VHF MOSFET Experiment

Tanken var att höja uteffekten på min station på låga VHF bandet, från 50W till 180-280W.

Ett par komponenter dök upp i junkboxen, så varför inte prova om det går att få fart på dom.

Så här långt är det enbart mekaniken som tagit form. Ett kretkort fräst för hand, en kopparplatta för värmeavledning och med fasat uttag för transistorn. Ingången är en step-down (1varv/3varv) från 50ohm ingångstranformator  (BN43-202) tvåhålskärna. För de bredbandiga utgångstransformatorerna, en 25ohms  koax och ett antal  T50-10 u=8 toroider  borde ge BW = >30Mhz.

Första provskottet blir först när biaskretsen och förstärkningen är under kontroll. MOSFETar har tendenser att ta död på sig själv annars. MOSFETen som kommer att användas i testkopplingen är en gammal 2SK1310. i s.k gemini kapsel för kommersiella VHF slutsteg och har två aktiva delar. Den vill ha 50V. 2SK1310 ger minst 180W ut. Byter man LDMOS till en senare BLF-modell kan man nå 280-300W men efter lite justeringar.

Ny 10m fyr 2013 SK0CT/B

Den gamla SK0CT/B 10m fyren fick problem efter ett antal avbrott av nätspänningen.
På samma 230VAC fas sitter numera nån ny ventilationsanläggning med ett PWM-nätaggregat.

Bilderna nedan visar den nya fyren, som är ombyggt från grunden. Enbart PICnycklingskretsen är kvar från tidigare fyr.

Bygget är gjort med utstansade runda kretskortsbitar som limmas på kretskortet.
Fördelen är att man kan snabbt ändra konstruktionen och att man utelämnar hela kretskortsproblematiken.
Nackdelen är bitarna lossnar om man böjer på komponenterna. Tyngre komponenter limmas separat.

De olika byggstenarna är väl beprövade och det har mest varit fråga om att få respektive byggsten att samarbeta med varandra.

Jag bygger 3st fyrar enligt detta koncept, en hamnar i SM0, en i SM7 och sen får vi se vart den tredje hamnar.

Tidigare sändare har alla haft sina egenheter och ibland varit problematiska på olika sätt. Detta är den senaste i raden av kristallstyrda fyrsändare med fokus på omfattande DC reglering.
En sändare som är igång 24h år efter år "slits" på andra sätt, ofta är det en komponent som ger upp och orsakar allt från tyst sändare, konstant bärvåg eller en oren utsignal.

DC filtreringen blev omfattande i den här konstruktionen, den syns i vänstra övre delen av kretskortet nedan och filtreringen är till för att minimiera överlagrade oljud till sändaren via DC spänningen. Målet är att den nycklade bandbredden ska vara så liten den kan vara i en så enkel konstruktion.

Så nu har nivån av AM-modulering på bärvågen reducerats.

Nycklingen påverkar också bärvågens bredd, så även detta bygget har nycklingskontroll med enkla RC kretsar. RC lösningen betyder att CW teckenhastigheten begränsas och nu går fyren i långsamt takt.

Drivsändaren är kristallstyrd i vanligt ordning, en buffer och förstärkare följer efter oscillatorn. Två drivsteg nycklas och drivsändaren ger +24dBm efter det 5-poliga lågpassfiltret.

Det första 5-poliga lågpassfiltret trycker ner andra och tredje övertonerna och behövs eftersom drivsändaren har bredbandiga försteg.

Det andra 7-poliga lågpassfiltret mellan antenn och slutsteg är en helt vanligt konstruktion från kända tabeller i amatörradiolitteraturen.

Så här ser spektrumet ut uppmätt efter sista 7-poliga filtret. Förlusten i filtret på 28.3Mhz är 0.19dB och anpassningen -26dB .

https://www.google.se/intl/en/options/

På 112Mhz är dämpningen nere på -60dB eller bättre.

Tittar man på andra övertonen på 56Mhz så är dämpningen -37dB  och filtrets Fco är runt 30-31MHz .

Frekvensen blir 28.2920Mhz eller nåt i det häradet, JFET oscillatorer är lite kinkiga och  man har inte så mycket justermån. +24.28dBm (drygt 250mW) ger drivsändarens sista drivsteg vilket består av en PTZ2222A som når en max arbetstemp. på 45-50C.

Slutsteget ger 7-8W beroende på drivspänning, det är en helt vanligt surplus 2SC1969  i en Klass-C koppling enligt testkretsen i databladet (plus lite egna justeringar).

2SC1969 ger enligt databladet 4W ut vid 0.25W in @  12V.  Nu körs slutsteget på minst 13.5V därav den högre effekten, databladet anger bara 12V data.

Vid prov i kontinuerlig drift blir det en märkbar värmeökning, däremot vid prov i nycklad sekvens blir värmeutvecklingen mycket blygsam. Nycklingsekvensen i fyren kan mao. ha bärvåg under minst 10sekunder utan ackumulerad värme. Effektuttaget och effektiviteten är mao. under kontroll och så länge åskan inte slår ner i antennen kommer PA't att fungera länge.
Genom att lägga till ett extra drivsteg från 250mW upp till 3W kommer man att få ut +3dB mer ur 2SC1969, men samtidigt går 2SC1969 betydligt hårdare och skulle det uppstå missanpassning under drift kommer den går sönder.
Skulle det bli aktuellt med mer uteffekt är det ett säkrare att lägga till ett ytterligare slutsteg efter 2SC1969.

23cm modul-PA't reparerat.  Alla 8 modulerna är utplockade en i taget och provkörd i testjiggen som syns på bilden. Det visade sig att en modul var bränd och gav ingen uteffekt. Troligen hade slutsteget i den modulen gått sönder (varje modul består av flera förstärkarsteg). Jag lade ut lite krokar på nätet efter en ny modul. Tyvärr är det svårt att få tag på exakt samma linjära typ M57762, däremot finns motsvarande modul för FM M67711. 762 och 711 är pin och effekt kompatibla så bytet är enkelt.

Här sitter en ny modul i provkoppling, ger 10W CW enligt specifierad driveffekt. Verkar att fungera och stoppas in  PA't.
711 är inte helt linjär så det blir en kompromiss  - men eftersom 99% av QSO på 23cm NAC är CW är det inget stort problem.

Vid 13.6V 6.5W in ger alla modulerna 125W ut. dvs. 0.8W driveffekt per modul och 15W uteffekt per modul. Kör man mer ineffekt blir det olinjär drift, så drivspänningen går att hölja ytterligare för ytterligare mer uteffekt.

6:1 balun

Teori och praktik 6:1 transformering med BALUN.

Tanken var att ersätta en gammal spänningsbalun på en gammal trådantenn av gammal modell.

Antennen är en Fritzel FD-4 80-10m som i praktiken sägs ha en matningsimpedans nånstans mellan 200 och 400 ohm beroende på frekvensband och inte minst hur antennen monteras!!!! Det vanligaste är en lågt monterad antenn och att antennen inte hänger rakt horisontellt. Hänger antennen lågt och lite V-format så kommer impedansen hamna mellan 300 och 400ohm.
Så omsättningtalet på balunen borde vara variabelt mellan 4:1 och 7:1 .

Orginalet har en 6:1 spänningsbalun som inte tål effekt särskilt bra.
Tror denna windom är en cirka en halv våglängd lång på lägsta bandet (80m) och matningen sitter en tredjedel från en ända.

På labbbänken blir då målet att:

1. prova om de tuber man hittar på kablar (används för RFI/EMI suppressor) går att använda till nåt annat, t.ex en transformator.

1. prova den princip som FIFRV visar upp på sin websida, en 6:1 balun på två tubkärnor och med tre lindningar - kommer den funka i praktiken och vilka nackdelar har den varianten.

Tuberna

Det finns flera saker man kan ha dessa kabeltuberna till. Det mest uppenbara är att sätta ett större antal tuber i serie utanpå en RG-58 koax, och dessa tuber utgör då nån typ av mantelströmsspärrfilter.
T.ex om man har problem med ström på återledaren (skärmen på koax eller DC kabel) och inte kan åtgärda orsaken till denna obalans - så kan tuberna reducera problemet. I praktiken har jag använt en bit RG-58 med 40cm lång sträng med dessa tuber - och i praktiken så har det inte varit några problem all med RF i radiorummet pga. ström på skärmen. Vid de tillfällen det har varit ström på skärmen beror det på att det kopplar mellan radiatorerna och matarkoaxen, dvs. efter spärrfiltret.

Under förutsättningen att de tuber som plockats från nätkablar och VGA/DVI monitorkablar är av
typ -43  - som är en Nickel Zink blandning med låg permabilitiet och anses vara lämplig för t.ex bredbandiga transformatorer.
Tittar man på nya tubers datablad bland kataloger så anger tillverkare av följande användingsområden:

Material 43

Nickel Zink

Permabilitet 800

EMI/RFI suppressor 20-250 Mhz

Resonanta kretsar < 30 Mhz

Bredbandiga Transformatorer 3-60 Mhz

Det man kan förvänta sig av egenskaperna i praktiken med dessa avstörningskärnorna är då

• en bredbandig balun, men med dåliga egenskaper under 3MHz
• ett strömfilter EMI/RFI,  som dock får sämre egenskaper under 20MHz.

Bygget

Enligt fransmannen så ska tre lindningar på  vardera 2varv ge 50:200ohm omsättning
och med tre lindningar på vardera 3varv ger 50-450ohm omsättning.


En teflonisolerad försilvrad kopplingstråd används för de tre lindingarna.
Förhoppningen är att konstruktionen ska klara 100W+ CW.
4st -43 tuber sätts ihop med vanligt hårt "superlim".

4 st -43 tuber, ihoplimmade och tejpade.
3lindningar på 3varv, färgkodade med olika tejper - sen ihopkopplade.
På bilden sitter en aluminiumtejp över båda halvorna.

I praktiken

Return loss mätning mellan 10 till 40MHz.

Så här långt ger en uppmätning av balunen ett return loss på -23dB@1.8MHz som sedan försämras något allt eftersom frekvensen stiger.

Som sämst är returnloss -16dB@28.6MHz. 

Det skrivs mycket om att addera 1:1 choke vid balunen.

Följdaktligen så ingår att prova med och utan denna choke.
Den består av en ferritkärna och man lindar upp koaxen 

i två sektioner på kärnan.

Flatstiften ansluter till antennradiatorerna och BNC till sändaren.

Prov med 50ohm och olika konstlaster 

Olika motstånd 300-400ohm representerar de olika antenner som balunen kan tänkas användas på.
En multiresonant antenn som t.ex en OCFD har ju olika impedanser vid olika frekvensband och som sagt beroende på montering.
Som simulerad antenn används en strip med seriekopplade icke-induktiva 50ohm SMD motstånd, på så vis kan jag stega upp från 200 till 400 ohm och ta mätpunkter.

Ett par mätvärden för 300 och 400Ohm
Med och utan 1:1 Choke
Jag satte olika motstånd på högimpedanssidan, samt mätte med och utan 1:1 delen inkopplad.

Mätningarna är inte helt entydiga, variationer i värden syns mellan OHM och VSWR.

Anpassning i Ohm per frekvensband.
 Med och utan 1:1 choke

Det sticker ut att med 300ohm antennimpedans och med 6:1 + 1:1 choke så blir anpassningen lite sämre vid koaxmatningspunkten och det händer redan vid 10MHz.
I praktiken syns detta inte så tydligt på en VSWR mätare  tills man passerar 21MHz.

VSWR i olika impedanser vid olika variationer i matningsimpedans i antennen.
Med och utan choke

Här ser man tydligt -43 materialets begränsingar under 3MHz.
Man ser också att denna balun med resp. primär/sekundär lindningar är bäst anpassad för 400 till 50 ohms tranformering. 300ohm fungerar fortfarande men på 29MHz börjar förlusterna synas.

Inkopplad på en FD-4a

Kopplade in 6:1 + 1:1 grunkan på min FD-4 på samma sätt som den gamla - och resultatet är bra.
På de frekvenser där antennens impedans motssvarar omsättningstalet till 50ohm ser det bra ut nere vid sändaren. Glömde prova hur länge den tål 100W CW men inga tecken på värmeproblem efter längre prov. 1:1 choken på bilderna är nog för liten så den bör bytas ut till en större kärna.
Så på en barfotastation funkar konceptet.


Problem blir det när ovanstående inte stämmer,dvs. när en missanpassning ska returneras igenom balunen samtidigt som hög effekt matas på - vilket är det vanligaste problemet till brända baluner ;)
Ska man missbruka sina baluner och köra på antenner där man inte vet hur dom funkar måste man ha extra effektmarginaler i kärnorna.

Ark in space 2011

Gjorde en liten kul grej i höstas, hittade några bilder.
The ark gjorde en sista koncert på grönan och hade en idé om att skicka ut musiken ut i rymden.

Sagt och gjort, en 23cm FM sändarstation sattes ihop, 6m parabolen riktad på och vidare förbi månen.
Musiken streamades från Grönan via nätet till vår laptop och vidare ut genom 23cm sändaren, 23cm slutsteget och till 6m parabolen. Vi monitorerade FM signalkvaliteten med en ic-delta100h.

Det är inte ofta man får ta till  "tvingen" för att hålla igång sändarknappen, men det fungerade bra ;)

Lödtennet på slutsteget blev lite varmt efter denna "övning". Man ser hur lödningen har blivit porös. Nån månad efter detta så blev det avbrott mellan koax och striplinen så jag satte dit nya ATC100 kondensatorer och nytt lödtenn.

Provade en liten gimmick mellan DVB-T TV antennen och DVB-T mottagaren i fritidshuset.
När man kopplar in detta moj så blir TV bilden kraftigt sämre, mojen verkar dämpa signalen en hel del.

Så den fungerar dåligt på DVB-T RF sidan i installationen, och verkar vara avsedd för VCR-TV kablaget.

En skiss på insidan på mojen.

.

En närbild på lilla kretskortet

Underhåll duoband minimagnetantenn.

Har en liten mobilantenn på magnetfot, Diamond RH-536. Den ska tydligen fungera som sändarantenn på VHF och UHF upp till 10Watt.
Med tanke på hur usel anpassning antennen har fungerar den bäst till min IC-Q7 som har ett litet 350mW slutsteg som tål nästintill oändlig SWR. Det är trots allt stor skillnad på räckvidden mellan gummiantennen på Q7an inne i bilkupen och RH-536 på biltaken.
Antennen är nu 3år gammal och började glappa. Glappet visade sig finnas inne i den gjutna antennfoten i plast, jordstrumpan på koaxen hade lossnat från sin lödning.

Jag skar isär den gjutna plastfoten och ersatte den med en bit fyrkantsaluminiumprofil och en begagnad BNC-chassihona från junkboxen. Lödde om koaxskärmen på mässingsskruven till magnetfoten och mittledaren till BNC mittstiftet. Avslutande med lite svart svartsprayfärg. Dragavlastningen blev av enklaste sort, en bit försilvrad mittledare som najar fast koaxen till profilen.

Tidigt 23cm PA är inte i form...

Ett äldre slutsteg för 23cm verkar ha problem, det drar 35A vid 13.5V med ger endast 95W! :(

Nu är det ingen överraskning att den här typen av slutsteg har problem, men jag gör en felsökning och kanske en reparation om delar går att hitta (vilket verkar osannolikt). M57762 är endast linjär med driveffekter upp till 750mW och förväntas då ge 20W styck.

När slutsteget var nytt gav det 160W, så det betyder att några av modulerna har "lämnat in".

Lödde först loss ingångspinnarna på samtliga modulerna och kopplade in 1-2st i taget, det verkar som minst 3 moduler är paj eftersom dessa inte tillförde någon uteffekt när dom kopplades in.

Här ser man slutstegmodulerna, tätt packade. Inte särskilt servicevänligt monterat ;)

M57762 är sedan en tid ersatta av en "MOSbricka" som heter RA18H121G, dock är dom inte pin-kompatibla.

Enda fördelen med detta slutsteg idag är att det går på 13V och kan användas portabelt.

Dagens LDMOS transistorer är lättare att få tag på, samt att en enda LDMOS transistor kan lätt ge mer uteffekt än dessa 8 modulerna tillsammans. 

 

Detta slutsteg ger runt 200W på 23cm men går på 30V.

Problem med azimuth på 6m parabolen, oljeläckade i vinkelväxel gjorde att optoläsaren slutade räkna pulser. Med en rengjord optoläsare gick elevationen bra igen, däremot måste oljeläckaget åtgärdas.
I vinkelväxel fanns 3dl vatten och en matsked rostig olja....inte bra.

Efter rengöring ser man att innehållet är i bra skick, hällde i ny växellådsolja samt ny packning.

Växelhuset är numera tätt! :)

6m PA lågpassfilter

Ett PA måste alltid följas av ett filter. Detta är ett lågpassfilter (LPF) som undertrycker övertonerna tillräckligt mycket. Filtret är inbyggt i en aluminiumlåda, i locket fästs två N-hona chassikontakter. På kontakternas mittstift fästs ett litet kretskort med en stripline på glasfiberlaminat. Stripline delas upp för att ge plats för seriekondensatorerna, spolarna osv.
Komponentdata står skrivet på kretskortet. Spoltråd är lackerad Cu 1mm OD. Kondensatorerna är Hi-Q typ och flera i parallel vilket betyder att effekttåligheten är många hundra watt.




Filtret mättes upp i nätverksanalysator och på bilden ser man anpassning och retureffekt.
På 50MHz ser man att anpassningen är bra och att filtret har dämpning på nån -dB.
Redan på 70MHz ser man att anpassningen är låg och det betyder att 2:a och 3:e övertonerna kommer att stanna i filtret och därmed dämpas kraftigt innan övertonerna hamnar i antennen.

Retro 6m PA't tar form

Senaste projektet är ett slutsteg för 50Mhz. Eftersom DIY är måttot i radioshacket efterlystes några vitala komponenter via amatörradiokamrater och forum. 3st QQE06-40 dubbel-tetroder med tillhörande socklar fanns tillhands via kontakterna.
Alla 6 tetroderna (3 rör) kopplas ihop parallellt, med jordad katod, drivs via ett 50ohms RF motstånd där en del av effekten matas på ena gallret. Uteffekt mycket beroende på anodspänning och driveffekt. Bias och skärmgallerspänning blir stabiliserade med aktiva reglerkretsar med op-amp, mosfet m.m.

Nästa steg är att inventera transformatorinnehavet och se vilka spänningar som kan genereras.

Lådan är en f.d mikrovågsugn som rensats och rengjorts. Sen har vinkelslipen används för att rensa ut en del plåtdetaljer samt ta ut ett hål i botten på lådan där hela RF-plattan på bilden monteras. En del mikrovågungsdetaljer går faktiskt att återanvända till slutsteget, t.ex fläkten, likriktardioden, hsp kondensator, mikrobrytare m.m.