ausgang zur Last (Dummyload) fehlt. Also macht euch noch kein Kopfzerbrechen, wenn es der Anschein macht, dass die erwartete Leistung zu gering ist. Im Anderen Fall, wenn der Wirkungsgrad 100% und mehr ist, habt ihr keine Neu-Erfindung gemacht, es sind die Oberwellen, die ihr dazu misst. Um die tatsächliche Leistung zu messen, gehört ein Tiepassfilter zwischen PA-Ausgang und Dummyload.

Mit dieser Erst-Inbetriebnahme wollen wir aber auch feststellen, das Layout von 160 bis 6m tauglich ist.

Im nächsten Schritt testen wir die PA ob sie auch für oberen Bänder grob funktioniert.

 

Bild oben, Test auf 14 MHz, Leistung und Strom in etwa gleich wie bei 160m

Bild oben, Test auf 50 MHz, Leistung und Strom in etwa gleich wie bei 160m

Haben wir diesen Test erfolgreich abgeschlossen, können wir nun getrost mit dem Rest der PA weiterfahren.

Wir bauen den Prototype 1 (Prototype 2 folgt später)

Bild oben, Prototype 1, portable 500W PA, 6m bis 160m

Abmasse: Breite = 20cm, Höhe = 9cm, Tiefe = 20cm

Beschreibung Prototyp 1

Mit dem Prototyp 1 wollen wir Erfahrungen sammeln und eine kleine möglichst einfache PA bauen, welche auch Portable betrieben werden kann.

Vorteile: Kostengünstig, einfacher und übersichtlicher Aufbau, leicht zum Nachbau.

Nachteile: Für einen Bandwechsel müssen wir die hinten aufsteckbaren Lowpass-Filter (LPF) jeweils austauschen.

Beschreibung Prototyp 2

Noch kein Bild, etwa gleiche Grösse

Vorteile: Vollwertiges Lowpass-Filter eingebaut, also kein Umstecken der einzelnen BPF.

Nachteile: Mehrkosten, aufwendigere Schaltung, bei Fehlbarem Aufbau und Abgleich des LPF wird die Leiterplatte irreparable. (das kann mit dem Prototype ausschliessen, hier wird nur eine kleine Platine zerstört)

Bild oben, Prototype 1, portable 500W PA, 6m bis 160m von hinten

Hier sehen wir das aufgesteckte LPF für 10m

Für den Band- Wechsel können einfach die beiden BNC – Adapter gelöst werden.

Bild oben links                                                                 Bild oben rechts

Um die Kühlung zu vozieren, kann eine Pfanne oder ein Caffè-Kocher auf den Kupfer- Headsink gestellt werden. Bild links

Oder aber man kann einen Kühlkörper anschrauben.
Im Weitern kann man etwas Wasser in Kuchenblech geben und die PA mit dem Headsink hineinstellen. So gibt es sicher noch viele Möglichkeiten die Wärme abzuleiten. Sicher ist eine gute Kühlung für die PA überlebenswichtig, obschon diese PA hier einen sehr guten Wirkungsgrad hat und wenig Verlustwärme erzeugt.

Bild oben das Innenleben.

Rechts oben, die HF-Umschaltung

Links oben, die PL Antenne Buchse mit vorgeschaltetem Richtkoppler für die SWR/Power Anzeige

Mitte Links, das Input-Board

Mitte Rechts, das PA Modul

Vorne, die beiden Instrumente für Power und SWR

 

Erste Mess-Resultate Prototype 1

Band

Input

Output

Strom

Wirkungsgrad

Harmonische

160m

2 W

590 W

15 A

79%

≥ 40dB

10m

4 W

500 W

16.8 A

60%

≥ 40dB

6m

5 W

500 W

14 A

71%

≥ 45dB

 

 

 

 

 

 

Tabelle oben, erste Testresultate

Diese Resultate sind sehr zufriedenstellend, so dass auch die weiteren Bänder (LPF) gebaut werden können.

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Nachfolgend die Links zu den einzelnen Modulen und dessen Details:

Input Modul

PA Modul

HF – Umschaltung

Lowpass Filter LPF

SWR Bridge

Bitte QRX