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Kurzwellen QRP‐Linear‐Endstufe mit TP‐Filter
Nachfolgend wird der Aufbau einer Kurzwellen‐QRP‐Linear‐Endstufe gezeigt. Der TRX (Bild 1) liefert
ein SSB‐Signal im Frequenzbereich von 0,1‐30MHz mit einer konstanten Ausgangsleistung von 1mW
(0dBm). In der nachfolgenden, externen PA wird das Sendesignal um 40dB verstärkt, auf eine
Ausgangsleistung von 10Watt PEP (40dBm). Bild 2 zeigt die Schaltung der QRP‐Endstufe und Bild 3
die schaltbaren Tiefpassfilter der PA für die Bänder 160, 80, 40, 20 und 10m.
TRX0,1-30MHz
PA1-30MHzG=40dB
Pout=10W PEP
TP-Filter160m, 80m, 40m
20m, 10m
1mWout
10Wout
PTT
+15VDC, 2A
KW-Antenne
Bild 1: Blockschaltbild der PA und Tiefpassfilter
78L08
PTT
+15V
HF-IN0dBm1mW
Z=50Ohm
+15V
HF-OUT+40dBm
10Watt PEPZ=50Ohm
47k5,6k
100n
100
100µ
100n
270
100
2,5k
ZPD4,1
2x1
2x1
10n
1k
1k
10n
100n
100n
100n
33µ 10µ
100µ
100n100n
100n
1k
1k
5,6k 5,6k
100n100n
5,6k5,6k
5k 5k 100n
100n
100n 100n
F1
T1
T2
T3
T4
T5
F2
F3
F1: U310 o.ä.T1: 2SC2314 o.ä.T2: 2SC2314 o.ä.T3: SC308 o.ä.T4: BD140T5: BD140F2: RD16HHF1F3: RD16HHF1
Tr1: 10 - 2x3 Wdg.Tr2: 2x3 - 3 Wdg.Tr3: 2x1 - 3 Wdg.
Tr1 Tr2 Tr3
8V
RP2RP3
RP1
50mA
15mA
400mA
Einstellung der Ruheströme- RP1 für T1/2 auf 50mA- RP2/3 auf füt F2/3 auf 400mA
QRP KW-Endstufe, 1mW in, 10Watt out, G=40dB
(modifizierter Bausatz von"KN-Electronic)
Bild2: QRP‐Endstufe, Frequenzbereich 1‐30MHz
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L3 L4
L5 L6
L7 L8
KW-Tiefpassfilter
Cauer/Eliptic-TP-Filter
L14,5µH
133p
1,2n
3,75µH
420p
2,2n 2,2n
L2
1,95µH
82p
680p
1,54µH
330p
1,2n 560p
1,2µH
33p
270p
1,0µH
120p
560p 220p
0,68µH
24p
180p
0,56µH
68p
330p 150p
L90,45µH
12p
120p
0,36µH
47p
220p 100p
L10
L10,3µH
12p
82p
0,25µH
39p
150p 68p
L1
2MHz - 30MHz, 50 Watt Dauerleistung
TX Antenne
160m
80m
40m
20m
15m
10m
0-2MHz
0-3,8MHz
0-7,2MHz
0-14,2MHz
0-21MHz
0-30MHz
rot: geänderteWerte gegenüberHerstellerangaben
(modifizierter Bausatz von KN-Electronic)
Bild 3: Tiefpass‐Filter für die Bänder 160m‐10m
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Sender Tiefpass
TRX
Netzgerät15V, 5A
2xBananerot/sw
ON/OFF-Schalter
LED-ON/OFF
1,8k
PTTTransceiver
BNC BNC
Relais Relais Antenne
Klinkenstecker Sicherung
+15V 100µ
+-
+-
QRP-PA 10Watt mit TP-Filterin Gehäuse
160,80,40,20,10m
Bild 4: Aufbau der QRP‐PA mit schaltbaren Tiefpass‐Filtern in einem Gehäuse, s. a. Bild 17‐21
Messwerte der PA:
:
Bild 5: Gewobbelter Frequenzgang von 0,1‐50MHz, gemessen mit 30MHz‐TP‐Filter (10m‐Band)
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Bild 6: Oberwellenabstand im 40m‐Band
10
15
20
1 10
5
mW
Watt
Eingangsleistung
Au
sga
nsl
eis
tun
g
Gp=40dB
Bild 7: Verstärkung und Linearität
58dB
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Intermodulation der Endstufe
Den Messaufbau zur Intermodulationsmessung einer Leistungsendstufe (PA) zeigt Bild 8. Die
Ansteuerung erfolgt über den HF‐Doppelton‐Generator aus Bild 10 mit 2x‐6dBm. Die verwendete PA
verstärkt das Signal um 40dB auf einen Pegel von 2 x 34dBm (2 x 2,5Watt). Als Messergebnis zeigt
Bild 9 das um 40dB gedämpfte Ausgangssignal der Endstufe am Eingang des Spektrumanalysators.
10WattKW-PA
-40dBDämpfungsglied
Sektrum-Analysator
Oszilloskop
PEPWattmeter
HF-Doppelton-Generator
f1=7,000MHz
RL=50Ohm
+
f2=7,005MHz
2 x -6dBmHF-Ausgang2 x 34dBm
G=40dB
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Bild 8: Messaufbau der Intermodulationsmessung an einer KW‐Endstufe
40dB
Bild 9: "Sauberes" Doppelton‐Spektrum der 10Watt‐Endstufe, f1=7,000 und f2= 7,005MHz
Folgende Ergebnisse können vom Schirmbild des Analysators direkt abgelesen werden.
Nutzsignale: f1, f2 bei ‐6dBm ‐> 10Watt PEP
IM3: 2f1‐f2 , 2f2‐f1 bei ‐40dBm ‐> Differenz zu Nutzsignalen: 34dBc
IM5: 3f1‐2f2 , 3f2‐2f1 bei ‐56dBm
IM7: 4f1‐3f2 , 4f2‐3f1 bei ‐60dBm
IM9: 5f1‐4f2 , 5f2‐4f1 bei ‐70dBm
IM‐Produkte gerader Ordnung (f1+f2, f1‐f2, 3f1‐f2, 2f1, 2f2..) tauchen nicht auf, da sie weit außerhalb
des Frequenzbandes liegen und durch das Tiefpassfilter der Endstufe unterdrückt werden.
Nutzsignale, f1, f2
IM3,5,7,9
‐6dBm
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Intermodulation des Transmitters
Den Messaufbau der Intermodulationsmessung des SSB‐Transmitters zusammen mit der QRP‐
Endstufe zeigt Bild 10. Im Beispiel arbeitet der Sender im 40m‐Band bei 7MHz. Dem Ausgang des
Senders folgt ein 40dB‐Dämfungsglied, damit der Analysator vor zu hohen Spannungen geschützt ist.
Als Leistungsmessgerät kann zusätzlich ein SWR‐Wattmeter zwischen geschaltet werden.
10W SSB-Transmitter
DämpfungsgliedDummy Load
Sektrum-Analysator
Oszilloskop
PEPWattmeter
40dB-Dämpfung
NF-Doppelton-Generator
f1=1,44kHz
RL=50Ohm
+
f2=1,96kHz
Mikrofoneingang
HF-Ausgang
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Bild 10: Messaufbau der Intermodulationsmessung an einem SSB‐Transmitter
Zunächst stellt man die Pegel beider NF‐Töne (f1, f2) nacheinander so ein, dass der Sender jeweils
eine Leistung von 2,5Watt pro Signalton abgibt. Die PEP‐Leistung beträgt dann genau 10Watt.
Anschließend erfolgt die eigentliche Intermodulationsmessung des Transmitters (Bild 11), indem
beide Töne gleichzeitig in den Mikrofoneingang des Transmitters geleitet werden.
Bild 11: Ausgangsspektrum des SSB‐Senders bei 2‐Ton‐Modulation im 40m‐Band
Das Schirmbild zeigt die beiden Nutzsignale (f1, f2) und noch eine ganze Reihe weiterer,
unerwünschter "Störprodukte", nämlich IM‐Produkte ungerader Ordnung (IM3, IM5, IM7,..) und
grader Ordnung (IM2, Oberwellen) sowie den Restträger.
Der Abstand der Nutzsignale zu den stärksten IM‐Produkten (hier IM3) beträgt 34dBc bzw. 40dBc
bezogen auf PEP. Vereinfacht ausgedrückt, der Verzerrungsgrad (Klirrfaktor) des Sendesignals beträgt
bei 10Watt Ausgangsleistung (PEP) ca. 1% und die Qualität des Signals ist als gut zu bezeichnen.
unterdrückter Träger
IM5, 3f1‐2f2
IM3, 2f1‐f2, 40dBc PEP
IM7
IM2, f2‐f1
‐6dBm
IM3, 2f2‐f1, 42dBc PEP
IM5, 3f2‐2f1
IM2, 2xf1
IM7
PEP
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Bild 12: Intermodulation des Transmitters bei 10Watt PEP
Darstellung: 7MHz +/‐ 2,5kHz, NF‐Frequenzen: 990Hz und 1630Hz, f=640Hz
Bild 13: Intermodulation des Transmitters bei 10Watt PEP
Darstellung: 7MHz +/‐ 5kHz, NF‐Frequenzen: 1440Hz und 1960Hz, f=520Hz
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Schaltbares Tiefpassfilter
160m‐Band (1,8‐2,0 MHz)
Dämpfung: 2 MHz: 0,4dB Rückflußdämpfung: 25dB
4 MHz: 30dB SWR: 1,17
6 MHz: 45dB fmax: 2,7MHz
80m‐Band (3,5‐3,8MHz)
Dämpfung: 3,8 MHz: 0,2dB Rückflußdämpfung: 19dB
7,6 MHz: 32dB SWR: 1,25
11,4 MHz: 48dB fmax: 5,5 MHz
nutzbarer Frequenzbereich: 1,8‐2MHz
Rückflußdämpfung
Dämpfung
Rückflußdämpfung:
25dB Dämpfung: 30dB
bei 4MHz
Dämpfung 1. Oberwelle: 32dB
Rückflußdämpfung im
Durchlaßbereich: 19dB
Darstellung: 0‐10MHz
Darstellung: 0‐5MHz
nutzbarer Frequenzbereich: 1,8‐2MHz
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40m‐Band (7,0‐7,2MHz)
Dämpfung: 7,2 MHz: 0,1dB Rückflußdämpfung: 24dB
14,4 MHz: 35dB SWR: 1,13
21,6 MHz: 50dB fmax: 8 MHz
30/20m‐Band (10‐14,5MHz)
Dämpfung: 14 MHz: 0,5dB Rückflußdämpfung: 25dB
28 MHz: 50dB SWR: 1,12
42 MHz: 48dB fmax: 18 MHz
Dämpfung 1. Oberwelle: 50dB
Rückflußdämpfung im
Durchlaßbereich: 25dB
Rückflußdämpfung im
Durchlaßbereich: 24dB
Dämpfung 1. Oberwelle: 35dB
Darstellung: 0‐10MHz
Darstellung: 0‐50MHz
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10
17/15m‐Band (18‐21,5MHz)
Dämpfung: 21 MHz: 0,2dB Rückflußdämpfung: 21dB
42 MHz: 52dB SWR: 1,2
63 MHz: 48dB fmax: 24 MHz
10m‐Band (28‐29,7MHz)
Dämpfung: 29,7 MHz: ‐0,2dB Rückflußdämpfung: 25dB
58 MHz: ‐48dB SWR: 1,12
87 MHz: ‐38dB fmax: 33 MHz
Dämpfung 1.Oberwelle
58Mhz: 48dB
Dämpfung 2.Oberwelle
87Mhz: 38dB
Rückflußdämpfung im
Durchlass: 25dB = SWR 1,12
Rückflußdämpfung im
Durchlaßbereich: 20dB
Dämpfung 1. Oberwelle: 52dB
Darstellung: 0‐50MHz
Darstellung: 0‐100MHz
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Messwerte der Tiefpassfilter:
Band Frequenz Oberwellenunterdrückung Rückflußdämpfung SWR
1. Oberwelle 2.Oberwelle im Durchlaßbereich
160m 1,8‐2,0MHz 30dB 45dB 22dB 1,17
80m 3,5‐3,8MHz 32dB 48dB 19dB 1,25
40m 7‐7,2MHz 35dB 50dB 24dB 1,13
20m 14‐14,5MHz 50dB 48dB 25dB 1,12
15m 21‐21,45MHz 52dB 48dB 21dB 1,19
10m 28‐30MHz 4 8dB 38dB 25dB 1,12
Bild 14: 6‐Band LC‐Tiefpassfilter‐Filter für den Frequenzbereich 1,8 ‐ 30 MHz
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Bild 15: TP‐Filter vor dem Einbau in ein abschirmendes Blechgehäuse
Bild 16: TP‐Filter und 10Watt Kurzwellen QRP‐PA
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Bild 17: PA Gehäuse
Bild 18: PA Gehäuse, Rückseite
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Bild 19: PA‐Gehäuse, Rückseite
Bild 20: Blick auf PA mit Relais
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Bild 21: Blick auf TP‐Filter in Weißblechgehäuse
Literatur:
- KW-Tiefpassfilter http://www.dc4ku.darc.de/KW-Tiefpassfilter.pdf
- Intermodulationsmessung an KW-Sendern und KW-Endstufen http://www.dc4ku.darc.de/Intermodulationsmessung.pdf
- NF-Doppelton-Generator für IM3-Messungen an SSB-Sendern http://www.dc4ku.darc.de/NF-Doppelton-Generator.pdf
- HF-Doppelton-Generator für IM3-Messungen an SSB-Endstufen und -Empfängern http://www.dc4ku.darc.de/HF-Doppelton-Generator.pdf
- SWR Power-Meter und PEP-Anzeige http://www.dc4ku.darc.de/SWR-Powermeter_PEP-Anzeige.pdf
Werner Schnorrenberg, DC4KU, [email protected] 2Dez. 2014
Rev.: 12.02.2015