3.4.3. PA UHF & EME

Abstract DUBUS

USING A SSB POWER AMPLIFIER FOR DIGITAL EME

YO4BCT – Liviu Soflete

If you have a power amplifier capable of a few hundred watts output, you can use it for EME communications. If PA is specified for, say 200W in SSB (PEP), we know that averaged power (without AF compression) is about half this power – about 100W. About the same average power appears in CW – here the RF signal is also 200W at peak, but there are time intervals of zero power – when  key is up. A digital mode like JT65 imposes a greater thermal stress than SSB/CW – in 48 seconds of tx-ing, the RF signal is at his maximum, without pauses. Obviously we must reduce the RF power in JT65 mode to the average value of SSB/CW mode (roughly half of PEP permissible in SSB or CW). So far, so good, but how to do it? It may appear as a silly question – obviously reducing exciting power at the PA input. Not so obviously – remember that we need to reduce the thermal stress, – so is it this the best method?

USING A SSB POWER AMPLIFIER FOR DIGITAL EME

Liviu – YO2BCT ne delectează cu o expunere de mare fineţe în lumea microundelor. Un PA final Travelling Wave Tube pentru banda 3cm.

Introducere.

Pentru banda de 3 cm, procurarea unui amplificator de putere rămîne o problemă: cu toate că există constructori care livrează asemenea amplificatoare (gen DB6NT) , preţul rămîne prohibitiv – circa 50…100 Euro pentru 1W. Dacă pentru traficul terestru, unde ne putem mulţumi cu 1 … 8W, se mai pot procura amplificatoare „solid state” la preţuri cât de cât „rezonabile”, pentru legăturile EME sau pentru moduri de propagare mai deosebite (rain scatter) e nevoie de puteri de ordinul zecilor de waţi. Construcţia unui asemenea amplificator este o problemă dificilă, pe lângă procurarea unor componente deosebite (stratificat cu teflon pentru circuitul imprimat, condensatoare fără terminale cu pierderi mici, coaxial semirigid şi conectoare speciale – N sau SMA, etc.) materiale speciale (adezivi cu argint coloidal pentru lipirea imprimatului în carcasă), scule şi maşini – unelte pentru prelucrări de mecanică fină, fiind necesare şi cunoştiinţe aprofundate şi experienţă în utilizarea programelor de proiectare/simulare, utilizarea aparaturii de măsură (şi accesul la ea!).

O soluţie „retro” mai uşor abordabilă este construirea unui amplificator de microunde cu tub cu undă progresivă. Tubul în sine este un amplificator complet, cu o amplificare mare (30 – 50 dB) şi bandă largă. Problema aici este realizarea sursei de alimentare, care trebuie să furnizeze tensiuni de ordinul kilovolţilor, unele din ele bine stabilizate. Construcţia unui amplificator de microunde se rezumă deci la procurarea unui tub (TWT – Travelling Wave Tube,  circa 100 – 200 Euro la tîrgurile de radioamatori pentru un tub de 20 – 30 W Pout) şi apoi construirea sursei de alimentare. TWT – urile au devenit disponibile deoarece în toată lumea la staţiile de sol pentru comunicaţiile cu sateliţi (up-link) s-au înlocuit amplificatoarele de emisie cu construcţii solid-state. Un TWT, chiar dacă a fost utilizat zeci de ani, are toate şansele să mai funcţioneze corect, fiind o construcţie robustă, cu mare fiabilitate, iar regimul de funcţionare în instalaţiile profesionale a fost controlat cu mare stricteţe, schemele electronice fiind prevăzute cu protecţii pentru toate situaţiile potenţial periculoase pentru viaţa tubului. Un  TWT obişnuit are randamentul de ordinul 30%, unele construcţii moderne de mare putere ajungând şi la peste 60%.

Tensiunile necesare pentru funcţionare sunt de ordinul 3,5kV la un tub de 20W, ajungând la circa 10 kV la tuburile cu puteri de sute de W, caz în care  sursa este mai mare şi mai grea, alimentabilă de regulă numai din reţea (chiar la trifazat pentru puteri de peste 500W out).

Dacă ne propunem construirea unui amplificator de 20 – 30 W, problemele sunt mult mai simple, iar pentru lucrul în portabil sursa se poate realiza în comutaţie, la o masă şi un gabarit redus. În continuare găsiţi articolul cu toate detaliile de execuţie.

Constructia TWTA

AMPLIFICATOR CU TUB CU UNDA PROGRESIVA PENTRU BANDA DE 5,76 GHz

O remarcabilă realizarea practică pentru un echipament de mare complexitate: teoretică, practică, de măsurători, reglaje și punere în funcțiune. O asemnea realizare este demnă de un ”radioamator” cu adevărat ”profesionist”. Multă ambiție, perseverență și dăruire tehnică. Felicitări Liviu!

Liviu Soflete – YO2BCT / Timisoara, septembrie 2016

01_d_Schema_bloc  Pentru activitatea EME, pe lângă o antenă cu câștig mare, este necesară și o putere de emisie adecvată. Pentru  rezultate bune în benzile de microunde este recomandabilă o putere de emisie de circa 100W. Prezenta lucrare descrie construcția unui amplificator cu tub cu undă progresivă (TWTA) pentru banda de 6cm (5,76 GHz). Nu vom descrie întregul echipament EME, care mai conține, pe lângă amplificatorul de putere, transverterul 144-5760 MHz, amplificatorul de recepție cu zgomot mic (LNA), comutatorul emisie/recepție cu secvențiatorul său și hornul de iluminare a parabolei, cu polarizare circulară. Chiar dacă nu se intenționează replicare construcției, prezenta descriere poate fi utilă ca obiect de studiu, pentru înțelegerea funcționării,  proiectării  și realizării unor surse de înaltă sau joasă tensiune și a unui montaj PFC. Cititorul poate aprecia prin comparație complexitatea unei surse industriale de alimentare a TWT, care conține, pe lângă o parte  de putere similară cu cea din prezenta lucrare, o parte de comandă și protecție mult mai dezvoltată, deobicei dotată cu un microcontroler care asigură regimul optim de funcționare fără supraveghere, cu afișarea la distanță a parametrilor și memorarea regimurilor anormale care au dus la o eventuală deconectare (parametrii electrici – tensiuni, curenți , puteri de RF – și ieșirea lor din limitele normale, temperaturi în diverse puncte sensibile, descărcări în TWT sau sursele de înaltă tensiune, VSWR-ul sarcinii,  oprirea accidentală a ventilației, numărul total de ore de funcționare) . Tubul disponibil pentru care a fost construită sursa de alimentare este tipul VTC-6260E4, capabil de 125W putere de ieșire în banda de 5,850 – 6,425 GHz, fabricat de VARIAN – Palo Alto California USA.

01_a_TWTA 5,76 GHz

01_b_Explicatii FOTO