FM 방송을위한 40W 광대역 VHF RF 전력 증폭기의 설계

개요

이것이 디자인입니다

저전력 FM 방송 대역 여자 기의 출력 전력을 높이기 위해 이들 중 다수가 키트 및 기성품으로 상업적으로 이용 가능합니다. 보다 어떻게 커뮤니티 라디오 방송국 할 더 인기있는 여자 장치의 일부 리뷰에 대한 링크.

이 디자인은 누구입니까?

RF 전자 및 기계 구조적인 기술을 잘 알고있는 사람
이미 VHF 전력 (> 10W) 증폭기를 성공적으로 구축하고 테스트 한 사람들

참고로, 참조 커뮤니티 라디오 방송국 전자 소개

다음 테스트 장비 튜닝 앰프에 필요합니다 :

Stabilised 전류 제한 전원 (+ 28V, 3A)
3A와 멀티 미터, 이상 전류 범위
50W의 VHF 더미로드
RF 파워 미터
약을 가진 FM 자극하는 사람. 26 - 27 dBm 출력 전력
RF 스펙트럼 분석기
RF 네트워크 분석기 또는 트래킹 발생기와 스펙트럼 분석기
RF 전력 감쇠기

이 디자인은 않습니다. 초보자 및 VHF RF 초보자에게 적합합니다. 이 사람들은 다음과 같은 위험을 감수합니다.

열 및 RF 화상
전기 사형
비싼 RF 컴포넌트 및 테스트 장비의 파괴
따라서 상태에서 방문 및 장비 몰수, 벌금, 그리고 아마도 징역 그에 따른 위험을 감수 전자기 스펙트럼의 다른 사용자에 대한 간섭의 결과로 원하지 않는 가짜 RF 방사선.
스트레스와 좌절의 큰 거래.

이 디자인이 필요한 이유

인터넷에서 사용할 수있는 FM 방송 장비에 대한 대부분의 회로도와 디자인의 품질이 만족스럽지 않다고 생각합니다. 내 웹에서 계획에서 구축에 대한 조언. 특히 VHF RF 전력 증폭기에서 사용할 수있는 정보는 훨씬 더 절실합니다. 예를 들어 TP9380과 같은 장치의 공룡을 사용한 설계가 있습니다. 이 설계는 새로운 MOSFET 장치를 기반으로하며 다음과 같은 이점이 있습니다.

높은 이득
고효율
조정의 용이성

웹상의 대부분의 디자인이 10 년 이상 된 것이므로 최근에 도입 된 장치를 사용하면 디자인의 사용 수명을 극대화 할 수 있습니다. 또한이 디자인을 차량으로 사용하여 마인드 리딩 기술을 갖추고 있지 않은 타사가이 앰프를 성공적으로 구축하는 데 필요한 정보의 양을 보여줍니다. 요점은 이것이다. 예를 들어 회로도와 같이 부족한 설계 정보로 무언가를 구축 할 수있는 충분히 숙련되고 경험이있는 사람은 전혀 정보가 없어도 구축 할 수 있습니다. 반대로, 해당 기술 및 경험 수준이 아닌 사람은 성공하려면 자세한 지침이 필요합니다.

설계 절차

증폭기 설계가 최근에 도입 (1998) 모토로라에 기초 MRF171A MOSFET (MRF171A 데이터 시트 in PDF 형식).이전, 지금 중단, MRF171 장치와 혼동하지 마십시오. 1월 2002 - 모토로라는 더 oftern 어떤 사람들은 자신의 underparts와 변경보다 자신의 RF 전력 디바이스 제품 포트폴리오를 변경합니다. 모토로라는 M / A-COM에이 장치를 꺼낸 것 같습니다.

컴퓨터 시뮬레이션

초기 실행 가능성은 선형 RF 및 마이크로파 시뮬레이션 패키지, 특히 Supercompact를 사용하여 수행되었습니다. 사용 된 버전은 6.0이었는데, 솔직히 말해서 나는 열악한 소프트웨어라고 생각하고 전혀 권장하지 않습니다. 이 장치를 위해 Motorola는 S 매개 변수와 큰 신호 단일 종단 임피던스를 제공합니다. S 매개 변수는 0.5A 대기 드레인 전류에서 측정되며, 이는 전통적으로 S 매개 변수가 매우 낮은 드레인 전류에서 측정되는 경향이 있었기 때문에 디바이스 특성화의 한 단계 발전을 나타냅니다. 이것은 소 신호 장치에서는 만족 스럽지만 전력 증폭기 설계에서는 작은 드레인 전류에서 측정 된 S 매개 변수의 사용이 제한됩니다.

0.5A에서 측정 된 S 매개 변수 정보는 유용한 설계 시작점을 제공 할 수 있었지만 단일 종단 대형 신호 임피던스를 기반으로 설계를 선택했습니다. 이는 일반 테스트 픽스처의 각 테스트 주파수에서 최상의 성능을 위해 장치를 조정하여 장치 제조업체가 측정합니다. 그런 다음 테스트 장치를 제거하고 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 정합 네트워크를 다시 살펴 보는 복잡한 임피던스를 측정합니다.이 과정은 50R로 종료됩니다.이 절차는 입력 및 출력 정합 네트워크에 대해 수행됩니다. 큰 신호 임피던스 데이터의 장점은 장치가 생성하도록 설계된 실제 출력 전력에서 측정 할 수 있다는 것입니다. 따라서 전력 증폭기 시나리오에서 더 대표적입니다. 대형 단일 임피던스는 입력 및 출력 정합 네트워크를 합성 할 수있는 정보 만 제공하며 결과 증폭기의 가능한 이득, 효율성, 잡음 성능 (관련된 경우) 또는 안정성에 대한 정보는 제공하지 않습니다.

이것은 입력 네트워크를 합성하는 데 사용되는 파일이다.

* mrf171i1.ckt, 파일의 이름

* 변수 정의 블록, 첫 번째 값은 최소 허용 값, * 세 번째 값은 최대 허용 값, 중간은 변수

C1 :? 1PF 30.2596PF 120PF? C2 :? 1PF 21.8507PF 120PF? L1 :? 1NH 72.7228NH 80NH? C3 :? 1PF 179.765PF 180PF? L2 :? 1NH 30.4466NH 80NH? BLK; 회로 넷리스트 cap 1 c = c2 cap 1 2 c = c0 ind 2 2 l = l3 cap 1 3 c = c0 ind 3 3 l = l9 res 2 r = 9; 게이트 바이어스 피드 저항 0 33 mrf9ip; 참조 171 포트 데이터 IPNET : 1POR 1, 새로운 1 포트 네트워크 생성 END FREQ STEP 1MHZ 88MHZ 108MHZ END OPT

* 최적화 제어 명령문은 시뮬레이터에 * 88 ~ 108MHz 사이에서 최적화하고 * -24dB 이상의 입력 반사 손실을 달성하도록 지시합니다.

   IPNET R1 = 50F = 88MHZ 108MHZ MS11-24DB LT

끝 데이터

* 대형 신호 * 직렬 등가 복합 임피던스를 참조하여 mrf171ip라는 단일 포트 네트워크를 정의합니다. 이 데이터는 4 * 주파수 포인트에서 사용할 수 있습니다.

* Z 매개 변수 정보, 실수 및 가상 형식을 정의합니다. * 기준 임피던스는 1 Ohm입니다.

   mrf171ip : Z RI RREF = 1 * MRF171A Z 소스 30MHZ 12.8 -3.6 100MHZ 3.1 -11.6 150MHZ 2.0 -6.5 200MHZ 2.2 -6.0 끝

물론 시뮬레이터를 사용한다고해서 회로 토폴로지 선택에 도움이되지 않으며 네트워크 구성 요소의 시작 값도 제공되지 않습니다. 이 정보는 디자인 경험에서 비롯됩니다. 모든 최적화 값은 결과 네트워크를 실현 가능한 상태로 유지하기 위해 최대 및 최소로 제한되었습니다.

처음에는 3 극 정합 네트워크가 시도되었지만 이는 20MHz에서 충분한 광대역 정합을 제공 할 수 없었습니다. 5 극 회로를 사용하여 최적화 목표를 달성 할 수있었습니다. 33R 게이트 바이어스는 시뮬레이션에 포함되어 있습니다. 이는 입력 네트워크의 de-Q를 돕고 최종 증폭기의 안정성을 개선하기 때문입니다.

출력 네트워크에 대해서도 유사한 절차가 수행되었습니다. 이 시뮬레이션에서는 배수 공급이 시뮬레이션에 포함되었습니다. 겉으로는이 초크의 값은 중요하지 않지만, 너무 크면 안정성을 구성 할 수 있고, 너무 작 으면 출력 매칭 네트워크의 일부가되어이 경우에는 바람직하지 않다고 생각했습니다. .

구성 요소 선택

입력 전력이 1/2 와트에 불과하기 때문에 표준 세라믹 커패시터와 트리머가 입력 매칭 회로에 사용되었습니다. LXNUMX 및 LXNUMX (참조 개략도)는 훨씬 더 작게 만들 수 있지만 출력 네트워크에 사용되는 인덕터와의 일관성을 위해 크게 유지했습니다. 출력 네트워크에서 운모 금속 클래드 커패시터와 운모 압축 트리머를 사용하여 전력을 처리하고 부품 손실을 최소화했습니다. 광대역 초크 L3은 더 낮은 RF 주파수에서 약간의 손실 리액턴스를 제공하고 C8은 AF (오디오 주파수) 디커플링을 처리합니다.

향상 모드 N- 채널 MOSFET (양의 전압이 장치를 전도로 바이어스)의 사용은 바이어스 회로가 간단하다는 것을 의미합니다. 전위 분배기는 5.6V 제너 다이오드에 의해 안정화 된 저전압에서 필요한 전압을 차단합니다. 두 번째 5.6V 제너 인 D2는 FET의 게이트에 과도한 전압이 가해지지 않도록 예방 조치로 장착됩니다. 이는 확실히 장치의 파손을 초래할 것입니다. 순수 주의자들은 바이어스 전류를 온도 안정화시킬 것이지만이 애플리케이션에서는 바이어스가 중요하지 않기 때문에 신경 쓰지 않았습니다.

RF 입력 전력이 낮기 때문에 BNC 소켓이 RF 입력에 사용되었습니다. RF 출력에 N 유형을 사용했으며 약 5W 이상에는 BNC를 사용하지 않으며 UHF 스타일 커넥터가 마음에 들지 않습니다. 개인적으로 30MHz 이상의 UHF 커넥터를 사용하지 않는 것이 좋습니다.

건설

증폭기는 작은 알루미늄 다이 캐스트 상자로 구성되었습니다. RF 입력 및 출력 연결은 동축 소켓으로 이루어집니다. 전원 공급 장치는 상자 벽에 볼트로 고정 된 세라믹 피드 스루 커패시터를 통해 라우팅됩니다. 이 구조적 기술은 우수한 차폐를 제공하여 RF 방사가 증폭기에서 빠져 나가는 것을 방지합니다. 그것 없이는 상당한 양의 RF 방사선이 방출되어 VCO 및 오디오 스테이지와 같은 다른 민감한 회로를 방해 할 수 있으며 상당한 양의 고조파 방사선이 발생할 수 있습니다.

전원 장치의베이스는 다이 캐스트 상자 바닥의 컷 아웃을 통해 놓여 있으며 작은 압출 알루미늄 방열판에 직접 볼트로 고정됩니다. 대안은 전원 장치의 바닥이 다이 캐스트 상자의 바닥에있는 것입니다. 이는 FET에서 열을 전달하는 효과적인 경로를 제공하는 두 가지 이유로 권장되지 않습니다. 첫째, 다이 캐스트 상자의 바닥이 특히 매끄럽지 않아 열 경로가 좋지 않습니다. 둘째, 열 경로에 다이 캐스트 상자의 바닥이 있으면 더 많은 기계적 인터페이스가 도입되어 더 많은 열 저항이 발생합니다. 선택한 구조적 기술의 또 다른 장점은 장치 리드를 회로 기판의 윗면에 올바르게 정렬한다는 것입니다.

지정된 방열판을 사용하려면 강제 공기 냉각 (팬)을 사용해야합니다. 팬을 사용하지 않으려는 경우 훨씬 더 큰 히트 싱크가 필요하며, 자연 대류에 의한 냉각을 극대화하기 위해 앰프를 히트 싱크 핀을 수직으로 장착해야합니다.

회로 기판은 각면에 1oz Cu (구리)를 입힌 섬유 유리 PCB (인쇄 회로 기판) 소재 조각으로 구성됩니다. 저는 Wainwright를 사용하여 회로 노드를 형성했습니다. 이것은 기본적으로 주석 처리 된 단면 PCB 재료의 자체 접착 비트이며, 무거운 한 쌍의 사이드 커터로 크기를 자릅니다. 쉬운 대안은 1.6mm 두께의 단면 PCB 재료를 사용하여 크기에 맞게 절단 한 다음 주석 도금하는 것입니다. 이들은 시아 노 아크릴 레이트 유형 접착제 (예 : 슈퍼 접착제 또는 Tak-pak)로 접지면에 접착됩니다. 독립 단기 치료소 537-044). 이 구성 방법은 PCB의 윗면이 우수한 접지면이되도록합니다. 이에 대한 유일한 예외는 FET의 게이트 및 드레인을위한 두 개의 패드입니다. 이들은 날카로운 메스로 구리의 최상층을 조심스럽게 채점 한 다음 미세한 납땜 인두 팁과 메스의 도움으로 구리 조각을 제거하여 만들어졌습니다. 절연 된 구리 조각을 따라 철 팁을 실행하면 Cu가 메스로 벗겨 질 수 있도록 접착제가 충분히 느슨해집니다. 이렇게 생성 된 게이트 패드는 프로토 타입의 사진

전원 장치의베이스가 통과 할 수 있도록 PCB에 구멍을 만든 후 슬롯을 통해 구리 테이프를 감아 상단 및 하단 접지면을 연결했습니다. 이것은 소스 탭 아래 두 곳에서 수행되었습니다. 그런 다음 구리 테이프를 상단과 하단에 납땜했습니다.

만나다 사진 제안 된 구성 요소 위치. 엔클로저 오른쪽의 수직 스크린은 양면 PCB 재료로 양쪽 상단 접지면에 납땜되어 있습니다. 이는 출력 정합을 구성하는 인덕터와 LPF를 구성하는 인덕터 간의 커플 링을 줄여 최종 고조파 제거를 개선하려는 시도입니다. 이러한 종류의 납땜 작업을 수행하려면 60W 이상의 납땜 인두가 필요합니다. 바람직하게는 온도 제어 인두가 필요합니다. 이 다리미는 더 작은 구성 요소에 대해 너무 위에 있으므로 더 작은 다리미도 필요합니다.

아래에 언급 된 바와 같이, LPF 인덕터 금속 클래드 커패시터의 탭에 직접 납땜된다.

개략도

앰프 회로도 (8K)

부품 목록

참조	상품 설명	독립 단기 치료소 부품 번호	수량
C1, C2, C4	5.5 - 50p 소형 세라믹 트리머 (녹색)	148-161	3
C3	100p 세라믹 디스크 50V NP0 유전체	896-457	1
C5, C6, C7	적층 세라믹 100V X50R 유전체 7n	146-227	3
C8	100u 35V 전해 반경 커패시터	667-419	1
C9	500p 금속 입은 커패시터 500V		1
C10	커패시터 커패시터를 통해 1n 세라믹 리드	149-150	1
C11	16 - 100p 운모 압축 트리머 커패시터 (아르코 424)		1
C12	25 - 150p 운모 압축 트리머 커패시터 (아르코 423 또는 스프 GMA30300)		1
C13	300p 금속 입은 커패시터 500V		1
C14, C17	25p 금속 입은 커패시터 500V		2
C15, C16	50p 금속 입은 커패시터 500V		2
L1	64nH 인덕터 - 4는 18mm 직경에 6.5 SWG 주석 도금 구리 와이어를집니다. 전 길이 8mm가집니다		1
L2	25nH 인덕터 - 2는 18mm 직경에 6.5 SWG 주석 도금 구리 와이어를집니다. 전 길이 4mm가집니다		1
L3	6와 스레드 2.5 구멍 페라이트 비드 22 SWG는 광대역 초크를 형성하기 위해 구리 와이어를 통조림집니다	219-850	1
L4	210nH 인덕터 - 8는 18 SWG는 6.5mm 디아에 구리 철사를 에나멜집니다. 전 길이 12mm가집니다		1
L5	21nH 인덕터 - 3는 18mm 직경에 4 SWG 주석 도금 구리 와이어를집니다. 전 길이 10mm가집니다		1
L6	41nH 인덕터 - 4는 22mm 직경에 4 SWG 주석 도금 구리 와이어를집니다. 전 길이 6mm가집니다		1
L7	2 페라이트 비드는 C10의 리드에 스레드	242-500	2
L8, L10	100nH 인덕터 - 5는 18mm 직경에 6.5 SWG 주석 도금 구리 와이어를집니다. 전 길이 8mm가집니다		2
L9	115nH 인덕터-6mm 직경에서 18 SWG 주석 도금 구리 와이어 6.5 회 전, 길이 12mm 회전		1
R1	10K 메트 전위차계 0.5W	108-566	1
R2	1K8 금속 막 저항 0.5W	333-864	1
R3	33R 금속 막 저항 0.5W	333-440	1
D1, D2	BZX79C5V6 400mW 제너 다이오드	931-779	2
TR1	MRF171A (모토로라)		1
SK1	BNC 격벽 소켓	583-509	1
SK2	N 형 패널 소켓, 사각 플랜지	310-025	1

	다이 캐스트 박스 29830PSL 38 X 120 X 95mm	301-530	1
	히트 싱크 16 x 60 x 89mm 3.4 ° C / W (Redpoint Thermalloy 3.5Y1)	170-088	1
	양면 구리 클래드 PCB 소재 1.6mm 두께		A / R
	구리 테이프 또는 포일	152-659	A / R
	M3 너트, 볼트, 와셔 주름 세트		16
	비 실리콘 열전달 붙여 넣기	317-950	A / R

노트

기타 이에 상응하는 부분을 대체 할 수 있습니다 - 전기 전자 부품 부품 번호는 가이드 만이다.
금속 입은 커패시터는 하나입니다 삼성 전기 MCM 시리즈, Unelco J101 시리즈, Underwood 또는 아르코 다른 장소 사이에서 사용할 수 MCJ-101 시리즈, RF 부품.
에서 MRF171A 가능 BFI (UK), 리처드슨 or RF 부품 (미국)
아르코 또는 스프 트리머는에서 구할 수 있습니다 통신 개념 (미국)
18 SWG (표준 와이어 게이지) 약 1.2mm의 직경
22 SWG (표준 와이어 게이지) 약 0.7mm의 직경
인덕터를 만들려면-적절한 크기의 전자에 필요한 회전 수를 감고 처음에는 각 회전 사이에 하나의 와이어 직경 간격을 사용하십시오. 그런 다음 부품 목록 테이블에 필요한 길이를 얻기 위해 회전을 분리합니다. 마지막으로 네트워크 분석기를 사용하여 값을 확인하고 그에 따라 조정하십시오.
위의 간격이 규칙의 예외는 가까운 상처 L4입니다.
구리 호일 (스테인드 글라스 제작에 사용) 공예품 상점에서 사용할 수 있습니다
A / R = 필수로

프로토 타입 앰프의 사진

광대역 증폭기 (46K)

FET의 방향에주의하십시오. 빗금 리드 드레인이며, 오른쪽에

로우 패스 필터 테스트

모든 RF 전력 증폭기가 와야합니다 저역 통과 필터 (LPF) 줄일 수 있습니다 화성학 허용 가능한 수준으로. 라이선스가없는 애플리케이션에서이 수준은 논쟁 점이지만 출력 전력이 증가함에 따라 고조파 억제에 더 많은주의를 기울여야합니다. 예를 들어, 3W 장치에서 -30dBc의 1 차 고조파는 1uW이며, 이는 문제를 일으킬 가능성이 거의없는 반면, 30KW 출력에서 -3dBc 1 차 고조파 억제는 잠재적으로 문제가되는 1 차 고조파에서 XNUMXW의 전력을 생성합니다. 그래서 순수한 두 번째 예에서 고조파 방사선의 수준은 첫번째와 동일하게, 현재 60dBc하여 3 차 고조파를 억제 할 필요가있다.

이 설계에서는 7 극 Chebyshev 저역 통과 필터를 구현하기로 결정했습니다. 통과 대역 내의 위상 및 진폭 리플이 중요하지 않기 때문에 Chebyshev가 선택되었으며 Chebyshev는 Butterworth에 비해 더 나은 정지 대역 감쇠를 제공합니다. 설계 정지 대역은 113MHz로 선택되어 5MHz에서 원하는 가장 높은 통과 대역 주파수와 108MHz에서 정지 대역의 시작에서 113MHz 구현 마진을 제공합니다. 다음으로 중요한 설계 매개 변수는 통과 대역 리플이었습니다. 단일 주파수 설계의 경우 큰 통과 대역 리플 (예 : 1dB)을 선택하고 마지막 통과 대역 최대 값의 피크를 원하는 출력 주파수로 조정하는 것이 일반적입니다. 이는 통과 대역 리플이 클수록 저지 대역 감쇠가 더 빨라지기 때문에 최상의 저지 대역 감쇠를 제공합니다. 7 극 필터에는 50 개의 반응 요소가 있으며이 설계에서는 XNUMX 개의 커패시터와 XNUMX 개의 인덕터가 있습니다. 극이 많을수록 저지 대역 감쇠가 좋아 지지만 복잡성이 증가하고 통과 대역 삽입 손실이 증가합니다. 입력 및 출력 임피던스가 모두 XNUMXR로 설계되었으므로 홀수의 극이 필요합니다.

이 설계는 광대역이기 때문에 통과 대역 반사 손실이 끔찍하게되지 않는 수준으로 통과 대역 리플을 제한합니다. 우수한 Faisyn 셰어웨어 필터 설계 유틸리티 사용 ( FaiSyn RF 설계 소프트웨어 홈 페이지)는 이러한 트레이드 오프를 쉽게 조사 할 수있게했으며, 통과 대역 리플은 0.02dB로 정했습니다. 이 프로그램은 또한 필터 값을 계산하고 가장 널리 사용되는 선형 회로 시뮬레이터에 입력하기에 적합한 형식으로 넷리스트를 출력합니다. 7 극에서는 4 개의 커패시터와 3 개의 인덕터 또는 3 개의 커패시터와 4 개의 인덕터를 사용할 수 있습니다. 나는 바람에 하나의 구성 요소가 덜 발생한다는 이유로 전자를 선택했습니다. faisyn 프로그램에서 주어진 캐패시터 값은 그들이 선호하는 값에 가깝다는 것을 확인하기 위해 조사되었습니다. 선호하는 값 사이에있는 경우 옵션에는 두 개의 커패시터를 함께 병렬로 연결하여 구성 요소 수를 불필요하게 늘리거나 정지 대역 주파수와 통과 대역 리플을 미묘하게 조정하여보다 바람직한 값 집합을 얻는 것이 포함됩니다.

필터를 구현하기 위해, 나는 표준 크기의 금속 입은 Unelco에 의해 커패시터 또는을 사용하기로 결정 삼성 전기. 인덕터는 18 SWG (표준 와이어 게이지) 주석 도금 구리 와이어로 만들어졌습니다. 내 경험상 은도금 구리선을 사용하여 얻을 수있는 것은 거의 없습니다. 인덕터는 표준의 중심에 형성되었습니다. RS or 전기 전자 부품 미세 조정 도구 (독립 단기 치료소 145-507)-직경이 0.25 인치, 6.35mm입니다. 그렇지 않으면 적절한 크기의 드릴 비트를 사용하십시오. 외부 두 인덕터는 시계 방향으로 감았 고 내부 인덕터는 시계 반대 방향으로 감았습니다. 이것은 인덕터 사이의 상호 유도 결합을 줄이기위한 시도이며, 이는 저지 대역 감쇠를 저하시키는 경향이 있습니다. 같은 이유로 인덕터는 모두 일직선이 아닌 서로 90 °로 배열됩니다. 인덕터는 금속 클래드 커패시터의 탭에 직접 납땜됩니다. 이것은 손실을 최소화합니다. 이 유형의 신중하게 구성된 필터는 0.2dB 이상의 통과 대역 삽입 손실을 나타낼 수 있습니다. 다음은 프로토 타입 장치의 테스트 결과입니다.

네트워크 분석기의 음모 7 폴 로우 패스 필터 600MHz 범위	네트워크 분석기의 음모 7 폴 로우 패스 필터 200MHz 범위	네트워크 분석기의 음모 7 폴 로우 패스 필터 20MHz 범위

인덕터에 필요한 값을 알고, 필요한 턴 수에 대한 경험을 바탕으로 교육적인 추측을 한 다음 적절하게 보정 된 RF 네트워크 분석기를 사용하여 내가 만든 인덕터의 인덕턴스를 측정했습니다. 이것은 필터의 실제 작동 주파수에서 측정 할 수 있기 때문에 작은 값의 인덕턴스 값을 결정하는 가장 정확한 방법입니다. 값을 측정하고 그에 따라 인덕턴스를 조정 한 후 전체 필터를 구성 할 때 필터 튜닝을 완료하는 데 놀랍게도 조정이 거의 필요하지 않음을 알 수 있습니다.

이 필터를 조정하는 가장 좋은 방법은 네트워크 분석기를 사용하여 통과 대역 입력 반사 손실을 최소화하는 것입니다. 입력 반사 손실을 최소화하면 통과 대역 전송 손실과 통과 대역 리플을 최소화 할 수 있습니다. 그만큼 20MHz 범위 그래프는 통과 대역 반사 손실이 -18dB임을 보여줍니다. 네트워크 분석기가 없으면 상황이 조금 더 까다 롭습니다. 스팟 주파수를 조정하는 경우 RF 전원을 설정하여 방향성 전력계를 통해 필터로 구동합니다. 필터는 양호한 50R 부하로 종료됩니다. 이제 필터에서 되돌아 오는 반사 전력을 모니터링하고 반사 전력을 최소화하도록 필터를 조정합니다. 광대역 성능을 원한다면 대역의 하단, 중간 및 상단의 세 가지 주파수에서이를 시도해야합니다. 또는 다른 방법으로 인덕터를 충분히 측정 할 수 있다면 필터를 조립하고 더 이상 조정하지 않고 그대로 둘 수 있습니다.

통과 대역 반사 손실을 최소화하도록 조정하면 저지 대역 감쇠가 자체적으로 처리되므로 통과 대역 삽입 손실을 망칠 수 있으므로 조정하지 않아야합니다. 그만큼 200MHz 범위 그래프는 최악의 경우 인 36MHz의 2 차 고조파에서 88dB의 거부를 관리했음을 보여줍니다. 참조 600MHz 범위 그래프에 의해-3dB 억제 88MHz의 55rd의 조화,이보다 더 큰 양만큼 높은 순서를 보여줍니다.

증폭기 테스트

이 증폭기를 조정하기 위해 HP 8714C 네트워크 분석기를 사용했습니다. 네트워크 분석기에 액세스하지 않고 광대역 성능을 조정하려면 매우 창의적이어야합니다. LPF를 조정 한 다음 작업은 FET 바이어스를 설정하는 것입니다. 출력에 연결된 스펙트럼 분석기 (감쇠 적당량 통해 적어도 40dB)를 사용하여 스퓨리어스 진동을 모니터링합니다. 좋은 50R 부하를 입력에 연결하고 전류 제한이 200mA로 설정된 안정화 된 PSU (전원 공급 장치)를 연결합니다.

주 : 앰프를 앞의 모든 RF 단계는 전원이 공급되지 않는 경우,이 앰프는이 연결없이 RF 입력과 전원이 켜져있는 경우 (비파괴) 진동, 또는 것입니다.

모든 트리머를 범위의 중앙으로 설정하십시오. 미니어처 세라믹 트리머가 지정된 상태에서 트리머 상단 플레이트의 반달 금속 화가 트리머 본체의 평면과 완전히 정렬되면 트리머는 최대 정전 용량이됩니다. 최소 정전 용량을 위해 여기에서 180 ° 회전합니다. 최소 전압으로 R1을 설정합니다 (이게 어떤 방식인지 모르는 경우 FET를 맞추기 전에 실험). 공급 전압을 0V에서 최대 + 28V까지 천천히 높입니다. 소모되는 유일한 전류는 바이어스 회로에서 사용하는 약 14mA 여야합니다. 이제 R1을 조정하여 해당 수치에 100mA를 추가합니다. PSU에서 가져온 전류에 갑작스러운 단계가 없어야합니다. 있는 경우 증폭기는 거의 확실히 진동합니다.

모두 정상이면 스위치를 끄십시오. 네트워크 분석기를 보정합니다. 이 응용 프로그램의 HP 8714C에서 S11을 개방 회로로 정규화하고 S21에서 40dB의 감쇠를 라인에서 통해 교정을 수행합니다. 분명히 사용되는 감쇠기는 VHF 주파수에서 최소 50W의 RF 정격이어야합니다.

이제 삶은 약간 복잡해집니다. 일반적으로 증폭기와 LPF 조합을 살펴 보는 것이 좋지만 LPF 브레이크 포인트가 원하는 증폭기 통과 대역보다 5MHz에 불과하기 때문에 108MHz에서 상향 대역이 발생하면 증폭기의 응답 모양을 볼 수 없습니다. . 이러한 이유로 LPF 바이 패스로 초기 증폭기 튜닝을 수행하여 증폭기 응답이 어디에 있는지 확인할 수 있도록 네트워크 분석기 스팬을 충분히 넓게 설정할 수있었습니다.

드라이브의 0dBm으로 이득 약 15dB를 얻기 위해 멀리 조정할 및 10에서 반사 손실 88dB보다가 메가 헤르츠 (108하기소 신호 이득 곡선, 핀 = 0 dBm의). 이제 드라이브를 앰프로 올리고 전류 제한을 적절하게 제거합니다. RF 드라이브를 늘리면 게인이 증가하고 입력 반사 손실이 개선된다는 것을 알 수 있습니다. 이 동작은 FET를 비교적 가볍게 바이어스 한 결과입니다. FET에서 너트를 바이어스하고 0.5A로 바이어스 할 수 있습니다. 이렇게하면 낮은 드라이브 레벨에서 더 많은 이득을 얻을 수 있습니다. 일반적인 애플리케이션의 경우 더 낮은 바이어스를 사용하는 것이 좋습니다. 작은 출력 레벨에서 높은 바이어스는 DC 대 RF 효율을 감소시킵니다.

거대한 히트 싱크를 장착하지 않았다면 이제 앰프를 팬으로 냉각시켜야합니다. HP 8714C를 사용하면 + 20dBm 소스 전력을 얻을 수 있습니다 (화면에 표시되는 내용이며 실제로는 그보다 적습니다) (중간 신호 이득 곡선, 핀 = + 20 dBm의). 이 수준의 드라이브를 사용하면 이제 18 ~ 20dB의 이득 및 반사 손실을 15dB 이상으로 조정할 수 있습니다. 이 시점에서 나는 LPF를 다시 연결하고 네트워크 분석기 범위를 20MHz를 중심으로 98MHz로 좁힐 것입니다. 전력에서 108MHz 이상의 증폭기를 LPF로 구동하는 것은 확실히 권장되지 않습니다. 너무 빠져 나가기 전에 CW로 전환하고 (분석기 스위프 플라이 백에 혼동되지 않도록 CW에서 스위프 스위프를 몇 초로 늘리는 것이 가장 좋습니다) 스펙트럼 분석기의 출력을 살펴보십시오. 출력은 눈이 내리는 것처럼 깨끗해야합니다. 출력이 앰프를 자극하는 주파수에 있는지 확인해야합니다. 그렇지 않으면 끔찍한 대역 내 진동을 보게 될 것입니다.

최종 전력 평탄도 조정을 위해 필요한 모든 것을 갖춘 스마트 RF 실험실에 액세스 할 수 있었기 때문에 (어쨌든 테스트 장비 현명한) Mini-Circuits ZHL-42W 광대역 증폭기를 사용하여 네트워크 분석기의 출력을 향상시켜 최대 출력 전력에서 앰프의 게인 응답을 평평하게 조정합니다. 최종 이득 플롯은 소스 전력을 적절하게 설정 한 다음 Mini-Circuits 증폭기와 전력 감쇠기를 인라인으로 통해 교정을 수행하여 얻었습니다. 이를 통해 전력 증폭기의 이득 만 플롯 할 수있었습니다. 그런 다음 느린 스위프로 전환하고 보정 된 RF 전력계를 사용하여 RF 출력 전력을 정확하게 측정했습니다. RF 출력 전력과 이득을 정확히 알면 전력 증폭기에 대한 입력 전력을 계산할 수있었습니다. 이 플롯은 전력 이득이 대역 전체에서 20dB 미만이고 약 0.3dB 평탄하다는 것을 보여줍니다 (큰 신호 이득 곡선, 핀 = + 26.8 dBm의). 평탄도 조정과 함께 효율성을 확인해야합니다. 60W 출력에서 88MHz에서 최소 40 %를 관리하여 더 높은 출력으로 향상되었습니다. 좋은 평탄도보다 좋은 효율이 더 중요하다고 말하고 싶습니다. 청취자의 관점에서 볼 때 35W와 45W 출력의 차이는 무시할 만하지 만 낮은 전력을 효율적으로 사용하면 FET가 더 차갑게 작동하고 더 오래 지속되며 높은 VSWR과 같은 오류 조건에 더 탄력적임을 의미합니다.

최종적으로 실행하기로 선택한 출력 전력은 사용자에게 달려 있습니다. MRF171A는 권장하지는 않지만 적어도 45W 이상을 행복하게 실행할 것입니다. 40 ~ 45W 정도면 충분합니다. 당신의 최종 RF 전원 장치 연결 유지하는 방법

앰프 결과

광대역 증폭기 작은 신호 이득 핀 = 0 dBm의	광대역 증폭기 중간 신호 이득 핀 = + 20 dBm의	광대역 증폭기 큰 신호 이득 핀 = + 26.8 dBm의

-70dBc의 노이즈 플로어까지 앰프의 출력에서 고조파를 측정 할 수 없습니다. 빠른 조사 결과 LPF 이전에 증폭기의 원시 고조파가 약 -40dBc로 나타났기 때문에 이는 예상 할 수 있습니다. 필터는 이미 -2dBc의 최소 35 차 고조파 억제를 갖는 것으로 입증되었습니다. 가짜 출력이 보이지 않았습니다.

잘못된 출력 VSWR로 공식 측정이 이루어지지 않았습니다. 실수로 앰프를 최대 전력으로 몇 초 동안 개방 회로로 실행했지만 폭발하지 않았습니다. 전류 제한을 신중하게 설정 한 PSU를 사용하면 이러한 조건에서 증폭기가 어리석은 일을하는 것을 방지 할 수 있습니다.

어플리케이션

내가 사용하는이 앰프에 대한 응용 프로그램의 예를 들어 방송 창고 1W FM LCD PLL 익사 40W 광대역 증폭기를 구동합니다. 브로드 캐스트웨어 하우스 장치의 수정을 피하기 위해, 앰프에 올바른 드라이브 레벨을 제공하기 위해 여자 기와 전력 증폭기 사이에 실험실 3dB BNC 패드를 사용했습니다. 여자 기는 세 가지 주파수로 프로그래밍되었으며 각 주파수에서 출력 전력 및 전류 소비가 측정되어 DC 대 RF 효율을 계산할 수 있습니다.

전력 증폭기 공급 전압 = 28V
익사 공급 전압 = 14.0V, 자극하는 소비 전류 = 200 mA 약.

진동수 (메가 헤르츠)	현재 소비 (A)	입술을 삐쭉 거리다 (W)	DC 효율 이상의 RF (%)
87.5	2.61	48	66
98.0	2.44	50	73
108.0	2.10	47	76

방송 창고 여자 기는 PLL 재 프로그래밍 중에 사용되는 잠금 해제 RF 차단 기능을 통합하여 주파수 잠금이 회복 될 때까지 RF가 생성되지 않습니다. 여자 기의 RF 셧다운이 활성화되었을 때 증폭기 출력도 비슷하게 감소했습니다. 즉, 증폭기가 안정적으로 유지되었습니다.

결론

일단 튜닝되면 87.5 ~ 108MHz FM 방송 대역을 커버하기 위해 더 이상 조정할 필요가없는 광대역 증폭기를 시연했습니다. 이 설계는 단일 스테이지에서 거의 20dB의 이득을 제공하는 최첨단 MOSFET을 사용하고, 우수한 DC 대 RF 효율, 적은 부품 수를 가지며 구축이 간단합니다. 부품 비용은 £ 50를 초과하지 않아야하며 프로토 타입에 사용 된 FET는 £ 25 미만입니다.

이 증폭기는 광대역 여진 및 공중 함께 사용되는 경우, 생성 된 조합은 사용자가 송신 체인에서 어쨌든 불필요 조정으로 자유로이 송신 주파수를 전환 할 수있다.

앰프는 공정 조정에 RF 전력의 경험도, 전문 RF 테스트 장비에 대한 액세스 권한이 필요합니다