|
Nevyvážený dělič výkonu pro buzení tří různých koncových PA Unbalanced power splitter for drive of multiple PAs for Multibeaming Jakkoli jsem přesvědčen, že používání systému provozu, zvaného "Multibeaming" a "Multi QRO", který u nás svého času prosadila stanice OL2R za horlivé podpory představitelů ČRK, radioamatérskému soutěžnímu provozu na VKV spíše škodí, než prospívá, dnes již bohužel cesty zpět není, protože bylo v tomto směru ze strany soutěžících stanic proinvestováno příliš mnoho prostředků a času. A proto, pro všechny ty, kteří si chtějí této tortury vzájemného QRM užít do sytosti, jsem připravil jeden stručný konstrukční článeček, "how to do it". Při multibeamingu účastníci (zájezdu) obvykle přivezou na soutěžní stanoviště někdy v pátek dopoledne své úžasné a hlavně velice různé silostroje, osazené jak oblíbenými elektronkami GS35b, tak i s ledačíms jiným a zatímco jsou stavěna nevídaná anténní monstra, je před klubovního technika položen úkol, aby co nejdříve a nejlépe spářil přivezené zesilovače výkonu tak, aby žádný z nich nebyl buzen ani příliš málo, ani příliš moc. A tak docela často dochází k poměrně bizarním konstrukcím budicích obvodů, ve kterých jsou obvykle použity klasické splittery 1:2, doplněné různými útlumovými členy typu 30 metrů kabelu RG58 a podobně s cílem zajistit odpovídající buzení všem přivezeným PA. Výsledek nebývá vždy optimální a i jen jeden přebuzený PA dokáže ná pásmu udělat pěknou paseku... Dalším problémem je, že zatímco na jeden závod se svezou nějaké PA, na druhém závodu to už může být zcela jinak, v jednotlivých PA mohou být jiné elektronky, vstupní PSV může být jiné. Pokaždé to tedy vede na nějaké unikátní řešení. Zkusme se podívat na jedno řešení, které pro vás možná může být inspirací, jak k takovému úkolu přistoupit. Při řešení uvedeného úkolu jsem byl pověřen připravit nevyvážený splitter pro jednu menší soutěžní stanici, která v závodě použije 3 PA, vyžadující budicí výkony cca 45, 30 a 25W. Zároveň byl k dispozici tranzistorový budič s unipolárním tranzistorem, který byl schopen dávat při kompresi do 1dB VF výkon 120W. Výsledkem je řešení uvedené dále. Dovolte teď krátkou odbočku: Protože tento úkol je obecnější, pro P.T. OK hamstvo bych si dovolil k této věci znovu zopakovat základní zkušenosti k použití více PA při multibeamingu: 1) počet PA by při multibeamingu měl být typicky 3, maximálně 4. Odpovídá to dobře OK výkonovému limitu 3kW PEP. Při použití třech PA s GS35b je už problém, jak tyto PA zkrotit a udržet v rámci uvedeného limitu... Ostatně, při použití více, jak 4 přijímacích antén (mezi kterými je nutno přepínat přijímač) již výrazně stoupá únava operátora a soutěžní provoz se stává neefektivním. Zvyšovat výkon PA a počet antén nad tyto meze zkrátka již opravdu nemá větší smysl. Ze statistického vyhodnocení výsledků závodů lze zřejmě v závodě počítat s přírůstkem cca 5% bodů na každý 1 dB přírůstek VF výkonu pro sumární výkony do 1kW, ale tento přírůstek postupně klesá až k 1% bodů na decibel pro výkony v oblasti nad 2kW. Pro dobrý výsledek v závodě tedy bude efektivnější spíše použití zařízení s větší intermodulační odolností přijímače a důsledná kontrola validity vyměňovaných soutěžních kódů, aby se snížila chybovost. 2) všechny použité PA MUSÍ BÝT provozovány v lineárním režimu, max přípustná komprese celého zesilovacího řetězce je mezi 0,5 a 1 dB. Pokud nevíte, kde ten bod je, zkuste PA vybudit, zvyšujte výkon a jistě lehce zaznamenáte, že od určitého bodu výstupní výkon PA již příliš nestoupá. Snižte úroveň buzení cca o 20% a tento výkon si poznamenejte jako MAXIMÁLNÍ BUDICÍ výkon daného PA. Nezapomeňte, že na kopci může být (dlouhé síťové přívody) nižší napětí v síti a výkon PA potom klesá se čtvercem poklesu napětí. Všechny PA je tedy zapotřebí budit nejvíce tak, aby zcela jistě byly v lineárním režimu - a to i při poklesu napájecího napětí! 3) všechny použité PA MUSÍ MÍT co nejlepší vstupní přizpůsobení, určitě alespoň 1:1,2, nebo jinak řečeno, útlum odrazu alespoň 20dB. Pokud by bylo vstupní PSV horší, bude prakticky nemožné navrhnout vstupní výkonový dělič a buzení jednotlivých PA se bude výrazně měnit podle délky propojovacích kabelů. 4) kvalita budicího signálu MUSÍ BÝT co nejvyšší. Nezapomínejme, že při multibeamingu bychom jakýmkoli kvalitativním kompromisem obtěžovali všechny stanice v okruhu nejméně 100km! Na toto téma najdete na webu OK2KKW řadu příspěvků, namátkou třeba zde, zde, zde, zde a zde. S tím souvisí i kvalita budiče koncových PA. Pro buzení třech PA s GS35 bude například plně vyhovující vygenerovat jen nějakých 200W výkonu v dostatečné kvalitě, což s rezervou dá například 300W tranzistorový PA (např. tento), případně budič s jednou GI7b. Předpokládejme tedy, že již víme, jaké budicí výkony musíme vygenerovat pro jednotlivé PA a máme vhodný budicí zesilovač, který je schopen lineárně (s dostatečnou rezervou) vygenerovat potřebný budicí výkon (což bude cca hodnota součtu jednotlivých budicích výkonů, zvýšená o 5%). Ve výše zmíněném případě šlo o výkony 45+30+25W, tedy celkem 100W, s rezervou cca 105 - 110W. Protože je k dispozici tranzistorový zesilovač, který dává 110W při půldecibelové kompresi, zbývá už jen vyrobit vhodný dělič. Dělič bude mít na vstupu cca 100W a výstupy rozdělené v poměru 45+30+25%. Existuje více řešení, jak takový obvod vyřešit, pokud však nechceme protápět část budicího výkonu v nějakém útlumovém článku, všechna zapojení budou založena na stejném principu: na vstupu děliče jsou paralelně spojeny 3 transformační obvody (například Pí, nebo L rezonanční články), jejichž impedance bude navržena tak, aby jejich paralelní kombinace dala reálnou impedanci 50 Ohmů. Přitom vstupní impedance těch 3 přizpůsobovacích obvodů musí být taková, aby vstupní výkon se rozdělil v závislosti na jejich poměrech. Vstupní výkon 100W představuje na impedanci 50Ohmů vysokofrekvenční napětí 71V. To reprezentuje v našem případě VF proud 1,41A. Pokud má být budicí výkon rozdělen v poměru 45+30+25%, musí být ve stejném poměru rozdělen i proud, tekoucí do jednotlivých větví, což bude 0,64 + 0,42 + 0,35A. To vlastně znamená, že vstupní impedance těch jednotlivých přizpůsobovacích obvodů musí být podle Ohmova zákona 111 + 170 + 203 Ohmů. Pro kontrolu si spočteme, že paralelní kombinace těchto impedancí (jde o reálnou složku, komplexní složka je nulová) bude zase 50 Ohmů. Jak prosté, milý Watsone...
Zbývá už jen "maličkost": navrhnout takové přizpůsobovací obvody, aby měly na vstupu 111, 170, resp. 203 Ohmů a na výstupu 50 Ohmů. Nejjednodušší nástroj pro návrh takového přizpůsobovacího obvodu je Smithův kruhový diagram. Demo verzi programu Smithova diagramu, která je zcela postačující pro tento návrh si můžete stáhnout například zde. Potom už jen stačí nasimulovat požadovaný přizpůsobovací obvod: zadáme vstupní impedanci (např.170 Ohmů + 0 J Ohmů) a vyzkoušíme si nasimulovat různé kombinace rezonančních obvodů, které by vedly k přizpůsobení na 50 Ohmů (do středu diagramu). Jednou z možností je paralelní kondenzátor a seriová cívka. Optimalizací dojdeme k hodnotám cca 10pF a 85nH. Podobně vyjdou přizpůsobovací obvody i pro další přizpůsobovací články, jen hodnoty budou trochu jiné (11pF a 61nH, resp. 9,5 a 96nH). Existuje řada programů pro návrh cívek určené hodnoty. Ovšem dostatečně přesná realizace požadovaných indukčností někde na kopci bude vždy problematická. Proto zkusme jiný trik, který výše uvedený program Smithova diagramu umožňuje: Zadáme vstupní impedanci (např.170Ohmů), následovat bude koaxiální vedení (o impedanci 75, nebo 50 Ohmů) a seriový kondenzátor (kapacitní trimr): Výsledky budou vypadat zhruba takto:
a z toho plynoucí výsledné schema:
přizpůsobovací obvod z 111 na 50 Ohmů může dokonce vypadat ještě jednodušším způsobem:
v tomto případě tedy stačí pouhé lambda/4 vedení - to je však jen spíše náhoda... V každém případě je řešení nesymetrického děliče s pomocí úseků vedení, realizované z 75 Ohmových televizních koaxiálů na rozdíl od LC obvodů s cívkami jednoduché a slušně opakovatelné i v polních podmínkách. Malé "doladění" budicích výkonů jednotlivých PA je možno udělat pomocí kapacitních trimrů u konektorů jednotlivých větví. V případě, že některý z výstupů děliče by měl mít výkonový přenos větší, než 50%, použijeme k připojení takového výstupu raději 50-ti ohmový koaxiál a 75-ti ohmové koaxiály pro napojení ostatních výstupů. Vzhledem k tomu, že napojení 3 koaxiálních kabelů na jeden konektor, jakož i napojení kapacitních trimrů u výstupních konektorů má i přes dodržování zásad VKV konstrukce určitou parazitní seriovou indukčnost, je vhodné tuto indukčnost zkompenzovat mírným zkrácením koaxiálního vedení oproti vypočtené hodnotě (cca o délku volných vývodů koaxiálního kabelu, tedy cca o 1cm) a doplněním malého dolaďovacího kondenzátoru podle schematu jedné větve koaxiálního vedení, doplněného o rozptylové indukčnosti:
50 ohmový kabel je
klasická RG58, 75 ohmový kabel je typu
H122 od
firmy Belden, ale můžeme použít i klasickou RG59 apod. Viz
zde.
Závěrem: pokud byste snad potřebovali symetrický dělič 1:3 (například pro 3 stejné PA s GS35b, hi) zkuste to například takto:
Jiné varianty nesymetrických děličů pro buzení vašich PA si už jistě podle tohoto návodu zvládnete navrhnout sami. Konstrukce musí být VKV - tedy s co nejkratšími volnými vývody a také nezapomeňte, že v případě použití tohoto návodu pro dělič na opravdová VKV pásma (tedy dvoumetr a vyšší) již opravdu není vhodné používat konektory typu "oplechovaný banánek" (neboli PL259). Všechny v tomto článku uvedené délky koaxiálních kabelů jsou délky elektrické, Při realizaci proto musíte počítat se zkracovacím činitelem kabelu!
Hodně úspěchů v závodě a co nejméně QRM vám přeje OK1VPZ |
