Amplificateur de puissance LDMOS pour 23 cm Wolf-Henning Rech DF9IC Eisinger Str. 36/2 D-75245 Neulingen Allemagne JN48iw http://www.df9ic.de LDMOS: „full legal power“ ? • Modules LDMOS populaires: • 144 MHz: 1 kW LDMOS MRFE6VP1K25 • 432 MHz: 500 W MRFE6VP5600 • 1296 MHz: 150 W 2 x MRF286 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 2 Modules non blindés • OK pour le prototype – mais pour le produit fini? CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 3 Appareils avec peu d‘écran • Boitier imparfaitement blindé CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 4 Conception de mes modules • Boitier blindé bon marché, integrée avec un conducteur de chaleur • Transistors LDMOS a prix bas du marché surplus (radio cellulaire, pas radiodiffusion) • Composants chères seulement ou on ne peut pas les éviter CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 5 Conception du boitier • Transistor installé sur un conducteur de chaleur • Cadre et couvercle en fer-blanc (peut être vissé au cuivre) • Circuit imprimé vissé au au cuivre et soudé au cadre de fer-blanc CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 6 Conception du boitier • L‘entrée et la sortie sur deux circuits imprimés séparés • Peu de troux métalisés CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 7 L‘amenée de courant • Condensateur de passage pour les courants élevés CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 8 Quels transistors pour 23 cm? • Transistors 900 MHz 60 W: MFR9060, MRF6S9060, MRF286 etc. (sans pré-adaption) • Transistors pour 1300/1400 MHz (pré-adapté): PTF141501E 150 W 28 V BLF6G13L-250P 250 W 50 V • Transistors 900 MHz 125…160 W: MRFE6S9125, MRFE6S9135, MRFE6S9160 (pré-adapté seulement à l‘entrée) CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 9 Le transistor préferé pour 23 cm CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 10 MRFE6S9160HS – 10 EUR CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 11 PA 1296 MHz: le prototype • Essayons ! Le résultat: 150 W de sortie et 19…20 dB gain CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 12 PA 1296 MHz: push-pull ? • Conception d‘un ampli push-pull: Le résultat: asymmetrie, rendement bas CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 13 PA 1296 MHz: MRFE6S9160 • Conception d‘un ampli sans troux métallisés autour du transistor : Résultat: comparable à l‘original CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 14 PA 1296 MHz: MRFE6S9160 • Soudure du transistor: au début avec le fil de soudre étain/plomb CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 15 PA 1296 MHz: MRFE6S9160 • Résultat: succès, mais aussi plusieures pertes (transconductance des transistors était réduit) • Puis application d‘une soudure CMS à basse température 138°C – Edsyn CR11 Sn42Bi58 (étain – bismuth) • Chauffer et refroidir soigneusement => il n‘y avait plus de pertes! CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 16 PA 1 x MRFE6S9160 RO4003 • Production de 4 prototypes – puissance > 150 W à 28 V CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 17 PA 1 x MRFE6S9160 RO4003 100n 5,1V Duko +28 V TX max. 10 mA 1k 1n 0805 NP0 1n 0805 NP0 1n 0805 NP0 1n 0805 NP0 100µF 63V Duko +28 V max. 12 A 2,7k 8,2p ATC600S RF out 47 RF in 2 x 47p ATC600S 47p 0805 NP0 2,2p 0805 NP0 5p Murata TZ03 2k2 6 x 3,3p ATC100B MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 18 PA 1 x MRFE6S9160 RO4003 1nF 100nF 5,1V Zener 1nF 47 2,2p 2,2k ATC600S 8,2pF 1nF 1nF ATC100B 3 x 3,3pF ATC600S 2 x 47pF ATC100B 3,3pF (Startwert) 100p ATC100B 3 x 3,3pF 100µF 63V 2,7k 1k Poti 45 mm auf 6mm Dorn 45 mm auf 6mm Dorn 5pF CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 19 PA 1 x MRFE6S9160 RO4003 120,0 250 100,0 200 80,0 150 60,0 100 40,0 50 20,0 P_sortie / W P_DC / W 300 Rendement / % MRFE6S9160 1296 MHz Puissance de sortie Consommation DC Rendement PAE / % 0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 P_entrée / W CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 20 PA 1 x MRFE6S9160 FR4 • Un essaie sur le substrat FR4, pour éviter les problèmes avec l‘aprovisionnement du matériel RO4003 0,81 mm • Le résultat: puissance et rendement sont réduits CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 21 PA 1 x MRFE6S9160 FR4 300 120,0 250 100,0 200 80,0 150 60,0 100 40,0 50 20,0 Wirkungsgrad / % Leistung / W MRFE6S9160 1296 MHz Ausgangsleistung DC-Eingangsleistung Wirkungsgrad PAE / % 0 0,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Steuerleistung / W CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 22 PA 2 x MRFE6S9160 RO4003 • Prochaine étape: couplage de 2 amplis CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 23 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 • Prototype de l‘ampli „jumeaux“ CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 24 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 25 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 • Résultat: succès, proche à 300 W à 28 V, rendement un peu plus bas • Pré-ajustement de l‘adaption de chaque transistor en operation simple, puis seulement petites corrections nécessaires • Mais: construction trop délicat, et trop grand => nouvelle version CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 26 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 27 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 28 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 29 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 30 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 31 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 32 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 33 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 120,0 500 100,0 400 80,0 300 60,0 200 40,0 100 20,0 P_sortie / W P_DC / W 600 Rendement / % 2 x MRFE6S9160 1296 MHz Puissance de sortie Consommation DC Rendement PAE / % 0 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 P_entrée / W CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 34 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 • Résultat: • Petit module à haute puissance • 275 W à 26 V – 305 W à 28 V – 340 W à 30,6 V • 17 dB de gain • >50% Rendement • Ajustement plus difficile que pour l‘ampli avec 1 transistor • Plusieur modules peuvent être combiné pour des PA plus gros CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 35 PA 1296 MHz: 8 x MRFE6S9160 • Comment en faire 1 kW? 4 modules Entrée: Coupleur Wilkinson sur FR4 Sortie: Isolateurs + Coupleur non-isolé CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 36 PA 1296 MHz: 8 x MRFE6S9160 • Et le PSU? – le filtrage DC? CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 37 Conclusion • Concept d‘un ampli 150 W dont le matériel pour le module coutent 30 EUR • PA à 2 transistors intégrée sur le circuit imprimé • Possibilité d‘un ampli 1 kW avec 8 transistor, pour un prix proche à 250 EUR (sans radiateur, PSU, …) CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 38
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