Kurzwellen QRP Linear Endstufe mit TP Filter - dc4ku.darc.dedc4ku.darc.de/KW-MOSFET-PA.pdf · 15m 21‐21,45MHz 52dB 48dB 21dB 1,19 10m 28‐30MHz 4 8dB 38dB 25dB 1,12 Bild 14: 6

Werner Schnorrenberg - DC4KU www.dc4ku.darc.de 08.12.2014

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.

TRX0,1-30MHz

PA1-30MHzG=40dB

Pout=10W PEP

TP-Filter160m, 80m, 40m

20m, 10m

1mWout

10Wout

PTT

+15VDC, 2A

KW-Antenne

Bild 1: Blockschaltbild der PA und Tiefpassfilter

78L08

PTT

+15V

HF-IN0dBm1mW

Z=50Ohm

+15V

HF-OUT+40dBm

10Watt PEPZ=50Ohm

47k5,6k

100n

100

100µ

100n

270

100

2,5k

ZPD4,1

2x1

2x1

10n

1k

1k

10n

100n

100n

100n

33µ 10µ

100µ

100n100n

100n

1k

1k

5,6k 5,6k

100n100n

5,6k5,6k

5k 5k 100n

100n

100n 100n

F1

T1

T2

T3

T4

T5

F2

F3

F1: U310 o.ä.T1: 2SC2314 o.ä.T2: 2SC2314 o.ä.T3: SC308 o.ä.T4: BD140T5: BD140F2: RD16HHF1F3: RD16HHF1

Tr1: 10 - 2x3 Wdg.Tr2: 2x3 - 3 Wdg.Tr3: 2x1 - 3 Wdg.

Tr1 Tr2 Tr3

8V

RP2RP3

RP1

50mA

15mA

400mA

Einstellung der Ruheströme- RP1 für T1/2 auf 50mA- RP2/3 auf füt F2/3 auf 400mA

QRP KW-Endstufe, 1mW in, 10Watt out, G=40dB

(modifizierter Bausatz von"KN-Electronic)

Bild2: QRP‐Endstufe, Frequenzbereich 1‐30MHz


2

L3 L4

L5 L6

L7 L8

KW-Tiefpassfilter

Cauer/Eliptic-TP-Filter

L14,5µH

133p

1,2n

3,75µH

420p

2,2n 2,2n

L2

1,95µH

82p

680p

1,54µH

330p

1,2n 560p

1,2µH

33p

270p

1,0µH

120p

560p 220p

0,68µH

24p

180p

0,56µH

68p

330p 150p

L90,45µH

12p

120p

0,36µH

47p

220p 100p

L10

L10,3µH

12p

82p

0,25µH

39p

150p 68p

L1

2MHz - 30MHz, 50 Watt Dauerleistung

TX Antenne

160m

80m

40m

20m

15m

10m

0-2MHz

0-3,8MHz

0-7,2MHz

0-14,2MHz

0-21MHz

0-30MHz

rot: geänderteWerte gegenüberHerstellerangaben

(modifizierter Bausatz von KN-Electronic)

Bild 3: Tiefpass‐Filter für die Bänder 160m‐10m


3

Sender Tiefpass

TRX

Netzgerät15V, 5A

2xBananerot/sw

ON/OFF-Schalter

LED-ON/OFF

1,8k

PTTTransceiver

BNC BNC

Relais Relais Antenne

Klinkenstecker Sicherung

+15V 100µ

+-

+-

QRP-PA 10Watt mit TP-Filterin Gehäuse

160,80,40,20,10m

Bild 4: Aufbau der QRP‐PA mit schaltbaren Tiefpass‐Filtern in einem Gehäuse, s. a. Bild 17‐21

Messwerte der PA:

:

Bild 5: Gewobbelter Frequenzgang von 0,1‐50MHz, gemessen mit 30MHz‐TP‐Filter (10m‐Band)


4

Bild 6: Oberwellenabstand im 40m‐Band

10

15

20

1 10

5

mW

Watt

Eingangsleistung

Au

sga

nsl

eis

tun

g

Gp=40dB

Bild 7: Verstärkung und Linearität

58dB


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.

10WattKW-PA

-40dBDämpfungsglied

Sektrum-Analysator

Oszilloskop

PEPWattmeter

HF-Doppelton-Generator

f1=7,000MHz

RL=50Ohm

+

f2=7,005MHz

2 x -6dBmHF-Ausgang2 x 34dBm

G=40dB

DC4KU

Bild 8: Messaufbau der Intermodulationsmessung an einer KW‐Endstufe

40dB

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: f1, f2 bei ‐6dBm ‐> 10Watt PEP

IM3: 2f1‐f2 , 2f2‐f1 bei ‐40dBm ‐> Differenz zu Nutzsignalen: 34dBc

IM5: 3f1‐2f2 , 3f2‐2f1 bei ‐56dBm

IM7: 4f1‐3f2 , 4f2‐3f1 bei ‐60dBm

IM9: 5f1‐4f2 , 5f2‐4f1 bei ‐70dBm

IM‐Produkte gerader Ordnung (f1+f2, f1‐f2, 3f1‐f2, 2f1, 2f2..) tauchen nicht auf, da sie weit außerhalb

des Frequenzbandes liegen und durch das Tiefpassfilter der Endstufe unterdrückt werden.

Nutzsignale, f1, f2

IM3,5,7,9

‐6dBm


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.

10W SSB-Transmitter

DämpfungsgliedDummy Load

Sektrum-Analysator

Oszilloskop

PEPWattmeter

40dB-Dämpfung

NF-Doppelton-Generator

f1=1,44kHz

RL=50Ohm

+

f2=1,96kHz

Mikrofoneingang

HF-Ausgang

DC4KU

Bild 10: Messaufbau der Intermodulationsmessung an einem SSB‐Transmitter

Zunächst stellt man die Pegel beider NF‐Töne (f1, f2) 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.

Bild 11: Ausgangsspektrum des SSB‐Senders bei 2‐Ton‐Modulation im 40m‐Band

Das Schirmbild zeigt die beiden Nutzsignale (f1, f2) und noch eine ganze Reihe weiterer,

unerwünschter "Störprodukte", nämlich IM‐Produkte ungerader Ordnung (IM3, IM5, IM7,..) und

grader Ordnung (IM2, Oberwellen) sowie den Restträger.

Der Abstand der Nutzsignale zu den stärksten IM‐Produkten (hier IM3) beträgt 34dBc bzw. 40dBc

bezogen auf PEP. Vereinfacht ausgedrückt, der Verzerrungsgrad (Klirrfaktor) des Sendesignals beträgt

bei 10Watt Ausgangsleistung (PEP) ca. 1% und die Qualität des Signals ist als gut zu bezeichnen.

unterdrückter Träger

IM5, 3f1‐2f2

IM3, 2f1‐f2, 40dBc PEP

IM7

IM2, f2‐f1

‐6dBm

IM3, 2f2‐f1, 42dBc PEP

IM5, 3f2‐2f1

IM2, 2xf1

IM7

PEP


7

Bild 12: Intermodulation des Transmitters bei 10Watt PEP

Darstellung: 7MHz +/‐ 2,5kHz, NF‐Frequenzen: 990Hz und 1630Hz, f=640Hz

Bild 13: Intermodulation des Transmitters bei 10Watt PEP

Darstellung: 7MHz +/‐ 5kHz, NF‐Frequenzen: 1440Hz und 1960Hz, f=520Hz


8

Schaltbares Tiefpassfilter

160m‐Band (1,8‐2,0 MHz)

Dämpfung: 2 MHz: 0,4dB Rückflußdämpfung: 25dB

4 MHz: 30dB SWR: 1,17

6 MHz: 45dB fmax: 2,7MHz

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

nutzbarer Frequenzbereich: 1,8‐2MHz

Rückflußdämpfung

Dämpfung

Rückflußdämpfung:

25dB Dämpfung: 30dB

bei 4MHz

Dämpfung 1. Oberwelle: 32dB

Rückflußdämpfung im

Durchlaßbereich: 19dB

Darstellung: 0‐10MHz


nutzbarer Frequenzbereich: 1,8‐2MHz


9

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

30/20m‐Band (10‐14,5MHz)


28 MHz: 50dB SWR: 1,12

42 MHz: 48dB fmax: 18 MHz










10

17/15m‐Band (18‐21,5MHz)


42 MHz: 52dB SWR: 1,2

63 MHz: 48dB fmax: 24 MHz

10m‐Band (28‐29,7MHz)

Dämpfung: 29,7 MHz: ‐0,2dB Rückflußdämpfung: 25dB

58 MHz: ‐48dB SWR: 1,12

87 MHz: ‐38dB fmax: 33 MHz

Dämpfung 1.Oberwelle

58Mhz: 48dB

Dämpfung 2.Oberwelle

87Mhz: 38dB


Durchlass: 25dB = SWR 1,12







11

Messwerte der Tiefpassfilter:

Band Frequenz Oberwellenunterdrückung Rückflußdämpfung SWR

1. Oberwelle 2.Oberwelle im Durchlaßbereich

160m 1,8‐2,0MHz 30dB 45dB 22dB 1,17

80m 3,5‐3,8MHz 32dB 48dB 19dB 1,25

40m 7‐7,2MHz 35dB 50dB 24dB 1,13

20m 14‐14,5MHz 50dB 48dB 25dB 1,12

15m 21‐21,45MHz 52dB 48dB 21dB 1,19

10m 28‐30MHz 4 8dB 38dB 25dB 1,12

Bild 14: 6‐Band LC‐Tiefpassfilter‐Filter für den Frequenzbereich 1,8 ‐ 30 MHz


12

Bild 15: TP‐Filter vor dem Einbau in ein abschirmendes Blechgehäuse

Bild 16: TP‐Filter und 10Watt Kurzwellen QRP‐PA


13

Bild 17: PA Gehäuse

Bild 18: PA Gehäuse, Rückseite


14

Bild 19: PA‐Gehäuse, Rückseite

Bild 20: Blick auf PA mit Relais


15

Bild 21: Blick auf TP‐Filter in Weißblechgehäuse

Literatur:

- KW-Tiefpassfilter http://www.dc4ku.darc.de/KW-Tiefpassfilter.pdf

- Intermodulationsmessung an KW-Sendern und KW-Endstufen http://www.dc4ku.darc.de/Intermodulationsmessung.pdf

- NF-Doppelton-Generator für IM3-Messungen an SSB-Sendern http://www.dc4ku.darc.de/NF-Doppelton-Generator.pdf

- HF-Doppelton-Generator für IM3-Messungen an SSB-Endstufen und -Empfängern http://www.dc4ku.darc.de/HF-Doppelton-Generator.pdf

- SWR Power-Meter und PEP-Anzeige http://www.dc4ku.darc.de/SWR-Powermeter_PEP-Anzeige.pdf

Werner Schnorrenberg, DC4KU, [email protected] 2Dez. 2014

Rev.: 12.02.2015

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