Выходной усилитель мощности 20Вт на 2400 МГц для QO-100

23/02/2020

Назначение

Выходной усилитель мощности 20 Вт на 2400 МГц предназначен для работы совместно с трансвертером STC_7013 через геостационарный спутник Phase-4A/QO-100.

Особенности

  • Активный модуль NXP / Freescale MW7IC2725
  • 20 Вт выходной мощности
  • Высокий коэффициент усиления
  • Высокая чистота спектра благодаря наличию отдельного ФНЧ на выходе
  • Контроль выходной мощности через направленный ответвитель и детектор
  • Прямое управление режимом прием/передача от платы ATT_PTT_PS
  • Легкая замена маломощного усилителя EDUP EP-AB003 — 20 Вт вместо 2 Вт

Отличие финальной версии усилителя мощности (версия 1.1) от предыдущей (версия 1.0)

Основными целями улучшений для новой версии 1.1 были:

  • Уровень гармоник
    Уровень гармоник в первой версии 1.0 был высокий: вторая гармоника -минус 28 дБн; третья гармоника — минус 38 дБн.
    После добавления на выходе MW7IC2725 дополнительного ФНЧ уровень гармоник в финальной версии 1.1 существенно понизился: вторая гармоника стала — минус 79 дБн; третья гармоника — минус 53 дБн.
    Данные цифры указаны для одинакового режима работы усилителя мощности: выходная мощность 23 Вт; напряжение питания 28 В; ток потребления 2.1 А; входная мощность +17 дБм.
  • Повторяемость параметров
    Второй основной целью было получение максимальной повторяемости параметров усилителя мощности вне зависимости от крепления печатной платы и активного элемента (паяное соединение на медную пластину или механическое соединение на алюминиевый радиатор).

Параметры усилителя мощности (версия 1.1. от 2020/01/10):

  • Диапазон частот: 2400 -2450 МГц
  • Выходная мощность: от 12 до 20 Вт (при напряжении питания 20 В…28 В)
  • Коэффициент усиления: не менее 26 дБ
  • Входная мощность: до +15…+17 дБм
  • Напряжение питания: от 18 до 28 В (в зависимости от требуемой выходной мощности)
  • Ток покоя: 0.4А
  • Ток потребления при выходной мощности 20 Вт (питание 28 В): 2.0 А
  • Уровень второй гармоники: менее — 70 дБн
  • Уровень третьей гармоники: менее — 50 дБн
  • Управление прием/передача (с платы ATT_PTT_PS) – уровнем +6 В
  • Индикатор выходной мощности
  • Входной ВЧ разъем: U.FL
  • Выходной ВЧ разъем: SMA
  • Плата поставляется без радиатора и выходного разъема SMA
  • Размеры платы: 102 х 45 мм

Комплект поставки:

  • Настроенная рабочая плата усилителя мощности – 1 шт.
    (плата поставляется без радиатора, корпуса и выходного разъема SMA — они выбираются в соответствии с Вашими конкретными требованиями конструктива )
  • ВЧ кабель с разъемами U.FL <-> U.FL — для подключения усилителя мощности к передающему конвертеру (опция по запросу)
  • Инструкция по подключению

Параметры усилителя при питании 28 В

Pin, дБмPout, ВтPout, дБмI, A
00.627.80.6
10.728.50.6
20.8529.30.6
31.130.40.6
41.331.10.7
51.732.30.7
62.033.00.7
72.534.00.8
83.134.90.8
93.935.90.9
104.836.81.0
116.137.91.1
127.738.91.2
139.739.91.3
1412.340.91.4
1515.441.91.6
1619.142.81.8
1723.043.62.1

Параметры усилителя при питании 24 В

Pin, дБмPout, ВтPout, дБмI, A
00.5427.30.52
10.6828.30.55
20.8429.20.57
31.030.00.58
41.230.80.61
51.632.00.65
62.033.00.69
72.433.80.74
83.034.80.78
93.735.70.86
104.636.60.94
115.737.61.0
127.038.51.13
138.639.31.24
1410.540.21.4
1512.641.01.54
1614.941.71.70
1716.742.21.85

Параметры усилителя при питании 20 В

Pin, дБмPout, ВтPout, дБмI, A
00.426.00.55
10.527.00.56
20.627.80.57
30.728.50.58
40.929.50.63
51.130.40.65
61.431.50.69
71.732.30.73
82.133.20.78
92.734.30.84
103.335.20.91
114.136.10.99
125.037.01.1
136.237.91.20
147.738.91.33
159.339.71.47
1610.940.41.63
1712.140.81.75

Спектр гармоник выходного сигнала

Спектр гармоник усилителя мощности при выходной мощности 23 Вт
(Uпит = 28 В; Iпот. = 2.1 А; Pin = +17 дБм)

Уровень второй/третьей гармоник (в дБн) выходного сигнала в зависимости от напряжения питания и уровня входного сигнала

Уровень входного сигнала, дБм
Питание
20 В
Питание
24 В
Питание
28 В
+ 11 -81/-62-78/-63-79/-66
+ 14-82/-57-82/-57-74/-60
+ 17-81/-51-76/-52-79/-53

Соответствие выходной мощности усилителя  и уровня детектора выхода

Измерение выходной мощности на разъеме J5: сигнал «RF Out» 

Измерение уровня детектора выхода на разъеме J4: сигнал «RF det»

Pout, ВтUdet, В
1.6 1.0
2.01.2
2.51.3
3.11.4
3.81.6
4.81.8
5.92.0
7.32.2
9.02.5
11.12.75
13.33.0
15.43.2
17.23.3
18.63.4
213.6
233.7
Таблица значений указана для R4= 100 Ом 

Термограмма

Термограмма усилителя мощности при выходной мощности 23 Вт (Uпит = 28 В; Iпот. = 2.1 А; Pin = +17 дБм) после 5 минут непрерывной работы.

Плата усилителя установлена на радиаторе из алюминиевого профиля AB0071 размерами 100 х 152 х 30 мм.
Чертеж радиатора    https://static.chipdip.ru/lib/140/DOC001140386.pdf

Максимальная температура (на активном элементе MW7IC2725) после 5 минут непрерывной работы на максимальной мощности 23 Вт составила 67 градусов Цельсия (активный элемент).

Вполне возможно, что Вам не потребуется использовать максимальную ВЧ мощность 23 Вт и тогда, при понижении питания, температурный режим будет легче.

Евгений, R5AO (QTH Московская область) сообщает, что для уверенной нормальной работы со спутником в режимах CW, SSB, FT8 вполне достаточно питания 19 В, то есть до 10 Вт на выходе усилителя. Евгений на передачу использует спиральную антенну 16 витков с расчетным усилением 15 dBi.  При 10 Вт на выходе усилителя мощности его сигнал только на 3 дБ ниже уровня телеграфного маяка спутника (от максимально рекомендованного значения). 

Подключение усилителя мощности к передающему трансвертеру STC_7013

Расположение элементов на печатной плате усилителя мощности

Для подключения усилителя мощности к трансвертору STC_7013 следует сделать следующие соединения:
1. С выхода J6 (RF out) платы передающего конвертера (TX_STC) сделать соединение опциональным ВЧ кабелем с U.FL разъемами на вход J1 усилителя мощности.
2. К выходу J5 усилителя мощности через разъем SMA подключить согласованную передающую антенну на 2400 Мгц.
3. Контакт J6 (GND) усилителя мощности подключить к общему проводу блока трансвертера
4. Контакт J3 (+24V) усилителя мощности подключить к положительному выводу блока питания (от 18 до 28 В). Желательно питание подавать от лабораторного регулируемого блока питания начиная с напряжения 18 В (выставив ограничение по току 3 А).
5. Контакт J4 (RF det) усилителя мощности подключить к аналоговому или цифровому измерительному прибору, если требуется индикация уровня передающего сигнала.
6. Контакт J2 усилителя мощности подключить к контакту J8 (+6V TX) платы ATT_PTT_PS.

Корпус 

Для платы 20 Вт усилителя мощности знакомые сделали тестовый вариант корпуса усилителя.

Корпус изготовлен из дюралюминия Д16Т, имеет плотно прилегающую крышку, набор отверстий для установки СВЧ разъемов и проходных конденсаторов, а так же радиаторную решетку для отвода и рассеивания тепла выделяемого в процессе эксплуатации устройства.

Корпус сделан на станке ЧПУ, что обеспечивает высокое качество и повторяемость.

Корпус предназначен для установки на основной радиатор, обеспечивающий необходимый отвод тепла от активного элемента усилителя (подводимая мощность примерно 60 Вт).

Кроме того корпус обеспечивает необходимое экранирование выходного сигнала передатчика для минимизации влияния на остальные малосигнальные платы.

В ходе установки усилителя мощности в новый корпус были выявлены небольшие изъяны, которые планируется исправить в новой версии корпуса.

Пока стоимость изготовления такого корпуса достаточно высокая и трудно предсказать из-за этого уровень спроса и целесообразности его изготовления, но полагаю несколько пробных экземпляров будут изготовлены, если мы заранее получим предварительные заказы.

Стоимость

Стоимость платы усилителя мощности – 100 евро в рублевом эквиваленте.
Срок изготовления: 2-3 недели

Заказ изделий и контактные координаты

Вы можете разместить заказ и получить консультацию по координатам:
Карен Тадевосян
моб. +7 925 517 18 93  (Viber; WhatsApp)
Email: ra3apw@mail.ru
http://www.ra3apw.ru
г. Москва, Россия

Приложение:

Выходной усилитель мощности 20Вт на 2400 МГц для QO-100. Руководство пользователя. Версия 1.1

Ссылки

Обновлено 01.05.2020