Amplificateur de puissance LDMOS pour 23 cm

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1 Amplificateur de puissance LDMOS pour 23 cm Wolf-Henning Rech DF9IC Eisinger Str. 36/2 D Neulingen Allemagne JN48iw

2 LDMOS: full legal power? Modules LDMOS populaires: 144 MHz: 1 kw LDMOS MRFE6VP1K MHz: 500 W MRFE6VP MHz: 150 W 2 x MRF286 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 2

3 Modules non blindés OK pour le prototype mais pour le produit fini? CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 3

4 Appareils avec peu d écran Boitier imparfaitement blindé CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 4

5 Conception de mes modules Boitier blindé bon marché, integrée avec un conducteur de chaleur Transistors LDMOS a prix bas du marché surplus (radio cellulaire, pas radiodiffusion) Composants chères seulement ou on ne peut pas les éviter CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 5

6 Conception du boitier Transistor installé sur un conducteur de chaleur Cadre et couvercle en fer-blanc (peut être vissé au cuivre) Circuit imprimé vissé au au cuivre et soudé au cadre de fer-blanc CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 6

7 Conception du boitier L entrée et la sortie sur deux circuits imprimés séparés Peu de troux métalisés CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 7

8 L amenée de courant Condensateur de passage pour les courants élevés CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 8

9 Quels transistors pour 23 cm? Transistors 900 MHz 60 W: MFR9060, MRF6S9060, MRF286 etc. (sans pré-adaption) Transistors pour 1300/1400 MHz (pré-adapté): PTF141501E 150 W 28 V BLF6G13L-250P 250 W 50 V Transistors 900 MHz W: MRFE6S9125, MRFE6S9135, MRFE6S9160 (pré-adapté seulement à l entrée) CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 9

10 Le transistor préferé pour 23 cm CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 10

11 MRFE6S9160HS 10 EUR CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 11

12 PA 1296 MHz: le prototype Essayons! Le résultat: 150 W de sortie et db gain CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 12

13 PA 1296 MHz: push-pull? Conception d un ampli push-pull: Le résultat: asymmetrie, rendement bas CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 13

14 PA 1296 MHz: MRFE6S9160 Conception d un ampli sans troux métallisés autour du transistor : Résultat: comparable à l original CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 14

15 PA 1296 MHz: MRFE6S9160 Soudure du transistor: au début avec le fil de soudre étain/plomb CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 15

16 PA 1296 MHz: MRFE6S9160 Résultat: succès, mais aussi plusieures pertes (transconductance des transistors était réduit) Puis application d une soudure CMS à basse température 138 C Edsyn CR11 Sn42Bi58 (étain bismuth) Chauffer et refroidir soigneusement => il n y avait plus de pertes! CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 16

17 PA 1 x MRFE6S9160 RO4003 Production de 4 prototypes puissance > 150 W à 28 V CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 17

18 PA 1 x MRFE6S9160 RO4003 Duko 100n 5,1V 1k 1n 0805 NP0 1n 0805 NP0 1n 0805 NP0 1n 0805 NP0 100µF 63V Duko +28 V TX max. 10 ma 2,7k +28 V max. 12 A RF in 47p 0805 NP0 2,2p 0805 NP0 8,2p ATC600S 5p Murata TZ k2 6 x 3,3p ATC100B 2 x 47p ATC600S RF out MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 18

19 PA 1 x MRFE6S9160 RO nF 1nF 1nF 1nF 1nF 5,1V Zener 2,2p 100p 47 2,2k ATC600S 8,2pF ATC100B 3 x 3,3pF ATC100B 3 x 3,3pF ATC100B 3,3pF (Startwert) ATC600S 2 x 47pF 100µF 63V 2,7k 1k Poti 45 mm auf 6mm Dorn 45 mm auf 6mm Dorn 5pF CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 19

20 PA 1 x MRFE6S9160 RO4003 MRFE6S MHz , , ,0 P_sortie / W P_DC / W ,0 40,0 Rendement / % 50 20,0 0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 P_entrée / W Puissance de sortie Consommation DC Rendement PAE / % CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 20

21 PA 1 x MRFE6S9160 FR4 Un essaie sur le substrat FR4, pour éviter les problèmes avec l aprovisionnement du matériel RO4003 0,81 mm Le résultat: puissance et rendement sont réduits CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 21

22 PA 1 x MRFE6S9160 FR4 MRFE6S MHz , , ,0 Leistung / W ,0 Wirkungsgrad / % , ,0 0 0,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Steuerleistung / W Ausgangsleistung DC-Eingangsleistung Wirkungsgrad PAE / % CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 22

23 PA 2 x MRFE6S9160 RO4003 Prochaine étape: couplage de 2 amplis CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 23

24 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 Prototype de l ampli jumeaux CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 24

25 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 25

26 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 Résultat: succès, proche à 300 W à 28 V, rendement un peu plus bas Pré-ajustement de l adaption de chaque transistor en operation simple, puis seulement petites corrections nécessaires Mais: construction trop délicat, et trop grand => nouvelle version CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 26

27 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 27

28 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 28

29 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 29

30 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 30

31 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 31

32 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 32

33 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 33

34 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S x MRFE6S MHz , ,0 P_sortie / W P_DC / W ,0 60,0 40,0 Rendement / % ,0 0 0, P_entrée / W Puissance de sortie Consommation DC Rendement PAE / % CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 34

35 PA 1296 MHz: 2 x MRFE6S9160 Résultat: Petit module à haute puissance 275 W à 26 V 305 W à 28 V 340 W à 30,6 V 17 db de gain >50% Rendement Ajustement plus difficile que pour l ampli avec 1 transistor Plusieur modules peuvent être combiné pour des PA plus gros CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 35

36 PA 1296 MHz: 8 x MRFE6S9160 Comment en faire 1 kw? 4 modules Entrée: Coupleur Wilkinson sur FR4 Sortie: Isolateurs + Coupleur non-isolé CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 36

37 PA 1296 MHz: 8 x MRFE6S9160 Et le PSU? le filtrage DC? CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 37

38 Conclusion Concept d un ampli 150 W dont le matériel pour le module coutent 30 EUR PA à 2 transistors intégrée sur le circuit imprimé Possibilité d un ampli 1 kw avec 8 transistor, pour un prix proche à 250 EUR (sans radiateur, PSU, ) CJ2015 Seigy Wolf-Henning Rech DF9IC 38