OK1UFC
  Design a naladění výstupního obvodu PA na 2.4 GHz

březen 2021    

   
Úvod

Od výstupního obvodu PA očekáváme vynikající přizpůsobení elektrody "drain" k napájecímu vedení antény (koaxiál s char. impedancí 50 Ohmů). A také očekáváme, že nám výstupní vedení půjde snadno u prototypu zesilovače doladit k tomu určenými prvky. Ve výstupním obvodu se přenášejí vysoké výkony. Proto jsme nuceni použít drahé porcelánové kondenzátory ATC. Určitě jich nebudeme mít k dispozici celou řadu. Proto není žádoucí ladit výstupní obvody těmito kapacitami, ale prvky, které nás nic nestojí. Měděnými plíšky nebo ploškami na kuprextitu, které jsou od toho. 

Návrh výstupního obvodu provedeme ve Smith. diagramu

Design PA output

Design šířky mikropáskových vedení z kuprextitu jsem provedl pomocí SW Line version 01 od prof. Fritze Dellspergera, a to takto:
Strip 6.8 Ohm Strip 30 Ohmů

S ohledem na vypočtené délky vedení (Smithův diagram) jsem tedy pro předpokládané impedance mikropásků vypočítal jejich šířky (obrázky nad textem) a dle délky a šířky vedení jsem namaloval desku. Vysvětlení viz obrázek dole.

PCB PA output

Naladění výstupního obvodu

Používám při ladění PA velice vidláckou metodu, profesionálové ať nečtou. Metoda spočívá v následujících krocích:

1. Zatížím naladěný vstup PA umělou zátěží 50 Ohmů.
2. Na výstup připojím atenuátory a logaritmický zesilovač s detektorem a ověřím, zda PA nekmitá. Resp. kmitat nesmí, protože bychom si v dalším kroku zničili vstup vektorového analyzátoru (VNA).
3. VNA připojím na výstup kanálem CH1 (generátorem) a navolím měření charakteristik S11 (RL, VSWR, Smith...).
4. Připojím PA na plné napájecí napětí.
5. Určenými ladicími prvky (propojením Cu čtverečků ve výstupním obvodě) nastavím transformaci impedancí mezi SMA out a "drain".
6. Výsledek vypadá například takto (PA s MRF286):


 
Měření zisku na malých signálech

Po nastavení vstupních a výstupních obvodů můžeme ověřit zisk zesilovače. U zesilovače s polovodičem MRF286 očekávám na desce vyrobené z materiálu FR4 v pásmu 13 cm zisk maximálně 10 dB.

Postup:

1. Zatížíme výstup atenuátorem 20 dB a připojíme ho na vstup CH2.
2. Na vstup přivedeme signál CH1.
3. Nastavíme rozmítání kmitočtů od 2300 do 2450 MHz a nastavíme marker 1 (červený) na hodnotu 2320 MHz a marker 2 (zelený) na hodnotu 2400 MHz (uplink QO-100).

4. Z diagramu S21 Gain přímo odečteme velikost zisku (při atenuátoru 20 dB a nastavení spodního okraje grafu také na -20 dB).

Zisk na kmitočtu 2320 MHz byl necelých 11 dB.
Zisk na kmitočtu 2400 MHz byl něco přes 9 dB.

Vřele doporučuji

1. Vždy, když připojujeme PA k napájecímu napětí, před připojením měřidel vždy zakončit vstup a výstup umělou zátěží.
2. Nastavit klidový proud a kontrolovat ohřívání polovodiče a chladiče.
3. Ověřit, zda zesilovač nekmitá.
4. Nastavit vstupní obvody.
5. Nastavit výstupní obvody.
6. Změřit zisk na malých signálech a teprve potom měřit ostatní charakteristiky (výkon a přizpůsobení pomocí směrové odbočnice, výkon, při kterém dochází ke kompresi signálu, atd.)
 

 

 
   TU 73, Mira, ok1ufc