Projektdokumentation von Arno DL5AI -Teil1:

Aufbau einer wassergekühlten 2-m-UKW-LDMOS-Endstufe

1. Zielsetzung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und der Aufbau einer 1000 Watt wassergekühlten LDMOS-Endstufe für das 2‑Meter-Amateurfunkband. Besonderes Augenmerk liegt auf der effizienten Wärmeabfuhr der Endstufen-Transistoren bei voller Ausgangsleistung und gleichzeitig fast lautlosem Betrieb – wie ein PC, keine heulenden Lüfter wie man es oft hört.

Kern des Kühlkonzepts ist eine 10 mm starke Kupferplatte, auf die ein 10 mm Kupferrohr gelötet wird. Das Rohr dient als Kanal für das Kühlwasser und sorgt gemeinsam mit der Wasserpumpe und einen Radiator für eine unmittelbare und hochwirksame Abführung der Verlustleistung des Endstufen Transistors. 

Für die Verstärkertechnik kommen Baugruppen der Firma DX World Electronics zum Einsatz — einer etablierten Quelle für leistungsfähige LDMOS‑PA‑Boards, LPF‑Filter, Schutz- und Steuerungsplatinen.

2. Eingesetzte DX‑World‑Baugruppen

– VHF 143–148 MHz (2 m) 1000 W Linear Amplifier Board
  Für höhere Ausgangsleistung (1000 W) geeignet – ebenfalls für das 2‑Meter-Band.

– Im Versuchsaufbau sind z.Z. 2 alte LDMOS Transistoren vom Type BLF188XR verbaut, von denen jeweils nur eine Seite in Betrieb ist.

– Ergänzende Module wie LPF‑Boards, Protektion Boards, RX/TX‑Switch Boards und Display/SWR‑Meter sind ebenfalls verbaut, um die volle Funktionsfähigkeit des VHF Verstärkers mit Schutzfunktionen (SWR, Strom, Power, Temperatur) und Monitoring zu realisieren.

3. Versuchsaufbau

Zur Überprüfung des Kühlkonzepts wurde ein Prototyp erstellt: Eine 10 mm Kupferplatte und ein 10 mm Kupferrohr wurden auf einem Ceranfeld verlötet (Video).

Untersuchungsschwerpunkte:
– Mechanische Stabilität der Lötverbindung
– Wärmeleitfähigkeit und thermische Anbindung
– Praktikabilität bei dieser Materialstärke

4. Ergebnis

Der Lötversuch war erfolgreich: Die Verbindung ist stabil, großflächig und für den Wärmetransport geeignet. Damit wurde die thermische Basis für eine wirkungsvolle Anbindung der DX‑World‑PA Boards geschaffen. Es wurde bestätigt, dass die hohe thermische Dichte des LDMOS zuverlässig abgeführt wird – viel effektiver und nahezu unhörbar im Vergleich zur klassischen Luftkühlung.

5. Ausblick – Projektweiterführung

Auf Basis des positiven Vorversuchs lauten die nächsten Schritte:
– Konstruktion eines vollständigen Kühlkonzeptes: Kupferplatte plus integriertes Kupferrohr (Wasserkanal),  eine Temperatur geregelte Wasserpumpe und einen Radiator mit zwei 120mm, ebenfalls Temperatur geregelten Lüftern. Dieses Kühl-Konzept ist seit vielen Jahren bei Leistungsfähigen PC´s im Einsatz und vollkommen ausgereift und 100% sicher!

Außerdem sollen die Endstufen-Transistoren in weiteren Versuchen auf modernere LDMOS Typen der  ART Serie von Ampleon umgestellt werden.

Es sollen evt. sogar zwei AMPLEON ART1K6FH, 1600W, 50-55V verbaut und getestet werden. Die Ausgangleistung wird durch diese Maßnahme nicht wesentlich erhöht, jedoch die Betriebssicherheit!

Ebenfalls soll die Ausgangsspannung des Huawei Netzteils 4850G2 auf mindesten 55 Volt angehoben werden. Dafür habe ich mir extra einen CAN-Bus Adapter gekauft um das Huawei Netzteil entsprechend zu programmieren. Ich erhoffe mir einen stabilen Betrieb, da sowohl die Kühlung als auch die Endstufen-Transistoren überdimensioniert sind. Weitere Versuche werden es zeigen.

Wasserpumpe und Lüfter sind so gesteuert, dass sie  im RX Betrieb nach wenigen Minuten des runter Kühlens von der Temperaturregelung abgeschaltet werden. So ist gewährleistet, dass alle Mechanischen Teile nicht unnötig lange laufen (Schonbetrieb)

Skizzen und Abbildungen

Fragen zum Beitrag an Arno DL5AI arno.imig@gmx.de

DL5AI bei QRZ.com