1   KW_PEP – Linear

Telefoniebetrieb

• mobil
• portabel
• stationär

Technische Daten

Komponenten

• Das Konzept besteht aus 4 Komponenten
• PA Modul 1kWPEP
• Lipo-Powerpack 48V 100Wh
• DC–Wandler 10 bis 48V 30W Mobil/Portabel
• AC–Laptopnetzteil 230VAC / 48VDC 30W Stationär

Aufbau der Komponenten

Materialkosten der Module

Folgende Materialkosten fielen bei meinen ersten zwei Mustern an:

Messergebnisse

Kennlinie @ 1,15kWPEP Sättigung            Kennlinie @ 1kWPEP Linear

Verwendete  Messmittel

• USB Netzwerkanalysator DG8SAQ
• USB 2-Kanal Speicher Scope SDS-200
• USB Spektrumanalysator Signal-Hound
• Hüllkurvendetektoren zur Kennlinienmessung im XY-Plot

Hinweis

• Ein Netzwerkanalysator ist erforderlich, um den Resonanztrafo genau auf reelle Drain-Last einzustellen.

Energiekonzept

• Die PA ist speziell für extrem energiesparenden Betrieb an Modellflug-Lipo-Akkus konzipiert.
• Die Akkus dienen als preiswerte Hochstromquellen.
• Der Leistungsbedarf für Telefoniebetrieb errechnet sich wie folgt:
• Leistungsmittelwert der unkomprimierten Sprache ist -13dBPEP
• 50% Sendebetrieb -3dB            Kurze Funkpausen     -1dB
• Summe demnach -17dBPEP
• Die mittlere Ausgangsleistung ist demnach 20W @ 1kW
• Die entsprechende mittlere Eingangsleistung liegt dann bei ca. 30W.
• Im Ladungserhaltungsbetrieb benötigt man also 30W für die Lipos.
• Die Erhaltungsenergie liefert ein Stepup-Wandler aus 10 bis 48V DC-Quellen.
• 12V KFZ oder 19V Solarmodul oder 37V E-Bike-Akku usw…
• Oder ein 230V AC 48V DC 
• CW-Dauerstrich dagegen würde den Energie- und Kühlbedarf um den Faktor 20 steigern (13dB) !!

Kühlkonzept

• Entsprechend der vorherigen Rechnung ergibt sich, dass das Kühlkonzept lediglich für eine Verlustleistung bei Telefonie von <30W ausgelegt werden muß !!

• Voraussetzung für die geringe mittlere Aufnahmeleistung und die geringe Verlustleistung ist ein extrem kleiner Ruhestrom-Leistungsbedarf der FETs. Sonst wäre der Akkubetrieb nicht sinnvoll möglich.
• Der Ruhestrombedarf liegt bei insgesamt 0,5A und wird weiter reduziert, indem er in den Sprechlücken automatisch um 90% reduziert wird.

• LDMOS-FETs benötigen für Linearbetrieb den 5-fachen Ruhestrom und wären damit ungeeignet.

Schaltungskonzept

• Das Schaltungskonzept unterscheidet sich von den Standardkonzepten dadurch, dass kein Breitband-Ferrit-Ausgangsübertrager, sondern ein gekoppelter Luftspulen-Resonanztrafo verwendet wird.
• Der Oberwellenabstand am Ausgang des Resonanztrafos beträgt ca. 25dB, damit kann ein einfaches PI-Glied einen Wert von >45dB erreichen.
• Auf einen Empfangsbypass wurde verzichtet, weil die PA im RX-Modus eine Rückwärtsdämpfung von ca. 10dB hat. Eine RX-Vordämpfung von 25dB ist auf dem 40m Band ohne S/N-Verlust zulässig.
• Die Lipo Akkus werden im Ladeerhaltungsmodus betrieben.
• Dabei wird eine Ladeendspannung von 48V oder 4V pro Zelle aus Sicherheitsgründen nicht überschritten. Es hat sich über etliche Monate Betrieb gezeigt, daß die Zellenspannungen dabei nicht driften.
• Eine Unterspannungs-Abschaltung bei <40V verhindert Tiefentladung der Lipo-Akkus.

Der Endstufen Bias wird dabei abgeschaltet.

Schaltungskonzept

• Die Power-FETs kamen aufgrund einer Ugs-Lieferstreubreite von +-100mV mit einer gemeinsamen Biaseinstellung aus.
• Wenn jeder FET separat eingestellt werden müßte, wäre das ganze Konzept rel. uninteressant.
• Schutzschaltungen sind nicht Bestandteil dieser Arbeit.
• Die Strom- und Spannungsreserven der FETs sind sehr hoch, deshalb wurde auf Schutzschaltungen vorerst verzichtet.
• Die Sicherung ist so ausgelegt, dass sie bei Telefoniebetrieb noch nicht anspricht.
• Die PTT-SE-Umschaltung erfolgt über die Koaxleitung zum TRX.
• Ausgewertet wird der TRX-Zustand *RX = hochohmig* und *TX = niederohmig*.
• Leistungsüberschwinger des TRX können die FETs zerstören und sind zu vermeiden.
• Das Schaltbild besteht aus folgenden 4 Teilen:
• Verstärker
• Bias-Automatik
• SE-Umschaltung
• Unterspannungs-Abschaltung

Schaltbild  1kW 7 MHz Monoband PA

Abschließende Hinweise

• Trotz des einfachen Designs der Monoband-PA werden für den erfolgreichen Nachbau einige Erfahrungen auf dem Gebiet der Messtechnik vorausgesetzt.
• Das hängt wesentlich mit dem unkonventionellen, selektiven Verstärkerkonzept zusammen.
• Das Konzept bietet dafür etliche Vorteile gegenüber konventionellen Breitbandkonzepten.
• Hohe Modul-Leistung
• Hohe Verstärkung
• Prinzipiell kein Diplexer im Oberwellenfilter erforderlich
• Hoher Wirkungsgrad
• Hohe Linearität bis zu 90% der Sättigungsleistung
• Ber Umgang mit Lipo-Akkus erfordert die strikte Beachtung der physikalischen Eigenschaften, sowie die Einhaltung der Herstellerangaben und deren Sicherheitshinweise.
• Eine Haftung, für die Funktion der gezeigten Schaltbilder und für Folgeschäden jeglicher Art durch Nachbauten und deren Verwendung, ist ausgeschlossen.

Hier noch einige Bilder zum Portabelbetrieb.

– Monoband PA mit:
– QRP Mini 40 II
– Atlas210
– PV-Modul zum Puffern der PA Lipo Akkus
– PV-Modul zu Laden vom Fahrradakku als Rangeextender mit MPPT Laderegler

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