Zkušební stanice napětí vysokofrekvenčního výkonového zesilovače FMUSER pro testování výkonového zesilovače AM vysílače (PA) a zesilovače vyrovnávací paměti

Testování desky RF výkonového zesilovače | AM Uvedení do provozu od FMUSER

 

RF výkonové zesilovače a vyrovnávací zesilovače jsou nejdůležitějšími součástmi AM vysílačů a vždy hrají klíčovou roli v raném návrhu, dodání a následné údržbě.

 

Tyto základní komponenty umožňují správný přenos RF signálů. V závislosti na úrovni výkonu a síle požadované přijímačem k identifikaci a dekódování signálu může jakékoli poškození způsobit zkreslení signálu, sníženou spotřebu energie a další.

 

 

Pro pozdější generální opravu a údržbu základních součástí vysílacích vysílačů je nezbytné některé důležité testovací zařízení. Řešení RF měření FMUSER vám pomůže ověřit váš návrh prostřednictvím bezkonkurenčního výkonu RF měření.

 

Jak to funguje

 

Používá se hlavně pro testování, když desku výkonového zesilovače a desku vyrovnávací zesilovače AM vysílače nelze po opravě potvrdit.

 

 

Funkce

 

• Napájení zkušební stolice je AC220V a panel má vypínač. Interně generované -5V, 40V a 30V jsou poskytovány vestavěným spínaným zdrojem.
• V horní části zkušební stolice jsou rozhraní Q9 pro test výstupu vyrovnávací paměti: J1 a J2, rozhraní testu výstupu Q9 výkonového zesilovače: J1 a J2 a indikátor napětí výkonového zesilovače (59C23). J1 a J2 jsou připojeny k dvojitě integrovanému osciloskopu.
• Levá strana spodní části zkušební stolice je testovací pozice zesílení vyrovnávací paměti a pravá strana je test desky výkonového zesilovače.

 

Instrukce

 

• J1: Otestujte vypínač
• S1: Přepínač testu desky zesilovače a testu desky bufferu
• S3/S4: Test zapnutí nebo vypnutí levého a pravého signálu zapnutí nebo vypnutí desky výkonového zesilovače.

 

RF výkonový zesilovač: Co to je a jak to funguje?

 

V rádiovém poli je RF výkonový zesilovač (RF PA) nebo vysokofrekvenční výkonový zesilovač běžné elektronické zařízení používané k zesílení a výstupu vstupního obsahu, který je často vyjádřen jako napětí nebo výkon, zatímco funkcí RF výkonového zesilovače je zvýšit věci, které „absorbuje“ na určitou úroveň a „exportuje je do vnějšího světa“.

 

Jak to funguje?

 

Vf výkonový zesilovač je obvykle zabudován do vysílače ve formě obvodové desky. RF výkonový zesilovač může být samozřejmě také samostatným zařízením připojeným k výstupu nízkopříkonového výstupního vysílače koaxiálním kabelem. Vzhledem k omezenému prostoru, pokud máte zájem, vítejte Zanechte komentář a já jej někdy v budoucnu aktualizuji :).

 

Význam RF výkonového zesilovače je získat dostatečně velký RF výstupní výkon. Je to proto, že za prvé, v předním obvodu vysílače, po vstupu audio signálu ze zdrojového audio zařízení přes datové vedení, bude modulací převeden na velmi slabý RF signál, ale tyto slabé signály nestačí k pokrytí rozsáhlého pokrytí vysíláním. Proto tyto RF modulované signály procházejí řadou zesílení (stupeň vyrovnávací paměti, mezistupeň zesílení, stupeň koncového zesílení výkonu) přes vysokofrekvenční výkonový zesilovač, dokud nejsou zesíleny na dostatečný výkon a poté procházejí přizpůsobovací sítí. Nakonec může být přiveden k anténě a vyzařován ven.

 

Pro provoz přijímače může mít transceiver nebo jednotka vysílač-přijímač interní nebo externí přepínač vysílání/přijímání (T/R). Úkolem T/R přepínače je podle potřeby přepnout anténu na vysílač nebo přijímač.

 

Jaká je základní struktura RF výkonového zesilovače?

 

Hlavní technické ukazatele RF výkonových zesilovačů jsou výstupní výkon a účinnost. Jak zlepšit výstupní výkon a účinnost je jádrem konstrukčních cílů RF výkonových zesilovačů.

 

RF výkonový zesilovač má specifikovanou pracovní frekvenci a zvolená pracovní frekvence musí být v rámci jejího frekvenčního rozsahu. Pro pracovní frekvenci 150 megahertzů (MHz) by byl vhodný vysokofrekvenční výkonový zesilovač v rozsahu 145 až 155 MHz. RF výkonový zesilovač s frekvenčním rozsahem 165 až 175 MHz nebude schopen pracovat na 150 MHz.

 

Obvykle ve vysokofrekvenčním výkonovém zesilovači lze základní frekvenci nebo určitou harmonickou zvolit LC rezonančním obvodem, aby bylo dosaženo zesílení bez zkreslení. Kromě toho by harmonické složky na výstupu měly být co nejmenší, aby se zabránilo interferenci s jinými kanály.

 

Obvody vysokofrekvenčního zesilovače mohou používat tranzistory nebo integrované obvody pro generování zesílení. Při návrhu vysokofrekvenčního výkonového zesilovače je cílem mít dostatečné zesílení k produkci požadovaného výstupního výkonu a zároveň umožnit dočasný a malý nesoulad mezi vysílačem a anténním napáječem a samotnou anténou. Impedance anténního napáječe a samotné antény je obvykle 50 ohmů.

 

V ideálním případě bude kombinace antény a napájecího vedení představovat čistě odporovou impedanci na pracovní frekvenci.

Proč je RF výkonový zesilovač nezbytný?

 

Důležitost vysokofrekvenčního výkonového zesilovače jako hlavní části vysílacího systému je zřejmá. Všichni víme, že profesionální vysílací vysílač často obsahuje následující části:

 

1. Pevná skořepina: obvykle vyrobena z hliníkové slitiny, tím vyšší je cena.
2. Vstupní deska zvuku: používá se hlavně k získání vstupu signálu ze zdroje zvuku a propojení vysílače a zdroje zvuku pomocí audio kabelu (jako je XLR, 3.45MM atd.). Vstupní audio deska je obvykle umístěna na zadním panelu vysílače a je obdélníkový rovnoběžnostěn s poměrem stran přibližně 4:1.
3. Napájení: Používá se pro napájení. Různé země mají různé standardy napájení, např. 110V, 220V atd. V některých velkých rádiových stanicích je běžným zdrojem napájení 3fázový 4vodičový systém (380V/50Hz) podle normy. Dále se jedná o průmyslový pozemek dle standardu, který je odlišný od občanského standardu elektřiny.
4. Ovládací panel a modulátor: obvykle se nachází na nejviditelnějším místě na předním panelu vysílače, skládá se z instalačního panelu a některých funkčních tlačítek (knoflík, ovládací tlačítka, obrazovka atd.), které se používají hlavně pro převod vstupního audio signálu do RF signálu (velmi slabý).
5. RF výkonový zesilovač: obvykle označuje desku výkonového zesilovače, která se používá hlavně k zesílení slabého vstupu RF signálu z modulační části. Skládá se z desky plošných spojů a řady složitých komponentových leptů (jako jsou vstupní RF linky, čipy výkonového zesilovače, filtry atd.) a je připojen k systému anténního napáječe přes výstupní RF rozhraní.
6. Napájení a ventilátor: Specifikace jsou uvedeny výrobcem vysílače, používají se hlavně pro napájení a odvod tepla

 

Mezi nimi je RF výkonový zesilovač nejjádrovou, nejdražší a nejsnáze spálenou částí vysílače, což je dáno především tím, jak funguje: výstup RF výkonového zesilovače je pak připojen k externí anténě.

 

Většinu antén lze naladit tak, že v kombinaci s napáječem poskytují tu nejideálnější impedanci pro vysílač. Toto přizpůsobení impedance je vyžadováno pro maximální přenos výkonu z vysílače na anténu. Antény mají mírně odlišné charakteristiky ve frekvenčním rozsahu. Důležitým testem je zajistit, aby odražená energie z antény do napáječe a zpět do vysílače byla dostatečně nízká. Když je impedanční nesoulad příliš vysoký, může se RF energie vyslaná do antény vrátit do vysílače a vytvořit vysoký poměr stojatých vln (SWR), což způsobí, že vysílací výkon zůstane ve vysokofrekvenčním výkonovém zesilovači, což způsobí přehřátí a dokonce poškození aktivního komponenty.

 

Pokud zesilovač může mít dobrý výkon, pak může přispět více, což odráží jeho vlastní "hodnotu", ale pokud jsou se zesilovačem určité problémy, pak po uvedení do provozu nebo po určité době práce nejenže nemůže déle Poskytněte jakýkoli „příspěvek“, ale může dojít k neočekávaným „šokům“. Takové "šoky" jsou katastrofální pro vnější svět nebo samotný zesilovač.

 

Buffer zesilovač: Co to je a jak to funguje?

 

V AM vysílačích se používají vyrovnávací zesilovače.

 

AM vysílač se skládá z oscilátorového stupně, vyrovnávací a multiplikační fáze, budícího stupně a modulačního stupně, kde hlavní oscilátor napájí vyrovnávací zesilovač, následovaný vyrovnávací fází.

 

Stupeň vedle oscilátoru se nazývá vyrovnávací paměť nebo vyrovnávací zesilovač (někdy jednoduše vyrovnávací paměť) - tak se nazývá proto, že izoluje oscilátor od výkonového zesilovače.

 

Podle Wikipedie je nárazníkový zesilovač zesilovač, který zajišťuje převod elektrické impedance z jednoho obvodu na druhý, aby chránil zdroj signálu před jakýmkoli proudem (nebo napětím, pro proudový buffer), který může zátěž produkovat.

 

Ve skutečnosti se na straně vysílače používá vyrovnávací zesilovač k izolaci hlavního oscilátoru od ostatních stupňů vysílače, bez vyrovnávací paměti, jakmile se výkonový zesilovač změní, odrazí se zpět do oscilátoru a způsobí změnu frekvence, a pokud oscilace Pokud vysílač změní frekvenci, přijímač ztratí kontakt s vysílačem a obdrží neúplné informace.

 

Jak to funguje?

 

Hlavní oscilátor v AM vysílači vytváří stabilní subharmonickou nosnou frekvenci. K vytvoření této stabilní subharmonické oscilace se používá krystalový oscilátor. Poté se frekvence zvýší na požadovanou hodnotu pomocí generátoru harmonických. Nosná frekvence by měla být velmi stabilní. Jakákoli změna této frekvence může způsobit rušení jiných vysílacích stanic. Díky tomu bude přijímač přijímat programy z více vysílačů.

 

Laděné zesilovače, které poskytují vysokou vstupní impedanci na frekvenci hlavního oscilátoru, jsou vyrovnávací zesilovače. Pomáhá zabránit jakékoli změně zátěžového proudu. Vzhledem k jeho vysoké vstupní impedanci při pracovní frekvenci hlavního oscilátoru změny neovlivňují hlavní oscilátor. Proto oddělovací zesilovač izoluje hlavní oscilátor od ostatních stupňů, takže efekty zatížení nemění frekvenci hlavního oscilátoru.

 

Zkušební stanice vysokofrekvenčního zesilovače: Co to je a jak to funguje

 

Termín "testovací stolice" používá jazyk popisu hardwaru v digitálním designu k popisu testovacího kódu, který vytváří instanci DUT a spouští testy.

 

Zkušební stolice

 

Zkušební stolice nebo zkušební pracovní stůl je prostředí sloužící k ověření správnosti nebo zdravého rozumu návrhu nebo modelu.

 

Tento termín vznikl při testování elektronických zařízení, kdy inženýr seděl na laboratorním stole, držel měřicí a manipulační nástroje, jako jsou osciloskopy, multimetry, páječky, řezačky drátu atd., a ručně ověřoval správnost testovaného zařízení. (DUT).

 

V kontextu softwarového nebo firmwarového nebo hardwarového inženýrství je testovací stolice prostředí, ve kterém je vyvíjený produkt testován pomocí softwarových a hardwarových nástrojů. V některých případech může software vyžadovat drobné úpravy, aby mohl pracovat s testovacím stolem, ale pečlivé kódování zajišťuje, že změny lze snadno vrátit zpět a nebudou zavedeny žádné chyby.

 

Dalším významem „testovací stanice“ je izolované, kontrolované prostředí, velmi podobné produkčnímu prostředí, ale není skryté ani viditelné pro veřejnost, zákazníky atd. Je tedy bezpečné provádět změny, protože se neúčastní žádný koncový uživatel.

 

RF zařízení v testu (DUT)

 

Testované zařízení (DUT) je zařízení, které bylo testováno za účelem stanovení výkonu a odbornosti. DUT může být také součástí většího modulu nebo jednotky nazývané testovaná jednotka (UUT). Zkontrolujte DUT, zda nemá vady, abyste se ujistili, že zařízení funguje správně. Test je navržen tak, aby zabránil tomu, aby se poškozená zařízení dostala na trh, což může také snížit výrobní náklady.

 

Testované zařízení (DUT), také známé jako testované zařízení (EUT) a testovaná jednotka (UUT), je kontrola vyrobeného produktu, která je testována při prvním vyrobení nebo později v jeho životním cyklu jako součást průběžného funkčního testování. a kalibraci. To může zahrnovat testování po opravě, aby se zjistilo, zda produkt odpovídá původním specifikacím produktu.

 

V polovodičových testech je testovaným zařízením matrice na destičce nebo finální zabalený díl. Pomocí spojovacího systému připojte komponenty k automatickému nebo ručnímu testovacímu zařízení. Testovací zařízení pak napájí součástku, poskytuje stimulační signály a měří a vyhodnocuje výstup zařízení. Tímto způsobem tester zjistí, zda konkrétní testované zařízení splňuje specifikaci zařízení.

 

Obecně platí, že RF DUT může být návrh obvodu s libovolnou kombinací a počtem analogových a RF součástek, tranzistorů, rezistorů, kondenzátorů atd., vhodný pro simulaci s Agilent Circuit Envelope Simulator. Simulace složitějších RF obvodů zabere více času a spotřebují více paměti.

 

Požadavky na čas a paměť simulace Testbench lze chápat jako kombinaci srovnávacích měření testbench s požadavky nejjednoduššího RF obvodu plus požadavky na simulaci obálky obvodu sledovaného RF DUT.

 

RF DUT připojený k bezdrátové zkušební stolici lze často použít se zkušební stolicí k provádění výchozích měření nastavením parametrů zkušební stolice. Výchozí nastavení parametrů měření jsou k dispozici pro typický RF DUT:

 

• Je vyžadován vstupní (RF) signál s konstantní nosnou frekvencí rádiové frekvence. Výstup zdroje RF signálu zkušební stolice neprodukuje RF signál, jehož nosná frekvence RF se mění s časem. Zkušební zařízení však bude podporovat výstupní signál obsahující RF nosnou fázi a frekvenční modulaci, která může být reprezentována vhodnými změnami I a Q obálky při konstantní RF nosné frekvenci.
• Vytváří se výstupní signál s konstantní nosnou frekvencí RF. Vstupní signál zkušební stolice nesmí obsahovat nosnou frekvenci, jejíž frekvence se v čase mění. Zkušební zařízení však bude podporovat vstupní signály, které obsahují fázový šum RF nosné nebo časově proměnný Dopplerův posun nosné RF. Očekává se, že tyto poruchy signálu budou reprezentovány vhodnými změnami I a Q obálky při konstantní RF nosné frekvenci.
• Je vyžadován vstupní signál z generátoru signálu s odporem zdroje 50 ohmů.
• Je vyžadován vstupní signál bez spektrálního zrcadlení.
• Generujte výstupní signál, který vyžaduje externí zatěžovací odpor 50 ohmů.
• Vytváří výstupní signál bez spektrálního zrcadlení.
• Spolehněte se na zkušební stolici, která provede jakékoli filtrování signálu v pásmové propusti související s měřením výstupního signálu RF DUT.

 

Základy AM vysílače, které byste měli znát

 

Vysílač, který vysílá AM signál, se nazývá AM vysílač. Tyto vysílače se používají ve frekvenčních pásmech středních vln (MW) a krátkých vln (SW) AM vysílání. MW pásmo má frekvence mezi 550 kHz a 1650 kHz a SW pásmo má frekvence od 3 MHz do 30 MHz.

 

Dva typy AM vysílačů používané na základě vysílacího výkonu jsou:

 

1. vysoká úroveň
2. nízká úroveň

 

Vysokoúrovňové vysílače používají vysokoúrovňovou modulaci a nízkoúrovňové vysílače používají nízkoúrovňovou modulaci. Volba mezi dvěma modulačními schématy závisí na vysílacím výkonu AM vysílače. Ve vysílacích vysílačích, jejichž vysílací výkon může být v řádu kilowattů, se používá vysokoúrovňová modulace. V nízkovýkonových vysílačích, které vyžadují pouze několik wattů vysílacího výkonu, se používá nízkoúrovňová modulace.

 

Vysílače vysoké a nízké hladiny

 

Níže uvedený obrázek ukazuje blokové schéma vysílačů vysoké a nízké úrovně. Základní rozdíl mezi oběma vysílači je výkonové zesílení nosného a modulovaného signálu.

 

Obrázek (a) ukazuje blokové schéma pokročilého AM vysílače.

 

Obrázek (a) je nakreslen pro přenos zvuku. Při vysokoúrovňovém přenosu je výkon nosných a modulovaných signálů zesílen před přivedením na modulátorový stupeň, jak je znázorněno na obrázku (a). Při nízkoúrovňové modulaci není výkon dvou vstupních signálů do stupně modulátoru zesílen. Požadovaný vysílací výkon je získáván z posledního stupně vysílače, výkonového zesilovače třídy C.

 

Části obrázku (a) jsou:

 

1. Nosný oscilátor
2. Vyrovnávací zesilovač
3. Frekvenční multiplikátor
4. Výkonový zesilovač
5. Audio řetězec
6. Modulovaný výkonový zesilovač třídy C
7. Nosný oscilátor

 

Nosný oscilátor generuje nosný signál v rozsahu rádiových frekvencí. Frekvence nosiče je vždy vysoká. Protože je obtížné generovat vysoké frekvence s dobrou frekvenční stabilitou, nosné oscilátory generují dílčí násobky s požadovanou nosnou frekvencí. Tato dílčí oktáva se násobí stupněm násobiče, aby se získala požadovaná nosná frekvence. V této fázi lze také použít krystalový oscilátor pro generování nízkofrekvenční nosné s nejlepší frekvenční stabilitou. Stupeň násobiče frekvence pak zvýší nosnou frekvenci na požadovanou hodnotu.

 

Buffer Amp

 

Účel vyrovnávací zesilovače je dvojí. Nejprve porovná výstupní impedanci nosného oscilátoru se vstupní impedancí frekvenčního násobiče, dalšího stupně nosného oscilátoru. Poté izoluje nosný oscilátor a násobič frekvence.

 

To je nutné, aby násobič neodebíral velké proudy z nosného oscilátoru. Pokud k tomu dojde, frekvence nosného oscilátoru nebude stabilní.

 

Frekvenční multiplikátor

 

Sub-násobená frekvence nosného signálu produkovaného oscilátorem nosné je nyní aplikována na frekvenční násobič přes vyrovnávací zesilovač. Tento stupeň je také známý jako harmonický generátor. Frekvenční multiplikátor vytváří vyšší harmonické frekvence nosného oscilátoru. Frekvenční multiplikátor je laděný obvod, který se naladí na nosnou frekvenci, kterou je třeba vysílat.

 

Výkonový zesilovač

 

Výkon nosného signálu je poté zesílen ve výkonovém zesilovacím stupni. To je základní požadavek na vysokoúrovňový vysílač. Výkonové zesilovače třídy C poskytují na svých výstupech vysoce výkonné proudové impulsy nosného signálu.

Audio řetězec

 

Zvukový signál, který má být přenášen, se získává z mikrofonu, jak je znázorněno na obrázku (a). Zesilovač zvukového ovladače zesiluje napětí tohoto signálu. Toto zesílení je nezbytné pro řízení zesilovačů zvuku. Dále výkonový zesilovač třídy A nebo třídy B zesiluje výkon zvukového signálu.

 

Modulovaný zesilovač třídy C

 

Toto je výstupní stupeň vysílače. Modulovaný audio signál a nosný signál jsou přivedeny do tohoto modulačního stupně po zesílení výkonu. V této fázi dochází k modulaci. Zesilovač třídy C také zesiluje výkon AM signálu na znovu získaný vysílací výkon. Tento signál je nakonec předán anténě, která signál vyzařuje do vysílacího prostoru.

 

Obrázek (b): Blokové schéma nízkoúrovňového AM vysílače

 

Nízkoúrovňový AM vysílač zobrazený na obrázku (b) je podobný vysokoúrovňovému vysílači kromě toho, že výkon nosného a audio signálu není zesílen. Tyto dva signály jsou přiváděny přímo do modulovaného výkonového zesilovače třídy C.

 

Během této fáze dochází k modulaci a výkon modulovaného signálu je zesílen na požadovanou úroveň vysílacího výkonu. Vysílací anténa pak vysílá signál.

 

Spojení koncového stupně a antény

 

Koncový stupeň modulovaného výkonového zesilovače třídy C přivádí signál do vysílací antény. Pro přenos maximálního výkonu z koncového stupně na anténu se musí impedance obou sekcí shodovat. K tomu je zapotřebí odpovídající síť. Shoda mezi těmito dvěma by měla být perfektní na všech vysílacích frekvencích. Protože je vyžadováno přizpůsobení na různých frekvencích, používají se v přizpůsobovací síti induktory a kondenzátory, které poskytují různé impedance na různých frekvencích.

 

S použitím těchto pasivních komponent musí být vytvořena odpovídající síť. Jak je znázorněno na obrázku (c) níže.

 

Obrázek (c): Porovnávací síť Dual Pi

 

Odpovídající síť použitá ke spojení koncového stupně vysílače a antény se nazývá duální π síť. Síť je znázorněna na obrázku (c). Skládá se ze dvou induktorů L1 a L2 a dvou kondenzátorů C1 a C2. Hodnoty těchto součástek jsou voleny tak, aby vstupní impedance sítě byla mezi 1 a 1'. Obrázek (c) odpovídá výstupní impedanci výstupního stupně vysílače. Navíc výstupní impedance sítě odpovídá impedanci antény.

 

Dvojitá π přizpůsobovací síť také filtruje nežádoucí frekvenční složky, které se objevují na výstupu posledního stupně vysílače. Výstup modulovaného výkonového zesilovače třídy C může obsahovat vysoce nežádoucí vyšší harmonické, jako je druhá a třetí harmonická. Frekvenční odezva přizpůsobovací sítě je nastavena tak, aby zcela potlačila tyto nežádoucí vyšší harmonické a k anténě je připojen pouze požadovaný signál.