Eisch-Kafka-Electronic Ulm Leistungsverstärker für das 2,4 GHz-Band Handbuch Stand: 3.6.99 Eisch-Kafka-Electronic GmbH Abt-Ulrich-Str.16 D-89079Ulm - Gögglingen Tel: (++49) (0)7305 23208 FAX (++49) (0)7305 23306 e-mail:eisch-electronic@t-online.de Alle Vertriebsrechte für diesen Bausatz sind exclusiv bei Eisch electronic. Copyright für Beschreibung und Bausatz bei den Verfassern. Abdruck, ganz oder teilweise, sowie kommerzielle Nutzung nur mit schriftlicher Genehmigung der Verfasser. Verstöße werden strafrechtlich verfolgt. Leistungsverstärker für 2,4GHz V1.01 Seite -- 2 -- Sie haben Sich für den Bausatz Leistungsverstärker für das 2,4GHz-Band entschieden. Das vorliegende Handbuch soll mehrere Aufgaben erfüllen: • Ihnen die Funktion der Schaltung erläutern • Hilfestellung beim Aufbau geben • Hilfestellung bei der Fehlersuche geben • ... und Sie für weitere Angebote aus unserem Lieferprogramm zu interessieren. Wir sind für Verbesserungs- und Ergänzungsvorschläge immer dankbar. Sollten Sie Fehler finden, bitten wir um Rückmeldung (wir sind auch nur Menschen). Adressen der Entwickler: Ulrich Kafka, DC8SE, Abt-Ulrich-Str.16, 89079Ulm Technische Daten: Frequenzbereich: Ausgangsleistung: Steuerleistung: Betriebsspannung: Stromaufnahme: Anschlussbuchsen: Abmessungen: Gewicht: Temperaturbereich: 2320 – 2450MHz >1.2Watt 10mW max. +13dBm 12,6Volt= (11,3V – 13V=) ca. 600mA SMA-Buchse 35 x 110 x 30mm ohne Kühlkörper ca. 200g betriebsfähig –10°C - +35°C Einleitung: Der hier beschriebene Verstärker wurde aus dem Verstärker 2.3GHz von DB6NT entwickelt. Die Leiterkarte wurde überarbeitet, damit keine SKY-Trimmer mehr benötigt werden. Bei dieser Gelegenheit wurde die Anpassung der Stufen derart verändert, dass die gesamte Endstufe jetzt breitbandiger ist. Damit ist sichergestellt, dass die Endstufe ohne großen Abgleich im Bereich von 2320MHz – 2475MHz arbeitet. Bei einer Steuerleistung von 10mW wird über den gesamten Bereich eine Ausgangsleistung von 1Watt erreicht. Durch Nachgleich mit kleinen Fähnchen kann dann die Ausgangsleistung bei der gewünschten Frequenz optimiert werden. Bis zu einer Eingangsleistung von 3mW arbeitet der Verstärker sehr linear. Dadurch ist er auch für die Betriebsart SSB geeignet. Eisch-Kafka -electronic GmbH Abt-Ulrich-Str.16 * 89079Ulm Tel 07305 23208 * FAX 07305 23306 04.06.99 Leistungsverstärker für 2,4GHz V1.01 Seite -- 3 -- Schaltungsbeschreibung: Der Leistungsverstärker ist auf einer Teflonleiterkarte realisiert, die in einem StandartWeißblechgehäuse eingelötet ist. Über die SMA-Eingangsbuchse gelangt das HF-Signal mit 10mW über eine Brücke (bei größerer Steuerleistung sollte anstatt der Brücke ein Dämpfungsglied eingebaut werden) und über einen Koppelkondensator (bestehht aus zwei parallel geschalteten Kondensatoren) zum Breitbandverstärker IC1. Die um 6dB verstärkte Leistung gelangt danach über einen weiteren Koppelkondensator und eine Streifenleitung auf das Gate des Leistungs-FET CLY5 (T1). Zum Abgleich sind am Gate und am Drain kleine Masseflächen vorhanden. Diese können über Lötzinn oder einer kleinen Kupferfolie mit der Streifenleitung verbunden werden. Das in T1 um ca. 8dB verstärkte Signal wird über eine weitere Streifenleitung mit Trennkondensator auf das Gate des Leistungs-FET CLY10 gekoppelt. Auch hier sind zur Abstimmung an Gate und Drain kleine Masseflächen vorhanden. Der Transistor T2 verstärkt das Signal auf eine Ausgangsleistung von 1 – 1,5Watt (je nach Transistortyp). Über zwei Koppelkondensatoren (parallel geschaltet) wird die Ausgangsleistung zur Ausgangsbuchse (SMA) geführt. Zur Verbesserung der Anpassung sind am Ausgang wiederum Masseflächen vorgesehen, die bei Bedarf über ein kleines Kupferplättchen miteinander verbunden werden können. Die benötigte Betriebsspannung von 8Volt wird über einen Festspannungsregler (7808) erzeugt. Alle Hilfsspannungen (Gatespannung ) werden vom Modul MKU55 geliefert. Aufbau und Abgleich der Baugruppe: Wir versuchen den Aufbau des Gerätes in möglichst kleinen Schritten zu erklären. Trotzdem müssen bestimmte Grundkenntnisse vorrausgesetzt werden. Sie sollten z.B. mit Lötkolben Ohmmeter, Oszillograf, Bohrmaschine usw. umgehen können. Zum Abgleich sollte unbedingt ein HFLeistungsmesser zur Verfügung stehen. Der Besitz eines Spectrumanalyzers ist hilfreich. Auspacken: Bitte packen Sie den Bausatz aus und kontrollieren Sie anhand der Stückliste alle Teile. Bitte lassen Sie keine Teile vom Tisch fallen. a) Drosseln sehen aus wie Widerstände, sind aber getrennt gekennzeichnet. b) Meistens werden die Kondensatoren mit einem Code ähnlich dem Widerstandscode beschriftet. Aufbau : Die Leiterkarte paßt faßt in das Gehäuse. Bitte stecken Sie beide Metallwinkel zusammen und prüfen Sie, ob die Leiterkarte reinpaßt. Eventuell müssen Sie noch etwas feilen. Bitte überlegen Sie sich jetzt auch, wo welche Löcher in das Weisblechgehäuse gebohrt werden müssen (Diesem Bausatz liegt ein vorgebohrtes Gehäuse bei). Zerlegen Sie jetzt wieder die Teile und bohren Sie die Löcher in die Weisblechwinkel. Jetzt können Sie die Winkel zusammen löten. Dazu sollte aber die Leiterkarte (als Abstandshalter) im Gehäuse liegen und beide Deckel aufgesteckt werden. Beide Gehäusewinkel aus Weisblech nur an den gegenüberliegenden Ecken zusammen löten. Nach dem Zusammenlöten der Winkel sollten Sie die SMA-Buchsen einlöten. Achten Sie darauf, dass der Mittelleiter der SMA-Buchse auf der Mitte der Leiterbahn zu liegen kommt. Jetzt können Sie auch die Leiterkarte festlöten. Sie sollten dabei darauf achten, daß die HF führenden Leiterbahnen an den Innenleitern der SMA-Buchse anliegen. Prüfen Sie, ob die Leiterkarte plan im Gehäuse liegt und überall der gleiche Abstand vom Gehäuseboden eingehalten wird. Die Leiterkarte darf nicht unter (mechanischer) Spannung stehen! Sollte das der Fall sein, ist jetzt die letzte Gelegenheit die Lage der Leiterkarte zu Eisch-Kafka -electronic GmbH Abt-Ulrich-Str.16 * 89079Ulm Tel 07305 23208 * FAX 07305 23306 04.06.99 Leistungsverstärker für 2,4GHz V1.01 Seite -- 4 -- korrigieren. Zum Einlöten der Leiterkarte sollten Sie einen Lötkolben von mind. 50W (80Watt sind besser) verwenden (z.B. Weller Magnastat mit Spitze „7“ oder „8“ oder einen geregelten Lötkolben, bei dem Sie die Temperatur einstellen können à „400°C“), damit es keine „kalten Lötstellen“ gibt. 1. Durchführungskondensatoren: Nach dem Einbau der Leiterkarte sollte der DuKo von außen eingesteckt und von innen verlötet werden. Vor dem Einstecken des DuKos für die Betriebsspannung können Sie noch eine Lötöse (für die Masseverbindung) überschieben und dann Lötöse und DuKo gemeinsam mit dem Gehäuse verlöten. 2. Bestücken der Leiterkarte: Nachdem die Leiterkarte im Gehäuse bereits eingelötet ist, kann mit dem Bestücken der Bauelemente begonnen werden. 3. Einbau der SMD – Bauelemente: Zuerst sollten die SMD-Bauelemente bestückt werden. Es handelt sich um drei Transistoren, einigen Widerständen und Kondensatoren. 4. Einbau der SMD – Widerstände: Der Bausatz enthält einige SMD-Widerstände. Bitte suchen Sie diese heraus und löten Sie sie ein. Am Eingang kann ein Dämpfungsglied – bestehend aus drei Widerständen – einglötet werden. Eine Tabelle finden Sie in der Anlage. Sie können aber auch ein kleines Plättchen Kupferfolie einlöten. 5. Einbau der SMD-Kondensatoren: Der Bausatz enthält auch SMD-Kondensatoren. Bitte suchen Sie die entsprechenden Stellen auf dem Bestückungsplan heraus. Am Eingang und am Ausgang werden jeweils zwei Kondensatoren parallel eingelötet. 6. Einbau der SMD-Halbleiter: . Jetzt können die drei Halbleiter (IC1, T1, T2) eingelötet werden. IC1 hat ein dickeres Beinchen. Dieses ist Masse. Beide Leisungstransistoren müssen satt auf der Leiterkarte aufliegen. Die Fahne in der Mitte soll mit viel Lötzinn mit der Leiterkarte und dem Weisblechrahmen verlötet werden. Dies verbessert ungemein die Wärmeableitung zum Gehäuse.. 7. Einbau der bedrahteten Bauelemente: Jetzt können Sie die Leiterkarte umdrehen. Es werden jetzt alle anderen Bauelemente von dieser Seite eingesteckt. 8. Einbau des Spannungsreglers: Der Spannungsregler 7808 kann am Gehäuse oder auf der Leiterkarte festgelötet werden. Wichtig ist nur, dass die anstehende Verlustwärme abgeführt wird. Falls vorhanden, sollte beim Auflöten auf die Leiterkarte eine Kupferfolie zur besseren Wärmeableitung unterlegt werden. Danach sind die beiden äußeren Anschlüsse über kurze Drähte mit der Leiterkarte zu verbinden. Der Massepin kann abgezwickt werden. 9. Einbau der Potentiometer: Um die Übersichtlichkeit für den Einbau der restlichen Bauelemente zu verbessern, sollten zuerst die Potentiometer plaziert werden. 10. Einbau der Schutzdiode: Die Schutzdiode 1N4007 (oder ähnlich) wird mit einem Beinchen in die Leiterkarte gesteckt und verlötet. Dabei muss der Ring auf der Diode zur Leiterkarte zeigen. An das andere Ende der Diode wird eine flexibler Draht angeschlossen. Dieser geht zum Innenleiter des DuKos. 11. Einbau des Modules MKU55: Das . Modul MKU55 erzeugt die negative Betriebsspannung von –5Volt. Es ist mit seinen Beinchen in die Leiterkarte zu stecken und zu verlöten. Dabei muss das längere Ende zum DuKo zeigen. Damit wäre der Aufbau der HF-Baugruppe abgeschlossen. Inbetriebnahme : Eisch-Kafka -electronic GmbH Abt-Ulrich-Str.16 * 89079Ulm Tel 07305 23208 * FAX 07305 23306 04.06.99 Leistungsverstärker für 2,4GHz V1.01 Seite -- 5 -- 1. Prüfung auf Kurzschlüsse: Vor der ersten Inbetriebnahme sollten Sie prüfen, ob kein Kurzschluß vorhanden ist. Bitte messen Sie mit einem Ohm-Meter zwischen „+12Volt“ und „Masse“. Der Widerstand sollte >100Ω sein. 2. Die Einstellregler (P1, P2) für die Gatespannung sollten in Mittelstellung gebracht werden. 3. Erstes Einschalten: Jetzt können Sie zum ersten Mal eine Betriebsspannung anlegen. Verwenden Sie dazu ein Netzteil mit Strombegrenzung (Strombegrenzung auf 600mA einstellen!) und nicht Ihr Stations-Powernetzteil mit 20A. Falls eine Fehlverdrahtung vorliegt und Sie ein Netzteil mit 20A verwenden, können Sie sicher sein, daß dann etliche Bauelemente abbrennen. Die Endstufe sollte nicht ohne Kühlkörper in Betrieb genommen werden! Es sollte bei 12,6Volt ein Strom von <600mA fließen. Betriebsspannung nach dem 8Volt-Regler messen. Es sollten 8Volt ± 0,1Volt anliegen. 4. Einstellen der Ruheströme: Nach dem Anlegen der Betriebsspannung (12Volt) werden die Ruheströme der Transistoren wie folgt eingestellt: Der einzustellende Ruhestrom kann indirekt an den 22Ω und 2,2Ω Widerständen gemessen werden. Ruhestrom T1 Ruhestrom T2 -------------------------------------------------------------------------------------ca.100mA ca.300mA Spannungsabfall an 220Ω Spannungsabfall an 2,2Ω 1,8Volt 0,6Volt 5. HF-Abgleich: Zum HF-Abgleich der Baugruppe wird zunächst ein geeigneter Leistungsmesser (z.B.Powermeter von HP) über ein Dämpfungsglied am Ausgang angeschlossen. Dann sollte ein Steuersender am Eingang angeschlossen werden. Bei einer Steuerleistung von 10mW (10dBm) sollte bereits jetzt eine Ausgangsleistung von 900mW erreicht werden. Durch Anbringen von kleinen Kupferplätchen am Drain T1 und / oder Drain T2 und / oder Ausgang kann die Ausgangsleistung weiter erhöht werden. Bei mehreren Musteraufbauten wurde immer eine Sättigungsleistung zwischen 1.2Watt und 1.3Watt erreicht. Allerdings streuen auch die Daten der Transistoren CLY10 relativ stark. Eine Schwingneigung wurde nicht festgestellt. Damit ist Abgleich und Inbetriebnahme des Verstärkers abgeschlossen. Eisch-Kafka -electronic GmbH Abt-Ulrich-Str.16 * 89079Ulm Tel 07305 23208 * FAX 07305 23306 04.06.99 Leistungsverstärker für 2,4GHz V1.01 Seite -- 6 -- Anhang: Ändern der Ausgangsleistung: Mit dem Dämpfungsglied R10, R12, R13 kann die Ausgangsleistung eingestellt werden. Tabelle für die Widerstände R10 – R3 Dämpfungswert R10 R12/R13 -----------------------------------------------------------------3dB 7Ω 292Ω 6dB 38Ω 150Ω 10dB 71Ω 96Ω 15dB 136Ω 72Ω 20dB 247Ω 61Ω Kennzeichnung der Halbleiter: Pin konfiguration 1 = Gate, 2 = Source, 3 = Drain, 4 = Source 1 / 3 = Ground, 2 = Drain, 4 = Gate Spannungsversorgungshybrid Frequenzgang: Eisch-Kafka -electronic GmbH Abt-Ulrich-Str.16 * 89079Ulm Tel 07305 23208 * FAX 07305 23306 04.06.99 Leistungsverstärker für 2,4GHz Stückliste V1.01 Seite -- 7 -- HF-Baugruppe Erstellt: 15.09.1998 Anzahl Bezeichnung Bauform Wert R1 R2 R4 R5 R6 R8 R10 R12 R13 P1 P2 C1a C1b C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C11 C12a C12b C16 DuKo1 Widerstand Widerstand Widerstand Widerstand Widerstand 1,4Watt Metallfilm Widerstand Widerstand Widerstand Widerstand Poti Helitrimm 25 Cermet Poti Helitrimm 25 Cermet Kondensator SMD Kondensator SMD Kondensator SMD Kondensator SMD Kondensator SMD Kondensator SMD Kondensator SMD Kondensator SMD Kondensator SMD Tantalelko SMD Bauform A Tantalelko SMD Bauform B Kondensator SMD Kondensator SMD Tantalelko SMD Bauform B Durchführungskondensator 0805 0805 0805 0805 68Ω 560Ω 470Ω 560Ω 2,2Ω 22Ω Ω Ω Ω 1kΩ 1kΩ 8,2p 8,2p 8,2p 1nF 1nF 1nF 8,2p 1nF 1nF 1µF 10µF 8,2p 8,2p 10µF 1n D1 T1 T2 IC1 IC2 IC3 1 2 1 1 1 Schutzdiode Siliziumdiode Transistor GaAs-FET Transistor GaAs-FET Verstärker SMD Hybridschaltung Spannungsregler Lötöse Koaxbuchse – 4-loch Weisblechgehäuse gelocht Leiterkarte RO4003 Kühlkörper für Endstufe gefräßt 0207 / RC27 0805 0805 0805 25p 25p 0805 0805 0805 0805 0805 0805 0805 0805 0805 A/10V B/10V 0805 0805 B/10V TO-220 1N4007 CLY5 CLY10 CGY50 MKU55 7808 SMA 111x35x30mm Teflon 2,4GHz_Linearv Eisch-Kafka -electronic GmbH Abt-Ulrich-Str.16 * 89079Ulm Tel 07305 23208 * FAX 07305 23306 04.06.99 Leistungsverstärker für 2,4GHz V1.01 Seite -- 8 -- Bestückungsplan: Eisch-Kafka -electronic GmbH Abt-Ulrich-Str.16 * 89079Ulm Tel 07305 23208 * FAX 07305 23306 04.06.99 Leistungsverstärker für 2,4GHz V1.01 Seite -- 9 -- Foto der Baugruppe: Eisch-Kafka -electronic GmbH Abt-Ulrich-Str.16 * 89079Ulm Tel 07305 23208 * FAX 07305 23306 04.06.99