Kurzwellen QRP Linear Endstufe mit TP Filter

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1 Kurzwellen QRP Linear Endstufe mit TP Filter Nachfolgend wird der Aufbau einer Kurzwellen QRP Linear Endstufe gezeigt. Der TRX (Bild 1) liefert ein SSB Signal im Frequenzbereich von 0,1 30MHz mit einer konstanten Ausgangsleistung von 1mW (0dBm). In der nachfolgenden, externen PA wird das Sendesignal um 40dB verstärkt, auf eine Ausgangsleistung von 10Watt PEP (40dBm). Bild 2 zeigt die Schaltung der QRP Endstufe und Bild 3 die schaltbaren Tiefpassfilter der PA für die Bänder 160, 80, 40, 20 und 10m. KW- Antenne TRX 0,1-30MHz 1mW out PTT PA 1-30MHz G=40dB Pout=10W PEP TP-Filter 160m, 80m, 40m 20m, 10m 10W out +15VDC, 2A Bild 1: Blockschaltbild der PA und Tiefpassfilter QRP KW-Endstufe, 1mW in, 10Watt out, G=40dB PTT +15V HF-IN 0dBm 1mW Z=50Ohm SWR=1,04 5,6k 100µ mA T3 47k 270 F1 8V 78L08 2x1 RP1 2,5k T1 100 ZPD4,1 T5 RP2 RP3 5k 5k 5,6k 5,6k 1k 5,6k 5,6k Tr1 F2 Tr2 10n Tr3 1k 1k F3 10n T2 1k 100µ T4 F1: U310 o.ä. T1: 2SC2314 o.ä. T2: 2SC2314 o.ä. T3: SC308 o.ä. T4: BD140 T5: BD140 F2: RD16HHF1 F3: RD16HHF1 Tr1: 10-2x3 Wdg. Tr2: 2x3-3 Wdg. Tr3: 2x1-3 Wdg. HF-OUT +40dBm 10Watt PEP Z=50Ohm Einstellung der Ruheströme - RP1 für T1/2 auf 50mA - RP2/3 auf füt F2/3 auf 400mA 2x1 33µ 10µ 50mA 400mA +15V rot: geänderte Schaltung gegenüber Herstellerangaben! (modifizierter Bausatz von "KN-Electronic) Bild2: QRP Endstufe, Frequenzbereich 1 30MHz 1

2 KW-Tiefpassfilter Cauer/Eliptic-TP-Filter 2MHz - 30MHz, 50 Watt Dauerleistung L1 4,5µH L2 3,75µH 160m 133p 420p 0-2MHz 1,2n 2,2n 2,2n L3 1,95µH L4 1,54µH 80m 82p 330p 0-3,8MHz 680p 1,2n 560p L5 1,2µH L6 1,0µH 40m 33p 120p 0-7,2MHz 270p 560p 220p TX L7 0,68µH L8 0,56µH Antenne 20m 24p 68p 0-14,2MHz 180p 330p 150p L9 0,45µH L10 0,36µH 15m 12p 47p 0-21MHz 120p 220p 100p L1 0,3µH L1 0,25µH rot: geänderte Werte gegenüber Herstellerangaben 10m 12p 39p 0-30MHz 82p 150p 68p (vmodifizierter Bausatz von KN-Electronic) Bild 3: Tiefpass Filter für die Bänder 160m 10m 2

3 QRP-PA 10Watt mit TP-Filter in Gehäuse Relais Relais Antenne TRX BNC +15V 100µ BNC PTT Transceiver PA 160,80,40,20,10m Tiefpass 2xBanane rot/sw - + 1,8k Klinkenstecker - ON/OFF- Schalter + Sicherung LED- ON/OFF Netzgerät 15V, 5A Bild 4: Aufbau der QRP PA mit schaltbaren Tiefpass Filtern in einem Gehäuse, s. a. Bild Messwerte der PA: Bild 5: Gewobbelter Frequenzgang von 0,1 50MHz, gemessen mit 30MHz TP Filter (10m Band) : 3

4 58dB Bild 6: Oberwellenabstand im 40m Band Watt 20 Ausgansleistung Gp=40dB 5 Eingangsleistung 1 10 mw Bild 7: Verstärkung und Linearität 4

5 Intermodulation der Endstufe Den Messaufbau zur Intermodulationsmessung einer Leistungsendstufe (PA) zeigt Bild 8. Die Ansteuerung erfolgt über den HF Doppelton Generator aus Bild 10 mit 2x 6dBm. Die verwendete PA verstärkt das Signal um 40dB auf einen Pegel von 2 x 34dBm (2 x 2,5Watt). Als Messergebnis zeigt Bild 9 das um 40dB gedämpfte Ausgangssignal der Endstufe am Eingang des Spektrumanalysators. HF-Doppelton-Generator DC4KU f1=7,000mhz G=40dB Sektrum- Analysator + 10Watt KW-PA PEP Wattmeter 40dB Dämpfungsglied 2 x -6dBm HF-Ausgang 2 x 34dBm RL=50Ohm Oszilloskop f2=7,005mhz Bild 8: Messaufbau der Intermodulationsmessung an einer KW Endstufe 40dB 0dBm > 10Watt 2 x 6dBm > 2 x 2,5Watt Nutzsignale, f 1, f 2 IM 3,5,7,9 Bild 9: "Sauberes" Doppelton Spektrum der 10Watt Endstufe, f1=7,000 und f2= 7,005MHz Folgende Ergebnisse können vom Schirmbild des Analysators direkt abgelesen werden. Nutzsignale: f 1, f 2 bei 6dBm (2 x 2,5Watt) > 10Watt PEP IM 3 : 2f 1 f 2, 2f 2 f 1, Differenz zu den Nutzsignalen 34dBc, bezogen auf PEP: 40dBc IM 5 : 3f 1 2f 2, 3f 2 2f 1 bei 56dBc bezogen auf PEP IM 7 : 4f 1 3f 2, 4f 2 3f 1 bei 60dBc bezogen auf PEP IM 9 : 5f 1 4f 2, 5f 2 4f 1 bei 70dBc Bezogen auf PEP IM Produkte gerader Ordnung (f 1 +f 2, f 1 f 2, 3f 1 f 2, 2f 1, 2f 2..) tauchen nicht auf, da sie weit außerhalb des Frequenzbandes liegen und durch das Tiefpassfilter der Endstufe unterdrückt werden. 5

6 Intermodulation des Transmitters Den Messaufbau der Intermodulationsmessung des SSB Transmitters zusammen mit der QRP Endstufe zeigt Bild 10. Im Beispiel arbeitet der Sender im 40m Band bei 7MHz. Dem Ausgang des Senders folgt ein 40dB Dämfungsglied, damit der Analysator vor zu hohen Spannungen geschützt ist. Als Leistungsmessgerät kann zusätzlich ein SWR Wattmeter zwischen geschaltet werden. NF-Doppelton-Generator f1=1410hz Mikrofoneingang Sektrum- Analysator DC4KU + 10W SSB- Transmitter PEP Wattmeter 40dB Dämpfungsglied Oszilloskop HF-Ausgang RL=50Ohm f2=1960hz Bild 10: Messaufbau der Intermodulationsmessung an einem SSB Transmitter Zunächst stellt man die Pegel beider NF Töne (f 1, f 2 ) nacheinander so ein, dass der Sender jeweils eine Leistung von 2,5Watt pro Signalton abgibt. Die PEP Leistung beträgt dann genau 10Watt. Anschließend erfolgt die eigentliche Intermodulationsmessung des Transmitters (Bild 11), indem beide Töne gleichzeitig in den Mikrofoneingang des Transmitters geleitet werden. PEP IM 3, 2f 2 f 1, 42dBc PEP 6dBm IM 3, 2f 1 f 2, 40dBc PEP IM 2, 2xf 1 IM 5, 3f 2 2f 1 IM 2, f 2 f 1 unterdrückter Träger IM 7 IM 5, 3f 1 2f 2 IM 7 Bild 11: Ausgangsspektrum des SSB Senders bei 2 Ton Modulation im 40m Band Das Schirmbild zeigt die beiden Nutzsignale (f 1, f 2 ) und noch eine ganze Reihe weiterer, unerwünschter "Störprodukte", nämlich IM Produkte ungerader Ordnung (IM 3, IM 5, IM 7,..) und grader Ordnung (IM 2, Oberwellen) sowie den Restträger. Der Abstand der Nutzsignale zu den stärksten IM Produkten (hier IM 3 ) beträgt 34dBc bzw. 40dBc bezogen auf PEP. Vereinfacht ausgedrückt, der Verzerrungsgrad (Klirrfaktor) des Sendesignals 6

7 beträgt bei 10Watt Ausgangsleistung (PEP) ca. 1% und die Qualität des Signals ist als gut zu bezeichnen. 34dB, bezogen auf PEP=40dB Bild 12: Intermodulation des Transmitters bei 10Watt PEP und 7,1MHz Darstellung: 7MHz +/ 2,5kHz, NF Frequenzen: 990Hz und 1630Hz, f=640hz 31dB, bezogen auf PEP=37dB Bild 13: Intermodulation des Transmitters bei 10Watt PEP und 28,2MHz Darstellung: 28,2MHz +/ 5kHz, NF Frequenzen: 1410Hz und 1960Hz, f=550hz 7

8 Schaltbares Tiefpassfilter Tiefpassfilter für das 160m Band (1,8 2,0 MHz) Dämpfung: 2 MHz: 0,4dB Rückflußdämpfung: 23dB 4 MHz: 35dB SWR: 1,15 6 MHz: 45dB fmax: 2,7MHz Darstellung: 0 5MHz Rückflußdämpfung: 23dB = SWR 1,15 Dämpfung: 35dB bei 4MHz nutzbarer Frequenzbereich: 1,8 2MHz Rückflußdämpfung Übertragungskurve, Dämpfung Tiefpassfilter für das 80m Band (3,5 3,8MHz) Dämpfung: 3,8 MHz: 0,2dB Rückflußdämpfung: 19dB 7,6 MHz: 32dB SWR: 1,25 11,4 MHz: 48dB fmax: 5,5 MHz Darstellung: 0 10MHz Rückflußdämpfung im Durchlaßbereich: 19dB = SWR 1,25 Dämpfung 1. Oberwelle: 32dB nutzbarer Frequenzbereich: 3,5 3,8MHz 8

9 Tiefpassfilter für das 40m Band (7,0 7,2MHz) Dämpfung: 7,2 MHz: 0,1dB Rückflußdämpfung: 24dB 14,4 MHz: 35dB SWR: 1,13 21,6 MHz: 50dB fmax: 8 MHz Darstellung: 0 10MHz Rückflußdämpfung im Durchlaßbereich: 24dB = SWR 1,13 Dämpfung 1. Oberwelle: 35dB Tiefpassfilter für das 30/20m Band (10 14,5MHz) Dämpfung: 14 MHz: 1,0dB Rückflußdämpfung: 24dB 28 MHz: 54dB SWR: 1,13 42 MHz: 46dB fmax: 18 MHz Darstellung: 0 50MHz Rückflußdämpfung im Durchlaßbereich: 24dB = SWR 1,13 Dämpfung 2. Oberwelle: 46dB Dämpfung 1. Oberwelle: 54dB 9

10 Tiefpassfilter für das 17/15m Band (18 21,5MHz) Dämpfung: 21 MHz: 0,2dB Rückflußdämpfung: 24dB 42 MHz: 55dB SWR: 1,13 63 MHz: 48dB fmax: 23 MHz Darstellung: 0 50MHz Rückflußdämpfung im Durchlaßbereich: 22dB = SWR 1,17 Dämpfung 1. Oberwelle: 55dB Tiefpassfilter für das 10m Band (28 29,7MHz) Dämpfung: 28,5 MHz: 0,2dB Rückflußdämpfung: 25dB 60 MHz: 48dB SWR: 1,12 90 MHz: 36dB fmax: 33 MHz Darstellung: 0 100MHz Rückflußdämpfung im Durchlass: 25dB = SWR 1,12 Dämpfung 2.Oberwelle 90MHz: 36dB Dämpfung 1.Oberwelle 60MHz: 48dB 10

11 Messwerte der Tiefpassfilter: Band Frequenz Oberwellenunterdrückung Rückflußdämpfung SWR 1. Oberwelle 2.Oberwelle im Durchlaßbereich 160m 1,8 2,0MHz 35dB 45dB 23dB 1,15 80m 3,5 3,8MHz 32dB 48dB 19dB 1,25 40m 7 7,2MHz 35dB 50dB 24dB 1,13 20m 14 14,5MHz 54dB 46dB 24dB 1,13 15m 21 21,45MHz 55dB 48dB 22dB 1,17 10m 28 30MHz 48dB 36dB 25dB 1,12 Bild 14: 6 Band LC Tiefpassfilter Filter für den Frequenzbereich 1,8 30 MHz 11

12 Bild 15: TP Filter vor dem Einbau in ein abschirmendes Blechgehäuse Bild 16: TP Filter und 10Watt Kurzwellen QRP PA 12

13 Bild 17: PA Gehäuse Bild 18: PA Gehäuse, Rückseite 13

14 Bild 19: PA Gehäuse, Rückseite Bild 20: Blick auf PA mit Relais 14

15 Bild 21: Blick auf TP Filter in Weißblechgehäuse Literatur: - KW-Tiefpassfilter - Intermodulationsmessung an KW-Sendern und KW-Endstufen - NF-Doppelton-Generator für IM3-Messungen an SSB-Sendern - HF-Doppelton-Generator für IM3-Messungen an SSB-Endstufen und -Empfängern - SWR Power-Meter und PEP-Anzeige Werner Schnorrenberg, DC4KU, dc4ku@darc.de 2. Dez Rev.: , ,