2015年10月24日

24GHzパワーアンプ

24GHz帯パワーアンプの実験をしました。
元々は23GHZ帯のネットワーク機器に入っている
アンプの様で、入力がSMAJ、出力がWR42になっています。
シリアルから見ると1997年製?と思われます。

24gamp-1.jpg

24gamp-2.jpg
WR42導波管出力

あまり期待はしていませんでしたが、結構な出力が得られました。
24.020GHzで実験したところ
入力レベル0dBmで飽和出力でした。
-3dBm付近で飽和するようです。
出力は650mWが得られました。

24gamp-3.jpg

24gamp-5.jpg

24gamp-4.jpg

電源はDC6Vの単電源で、約500mAの電流でした。
発熱はそれ程無いようです。
しばらくするとパワーが落ちてきましたので、放熱は
必要と思います。

500mW程度で使用するのが良いのかもしれません。
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2015年03月10日

RFパワーアンプが壊れる

周波数にかかわらず、RFパワーアンプが壊れる時があります。
私も何度も経験がありますが、その多くは使用上の不注意が原因でした。

RFパワーアンプ(特にGHz波帯)はリニア動作の製品が殆どです。
マイクロ波アマチュア無線ではFMで交信することが多いので、どうしてもC級動作領域、飽和領域で使うことが多いようです。

そのような場合、ちょっとした不整合があると、その出力パワーがRFパワーアンプに反射で戻ってきて、簡単にデバイスが劣化、破損することがあります。

出力の切り替えに同軸リレーを使っている場合は、リレーの切り替わりのタイミングが、RFパワーアンプの出力タイミングに合わない場合、一瞬のオープン、ショート状態になり、RFパワーアンプが全反射で壊れることがあります。
もちろん、アンテナ等を接続しない、または不整合状態でRFを出力すると、デバイスが壊れたり、劣化したりします。
特に飽和領域でRFパワーアンプを使っている場合は、一瞬の不整合でも瞬時に壊れます。
またRFパワーアンプの放熱が充分でない場合は、更に壊れやすくなりますし、高温状態で使用しているとデバイスが劣化します。

業務用のRFパワーアンプ等は反射に耐えうる設計や十分すぎる余裕、またアイソレーター等の装備で、保護回路が確り出来ていますが、アマチュア用ではこの様なパーツは非常に高価で入手困難なこともあり、殆どの場合、装備されていません。

もし、RFパワーアンプを壊したくないのであれば、最大出力の50%程度で使用するか、アイソレーター等の保護回路装置の取り付けをしなければ、十分な注意をしていないとアンプを壊してしまいます。

また、同軸リレーを使用するときは、その切り替えタイミングを十分考慮してください。
マイクロ波用の同軸リレーは、切り替えに数十ミリ秒〜数百ミリ秒かかります。
その為に多くの場合、RF出力の到達後に同軸リレーが動作するので、RFパワーアンプに過負荷を与えることになります。
使用するシステムにシーケンス動作(遅延動作)させて、必ず同軸リレーが切り替わった後にRF出力が出るように工夫するとよいでしょう。

また、同軸リレーのチャタリング防止の為に、FMであっても動作時間に少し遅延を設けると良いと思います。
パワーアンプ、プリアンプ共に故障の原因に同軸リレーの動作不良やチャタリングも多くあります。
キャリアコントロールを使用している場合は、特に注意が必要です。

マイクロ波用のRFパワーアンプは1W程度の出力であっても、HF帯の500Wリニアアンプと同様な注意が必要になります。
また、コネクター、同軸ケーブル、アンテナの整合が充分でないと、RFパワーアンプに負荷がかかり故障の原因となります。
RFパワーアンプは高価ですので、壊さないように細心の注意をして使用しましょう。 

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2014年02月06日

5.6GHz小型パワーアンプの試作−3

先日、製作した5.6GHz帯パワーアンプの特性を
測定してみました。

測定するに当たって2台アンプを製作して見ました。
これはSGの出力レベルが足らないので、1台でパワーを上げて
もう1台のアンプに入力して測定しました。

2台のアンプを測定しましたが、同じ様な感じの特性でした。

周波数は5760MHzで測定しました。

 入力mW   出力mW
 1mW    60mW
10mW   485mW
20mW   670mW
30mW   765mW
40mW   810mW
50mW   830mW

どうも800mW出力で飽和しているようです。
電流は6Vで300mAでした。
(入力レベルはそれ程正確ではありません、また測定中にアンプの
温度が上がっているので、特性がばらついてます)

もう少し出力が出ないか調整してみましたが、殆ど変わりませんでした。
この辺が限度なのかもしれません。
これでも、ちょっとした実験用のパワーアンプに使えそうです。

7L1WQG 
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2014年01月29日

5.6GHz小型パワーアンプの試作−2

前回紹介した、5.6GHz帯の小型パワーアンプの基板がやっと出来たので
早速、試作してみました。

基板はテフロン基板0.4mm厚です。

MMICが非常に小さいので半田付けに苦労しました。
(ルーペを見ながら手ハンダです)

設計どおりの部品定数で組み立ててみましたところ、まあまあの値が得られました。

内部の電圧はDC5Vで動作しています。
3端子レギュレーターで5Vを作っています。

DC12Vで動作させたところ、電流値は約350mAでした。
(LEDを点灯させている為に少し多く流れているかもしれません)

5760MHzで入力を20mW入れたところ、約600mWの出力が得られました。
予定より少しゲインが少ないですが、予想範囲内です。

もう少し調整、測定を進めたいと思います。
5600amp-1.jpg
完成した小型パワーアンプ




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2013年12月02日

5.6GHz小型パワーアンプの試作

最近、低電圧で動作するパワーMMICを見つけました。
電源電圧5Vで5.6GHz帯で1W程度の出力が得られそうです。

元々は無線LAN等に使用されるデバイスのようですが、FM、SSBではパワーが
出そうです。

MMICですが少し周辺回路が多いのですが、何とか小さなケースに収まるように
工夫して基板を考えてみました。

予定されるスペック
電源電圧:DC7〜15V 300mA(内部はDC5V)
周波数:5.6GHz帯 アマチュアバンド
ゲイン:17dB (10mW以下の入力)
最大出力:1W (50mW入力時)
基板:R−4737 t=0.4mm
ケースサイズ:32mm×36mm×12mm(突起部を含まず)

今は基板製作中なので、実際にこのような性能が出るかは解りませんが、
基板が出来たらレポートしますので、しばらくお待ちください。

5Gpower-1.jpg
今回製作した基板のパターン図

posted by 7L1WQG at 17:47| Comment(0) | パワーアンプ

2012年03月16日

1200MHzリニアの改造−3


先日改造した1200MHzリニアですが、持ち主からパワーが出ないと
言われました。
手持ちのSWR計で計ると60Wしか出ていない!との事です。

確かに、100Wの出力が有る事は確かめたのですが、不思議です。
とりあえず、もう一度リニアと、SWR計をお預かりしました。

早速確めてみると、パワーが85Wしかありません。

原因は内部配線(同軸)からのRF漏れでした。

お渡しした時には、確かに100W出ていたのですが、内部配線の微妙な位置のずれで
大きくパワーが変化してしまったようです。
内部の同軸を触ると15W以上もパワーが変化します。

仕方ないので、内部の主な配線にシールドテープを巻きつけて、対策をしました。

対策後は安定したパワーが出るようになりました。

pl12120-4.jpg
シールドした内部配線

入力電力ですが、8Wあたりから飽和して来るようでした。

電圧は13.8Vになるようにしています。

pl12120-7.jpg

安定化電源によっては、電流を流すと電圧が下がる機種が有りますので、電源電圧の
監視は必ずしなければなりません。
電源電圧が0.5Vも下がると、リニアでは10%以上もパワーが下がる事が良くあります。

また、古い機種ですと同軸リレーも劣化してきています。
このリニアも同軸リレー関係が怪しそうです。何か不安定な感じがします。
パワーが増えると、接点電流が流れるので、一気に劣化が進むことがあります。
出力が不安定な場合は、同軸リレーも疑った方が良いでしょう。

古い機種は、1箇所を直すと、他の場所が悪くなる事が多々あるので、ある程度で
諦めるしかありません。
リレーの交換は行いませんでした。


今度はパワー計の測定をしました。

まず、リニアから100W出ている事を確めます。

pl12120-5.jpg

その後、SWR計に入れ替えて測定しました。

pl12120-6.jpg
1200MHzの200W設定

写真からも解るように、明らかにパワーが低く表示されています。
誤差は20%以上!

これは、1200MHz帯で100Wの出力を測定するように、作られていないからです。



同じように出力を50Wに設定して、測定してみました。

pl12120-10.jpg


pl12120-11.jpg

これも明らかに低く表示されます。

一見、比例して低くなっているように見えますが、何回か測定してみると、5W以上
表示のばらつきが見られました。

もちろん、SWR計もかなり古い物ですので、仕方ない事です。

逆にバードのパワー計はかなり正確に表示されます。
500Wレンジで2Wの誤差もありません。
精度は1%以内と思われます。


今度は10Wで測定してみました。

pl12120-8.jpg
高級なパワー計で測定しています。(センサー、本体共に校正しています)

pl12120-9.jpg
1200MHzの20W設定

今度は11Wになりました。
誤差は10%以上!

お分かりのように、アマチュア用のSWR計は目安にはなりますが、絶対値としては
問題が有ります。
特に1200MHz帯ではEMEでもない限り、10W以上の出力は出さないので
SWR計も対応できない物が多いようです。

他のSWR計も測定してみましたが、15%程度の誤差が有りました。

私が持っているSWR計、安定化電源も実測値と表示が違う事が多々あります。

絶対値と思わず、目安と思った方が無難です。

それ以外、安定化電源、同軸ケーブル、ダミーロード、等々の性能で測定値は大きく変わってしまいます。
全ての環境が揃っていなければ、正確な測定は出来ませんので、大きな誤差を含んでいると
予め思っていましょう。

本当の値を調べたいのであれば、校正された正しい測定機を揃えましょう。

アマチュア的には、バードのパワー計が良さそうです。
エレメント交換で数mW〜数KWまで測定できます。
最近は円高で安くなっていますので、1台は買っておくと安心できるでしょう。
posted by 7L1WQG at 15:44| Comment(0) | パワーアンプ

2012年03月11日

1200MHzリニアの改造−2


昨日、調査した1200MHzリニアですが、改造をしてみる事にしました。

内部配線を見てみると、電源リレーがとても小さい物が使われていました。

pl12120-3.jpg

電流が30A以上も流れるので、この部分の電圧ドロップを少なくする為に
大型のリレーを2個使って交換しました。
ちょうどメーターの裏が空いていたので、ここに2個設置しました。

内部配線も2SQでしたので、リレーまでの配線を3.5SQを2本使い配線しました。
リレーからモジュールまでの配線も全て交換しました。

電源線にはフェライトコアを設置しています。
これで、パワーが安定しました。

prco12120-1.jpg
改造前の内部

pl12120-1.jpg
改造後の内部



おおもとの電源線も2SQ2本〜3.5SQ1本でしたので、これも5.5SQの
平行線に交換しました。

これでも電圧降下はおきますが、13.8V入力でモジュールの電圧は12.8Vと
なりました。
いままでは10V以下でしたので、これでパワーが上がりました。

更に回り込み対策を行い、更に、インピーダンス変換部のマッチングをとり直して、
100W以上の出力を得られました。

pl12120-2.jpg
(バードのエレメントは500Wを使用しています)

1295MHzでは約100Wで1285MHzでは115Wを得られました。

パワーモジュールは少し劣化しているようです。
新品ならもう少しパワーが出るでしょう。

これ以上は、パワーモジュールの交換をしなければなりませんが、一部を交換すると
出力バランスが崩れるので、交換するなら6枚の交換になります。
このモジュールは入手困難で、更に高価なのであまりお勧めは出来ません。

この状態で、壊れるまで使うのが懸命と思います。
posted by 7L1WQG at 17:11| Comment(0) | パワーアンプ

2012年03月10日

1200MHzリニアの改造


某メーカーの1200MHzリニアを修理して欲しいと、リニアが送られてきました。

症状は、定格表記が120Wと記載が有るのに、75Wしか出ないとの事です。

早速調べてみたところ、言われているように75W程度しかパワーが出ていませんでした。

prco12120-2.jpg
(バードのエレメントは500Wを使用しています)

もちろん、古い機種ですので、各部が劣化してパワーダウンしていると思います。

内部構成は「M57762」パワーモジュールをウイルキンソン合成で2パラにして
更に3合成したものでした。

prco12120-1.jpg

M57762は最大20Wの出力が得られるので、6合成で120Wとなるのでしょう。
但し、合成損失が有るので、良くても110W出れば上々と思います。

ちょっと気になったのは、外部電源線の細さです。
このパワーですと13.8Vで30A以上流れるので、かなり太い線でなければ、電圧
ドロップ(低下)が発生します。

外部電源線の赤黒線は見た限りでは、3.5SQもない感じでした。

電源電圧を13.8Vで10Wの入力をかけてみると、内部のリレーに入る前の段階で
すでに12V程度まで電圧降下していました。

リレーを通過した後、パワーモジュールの電源電圧は10V以下まで降下していました。

これでは、パワーが出るはずありません。(デバイスは長持ちしそう)

しかし、本体のパワーメーター表示は150Wになっていました。


内部の調整トリマーと更にちょっとした調整で85Wまでパワーが出るようになりました。

この時点で、電源線がかなり熱を持っていました。電圧がロスした分が熱になっています。

更にパワーを出すには、電源配線関係を直さなければならないので、大幅な改造しなければ
なりません。

持ち主の方が配線を改造しても良いといわれるので、次回は、配線の改造と調整をしてみたいと思います。


posted by 7L1WQG at 16:05| Comment(0) | パワーアンプ

2011年03月09日

1.2GHz 220Wリニアアンプの製作


1.2GHz帯のハイパワーアンプを製作してみました。
このアンプは、ある方に頼まれて製作しました。


200W以上のパワーが必要と言われていましたので、今までのようにパワーモジュールの
合成アンプでは、8個以上の合成が必要になり、安定性も発熱も問題になるので、今回は
LD-MOSの4合成アンプを使用しました。


パワーモジュールも8合成すれば、ピークで200Wは可能でしょうが、13.8Vでは
60A以上の電流が必要になり、発熱量も膨大でになる為に冷却システムと電源システム
の規模が大きくなるので、諦めました。


アンプユニットは大型のケースに収めました。


220w-2.jpg


電源ユニットは業務用の電源を使用しています。


220w-1.jpg


パワー測定をしたところ、1295MHz FM 1.5W入力で200W以上の出力を確認しました。


220w-3.jpg


ハイパワーなので、BARDのパワーメータと大型のダミーロードで測定をしています。
エレメントは1.2GHzで500Wのものを使用しています。


220w-4.jpg


電流値を見てみると、26Vで18A程度でした。


220w-5.jpg


これぐらいの電流値ですと、電源ケーブルも5.5SQで十分です。


この1.2GHzリニアアンプは強制空冷で冷却しています。
ヒートシンクに2個のファンとケースに2個のファンで冷却しています。


220w-6.jpg


電源ユニットも、ファンが2個フル回転していますので、ファンの音はかなり大きく、
少しうるさいかもしれません。


通信に使うわけではないので、問題はありませんが、もう少し大きなファンで風量がある物を
使用した方が良いのかもしれません。

posted by 7L1WQG at 21:12| Comment(0) | パワーアンプ

2010年04月08日

1200MHzパワーアンプ

ハイブリッド合成のパワーアンプの実験を行いました。

2W入力で120W出力を確認しました。

1200mhz-120w-1.jpg


posted by 7L1WQG at 20:49| Comment(0) | パワーアンプ