Российский УКВ портал
Главная arrow Статьи arrow Аппаратура arrow Усилитель мощности на 432 мГц. для ЕМЕ на базе промышленного образца.


Усилитель мощности на 432 мГц. для ЕМЕ на базе промышленного образца.

Версия в формате PDF Версия для печати
Автор Александр Чудайкин, RV3AS   
Четверг, 17 Февраль 2011
В данной статье я опишу методику выбора, переделки и настройки промышленных образцов изделий с которыми я неоднократно работал. Из всех критериев будет взят наиболее полно описанный, а главное легко повторяемый вариант.

Глава 1. Методика выбора типа усилителя.

Существуют два пути подхода к решению этой задачи. Первый путь – это полностью самодельная  законченная конструкция. Второй путь – это когда в основе усилителя лежит промышленный образец наиболее ответственного узла  конструкции, а дальнейшая работа  ведется самостоятельно. Остановимся именно на этом варианте. Основной частью в исходной конструкции, с выходной мощностью до 1 кW, является резонатор, как самый сложный и ответственный узел.

Рассмотрим достоинства промышленного образца.

  1. Профессионально выточен на токарном и фрезерном оборудовании с большой точностью.
  2. Большая масса за счет толстых стенок резонатора, которая улучшает механическую, временную и частотную стабильность параметров.
  3. Высокая добротность.
  4. Неоднородность и рассеяние поля в окружающее пространство сводятся к минимуму.
  5. Профессионально и точно выполнены узлы  для его настройки и связи с антенной.
Недостатки:
  1. Как следствие вышеизложенного – это вес и возможность быстро и легко перевозить.
  2. Сложно приобрести, с каждым днем их становится все меньше.

Случай с транзисторными усилителями рассматривать не буду т.к. даже по предварительным подсчетам – это в три - четыре раза дороже, а «капризы» модуля большие. Жесткие требования к источнику питания при малых напряжениях и больших токах. Защита должна быть быстродействующей, и по возможности от всего, что можно предусмотреть. При сложении мощности на выходе (неплохо и при делении мощности на входе) желательно использовать по циркулятору на  каждый модуль. Необходимы также мосты сложения с балластными нагрузками, для поглощения отраженного сигнала, тогда еще можно говорить о надежности усилителя. На мой взгляд, на сегодняшний день, пока еще проще решить задачу на лампе.

Изучив ассортимент различных блоков и переделав достаточное количество экземпляров получается, что выбор крайне мал. Самым лучшим образцом является усилитель мощности от ТРРС Р-410М(М1). Для этой цели, как нельзя лучше, подходит блок 310Б стойки 300БМ1. Схожими параметрами обладают блоки усилителей мощности от авиационных  радиостанций Р-824, Р-831М (Р-831 не подходит вообще), Р-834(М), Р-844М, Спрут-1. Опыт перестройки показывает, что понизить частоту резонанса гораздо проще, чем ее повысить, как того требуют вышеуказанные авиационные радиостанции. В них конструкция такова, что это большая проблема. В ТО на эти радиостанции уже допускается снижение выходной мощности на ВЧ краю диапазона (389,975 мГц). Конструкция резонатора, хотя и выполнена проще, но все же имеет разделительную емкость в аноде, а это не лучшее решение. ВЧ дроссель в аноде еще добавит собственной емкости. Кроме того в анод еще включена корректирующая индуктивность (в Р-831М), предназначенная для выравнивания нагрузочных характеристик лампы, а это еще добавочная емкость в резонатор. При таком наборе емкостей, уже не удается перестроить резонатор на 432 мГц, несмотря на то, что все не нужные ФНЧ отключены. Конструкторы с большим трудом вытянули 390 мГц. Итак авиационные радиостанции это не лучшее решение задачи для 432 мГц.

Вернемся к Р-410М(М1). Разработана в МНИРТИ, она выпускалась на Владимирском заводе Электроприбор почти 30 лет, вплоть до 1989 г. За это время было выпущено 11 серий радиостанций (изменений и модификаций).

Стойка 300БМ1 – это стойка усилителей мощности. В выходном каскаде стойки расположены 2 блока усилителей 310Б слева и 2 блока 310Б справа. Их раскачивают по одному блоку 310Б, в свою очередь эти блоки раскачиваются блоками  320Б. Стойка работает на две параболы с горизонтальной и вертикальной поляризацией каждая. Использован принцип сдвоенного и счетверенного приема и передачи. В режиме ЧМ блок 310Б долговременно отдает 650 W (каждый), это определяется защитой установленной на заводе (блок 330 – питание анода и его защита), при токе анода 0,4-0,5 А (этот режим рекомендуется заводом изготовителем, как режим долговечности лампы, согласно справочных данных). Регулировка оперативная, потенциометром, до максимального тока анода не более 0,9 А (напряжение анода + 2500 В.). Это штатный блок питания.

Итак, блок 310Б собран на лампе ГС-35Б по схеме с общей сеткой. Напряжение анода +2500 в, ток анода 0,7 А, выходная мощность около 1 кW. Резонатор плавно перестраивается в двух диапазонах.

  1. 476 – 525 мГц. (каналы с 1 по 50)
  2. 576 – 625 мГц. (каналы с 51 по 100)

Резисторы R1и R2 в цепи катода создают смещение на сетке лампы, но начальный ток анода не большой, т.к. использовался режим ЧМ. При выходной мощности близкой к 1 кW, для увеличения К.П.Д. и уменьшения раскачки (при старой лампе) может потребоваться увеличение начального тока анода, уменьшив величину R1 и R2 до 100-120 Ом каждый. Но лучше всего резисторы в катоде заменить цепочкой стабилитронов типа Д-815А Ими легко подобрать желаемый начальный ток анода, и обеспечить запирание лампы при приеме (подобных схем в усилителях огромное количество). Резистор R6 включается в цепь катода контактами реле Р1, при подаче на него 27 В.тумблером «работа» - «жестчение» в положении жестчение, при этом лампа запирается. Тумблер расположен в блоке 320 и одновременно из блока 330 (питание анода), на анод лампы подается только половина анодного напряжения со средней точки анодного трансформатора (+1250 В.). Таким образом один полукомплект одновременно может использоваться для тренировки ламп, что часто и делают. Резистор R4 шунт при измерении тока анода, а R3 при измерении тока сетки. Блок питания анода (блок 330) имеет защиту по току в пределах 0,4-0,9 А. с оперативной регулировкой.

Резонаторы блока 310Б имеют следующую конструкцию. Оба резонатора направлены в одну сторону, к катоду – это наилучший вариант компоновки ( в отличие от авиационных радиостанций, где резонатор анода направлен в другую сторону).

Анодно-сеточный резонатор (анодный) имеет длину около четверти длины волны. Катодно-сеточный резонатор (катодный) имеет длину около трех четвертей длины волны. Только при таком сочетании длин резонаторов можно ввести цепи обратной связи (ООС), подняв устойчивость усилителя, при обоих длинах в четверть волны этого сделать нельзя, такие усилители склонны к самовозбуждению. Нагрузка усилителя 75 Ом. Для нагрузки в 50 Ом, необходимо между усилителем и кабелем 50 Ом включить полуволновый отрезок кабеля 75 Ом, т.к. полуволновый отрезок кабеля «передает» нагрузку в 50 Ом с одного конца кабеля на другой т.е. к усилителю и согласование будет таким какое требуется.

Достоинства односторонней конструкции резонаторов:

  1. Не нужен стабильный, высоковольтный, разделительный СВЧ конденсатор с хорошим ТКЕ в аноде лампы. Он вносит потери и ухудшает характеристики резонатора.
  2. Не нужен анодный дроссель, который добавляет собственную емкость в резонатор, что тоже плохо.
  3. Массивный радиатор лампы не находится под ВЧ потенциалом и никак не влияет на настройку резонатора (чего нельзя сказать об авиационных радиостанциях, где массивный радиатор имеет большую емкость в аноде и повысить частоту резонатора уже не удается). Просачивание ВЧ поля сквозь радиатор сведено к минимуму, что облегчает обдув лампы.
  4. Анод заземлен по ВЧ простейшей конструктивной емкостью из фторопластовой ленты, а питание подводится непосредственно к аноду лампы.                                                            

Такая конструкция позволяет наиболее полно использовать ВЧ свойства лампы, что облегчает настройку.

Image 

Глава 2. Перестройка резонатора, блока 310Б на частоту 432 мГц.

Переделка блока настолько проста, что ее выполнит любой человек, который умеет работать руками и отнесется к этому внимательно. Описанный ниже способ очень прост, он не является эксклюзивным, широко известен многим радиолюбителям и ими же одобрен, я только систематизирую его в этой статье исходя из своего опыта.

Переделке подвергается только анодный резонатор. Частоту настройки анодного резонатора необходимо немного сдвинуть вниз по частоте. Для этого необходимо его немного удлинить или добавить в резонатор небольшую подстраиваемую емкость. Удлинить резонатор легче. Опыт переделки многих экземпляров показывает, что достаточно его удлинить на 14-18 мм. Для этого необходимо развернуть плунжер анода наоборот и длина анодной камеры увеличится. При этом, что бы плунжер мог максимально отодвинуться назад (в сторону входного разъема) и упереться в центрирующую шайбу анодного резонатора, три штанги ведущие плунжер необходимо укоротить ровно на 20 мм. Делать это надо не спеша и аккуратно. Разверните плунжер и соберите резонатор в обратном порядке. Общий вид блока показан на фото 1. и фото2.

Общий вид блока 310Б
Фото 1


Общий вид блока 310Б
Фото 2

2.1.    Последовательность разборки резонатора.  

Отпаяйте провода накала (зеленый) и катода (желтый) от опорной стойки блока. На фото 3. видна внешняя часть анодного резонатора.

Внешняя часть анодного резонатора
Фото 3

1. Анодный фланец 5, стальной, рядом лежит уплотнительный чулок из оплетки экранированного провода (уменьшает просачивание ВЧ поля).

2. Вынимаем анодное кольцо 7 (токосъем) с разделительной анодной емкостью С1, выполненной из фторопласта -4 (согласно ТО), поз.6 и поз.8. Осторожно обращайтесь с 8 – это кольцо толщиной 0,28 мм, набранное из 14 хорд (полуколец) толщиной по 0,02 мм. Если часть из них порвалась, что бывает достаточно часто, когда лампу вынимают без съемника, вырежьте новые.
P.S.Существуют две разные конструкции этой анодной части.

3. Открутите четыре винта М3 и снимите антенный зонд 10 с разъемом  с анодного цилиндра 9.

4. Сзади анодного цилиндра 9 открутите шесть винтов М4х15 (с торца) и медленно вытащите его вперед (в сторону емкости С1).
P.S.Существуют два варианта крепления, не только сзади с торца, но и сбоку винтами М3х10.
Разрез внешней части анодного резонатора показан на Рис.1.

Разрез внешней части анодного резонатора
Рис. 1


5. На сеточном резонаторе 11 (внутренняя полость анодного резонатора) видны две петли отрицательной обратной связи (ООС), которая необходима для повышения устойчивости от самовозбуждения усилителя. Обращаться с петлями надо аккуратно см. фото 4.

Сеточный резонатор
Фото 4


6. Вращая редуктор настройки анода, опустите плунжер 12 почти вплотную к петлям ООС. Далее мощной отверткой открутите  на редукторе три винта впотай М4х12 и освободите штанги 14 от редуктора см.фото 5.

Редуктор настройки анода
Фото 5


7. Открутите сеточный резонатор от катодного пятью винтами М3х10 в задней части, у входного разъема, по периметру.
P.S. Существуют два варианта исполнения этой задней части резонатора.

8. Открутите три винта М3х10 удерживающие центрирующую шайбу 13 анодного резонатора см.Рис 2.и фото 5, чтобы оно находилось в свободном положении. Снаружи пометьте его риской, чтобы было видно как оно стояло ранее, для обратной сборки. Если шайбу 13 не открутить, то когда будете вынимать сеточный резонатор, кончиками винтов можно порезать фторопластовую шайбу 16. Учтите это при обратной сборке.

9. Медленно вытяните сеточный резонатор вперед (в сторону к лампе).
На Рис 2. показан разрез сеточного резонатора.

Разрез сеточного резонатора
Рис. 2


10. Итак сеточный цилиндр освобожден см. Рис 2. и фото 5.на нем видно, что плунжер 12 направлен скользящими контактами назад (к редуктору). Далее выкрутите, вращая по оси, штанги 14 из плунжера 12. Выньте назад (в сторону к редуктору) шайбу 13, затем плунжер 12. Итак узел разобран см.фото 6.

Блок 310Б
Фото 6


11. Все, что разобрали промойте (кроме катодного резонатора изнутри). Возьмите разные кисти флейц и мылом с водой все промойте. Резонаторы должны блестеть. Где отмечены на корпусе проеденные точки, аккуратно скальпелем, выскоблите их и глубокие царапины тоже. Далее, но не много, очень мягким и лучше хорошим импортным ластиком, отполируйте их и окислы тоже. Много не трите, чуть-чуть. Это необходимо чтобы при настройке плунжер не добавил вам еще новых царапин.

12. Катодный резонатор 15 см.фото 7. можно прочистить ватой, смоченной в спирте с помощью тонкой длинной отвертки. Внутри находится червяк для перемещения его плунжера.

Катодный резонатор
Фото 7


На Рис 3. показан разрез катодного резонатора. Его длина около трех четвертей длины волны, и что бы уменьшить его размер, его свернули пополам. Для удобства перестройки обе половины размещены коаксиально т.е. одна внутри другой, так легче перемещаться плунжеру. Перестраивается только внутренняя часть резонатора, внешняя не перестраивается. Лампа подключена через конденсатор С2 к их общей точке, т.е почти к середине трехчетвертной линии, а входной разъем имеет полное включение в линию (резонатор). Если червяк работает жестко, то переместив его настройкой к лампе можно капнуть немного масла и погонять его по всей длине. Делать это надо осторожно, не повредив фторопластовую ленту (конденсатор С2). Обязательно проверить тестером на замыкание (некоторое сопротивление) катода на корпус, его не должно быть.

Разрез катодного резонатора
Рис. 3


Укоротите штанги 14 на длину 20 мм.(можно чуть больше , но синхронно все три) любым удобным для вас способом. Необходимо учесть, что они выполнены из инструментальной стали марки 40Х и снаружи закалены (цементированы). Глубина закалки около 0,4 мм. Лично я делаю обрезку с узкой стороны на токарном станке твердосплавным резцом, далее протачиваю до диаметра 4 мм. и режу резьбу плашкой, поджав ее сзади. На три штанги уходит около 40-60 мин, если работать не спеша.

Сборка резонатора производится в обратном порядке.

2.2.    Последовательность обратной сборки резонатора.

  1. Оденьте на катодный резонатор 15 центрирующую фторопластовую шайбу 16 см. фото 7, кольцо имеет выступы и фиксируется щелчком в пазу на резонаторе 15 над разделительной емкостью С2.
    P.S.попадаются  варианты и без шайбы 16 и соответственно без паза на резонаторе 15.
  2. Оденьте плунжер 12 на сеточный резонатор 11 сзади (со стороны редуктора), предварительно перевернув его наоборот, т.е. скользящими контактами вперед, а не как был установлен ранее. Медленно продвиньте его вперед. Будьте внимательны при прохождении отверстий забора воздуха см.фото 8.

    Отверстия забора воздуха
    Фото 8


  3. Затем оденьте центрирующую шайбу 13, согласно оставленной вами метке на нем и резонаторе. ! Шайбу 13 не закручивать ! см. фото 8.
  4. Вкрутите назад укороченные штанги 14 в плунжер 12 через шайбу 13 см. фото 8.
  5. Оденьте сеточный резонатор 11 задней частью (со стороны штанг 14 ) на катодный резонатор 15 до упора. Закрутите сеточный резонатор 11 на катодном резонаторе 15 теми же винтами. И только теперь закрутите тремя винтами шайбу 13 на резонаторе 11 (т.к. шайба 16 уже прошла точку выхода этих трех винтов).
  6. Подвиньте назад рукой плунжер 12 со штангами 14 к редуктору. Закрутите штанги 14 на редукторе теми же винтами впотай М4.
  7. Вручную прокрутите редуктор, так чтобы плунжер 12 двигаясь назад до конца уперся бы в шайбу 13 (без зазора). При этом у редуктора обязательно должен остаться еще запас хода примерно на 1-2 мм.(Можно чуть больше, если вы отрезали штанги больше 20 мм.). Когда вы убедитесь, что плунжер 12  упирается в шайбу 13, только теперь собираем анодную часть.
  8. В обратном порядке одеваем анодный резонатор 9 см.фото 5. соблюдая центровку. Если потребуется, чуть-чуть подгибаем петли ООС так, чтобы они не касались стенок обоих резонаторов.
  9. Одеваем антенный зонд 10 в обратном порядке см. фото 4.
  10. Далее в обратном порядке собираем  разделительную емкость анода 6 и 8 на токосъеме анода 7 и вставляем в резонатор 9 см. фото 3.
  11. Затем наживляем почти до конца, на винты, фланец 5 и вкладываем уплотнительную оплетку из экрана. Докручиваем до конца фланец 5.

Глава 3.    Окончательная сборка усилителя.

При окончательной сборке усилителя необходимо определиться, как он будет использоваться. Его можно использовать с отдельным фидером на передачу, а можно с одним общим фидером, по классической схеме. И в том, и в другом случае есть свои плюсы и свои минусы. Каждый радиолюбитель сам для себя решает, как ему поступить.

Рассмотрим первый случай с отдельным фидером. Если фидер 75 Ом, то здесь никаких вопросов не возникает, используем прямое включение. Если фидер 50 Ом, то между усилителем и задней (передней) панелью  с антенными разъемами, надо запаять отрезки 75 Ом  кабеля, длиной полволны в кабеле на частоте 432 мГц. (а также длиной кратной половине волны – это волна, полторы волны и т.д.), но не четверти волны. Со стороны усилителя кабель запаивается к штатным разъемам 75 Ом, а на задней панели к тем разъемам, которые вам нужны.

Для кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией, длины отрезков равны:
228 мм. - полволны, 456 мм. – волна, 684 мм. – полторы волны и т.д.
Для кабеля со сплошной фторопластовой изоляцией, длины отрезков равны:
241 мм. - полволны, 482 мм. – волна, 723 мм. – полторы волны и т.д.

Напаянные разъемы входят в длину отрезка кабеля.

Второй случай с одним фидером. Если фидер 75 Ом, то применяются реле РЭВ-15 с классической схемой коммутации. Если фидер 50 Ом, то необходимо применить те же отрезки кабелей, как и в случае с одним фидером. Далее реле РЭВ-15, и опять такие же отрезки кабеля от реле до задней панели. Между реле такой же 75 Ом отрезок кабеля. Этот вариант с реле РЭВ-15 намного дешевле, чем с кабелем 50 Ом и реле РЭВ-14. При этом согласование в обоих вариантах не отличаются друг от друга ничем. Но в Москве на Митинском радиорынке реле РЭВ-15 много и можно купить по 200руб, а реле РЭВ-14 еще надо хорошо поискать и дешевле, чем за 1500 руб. найти трудно.

Охлаждение усилителя выполняется следующим образом. Сзади к фланцу анода необходимо прикрепить турбину работающую на отсос из лампы, с производительностью не менее 150-200 куб.м/час, лучше все же 250-280 куб.м/час. И совсем хорошо, если еще вдувать воздух маленькой турбинкой в патрубок катода. Воздух пройдет через катодный резонатор и выйдет наружу из сеточного резонатора (цилиндра по бокам). Ее лучше установить прямо внутри у резонатора, выбросив гибкий воздуховод. Переход между патрубком катода и выходом турбины лучше делать пологим, чтобы исключить внутри вихревые потоки, тормозящие движение воздуха.

В этой статье я коротко обобщил свой опыт работы и свое видение задачи в подобных усилителях, но каждый вправе принимать решение по своему усмотрению.

Желаю успеха.

Александр. RV3AS. е-mail: Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script

Последнее обновление ( Четверг, 17 Февраль 2011 )
 

У Вас недостаточно прав для добавления комментариев.
Возможно, Вам необходимо зарегистрироваться на сайте.