lavrinenkov.blogspot.ru: Точная настройка ФНЧ маяка WSPR F4GOH

Данная статья появилась из-за того, что мой образец маяка WSPR F4GOH см.http://lavrinenkov.blogspot.com/2021/01/wspr-kit-f4goh.html начал выдавать сниженную выходную мощность, при этом транзисторы стали горячими.

Вот что показали приборы:

Осциллограф:

1. Сигнал на выходе Q синтезатора. (Меандр)

2. Сигнал на затворах BS170

3. Сигнал на выходе BS170, нагруженных на 50 Ом.

4. Нулевой уровень

Анализатор спектра:

1. Спектр сигнала в полосе 2 МГц, дБм

2. Спектр сигнала в полосе 2 МГц, мВт

3. Спектр сигнала в полосе 36 МГц, дБм

4. Спектр сигнала в полосе 114 МГц, дБм

5. Спектр сигнала в полосе 36 МГц, мВт

6. Спектр сигнала в полосе 99 МГц, дБм

подстройкой триммера AD8650 получен уровень первой гармоники 19 дБм, что все равно не соответствует штатной мощности маяка. (около 23 дБм). Я использую константу PWM для задания смещения на затворах BS170 около 3В (в моем случае константа = 175)

Первым делом я бросился проверять полевые транзисторы, которые очень чувствительны к статике, а также страдают не полным открытием/закрытием, при поломке. Транзисторы оказались исправны! Проблема снижения мощности была вызвана внутренним прогоранием и спеканием индуктивности L3 220 мкГн. На фото чуть левее посадочного места фильтра.

Ее сопротивление было около 2 Ом (Штатное для такого типоразмера сопротивление около 5 Ом), сама индуктивность утрачена (снижена).

Приведу измерения сопротивлений набора индуктивностей:

Мне не очень понятен замысел автора - использовать миниатюрную индуктивность в силовой части схемы. Я заменил ее на обычную "гантельку" с индуктивностью 100 мкГн и сопротивлением менее 1 Ома. Также оценил влияние ограничения тока питания транзисторов разными индуктивностями. Современными "гантельками" по 50 мкГн и 100 мкГн, и СССР серыми вытянутыми.

Подписи показывают омическое сопротивление катушек, оценку сигнала основной гармоники, токи потребления.

Интересно также назначение маловитковой индуктивности L2 VK200, стоящей ближе к источнику питания, если она для лучшего подавления ВЧ, имеет смысл ставить ближе к стоку транзисторов, а не так как сейчас.

Начнем настройку с диапазона 40М. ФНЧ выполняет задачу согласования выхода усилителя с нагрузкой 50 Ом, вторая задача - подавление высших гармоник. Оптимальные варианты по подавлению и согласованию не совпадают, поэтому здесь отдаю приоритет согласованию.

Я использую банки емкостей и индуктивностей для подбора номиналов фильтра.

На осциллограммах после ремонта:

1. Сигнал на выходе Q синтезатора (Меандр)

2. Сигнал на затворах BS170

3. Сигнал на выходе BS170 без ФНЧ, нагружены

на 50 Ом.

4. Сигнал на выходе ФНЧ, нагруженного на 50 Ом.

На спектрограммах показаны:

1. Сигнал без ФНЧ, нагрузка 50 Ом.

2. Сигнал с ФНЧ из Pixie 40M П-контур, 82 пФ, 1 мкГн, 82 пФ.

3. Сигнал с подобранным оптимальным ФНЧ: 200 пФ, 0.82 мкГн, 200 пФ.

4. То же, но в мВт

Мы видим, что с оптимальным фильтром удается получить около 450 мВт излучаемого сигнала, против 250 мВт без ФНЧ! Гармоника №2 ослаблена на 6 дБ, имеет уровень 7.5 мВт, Гармоника №3 ослаблена на 11 дБ имеет уровень 2 мВт.

Считается хорошим результатом подавление гармоник в 30 дБ, но у нас здесь

и так QRP мощность, а фильтр имеет всего третий порядок. Настройка согласования подбором для фильтров большего порядка становится сложной, что приходится ограничиваться расчетными занчениями (как и делают зарубежом), но получаемый фильтр скорее всего не будет оптимальным, а лишь где-то рядом.

Теперь посмотрим на спектры, полученные с оптимльными по согласованию ФНЧ (второго и третьего порядков) для диапазонов 10М,12М,15М,17М,20М,30М.

Теперь посмотрим на спектры, полученные с оптимльными по согласованию ФНЧ (второго и третьего порядков) для диапазонов 80М,160М.

Получена наибольшая мощность на диапазоне 160М, 27 дБм (или 500 мВт!)

Теперь опустимся на ДВ и посмотрим сигнал на длине волны 2200м! Для согласования подходит ФНЧ 1-го порядка из одной индуктивности.

На левой картинке показан вариант с приоритетом первой гармоники, L= 30 мкГн, на правом, с заменой ФНЧ L=100 мкГн с приоритетом третей гармоники, что несколько странно.

По полученным номиналам ФНЧ можно оценить выходной импеданс усилителя на BS170! Все результаты по диапазонам представлены в таблице:

Информация может использоваться в справочных целях для оперативной настройки ФНЧ по диапазонам.

Теперь проведем включения маяка F4GOH с оптимальными ФНЧ по всем диапазонам. Время работы маяка - одни сутки на диапазон.

Антенна - диполь на 40М, симметричная линия 160 Ом, и симметричный тюнер.

Направление нормали к диполю Юг-Север.

Для работы на 80М сравним разные варианты подключения линии-полотна антенны.

1) Через симметричный тюнер: Суррогатный диполь, линия 160 Ом, СУ, КСВ=2.2. Результаты посредственные. Имеем ненаправленный укороченный излучатель.

2) Через китайский Т-тюнер KIT c карбонильным колечком. Линия подключена как LW c ёмкостной нагрузкой на конце (сам диполь) и КСВ = 1.8. Результат получше!