FM放送用40WブロードバンドVHF RFパワーアンプの設計

概要

この設計は、何のためにあるのか

低電力FM放送帯域エキサイターの出力電力を高めるために、これらの多くはキットと既製の両方で市販されています。 見る コミュニティラジオ局になる方法 より人気のエキサイタのうちのいくつかのレビューへのリンク。

のためのこの設計は誰ですか？

• RFエレクトロニクスと機械的な構造上の技術に精通している人たち
• VHFパワー（> 10W）アンプの構築とテストに成功した方

参考のため、以下を参照してください コミュニティラジオ局エレクトロニクス入門

次の試験装置は、増幅器を調整する必要があります。

• 安定化さ電流制限電源（+ 28V、3A）
• 3A以上の電流範囲とマルチメータ、
• 50W VHF 疑似負荷
• RFパワーメータ
• 約のFMエキサイター、。 26 - 27 dBmの出力パワー
• RFスペクトラムアナライザー
• トラッキング·ジェネレータを備えたRFネットワークアナライザーまたはスペクトラムアナライザ
• RFパワーアッテネータ

この設計はある NOT 初心者やVHFRF初心者に適しています。 これらの人々は次のリスクを冒しています。

• 熱およびRF火傷
• 感電死
• 高価なRFコンポーネントおよびテスト機器の破壊
• 状態からの訪問、および機器の没収、罰金、おそらく懲役の結果としての危険性を危険にさらすため、電磁スペクトルの他のユーザーへの干渉の結果、不要なスプリアスのRF放射、。
• ストレスとフラストレーションの多大。

なぜこのデザインが必要である

インターネットで入手できるFM放送機器の回路図と設計の大部分の品質は、十分とは言えないと思います。 私を参照してください Web上での計画から構築に関する助言。 特に、VHF RFパワーアンプで利用できる情報はさらに必死です。たとえば、TP9380などのデバイスの恐竜を使用した設計です。 この設計は、新しいMOSFETデバイスに基づいており、次の利点があります。

• 高利得
• 高効率
• チューニングのしやすさ

ウェブ上のほとんどのデザインは10年以上前のものであるため、最近導入されたデバイスを使用すると、デザインの耐用年数を最大化できます。 また、この設計を車両として使用して、このアンプを正常に構築するための読解力を備えていないサードパーティに必要な情報量を示します。 重要なのは、人が不十分な設計情報、たとえば回路図から何かを構築するのに十分なスキルと経験を持っている場合、まったく情報がなくても同じように構築できるということです。 逆に、そのスキルと経験レベルにない人は、成功するために詳細な指示が必要になります。

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設計手順

アンプの設計は、最近導入された（1998）モトローラに基づいています MRF171A MOSFET（MRF171Aデータシート in PDF 形式）。古い、今中止、MRF171デバイスとこれを混同しないでください。  1月2002 - モトローラは、一部の人々は彼らのunderpartsがを変えるよりもofternそのRFパワーデバイス製品ポートフォリオを変更します。 モトローラは、M / A-COMに上でこのデバイスをアンロードしているように見えます。

コンピューターシミュレーション

初期の実現可能性は、線形RFおよびマイクロ波シミュレーションパッケージ、特に超コンパクトを使用して実行されました。 使用したバージョンは6.0でした。これは率直に言って、私はおしっこが少ないソフトウェアだと考えており、まったくお勧めしません。 このデバイスの場合、モトローラはSパラメータと大信号シングルエンドインピーダンスを提供します。 Sパラメータは0.5Aの静止ドレイン電流で測定されます。これは、従来のSパラメータは非常に低いドレイン電流で測定される傾向があるため、デバイスの特性評価における一歩前進を表しています。 これは小信号デバイスには十分ですが、パワーアンプの設計では、小さなドレイン電流で測定されたSパラメータの使用が制限されます。 

0.5 Aで測定されたSパラメータ情報は有用な設計の出発点を提供する可能性がありますが、私はシングルエンドの大信号インピーダンスに基づいて設計を行うことにしました。 これらは、一般的なテストフィクスチャの各テスト周波数で最高のパフォーマンスが得られるようにデバイスを調整することにより、デバイスの製造元によって測定されます。 次に、テストデバイスを取り外し、ベクトルネットワークアナライザを使用して、マッチングネットワークを振り返る複素インピーダンスを測定します。これらは50 Rで終端されます。この手順は、入力および出力マッチングネットワークに対して実行されます。 大信号インピーダンスデータの利点は、デバイスが生成するように設計されている実際の出力電力で測定できることです。そのため、パワーアンプのシナリオでより代表的です。 ラージシングルインピーダンスは、入力および出力マッチングネットワークを合成できるようにするための情報のみを提供し、結果として得られる増幅器の予想されるゲイン、効率、ノイズ性能（該当する場合）または安定性に関する情報を提供しないことに注意してください。

これは、入力ネットワークを合成するために使用するファイルです。

* mrf171i1.ckt;ファイルの名前

*変数定義ブロック、最初の値は最小許容値、* XNUMX番目は最大許容値、中央は可変

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;回路ネットリストキャップ1 c = c2キャップ1 c = c2 ind 0 2 l = l2キャップ3 c = c1 ind 3 0 l = l3 res 3 9 r = 2;ゲートバイアスフィード抵抗9mrf0ip;リファレンス33ポートデータへIPNET：9POR171;新しい1ポートネットワークを作成ENDFREQ STEP 1MHZ 1MHZ 1MHZ END OPT

*最適化制御ステートメントは、シミュレータに* 88〜108 MHzを最適化し、* -24dBよりも優れた入力リターンロスを達成するように指示します。

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

データの終了

*大信号シリーズの等価複素インピーダンスを参照して、mrf171ipと呼ばれる4ポートネットワークを定義します。 このデータはXNUMX *周波数ポイントで利用可能です

* Zパラメータ情報、実数および虚数形式を定義します。*基準インピーダンスは1オームです。

   mrf171ip：Z RI RREF = 1 * MRF171AZソース30MHZ12.8 -3.6 100MHZ 3.1 -11.6 150MHZ 2.0 -6.5 200MHZ 2.2-6.0終了

もちろん、シミュレータを使用しても、回路トポロジの選択やネットワークコンポーネントの開始値は提供されません。 この情報は、設計経験から得られたものです。 結果のネットワークを実現可能に保つために、すべての最適化値は最大値と最小値で制約されています。

最初に、3極マッチングネットワークが試されましたが、これでは20MHz全体で十分なブロードバンドマッチングを提供できませんでした。 5極回路を使用することで、最適化の目標を達成することができました。 33Rゲートバイアスがシミュレーションに含まれていることに注意してください。これは、入力ネットワークのQを解除し、最終的な増幅器の安定性を向上させるためです。

同様の手順が出力ネットワークに対して実行されました。 このシミュレーションでは、ドレンフィードがシミュレーションに含まれています。 一見、このチョークの値は重要ではありませんが、大きくなりすぎると安定性を構成でき、小さくなりすぎると出力マッチングネットワークの一部になります。この場合は望ましくないと考えられていました。 。

コンポーネントの選択

入力電力はわずか1ワットであるため、入力整合回路には標準のセラミックコンデンサとトリマーが使用されました。 L2およびLXNUMX（参照 回路図）をはるかに小さくすることもできますが、出力ネットワークで使用されるインダクタとの一貫性を保つために大きく保たれています。 出力ネットワークでは、マイカメタルクラッドコンデンサとマイカコンプレッショントリマーを使用して電力を処理し、コンポーネントの損失を最小限に抑えました。 広帯域チョークL3は、より低いRF周波数で損失のあるリアクタンスを提供し、C8はAF（可聴周波数）のデカップリングを処理します。

エンハンスメントモードのNチャネルMOSFET（正の電圧がデバイスを導通状態にバイアスする）を使用することは、バイアス回路が単純であることを意味します。 分圧器は、5.6Vツェナーダイオードによって安定化された低電圧から必要な電圧を引き出します。 5.6番目の2VツェナーDXNUMXは、FETのゲートに過剰な電圧が印加されないようにするための予防措置として取り付けられています。これにより、デバイスが確実に破壊されます。 純粋主義者はバイアス電流を温度安定化させますが、このアプリケーションではバイアスは重要ではないため、これは気になりませんでした。

RF入力電力が低いため、RF入力にはBNCソケットが使用されていました。 私はRF出力にNタイプを使用しましたが、約5Wを超えるBNCは使用せず、UHFスタイルのコネクタは好きではありません。 個人的には、30MHzを超えるUHFコネクタの使用はお勧めしません。

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構造

アンプは小さなアルミダイキャストボックスで構成されていました。 RF入力および出力接続は同軸ソケットによって行われます。 電源は、ボックスの壁にボルトで固定されたセラミックフィードスルーコンデンサを介して配線されます。 この構造技術により、優れたシールドが得られ、RF放射が増幅器から逃げるのを防ぎます。 これがないと、大量のRF放射が放射され、VCOやオーディオステージなどの他の敏感な回路に干渉する可能性があります。また、大量の高調波放射が発生する可能性があります。 

パワーデバイスのベースは、ダイキャストボックスの床にある切り欠きにあり、小さな押し出しアルミニウム製ヒートシンクに直接ボルトで固定されています。 別の方法としては、パワーデバイスのベースをダイキャストボックスの床に置くこともできます。 これは、FETから熱を伝導するための効果的な経路を提供することに関係するXNUMXつの理由から推奨されません。 第一に、ダイキャストボックスの床は特に滑らかではないため、熱経路が悪くなります。 第二に、熱経路にダイキャストボックスの床があると、より多くの機械的インターフェースが導入され、したがってより多くの熱抵抗が導入されます。 選択した構造手法のもうXNUMXつの利点は、デバイスのリード線を回路基板の上面に正しく位置合わせすることです。

指定されたヒートシンクを使用するには、強制空冷（ファン）を使用する必要があります。 ファンを使用しない場合は、はるかに大きなヒートシンクが必要になります。自然対流による冷却を最大化するために、アンプはヒートシンクのフィンを垂直にして取り付ける必要があります。

回路基板は、片面に1オンスのCu（銅）で覆われたガラス繊維PCB（プリント回路基板）材料で構成されています。 私はWainwrightを使用して回路ノードを形成しました。これは基本的に、錫メッキされた片面PCB材料の自己接着ビットであり、大量のサイドカッターでサイズにカットされています。 簡単な代替方法は、厚さ1.6mmの片面PCB材料を使用し、サイズに合わせてカットしてから錫メッキすることです。 これらは、シアノアクリレートタイプの接着剤（例：スーパーグルーまたはタックパック）でグランドプレーンに接着されます。  FEC 537-044）。 この構築方法により、PCBの上面が優れたグランドプレーンになります。 これに対する唯一の例外は、FETのゲートとドレイン用のXNUMXつのパッドです。 これらは、鋭いメスで銅の最上層を注意深く切り込み、次に細かい点のはんだごての先端とメスの助けを借りて銅の断片を取り除くことによって作成されました。 孤立した銅片に沿って鉄の先端を動かすと、接着剤が十分に緩み、メスでCuを剥がすことができます。 このように作成されたゲートパッドは、 試作品の写真

パワーデバイスのベースが通るようにPCBに開口部を作った後、銅テープをスロットに巻き付けて、上下のグランドプレーンを結合しました。 これは、ソースタブの下のXNUMXか所で行われました。 次に、銅テープを上下にはんだ付けしました。

見る 写真 推奨されるコンポーネントの位置。 エンクロージャーの右側にある垂直スクリーンは、両面PCB材料で、両側のトップグランドプレーンにはんだ付けされています。 これは、出力整合を形成するインダクタとLPFを構成するインダクタの間の結合を減らすことにより、最終的な高調波除去を改善する試みです。 この種のはんだ付け作業を行うには、60W以上のはんだごてが必要になります。できれば温度制御されたはんだごてです。 このアイロンは、小さなコンポーネントには上を超えすぎるため、小さなアイロンも必要になります。

後述するように、LPFのインダクタは、金属クラッドキャパシタのタブに直接はんだ付けされる。

推奨ラフとレディ構築手順

1. メインボード（約100 X 85mm）用両面PCB材料の一部を切り取る
2. 選択したドリルとファイルを使用して、FETのアパーチャを作成します。 必要に応じて、FETをテンプレートとして使用しますが、静電気で爆破しないでください。 右側に排水管があることを確認してください。
3. PCBの6穴を開け、これらはダイキャストボックスにPCBを保持するためである
4. ボックス内にPCBを配置し、ボックスを使用してドリルダウンするPCBの穴を使用
5. 一時的にボックスにPCBネジ
6. ボックスの下で、ヒートシンクがどこに行くかを調べます。デバイスはヒートシンクの中心に向かって終わるはずです。 ロット全体にさらにいくつかの穴を開け、既存のPCB /ボックスの穴のいくつかを再利用して、ヒートシンクを通してこれらを下に伸ばします。 ヒートシンクをPCB /ボックスアセンブリに一時的にねじ込みます。 ボックスの上部を見ると、FETのベースと同じサイズのヒートシンクが表示されているはずです。
7. リグ自分までいくつかの静的な保護を（あなたがこれを気にする必要はありません、同じパッケージ内の古い本格アップデバイスまたはバイポーラデバイスを持っている場合）、ボードに開口部にデバイスをドロップします。
8. あなたがその '取り付け穴の中心位置を与える与えるFETを使用
9. もう一度すべてをビットに取ります。 FET用のヒートシンクにXNUMXつの穴を開けます
10. RFコネクタのボックスと貫通コンデンサの両端に穴を開け
11. 大きな鉄でPCBの上下を錫メッキします。 滑らかな仕上がりを得るのに十分なはんだを使用しますが、特に底部にはんだの隆起領域を作成するのに多すぎないようにします。これにより、PCBがボックスの床に対して平らに座るのを防ぐことができます。
12. 上記の段落で詳述したように、FETのゲートとドレインのための2つの島を作成
13. ソースのタブは次のようになりますどこの下に、PCBの上下面間のはんだ銅テープ
14. PCBの島を作成し、それらの錫、使用してPCB上にそれらを貼り付け 写真 ガイドとして
15. アンプとLPF領域間画面を作成し、フィット
16. FETを除いて、残りのすべてのコンポーネントをPCB合う
17. ボックスとヒートシンクにPCBを合わせる
18. 取り付け、接続し、RFコネクタとフィードスルーコンデンサ
19. 再度静電気防止対策を講じて、FETのベースに伝熱ペーストの可能な限り薄い連続フィルムを塗布します。 これは木製のカクテルスティックで便利に行うことができます
20. 各FETのリード線の最後の2mmを曲げます。 これにより、必要が生じた場合に、削除がはるかに簡単になります
21. FETをヒートシンクにねじ込みます。 緩すぎるとデバイスが過熱し、きつすぎるとデバイスのフランジがゆがみ、もう一度過熱します。 トルクドライバーをお持ちの場合は、推奨トルクを調べてご使用ください。 
22. 手順を正しく理解していれば、デバイスのタブはPCBの上にわずかにあります。FETを大きな鉄ではんだ付けします。最初にソース、次にドレイン、最後にゲートです。 FETの取り付け中にL4とL5を切断する必要がある場合がありますが、R3を切断しないでください。これにより、デバイスが静的に保護されます。

回路図

パーツリスト

ノート

1. ファーネルの部品番号は、ガイドだけのためのものです - 他の同等の部品で代用することができます。
2. 金属クラッドコンデンサはいずれかである セムコ MCMシリーズ、Unelco J101シリーズ、Underwood、または アーク 他の場所の中から利用MCJ-101シリーズ、、 RF部品.
3. から入手MRF171A BFI （イギリス）、 リチャードソン or RF部品 （米国）
4. アーク またはSpragueのトリマーは、から入手できます コミュニケーションの概念 （米国）
5. 18 SWG（標準ワイヤーゲージ）は約1.2mm直径である
6. 22 SWG（標準ワイヤーゲージ）は約0.7mm直径である
7. インダクタを作成するには、必要な巻数を適切なサイズのフォーマに巻き付けます。最初に、各巻の間にXNUMX本の線径間隔を使用します。 次に、ターンを引き離して、パーツリストテーブルに必要な長さを取得します。 最後に、ネットワークアナライザを使用して値を確認し、それに応じて調整します。
8. 上記のスペーシングルールの例外は、細かな傷であるL4、です。
9. 銅箔（ステンドグラスの製作に使用される）クラフトショップから入手できます
10. / R =必要に応じて

プロトタイプアンプの写真

FETの向きに注意してください。 スラッシュのリードは、ドレインであり、右側にあり

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ローパスフィルタのテスト

任意のRFパワーアンプは続かなければならない ローパスフィルタ（LPF） 減らすために ハーモニックス 許容レベルまで。 ライセンスのないアプリケーションでのこのレベルは重要なポイントですが、出力電力が増加するにつれて、高調波抑制にさらに注意を払う必要があります。 たとえば、3Wユニットでの-30dBcの1次高調波は1uWであり、これは問題を引き起こす可能性はほとんどありませんが、30KW出力での-3dBcの1次高調波抑制は、潜在的に問題となる1次高調波でXNUMXWの電力をもたらします。 だからのために 絶対の 第二の例における高調波放射のレベルが第1と同じになるように、我々は今60dBcによる三次高調波を抑制する必要がある。

この設計では、7極チェビシェフローパスフィルターを実装することにしました。 通過帯域内の位相と振幅のリップルは重要ではなかったため、チェビシェフが選択されました。チェビシェフは、たとえばバターワースと比較して、阻止帯域の減衰が優れています。 設計阻止帯域は113MHzに選択され、5MHzでの最高の望ましい通過帯域周波数と108MHzでの阻止帯域の開始から113MHzの実装マージンを与えました。 次の重要な設計パラメータは通過帯域リップルでした。 単一周波数設計の場合、通常は1dBなどの大きな通過帯域リップルを選択し、最後の通過帯域最大値のピークを目的の出力周波数に調整します。 通過帯域リップルが大きいほど阻止帯域の減衰が速くなるため、これにより阻止帯域の減衰が最適になります。 7極フィルターには50つの無効要素があり、この設計ではXNUMXつのコンデンサーとXNUMXつのインダクターがあります。 極が多いほど、阻止帯域の減衰が良くなりますが、複雑さが増し、通過帯域の挿入損失が大きくなります。 入力インピーダンスと出力インピーダンスの両方がXNUMXRになるように設計されているため、奇数の極が必要です。

この設計は広帯域であるため、通過帯域の反射減衰量がひどくならないように、通過帯域のリップルを一定のレベルに制限します。 優れたFaisynシェアウェアフィルター設計ユーティリティの使用（ FaiSyn RFデザイン·ソフトウェアのホームページ）これらのトレードオフを簡単に調査できるので、0.02dBの通過帯域リップルに落ち着きました。 このプログラムは、フィルター値も計算し、最も一般的な線形回路シミュレーターへの入力に適した形式でネットリストを出力します。 7極の場合、4つのコンデンサと3つのインダクタを使用するか、3つのコンデンサと4つのインダクタを使用するかを選択できました。 前者を選んだのは、風の成分がXNUMXつ少なくなるという理由からです。 faisynプログラムから与えられたコンデンサの値を調べて、それらが好ましい値に近いことを確認しました。 それらが好ましい値の間にある場合、オプションには、XNUMXつのコンデンサを並列に接続してコンポーネント数を不必要に増やすか、阻止帯域周波数と通過帯域リップルを微調整してより望ましい値のセットを取得することが含まれます。

フィルタを実装するには、私はUnelcoによって作られ、標準サイズのメタルクラッドコンデンサを使用することを決めたり、 セムコ。 インダクタは18SWG（標準ワイヤゲージ）の錫メッキ銅線で作られています。 私の経験では、銀メッキ銅線を使用しても得られるものはほとんどありません。 インダクタは標準の中心の周りに形成されました RS or ファーネル 調整ツール（FEC 145-507）-これは0.25インチ、6.35mmの直径を持っています。 それ以外の場合は、適切なサイズのドリルビットを使用してください。 外側の90つのインダクタは時計回りに巻かれ、内側のインダクタは反時計回りに巻かれました。 これは、インダクタ間の相互誘導結合を低減する試みであり、阻止帯域の減衰を低下させる傾向があります。 同じ理由で、インダクタはすべて直線ではなく、互いに0.2°の位置に配置されています。 インダクタは、金属被覆コンデンサのタブに直接はんだ付けされています。 これにより、損失を最小限に抑えることができます。 このタイプの注意深く構築されたフィルターは、XNUMXdBを超える通過帯域挿入損失を示す可能性があります。 プロトタイプユニットのテスト結果は次のとおりです。

インダクタに必要な値を知っていたので、必要な巻数についての経験に基づいて知識に基づいた推測を行い、適切に校正されたRFネットワークアナライザを使用して、作成したインダクタのインダクタンスを測定しました。 これは、フィルターの実際の動作周波数で測定を行うことができるため、小さな値のインダクタンスの値を決定するための最も正確な方法です。 値を測定し、それに応じてインダクタンスを調整すると、完全なフィルターが構築されたときに、フィルターの調整を完了するために驚くほどほとんど調整が必要ないことがわかります。

このフィルターを調整する最良の方法は、ネットワークアナライザーを使用して、通過帯域の入力リターンロスを最小限に抑えることです。 入力リターンロスを最小化することにより、通過帯域伝送損失と通過帯域リップルを最小化します。 ザ・ 20MHzスパン グラフは、-18dBの通過帯域反射減衰量を達成したことを示しています。 ネットワークアナライザがない場合は、少し注意が必要です。 スポット周波数を調整するだけの場合は、指向性パワーメータを介してフィルタに駆動するようにRF電源を設定します。 フィルタは、良好な50R負荷で終了します。 次に、フィルターから戻ってくる反射電力を監視し、反射電力を最小化するようにフィルターを調整します。 広帯域のパフォーマンスが必要な場合は、たとえば、帯域の下限、中間、上限のXNUMXつの周波数でこれを実行する必要があります。 あるいは、他の方法でインダクタを十分に測定できた場合は、フィルタを組み立ててそのままにしておくと、それ以上調整する必要はありません。

通過帯域の反射減衰量が最小になるように調整すると、阻止帯域の減衰が自動的に処理されます。通過帯域の挿入損失が台無しになるため、調整しないでください。 ザ・ 200MHzスパン グラフは、最悪の場合である36MHzの2次高調波で88dBの除去を管理したことを示しています。 を参照して 600MHzスパン グラフには、これより多い量で、かつ高次-3dBによって抑制88MHzの55rd高調波を示しています。

アンプのテスト

HP8714Cネットワークアナライザーを使用してこのアンプを調整しました。 ネットワークアナライザにアクセスできない場合は、広帯域パフォーマンスを調整するために非常に独創的である必要があります。 LPFを調整したら、次の仕事はFETバイアスを設定することです。 出力に接続されたスペクトラムアナライザでこれを行います（減衰の適切な量、少なくとも40dB経由）スプリアス振動を監視します。 適切な50R負荷を入力に接続し、電流制限を200mAに設定して安定化されたPSU（電源ユニット）を接続します。

すべてのトリマーを範囲の中央に設定します。 ミニチュアセラミックトリマーが指定されている場合、トリマーのトッププレートのハーフムーンメタライゼーションがトリマー本体のフラットと完全に位置合わせされると、トリマーは最大静電容量になります。 静電容量を最小にするには、ここから180°回転させます。 R1を最小電圧に設定します（これがどちらの方向かわからない場合は、FETを取り付ける前の実験）。 電源電圧を0Vから+ 28Vまでゆっくりと上げます。 引き出される唯一の電流は、バイアス回路がとる電流、約14mAでなければなりません。 次に、R1を調整して、その数値に100mAを追加します。 PSUから流れる電流に突然のステップがあってはなりません。 ある場合、アンプはほぼ​​確実に発振しています。

すべてが順調な場合は、スイッチをオフにします。 ネットワークアナライザを調整します。 このアプリケーションのHP8714Cでは、S11を開回路に正規化し、21dBの減衰をインラインでS40でスルーキャリブレーションを実行します。 明らかに、使用する減衰器は、VHF周波数で少なくとも50WのRF定格でなければなりません。

今、人生は少し複雑になります。 通常、アンプとLPFの組み合わせを調べることをお勧めしますが、LPFブレークポイントはアンプの目的の通過帯域よりわずか5MHz高いため、これが108MHzからのアップバンドである場合、アンプの応答形状を確認することはできません。 。 このため、LPFをバイパスして最初のアンプのチューニングを行いました。これにより、アンプの応答がどこにあるかを確認するのに十分な幅のネットワークアナライザスパンを設定できました。

ドライブの0dBmと、（15 MHzに約ゲイン10dBと88にわたるリターンロスの108dBより良くなるために離れて微調整小信号利得のプロット、ピン= 0 dBmの）。 次に、ドライブをアンプまで上げ、電流制限を適切にバックオフします。 RFドライブを増やすと、ゲインが増加し、入力リターンロスが改善されることに気付くでしょう。 この動作は、FETに比較的軽くバイアスをかけた結果です。 ナットをFETからバイアスし、たとえば0.5Aでバイアスすることができます。これにより、より低いドライブレベルでより多くのゲインが得られます。 通常のアプリケーションでは、バイアスを低くすることをお勧めします。 小さな出力レベルでの高バイアスは、DCからRFへの効率を低下させます。

巨大なヒートシンクを取り付けていない限り、アンプをファン冷却する必要があります。 HP 8714Cを使用すると、+ 20dBmのソース電力を得ることができます（画面に表示される内容ですが、実際にはそれよりも少なくなります）（メディア信号利得プロット、ピン= + 20 dBmの）。 このレベルのドライブを使用すると、18dBよりも優れた20〜15dBのゲインとリターンロスを調整できます。 この時点で、LPFを再接続し、ネットワークアナライザのスパンを20MHzを中心に98MHzに狭めます。 LPFへの電力で108MHzを超える増幅器を駆動することは確かに推奨されません。 夢中になりすぎる前に、CWに切り替えて（アナライザーのスイープフライバックで混乱しないように、CWでスイープスイープを数秒に長くするのが最善です）、スペクトラムアナライザーの出力を確認してください。 雪が降るように出力がきれいになっている必要があります。出力がアンプを励起している周波数にあることを確認してください。そうでない場合は、恐ろしい帯域内発振が発生します。

最終的な電力平坦度の調整では、必要となる可能性のあるすべてのものを備えたスマートRFラボにアクセスできたため（とにかく、テスト機器に関して）、Mini-Circuits ZHL-42W広帯域増幅器を使用してネットワークアナライザの出力をブーストし、フル出力でアンプのゲイン応答をフラットに調整します。 最終的なゲインプロットは、ソースパワーを適切に設定し、Mini-Circuitsアンプとパワーアッテネーターをインラインでスルーキャリブレーションすることによって作成されました。 これにより、パワーアンプのゲインだけをプロットすることができました。 次に、スロースイープに切り替え、キャリブレーションされたRFパワーメーターを使用してRF出力パワーを正確に測定しました。 RF出力パワーとゲインを正確に知ることで、パワーアンプへの入力パワーを計算することができました。 このプロットは、パワーゲインが20dB未満のシェードであり、帯域全体で約0.3dBフラットであることを示しています（大信号ゲインプロット、ピン= + 26.8 dBmの）。 平坦度の調整と併せて、効率をチェックする必要があります。 私は60W出力で88MHzで最低40％を管理し、より高い出力電力で改善しました。 平坦性よりも効率性の方が重要だと思います。 リスナーの観点からは、35Wと45Wの出力の違いはごくわずかですが、低電力で高効率で動作するということは、FETがより低温で長持ちし、高VSWRなどの障害状態に対してより耐性があることを意味します。

最終的に実行するために選択する出力電力はあなた次第です。MRF171Aは少なくとも45W、おそらくそれ以上で問題なく動作しますが、お勧めしません。 40〜45W程度で十分です-を参照してください あなたの最終的なRFパワーデバイスはキープアライブする方法 。

アンプ結果

-70dBcのノイズフロアまで、アンプの出力で高調波を測定することはできませんでした。 簡単な調査で、LPF前のアンプの生の高調波が約-40dBcであることが示されたため、これは予想されることです。 このフィルターは、-2dBcの最小35次高調波抑制を備えていることがすでに実証されています。 偽の出力は表示されませんでした。

不良出力VSWRでは正式な測定は行われませんでした。 誤ってアンプをフルパワーで数秒間開回路にしたのですが、爆発しませんでした。 注意深く設定された電流制限を備えたPSUを使用すると、これらの条件下でアンプが愚かなことをするのを防ぐのに役立ちます。

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申し込み

このアンプのためのアプリケーションの例として、私は使用 ブロードキャスト倉庫1W FM LCD PLLエキサイター 40Wブロードバンドアンプを駆動します。 Broadcast Warehouseユニットの変更を避けるために、エキサイターとパワーアンプの間に実験用の3dB BNCパッドを使用して、アンプに適切なドライブレベルを提供しました。 エキサイターはXNUMXつの異なる周波数用にプログラムされ、各周波数で出力電力と消費電流が測定され、DCからRFへの効率を計算できるようになりました。

パワーアンプの電源電圧= 28V
励磁電源電圧= 14.0V、エキサイター消費電流= 200ミリアンペア程度。

Broadcast Warehouseエキサイターには、PLLの再プログラミング中に使用されるアウトオブロックRFシャットダウン機能が組み込まれているため、周波数ロックが回復するまでRFは生成されません。 エキサイターのRFシャットダウンがアクティブな場合、アンプの出力も同様に低下しました。つまり、アンプは安定したままでした。

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まとめ

私は、一度調整すると、87.5〜108MHzのFM放送帯域をカバーするためにそれ以上の調整を必要としない広帯域増幅器を実証しました。 この設計では、最新のMOSFETを使用して、単一ステージでほぼ20dBのゲインを提供し、DCからRFへの効率が高く、コンポーネント数が少なく、構築が簡単です。 部品コストは50ポンドを超えてはならず、プロトタイプで使用されるFETのコストは25ポンド未満です。

このアンプは、ブロードバンド·エキサイターと空中で使用されている場合は、結果の組み合わせは、ユーザーが送信チェーンでとにかく必要のない調整を​​自由自在に送信周波数を切り替えることができます。

増幅器は、公正調整するRF電力経験の度合い、およびプロRF試験機器へのアクセスを必要とする

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今後の活動

• 再現性を評価するために、追加のユニットを構築
• 設計プリント回路基板
• 不正な入力のミスマッチ条件下での安定性を向上させる
• 可変部品点数を削減
• アンプのゲインを変更するための現在のFETバイアスを変化調査

 

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貢献

が寄与 ユニークなエレクトロニクス（ウッディーとAlpy）
「これがあなたのページにあるMRF171A、45ワットMOSFET用のPCBです。
ファイルはbmp形式です。 レーザーフィルムとレーザープリンターを使用すると、サイズに合わせて印刷されます。」

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