| Umbau eines kommerziellen 12 GHzLeistungsverstärkersfür das10 GHz AmateurfunkbandFrank Paulus-Rieth, DL8LR, ex DL4VCG
Im letzten Jahr wurden AM-TV-Anlagen die ein Unternehmen im 12 GHz Bereich betrieben hat großräumig abgebaut. Für Amateurfunkexperimente wurden einige 12GHz-Leistungs- Verstärker, die dem Recycling-Markt zugeführt werden sollten, zur Verfügung gestellt. Mit etwas Glück konnte man einen Leistungsverstärker mit dem zugehörigen Kühlkörper und dem original DC/DC- Konverter erhalten.
Es handelt sich um einen fünfstufigen Halbleiterverstärker des israelischen Herstellers Elisra. Bedauerlicher Weise stellt der deutsche Distributor keine Informationen, Schaltpläne usw. zur Verfügung. Aus diesem Grund musste vor dem Umbau und der Inbetriebnahme der Leistungsverstärker das Konzept untersucht und die Schaltung analysiert werden.
Schon jetzt möchte ich auf die Möglichkeit einer Zerstörung des Halbleiterverstärkers und der verwendeten Messgeräte bei unsachgemäßer Handhabung hinweisen. Ich beschreibe hier wie ich den Verstärker für meine Anwendung umgebaut habe. Für entstehende Schäden, die schnell bei einem Umbau und Abgleich entstehen können übernehme ich keine Haftung.
Achtung: Erst Gatespannung und danach Drainspannung anlegen und nur mit ausreichend dimensioniertem Kühlkörper in Betrieb nehmen !
Die 12GHz PA
Die original PA ist fünfstufig aufgebaut, vier Transistoren in Serie und dahinter zwei Transistoren die mit Hybrid-Kopplern parallel geschalte sind. Der erste Transistor ist ein X, Ku Band Power GaAs FET FLK057WG des Herstellers Fujitsu bzw. Eudyna die restlichen Transistoren sind 11,7-12,7 GHz, Toshiba der Serie TIM 1112 Power GaAs FETs die schon intern auf 50 Ohm angepasst sind. Die Verstärkung der original PA und auch der umgebauten beträgt 40 dB, der Ausgangspegel 40 dBm. Die Höhe der Drainspannung ist auf dem Gehäuse angegeben, bei älteren PAs 7,5V und 8Volt bei neueren Typen 8,5 und 9V. Die negative Gatespannung beträgt –(minus) 8V bei der nicht umgebauten Endstufe. Der original DC/DC-Wandler liefert beide Spannungen, die Drainspannung ist einstellbar von 5V bis 11 V/max. 15A und die negative 8V/max. 130mA für das Gate. Die Eingangsspannung für den Wandler kann zwischen 23 V und 72 V betragen mit maximal 8,7A. Neuere Serien dieser PAs können mit der angegebenen höheren Drainspannung betrieben werde. Sie haben auch eine spezielle Gatespannungsstabiliesierung für den Treiber (vierter Transistor) und die beiden Endtransistoren (fünfter und sechster Transistor), auf einer kleinen Platine eingebaut. Die älteren PAs verfügen nicht über diese Schaltung, hier wird die von außen zugeführte negative Spannung für die Gates mit auf der Hauptplatine montierten Potentiometern eingestellt.
Der Umbau auf 10 GHz
Da zuerst keine Informationen über die Gatespannungsversorgung bzw. kein original Netzteil zur Verfügung stand, wurde eine kleine Platine für die Gatspannungsversorgung aufgebaut. Die Schaltung konvertiert aus einer positiven Spannung von 8V bis 15V eine negative Spannung von 5 Volt und drei einstellbare negative Spannungen von 0V bis 5V. Diese Leiterplatte passt mechanisch genau an die Stelle der original Gatespannungsplatine der neueren PA-Typen. Für die älteren PA-Typen wurde eine Leiterplatte mit nur einer negativen 5V Spannung aufgebaut.
Benutzt man das original Netzteil, so ist nach dem öffnen des PA-Gehäuses zunächst die Spannungsversorgung und die Ruhestromeinstellung zu kontrollieren und ggf. die Ruheströme gemäß Tabelle 1 einzustellen.
Tabelle1
Zum öffnen des PA-Moduls kann man an einer Ecke des Deckelblechs in die Löt- bzw. Klebestelle einen kleinen Sägeschnitt anbringen und dann mit einem stabilen Messer den Deckel rundum aufhebeln.
Wird eine neue Gatespannungversorgung eingebaut, so müssen noch einige Leitungen von dieser Platine zur Hauptplatine geführt werden.
Wurde die Gleichspannungsversorgung richtig durchgeführt und die Ströme laut Tabelle 1 eingestellt, so kann mit dem Abgleich begonnen werden. Der Abgleich erfordert Geduld denn es wird Milliwatt für Milliwatt aus der Pa “herausgekitzelt“. Man sollte sich nur alleine für den Abgleich ca. 2 bis 3 Stunden Zeit nehmen.
Die Blättchen, die dem Abgleich der PA auf 12 GHz dienten, werden kompl. entfernt und für den weiteren Gebrauch gesammelt. Einige dünne Kupferblättchen werden in verschiedenen Größen angefertigt. Die Abstimm-blättchen werden beim Abstimmen mit einem Holzstäbchen (z.B. einem Reinigungsstäbchen oder Zahnstocher) auf den Striplines verschoben. Der Abgleich
Der Ausgang der PA wird mit einem Leistungsmessgerät verbunden.
Ich benutze zum Schutz des Messkopfes meines HP432A Powermeters einen Richtkoppler mit 20 dB Koppeldämpfung, ein weiters 20 dB Dämpfungsglied (das erst später entsprechend der erzeugten Ausgangsleistung eingefügt wird) zwischen Koppler und Messkopf sowie einen geeigneten HF-Abschluss.
Für den Abgleich werden die Spannungen angelegt, zuerst die Gatespannung dann wird die PA mit ca. 1mW eines 10GHz Signals angesteuert.
Das Blättchenschieben beginnt man am Eingang der PA, evtl. auch mal das Blättchen verkleinern oder vergrößern (hochbiegen bzw. noch eins oder zwei dazu). Bei jeder markanten Leistungserhöhung wird das Blättchen an der Streifenleitung festgelötet. Aber immer vorsichtig arbeiten, dass kein Kurzschluss gemacht wird und auch die Temperatur der PA überprüfen. Der Abgleich dauert einige Stunden, daher wird die PA sehr heiß. Bei einer Verlustleistung von etwa 100 Watt und Langzeitbetrieb sollte der Kühlkörper einen Wärmewiderstand von 0,23 K/W besitzen (SK157, SK139, SK438 Länge= 200mm oder SK418 L=175mm). Die Blättchen werden nacheinander auf den Striplines im gesamten Verstärkerzug auf maximal Leistung positioniert und eingelötet. Bei ca. 1,5 mW Eingangsleistung sollten mindestens 10 Watt Ausgangsleistung erreicht werden.
Ausblick
Sollte die mit einer PA erreichte Leitung für die Anwendung nicht ausreichen, so besteht die Möglichkeit mehrere PAs zusammen zu schalten. Versuche mit zwei Endstufen (14 Watt + 13 Watt) haben bei 0,5 dB Einfügungsdämpfung des verwendeten 3 dB Hybridkopplers 24 Watt Ausgangsleitung ergeben.
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