Neue PA für unseren Charly TRX

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Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Fr Mai 06, 2022 6:52 pm


Hallo OM's,

für alle diejenigen die zur HAM Radio kommen - wir bringen mal wieder etwas HW mit.

Neu ist ein 250W PA Modul für unsere Charly Geräte.
Der Plan ist es, dieses Modul als Basis für gegenwärtige und zukünftige Geräte zu nutzen und zwar in verschiedenen Konstellationen:

- 1 oder 2 PA's in einem Gehäuse der gegenwärtigen Charly TRX größe, also mit entweder 250W oder 500W out
- evtl. auch 4 Module in einem größeren Gehäuse für 1KW out
- mit lüfterlosem integriertem 1,2KW Hochleistungsnetzteil (zugelassen für die Medizintechnik - natürlich 2x bei Einsatz für 4 Module)
- für einen zukünftigen größeren Charly TRX im 19" Format mit integrierter PA

Nun wäre ein 250W PA Modul normalerweise nicht der Rede wert, es gibt Mengen davon mit Traum-(Fantasie) Angaben von 600W und 1,2KW. zum Spottpreis im Internet...
Wir haben uns allerdings Mühe gegeben und in Abweichung der allgegenwärtigen Kopien des ehemaligen EB104 Designs von Motorola eine verbesserte Schaltung entwickelt.
(unter Anderem durch den Einsatz hochwertigerer VHF tauglicher Ferrit Kerne, Elimination der üblichen Speisedrossel, TL gerechtem Aufbau und damit Minimierung von Streuinduktivitäten - dies ermöglicht uns den kompletten Verzicht auf Kompensations C's )

Zielsetzung war es
- den Frequenzbereich zu erweitern - erreicht haben wir 600m bis 4m
- einen gutern Frequenzgang zu erzielen - Messdaten: 160m bis 4 m mit 19,5dB +/-1dB - 600m mit 22dB Verstärkung
- ein robustes Design zu entwerfen - daher 250W mit 2 x 300W tauglichen Transistoren und bei guten IMD Werten (die Sättigungsleistung liegt bei >400W das wären dann die Angaben fürs Werbeblatt im Internet.... hi)
- reduzierte SWR Empfindlichkeit durch Übernahme des Überstrom Schutzschaltungskonzeptes aus unserem Charly TRX mit 20W PA ( bei der 250W PA kommt allerdings ein Hallsensor für +/-20A zum Einsatz und kein High Side Mosfet Schalter wie in der 20W PA)
- die PA erst dann abzuschalten wenn der Transistorstrom zu hoch wird - Abschaltung bei 15A - typischer Betriebsstrom max. 13A bei 50V
- kleine Bauform - 100mm x 160mm
- extrem symmetrisches Design mit aussergewöhnlich guter Unterdrückung der 2. Harmonischen - diese liegt im Bereich -50dBc (dies vereinfacht den Aufau der TP Filter)
- einfache Kühlmöglichkeit durch Einsatz eines 100mmx160mmx10mm Kupfer Heat Spreaders
- möglichst geringe Eigneerwärmung und Reduzierung der Verluste bei hohen Frequenzen (wird möglich durch VHF taugliche Ferrite)

Dieses Modul enhält keine Tiefpassfilter weil diese ein Zusammenschalten mehrerer Module behindern würden.

Wir planen ein eigenes TP-Filter Design dass dann auch den erweiterten Frequenzbereich (also 600m und 4m) mit abdeckt, ob das bis zur HAM Radio noch fertig wird steht noch nicht fest.
Und natürlich planen wir auch passende Splitter und Combiner zu entwerfen.

Hier ein Bild des gegenwärtigen Test Boards:
250W PA m Trafo.png
Und last but not least kann dieses Modul natürlich auch in beliebigen anderen Transceiver Designs zum Einsatz kommen - mit den benötigten 2W am Eingang ist es zu allen gängigen 5W QRP Geräten kompatibel.
Passende TP Filter finden sich auch kostengünstig im Internet (natrürlich ohne Erweiterung für 600m und 4m)

Soweit ein kleiner update und dann bis zur Ham Radio.

73,Edwin - DC9OE

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von dj1yr » Sa Mai 07, 2022 6:15 am


nette MRF300/MHT1803 PA, wie sieht die IMD3 bei 160-4m aus?
Optimale Betriebsspannung dürfte um 42V liegen bei 4:1 Anpassung.

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Sa Mai 07, 2022 7:01 pm


Hallo Rene, die liegt bei -36dBc.

Ich konnte aber noch nicht auf allen Bändern testen speziell für 600m und 4m hatte ich nur 500mW als Treiber zur Verfügung.
Betriebsspannung kann 36V bis 50V sein.

73,Edwin - DC9OE

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Sa Mai 07, 2022 7:10 pm


Hier noch ein Messbeispiel bei etwas mehr als 200W PEP:
-214_167.jpg
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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von dj1yr » Di Mai 10, 2022 4:16 am


Hallo Edwin,

das sieht doch viel versprechend aus, hat die finale Version einen Schutz vor Überspannung am Gate?, wir kennen ja die "Problemchen".

Die IMD auf den Bändern 160/80m wäre Interessant, genau so wie 6m/4m, denke ihr habt das 43er Material eingesetzt, das würde dann auf 4m etwas ausreisen, wenn 61er, dann gibt es Probleme auf 160/80m, leider habe ich noch kein 67er Material auf dem 7051er Kern gefunden.

mfg René

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Di Mai 10, 2022 12:03 pm


Hallo Rene,
Danke für die Anmerkung - wir haben in der Tat 61er Material benutzt - was anderes ist nicht leicht verfügbar.
Was die untere Frequenzgrenze betrifft ich werde die Ergebnisse für 160m nachliefern - allerdings haben wir ausreichend Induktivität im Trafo (>80uH auf der 50 Ohm Seite) , die untere Frequenzgrenze ist rechnerisch 383KHz und die PA funktioniert auf 600m noch sehr gut. Ich hatte nur 500mW Treiberleistung zur Verfügung und es kamen 94W raus.
Bei 70MHz habe ich das gleiche Problem mir fehlt es im Moment am Treiber um gescheit messen zu können - Kleinleistungs Verstärkung ist jedenfalls konstant bis 80MHz.
(zukünftige Charlys sollen dann das 4m Band beinhalten deshalb die vorbereitenden Arbeiten... - der STEMlab 16 kann das direkt in der 2.Nyquist Zone)

Gestern habe ich mal bei unterschiedlichen Spannungen getestet um zu sehen ob das Board flexibel einsetzbar ist:

(alle Messungen -1dB bei 14,1MHz)

Output:
36V - 195Watt
42V - 263Watt
50V - 360Watt

Zur Ham Radio bringe ich dann das Board und ein paar mehr Details mit.

Und natürlich hat die PA ein paar Schutzschaltungen:

- Uberstromschutzschaltung die bei 15A abschaltet (Strom geht im Normalbetrieb nicht höher als 13A) - der Transistor kann laut Datenblatt bis 8,7A (also hier 2x 8,7A betrieben werden - es ist also genug Luft nach oben)
- Schutz gegen Überspannungen an den Gates - einer der häufigsten Ausfallgründe
- und noch ein -3dB/20W Dämpfungsglied um die PA vor Übersteuerung durch unseren TRX zu schützen
(getestet habe ich bisher mit max. 10W Input dann ist die PA massiv in Sättigung und macht ca. 430W Output auf 6m, war mein Test für die Überstrom Schutzschaltung...)

Der Vorteil des 61er Materials ist der, dass die Kerne kaum warm werden - die Verluste scheinen sehr gering zu sein.

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Di Mai 10, 2022 1:18 pm


Hallo Rene,

hier die versprochene Ergänzung auf 160m.

Betriebspannung 50V/Ruhestrom 1A ich habe bisher keine Versuche zur Optimierung des Ruhestroms unternommen.
Output 2x -47,73dBm = 236W PEP, input ca. 1 Watt.
-214_171.jpg
Ich denke das zeigt dass der PA Trafo trotz Nutzung von 61er Material genügend Induktivität hat.

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von dj1yr » Di Mai 10, 2022 1:25 pm


Erwin,

sehr schön, das wäre ja gut geeignet für eine PA, da man die Module ja Combinern kann.

Ich hätte einen 3W Messverstärker der bis 500Mhz geht, wenn ihr sowas mal benötigt, als Leihgabe für Messungen versteht sich...

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Di Mai 10, 2022 2:07 pm


Rene, danke für das Angebot bin aber schon dabei einen 30W Mosfet zu nehmen und damit einen Driver zu bauen damit ich auch 4m noch testen kann (und vielleicht auch 600m, hab keine Idee was da maximal geht aber 250W sollten sicher rauskommen).
Hab übrigens eben mal am Ruhestrom gedreht wegen meiner obigen Aussage - so - 37dBc geht auch noch ist aber im Endeffekt egal, in unserem Charly TRX wird die PA sowieso mit Predistortion betrieben und dann sollten -45dBc oder -50dBc der Standard sein.
Ich muss nur noch ein TP Filter und einen Koppler für die Predistorion bauen.

Und Splitter und Combiner müssen natürlich auch noch her damit man je nach Wunsch entweder 2 oder 4 der PA's zusammenschalten kann.
In der Größe des jetzigen Charly TRX lassen sich vermutlich 2Module und ein 1,2KW Netzteil unterbringen - damit wird dann die Soll Ausgangsleistung 500W.
Ich hab allerdings noch nirgendwo eine Splitter/Combiner Kombination gesehen die von 600m bis 4m geht - das dürfte eine Limitation werden denke ich - mal sehen ob ein bisschen Grundlagenforschung erfolgreich ist.
Für das gegenwärtige Gerät ist das keine Limitation das geht nur bis 6m aber in Zukunft muss dann irgendwann mal unser Charly mindestens von 600m bis 4m gehen.

Wenn dann alles spielt ist bei uns auch noch ein 600W Modul im Plan (mehr oder weniger gleiches Konzept wie oben aber 72V Betrieb), aber das ist noch Zukunft und von der Verfügbarkeit geeigneter Halbleiter abhängig, die üblichen verdächtigen - derzeit überall im Einsatz - sind mir zu sensibel und nicht spannungsfest genug.
Es gibt mittlerweile wesentlich besser geeignete Halbleiter für kommerzielle Zwecke, die sind aber leider extrem schwierig zu beschaffen, wir bemühen uns darum.

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Di Mai 10, 2022 2:49 pm


... hab jetzt in meinem Chinesen Fundus so einen Verstärker gefunden auf dem 3W drauf steht, ich hoffe so einen meintest Du nicht.... hi

Mit gut zureden schafft der 1,25W out - ist aber erst einmal genug, aus der PA kamen 280W bei 70MHz raus sie verstärkt also auf 4m genau so gut oder sogar besser wie auf allen anderen Bändern..

Muss jetzt noch einen Driver mit 1 oder 2 Watt auf 472KHz finden....

Kann allerdings derzeit noch keine IMD Messung auf beiden Bändern machen dazu brauche ich einen Class A verstärker mit besser - 40dBc bei 1 oder 2 Watt Output.
Auf allen anderen Bändern nutze ich den Charly TRX mit Predistortion als Treiber.

Bei 472Khz sollte das dann mit einem etwas größeren Mosfet gehen.

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von dj1yr » Di Mai 10, 2022 3:25 pm


hihi, nein ich habe einen "richtigen" Verstärker von ENI.

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Mi Mai 11, 2022 11:16 am


... Du Glücklicher, ich hab mir die SPEC's angesehen der ist richtig gut (und teuer...)... hi

73,Edwin

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von dj1yr » Do Mai 12, 2022 5:59 am


Edwin,

ja, das war damals Glück, wie ich den bekommen habe.

Wieviel C hast du eigentlich zur HF Auskopplung, 300nF?
Ja, der Splitter/Combiner dürfte ein Problem werden für die Bandbreite.

zur IMD Messung,, dazu kann man auch gut ein SDR mit PD einsetzen über 50db IMD sollten für erste Messungen reichen.

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DF5WW » Do Mai 12, 2022 7:51 am


Das Projekt muß ich mal weiter beobachten. Wäre vermutlich ein schöner Zusatz zu meinem ALT-512 der ja von Haus aus auch 70 MHz kann.
73´s, Jürgen, DF5WW ;) ;)
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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Do Mai 12, 2022 9:07 am


Rene, ich hab 2x 300nF zur Auskoppelung genommen. Scheint gut zu passen auch für 600m.
Mit IMD Messung hab ich kein Problem, habe einen R&S FSU8 zur Verfügung, der macht das leicht.

Anmerkung an Jürgen - Du kannst gerne auf der Ham Radio vorbeikommen dann kannst Du Dir die PA ansehen.

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von dj1yr » Fr Mai 13, 2022 6:06 am


DC9OE hat geschrieben:
Do Mai 12, 2022 9:07 am

Mit IMD Messung hab ich kein Problem, habe einen R&S FSU8 zur Verfügung, der macht das leicht.

73,Edwin - DC9OE
Hallo Erwin, es ging um das erzeugen des Signals, sollte doch mit eurem TRX gehen.

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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Fr Mai 13, 2022 9:30 am


Ach so, sorry ja natürlich.
Ich nutze den Charly mit Predistortion und habe einen Drehgeber am Frontpanel als Drive Regler belegt.
Vor der PA hab ich dann noch ein 3dB Dämpfungsglied weil das auf dem PA Board noch nicht bestückt ist.
Das Signal vom Charly ist dann sehr gut bzgl. IMD und ich messe wirklich nur die IMD der PA.
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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DF5WW » Mo Mai 16, 2022 6:54 am


DC9OE hat geschrieben:
Do Mai 12, 2022 9:07 am
Anmerkung an Jürgen - Du kannst gerne auf der Ham Radio vorbeikommen dann kannst Du Dir die PA ansehen.
Danke für das Angebot bzw. den Tip aber das wird bei mir nichts. Unsere Sommerferien in RLP starten erst am 27.7. oder so um
den Dreh und für "mal eben schnell hin" ist FN leider viel zu weit weg.

;) ;)
73´s, Jürgen, DF5WW ;) ;)
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Re: Neue PA für unseren Charly TRX

Beitrag von DC9OE » Mo Mai 16, 2022 8:54 pm


Hallo Jürgen, schade aber Du kannst Dich ja einfach mal melden wenn Du Interesse hast.
Ich weiß noch nicht in welcher Form wir die PAs verfügbar machen, und ob überhaupt. Hängt vom Feedback auf der Ham Radio ab.
Auf jeden Fall werden wir sie für uns selber nutzen.
73, Edwin - DC9OE

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