Stand 23-2-2017 Konzeptstudie 2016 DL2NK 7 MHz Monoband-PA mit Lipo-Power 1 KWPEP - Linear Telefoniebetrieb - mobil - portabel - stationär Technische Daten ● Frequenz 7 MHz ● Ausgangsleistung linear 1 kWPEP ● Sättigungsleistung 1,15 kWPEP ● Eingangsleistung 12 WPEP ● IMD -35 dB ● Oberwellen -50 dB ● Stromversorgung 48 VDC 4x12V RC-Lipos 100 Wh intern ● Mobil/Portabel 10 bis 48 V DC extern ● Stationär 230 V AC extern ● Leistungsaufnahme 30 W ● Gewicht PA-Modul 1,3 kg ● Gewicht Lipo-Modul 1,1 kg 2 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 3 Aufbau der Komponenten 4 5 Materialkosten der Module ● Folgende Materialkosten fielen bei meinen ersten zwei Mustern an: ● PA-Modul komplett ca. 50 Euro ● Lipo-Powerpack ca. 40 Euro ● DC-Wandler 10 bis 48V ca. 5 Euro ● AC-Netzteil 48V ca. 10 Euro ● Endstufen-Power FET SIHP10N40D (1Euro) ● RC-Lipo-Akku 3S 2200mAh 30C (66A max.) ● DC-Wandler TE636 DC-DC Boost Step-up Constant Current Mobile Power Supply ● AC Laptopnetzteil EADP-48EB-B ● Lüfter 24V 2W EEC0252B3 6 Messergebnisse ● Kennlinie @ 1,15kWPEP Sättigung ● Oberwellen @ 1kWPEP Kennlinie @ 1kWPEP Linear ● ● IMD @ 1kWPEP 7 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. 8 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 ● 50% Sendebetrieb -3dB ● Kurze Funkpausen -1dB ● Summe demnach -17dBPEP ● Die mittlere Ausgangsleistung ist demnach 20W @ 1kW PEP. ● 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 Laptopnetzteil. ● CW-Dauerstrich dagegen würde den Energie- und Kühlbedarf um den Faktor 20 steigern (13dB) !! -13dB PEP 9 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. 10 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. 11 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 12 Schaltbild 1kW 7 MHz Monoband PA Copyright: Fred DL2NK 13 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. 14 Impressum Friedemann Kombrink Blumenstrasse 13 89129 Langenau 07348 6656 [email protected] www.DL2NK.de Copyright: DL2NK nur private, keine kommerzielle Nutzung In articles/publications/discussions please refer to the original design of DL2NK. Eine Haftung, für die Funktion der gezeigten Schaltbilder und für Folgeschäden jeglicher Art durch Nachbauten und deren Verwendung, ist ausgeschlossen. 15
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