Introduzione

Questo studio è basato su un amplificatore che periodicamente ricompare nei vari mercatini e nei siti dei rivenditori di materiale surplus, in genere a costi molto interessanti.

L’apparato nato per utilizzo in Banda Aeronautica copre le frequenze da 110MHz a 160MHz, ed è idoneo a lavorare in modulazione d’ampiezza essendo configurato in classe AB con una potenza di 100W nel suo uso originale. Tutti questi aspetti lo rendono molto interessante per essere riconvertito ad uso radioamatoriale.

Descrizione

L’amplificatore è molto compatto misurando solo 190x165x45mm per un peso di circa 1,5 kg e il suo contenitore in pressofusione di alluminio è sviluppato per essere impiegato come cassetto in un contenitore più grande che accolga magari più moduli, offrendo ad ognuno le linee di segnale, la giusta alimentazione, la gestione delle linee di allarme e la ventilazione.

Dato il suo impiego come parte di altro e più complesso sistema, il modulo non ha commutazioni per il PTT né i relè di bypass per la radiofrequenza, elementi che dovremo quindi aggiungere nel caso.

Rimosse le varie viti che tengono in posizione il coperchio superiore possiamo accedere al circuito vero e proprio che si

Figura 2: Schema elettrico dell'amplificatore e del modulo di controllo e allarme temperatura File:Schema.JPG

divide in due parti principali: l’amplificatore e il gestore dei controlli di temperatura.

Il circuito amplificatore è semplice e classico. Per raggiungere i 200W di targa sull’ampia banda prevista impiega una coppia di transistor tipo VMIL-100, simili ai più noti in ambito amatoriale MRF-317.

I dispositivi sono (erano) prodotti dalla GHz Technology di Santa Clara (California), erano “internal matched” sull’ingresso e

Figura 3: Identificazione dei principali componenti all'interno dell'amplificatore File:descrizione.jpg

specificamente progettati per uso a larga banda da 100 a 200MHz in classe AB e C. Aspetto molto positivo è la loro robustezza ai disadattamenti del carico: il datasheet indica la possibilità di tollerare SWR fino a 30:1 a piena potenza, caratteristica da non sottovalutare quando serve grande affidabilità in ogni ragionevole condizione di utilizzo.

Grande cura è stata posta nel circuito di polarizzazione che impiega un dispositivo particolare, facilmente confondibile con un transistor di potenza RF.

Tutti i cablaggi sono realizzati con cavi con rivestimento in PTFE (Teflon©).

I componenti attivi e passivi usati sono di alta qualità e tutto il circuito è protetto con vernice trasparente per assicurarne la massima affidabilità su lungo periodo anche in ambienti umidi.

A fianco della board dell’amplificatore ve ne è una più piccola, che gestisce il monitoraggio della temperatura, il relativo allarme e la ventilazione.

Le misure

Provato al banco l’esemplare in mio possesso alimentato a 28V, ​​ ha mostrato le seguenti prestazioni:

Per chi è abituato ai dispositivi moderni, quali ad esempio gli LDMos, 10dB di guadagno possono apparire poca cosa, ma per dispositivi di 30 anni fa, accoppiati e funzionanti su una banda del 40% non è affatto risultato scontato né tanto meno disprezzabile.

L’efficienza è piuttosto buona anche valutata con il metro odierno: alla massima potenza si supera addirittura il 60% rispettando appieno i dati del datasheet. Tutto questo a fronte di una corrente a riposo di soli 50mA per dispositivo.

Buona anche la distorsione con valori di terza armonica contenuti fra -30 e -40dBc, ma credo sia comunque più che consigliabile l’impiego di un buon filtro passa basso per ridurne l’ampiezza di almeno 20-30dB ed evitare cosi di disturbare in banda 70cm.

Modifiche per un uso più pratico

Come primo consiglio mi sento di condividere è di non perdere le viti che fissano il pannellino di copertura. Sono infatti da 2,5mm, valore poco comune e di difficile reperibilità se smarrite. Fatta questa premessa, vediamo quali modifiche apportare.

Connettori

Come prima operazione vale la pena rimuovere il connettore dedicato a vaschetta sul retro e sostituirlo con altri connettori separati per la radiofrequenza, l’alimentazione, il PTT ed eventualmente la ventola di raffreddamento.

Per la parte di segnale, una buona soluzione può essere l’impiego di un BNC come ingresso e un N sull’uscita. Nulla toglie di impiegare anche altri connettori, avendo sempre in considerazione però il poco spazio disponibile e la potenza da trattare in uscita.

Alimentazione

Come anticipato, l’amplificatore richiede 28V per dare il meglio delle proprie possibilità. Nella scelta del connettore di alimentazione occorrerà considerare soprattutto i 12A assorbiti alla massima potenza.

Figura 4: Vista dei nuovi connettori di segnale, alimentazione e controllo sul retro del modulo File:retro.JPG

PTT e bias

La polarizzazione dei dispositivi di potenza è gestita da una parte di circuito prima illustrata che si attiva correttamente quando alimentata con 5V. Quando attivata, questa linea assorbe 270mA a 5V, valori che suggeriscono una soluzione “moderna” per la loro gestione. Volendo infatti per semplicità produrre i 5V dai 28V dell’alimentazione generale tramite un classico regolatore serie di tipo lineare (un 7805 ad esempio), questo si troverebbe a dissipare ben (28−5)∗0,27∼6,2W( 28 - 5 ) * 0,27 sim 6,2W , valore probabilmente inaccettabile dal dispositivo ma soprattutto inadeguato in ottica di efficienza energetica del sistema complessivo. Una soluzione

Figura 5: Schema del commutatore PTT File:PTT.png

facile e veloce per generare la tensione di bias partendo da quella di alimentazione generale e con ridotte perdite è l’impiego di un piccolo

Figura 6: Modulo riduttore da 28 a 5V ad alta efficienza con sopra il piccolo circuito di comando. File:riduttore.JPG

alimentatore switching di tipo “step-down”. Per fortuna nostra 5V sono un valore molto popolare in elettronica. Così con una spesa limitatissima è possibile procurarsi un riduttore di tensione con uscita USB. Nel farlo occorre solo cautelarsi che il dispositivo accetti in ingresso tensioni fino ad almeno 30V e che il negativo dell’ingresso sia collegato a quello dell’uscita. Nel mio esemplare, ho potuto misurare un assorbimento di soli 49mA sulla linea a 28V (totali 1,37W) per alimentare con 270mA e 5V (1,35W) quella di polarizzazione.

Per commutare il bias (corrente di polarizzazione) fra le fasi di ricezione e trasmissione si può impiegare la consueta linea PTT e lo schema a fianco:

Il transistor (Q1) impiegato non è critico, un qualunque buon PNP da almeno 1A di corrente massima di collettore e almeno 45V di Vce eseguirà correttamente il compito. A titolo d’esempio possono essere impiegati dispositivi quali: BD140, MJE172, TIP32, BD136, BD242,BD138, TIP30, che magari sono già disponibili nel “solito cassetto”. Se serve limitare la corrente sulla linea PTT, si può scegliere di impiegare un dispositivo in configurazione darlington come ad esempio il BD680.

Il transistor dissipa al massimo circa 300mW, per questo è consigliabile scegliere un dispositivo in contenitore TO220, TO1226 o simili, in modo da evitare di doverlo raffreddare collegandolo termicamente a qualche superficie, fatto che porterebbe qualche piccola complicazione dato che normalmente il collettore di quei transistor è collegato alla relativa aletta e il tutto si troverebbe a ​​ tensione alimentazione, mentre ad esempio il contenitore in alluminio dell’amplificatore (comodo punto di fissaggio e dissipazione) sarebbe a massa. Servirebbe quindi un montaggio isolato, facile certamente da fare, ma evitabile. Come di consueto, l’attivazione dell’amplificatore avviene chiudendo a massa (corto circuito dei pin del connettore J1) la linea PTT.

Ventola raffreddamento

Il modulo dispone di un termostato elettronico di tipo On/Off attivato sulla base della temperatura misurata dal sensore NTC posto in stretta prossimità dei transistor di potenza. La sua uscita è attivata da un 2N2222A, vi si possono quindi collegare direttamente ventole alimentate a 24V e che assorbono una corrente massima non superiore a circa 200-250mA per rimanere a “distanza di sicurezza” dal suo limite di dissipazione in aria.

Allarme temperatura

Il modulo comprende anche un termostato di sicurezza, che chiude a massa la propria linea quando la temperatura dell’aletta di raffreddamento supera i 60°C. Questo segnale dovrebbe essere impiegato per mettere in sicurezza il sistema, magari evitando ulteriori trasmissioni e lasciando la ventilazione attiva.

Filtro passa basso

Per chi giustamente volesse “ripulire” il segnale all’uscita dai vari contenuti armonici, può avvalersi del comodo tool di calcolo e simulazione della rf-tool.com, di cui in bibliografia trovate l’url. Il tool è molto semplice ed intuitivo da usare e permette sia di fare calcoli con componenti ideali sia usando valori commerciali disponibili. Personalmente consiglio un filtro almeno del terzo ordine così definito:

Figura 7: Schema e simulazione del filtro passa basso consigliato. File: filtro.png

Il filtro ha minima attenuazione e buon adattamento su tutta la banda operativa dell’amplificatore, con un minimo di return-loss proprio alle frequenze assegnate al nostro servizio d’amatore in 2 metri. L’attenuazione della terza armonica è di circa 23dB, che sommati ai -30dBc che ho misurato a piena potenza porterebbe il sistema ad un livello inferiore -50dBC complessivi in banda 70cm.

Potendo e accettando qualche componente in più nel filtro, si può valutare il disegno ed impiego di ordini superiori, ad esempio con un quinto ordine si potrebbero ottenere agevolmente 50dB di attenuazione per un totale di oltre -80dBc.

Figura 8: Vista interna dell'amplificatore finito. In basso a destra il modulo aggiuntivo per i 5V della polarizzazione File:dentrofinale.JPG

Conclusioni

Credo che le ridotte modifiche che occorre apportare a questo oggetto per renderlo idoneo ad un uso amatoriale siano realizzabili nell’arco del “classico pomeriggio invernale o di un dopo cena”. Una volta eseguite si potrà disporre di un affidabile amplificatore al costo di qualche decimo di Euro per Watt. Per farsi sentire meglio in qualche contest, per tentare qualche collegamento via moon bounce o meteor scatter. Insomma “poca spesa molta resa”. Beh, buone modifiche e QSO a tutti!

Bibliografia

Radio Kit Elettonica, numeri 9, 10 e 11 del 2017

https://rf-tools.com/lc-filter/

Datasheet VMIL-100