FMUSER Banco di prova di tensione per amplificatori di potenza RF per test di amplificatori di potenza trasmettitori AM (PA) e amplificatori buffer

Test della scheda dell'amplificatore di potenza RF | Soluzione di messa in servizio AM di FMUSER

 

Gli amplificatori di potenza RF e gli amplificatori buffer sono le parti più importanti dei trasmettitori AM e svolgono sempre un ruolo chiave nella progettazione iniziale, nella consegna e nella post-manutenzione.

 

Questi componenti di base consentono la corretta trasmissione dei segnali RF. A seconda del livello di potenza e della potenza richiesta dal ricevitore per identificare e decodificare il segnale, qualsiasi danno può lasciare i trasmettitori di trasmissione con distorsione del segnale, consumo energetico ridotto e altro.

 

 

Per la successiva revisione e manutenzione dei componenti principali dei trasmettitori broadcast, sono essenziali alcune importanti apparecchiature di collaudo. La soluzione di misurazione RF di FMUSER ti aiuta a verificare il tuo progetto attraverso prestazioni di misurazione RF senza precedenti.

 

Come Funziona?

 

Viene utilizzato principalmente per i test quando la scheda dell'amplificatore di potenza e la scheda dell'amplificatore buffer del trasmettitore AM non possono essere confermate dopo la riparazione.

 

 

Caratteristiche

 

• L'alimentazione del banco di prova è AC220V e il pannello ha un interruttore di alimentazione. -5v, 40v e 30v generati internamente sono forniti dall'alimentatore switching integrato.
• Sono presenti interfacce Q9 per test uscita buffer nella parte superiore del banco di prova: J1 e J2, interfacce Q9 per test uscita amplificatore di potenza: J1 e J2 e indicatore di tensione dell'amplificatore di potenza (59C23). J1 e J2 sono collegati all'oscilloscopio a doppia integrazione.
• Il lato sinistro della parte inferiore del banco di prova è la posizione del test di amplificazione del buffer e il lato destro è il test della scheda dell'amplificatore di potenza.

 

Istruzioni

 

• J1: prova l'interruttore di alimentazione
• S1: Selettore test scheda amplificatore e test scheda buffer
• S3/S4: test della scheda dell'amplificatore di potenza per l'accensione o lo spegnimento del segnale di accensione sinistro e destro.

 

Amplificatore di potenza RF: cos'è e come funziona?

 

Nel campo radio, un amplificatore di potenza RF (RF PA) o amplificatore di potenza a radiofrequenza è un dispositivo elettronico comune utilizzato per amplificare e trasmettere il contenuto in ingresso, che è spesso espresso come tensione o potenza, mentre la funzione dell'amplificatore di potenza RF è di aumentare le cose che "assorbe" a un certo livello e "le esporta nel mondo esterno".

 

Come funziona?

 

Di solito, l'amplificatore di potenza RF è integrato nel trasmettitore sotto forma di un circuito stampato. Naturalmente, l'amplificatore di potenza RF può anche essere un dispositivo separato collegato all'uscita del trasmettitore di uscita a bassa potenza tramite un cavo coassiale. A causa dello spazio limitato, se sei interessato, benvenuto Lascia un commento e lo aggiornerò un giorno in futuro :).

 

Il significato dell'amplificatore di potenza RF è ottenere una potenza di uscita RF sufficientemente grande. Questo perché, prima di tutto, nel circuito front-end del trasmettitore, dopo che il segnale audio è stato immesso dal dispositivo sorgente audio attraverso la linea dati, verrà convertito in un segnale RF molto debole attraverso la modulazione, ma questi deboli i segnali non sono sufficienti per soddisfare la copertura di trasmissione su larga scala. Pertanto, questi segnali modulati RF passano attraverso una serie di amplificazioni (stadio buffer, stadio di amplificazione intermedio, stadio di amplificazione di potenza finale) attraverso l'amplificatore di potenza RF fino a quando non viene amplificato a una potenza sufficiente e quindi passato attraverso la rete di adattamento. Infine, può essere alimentato all'antenna e irradiato.

 

Per il funzionamento del ricevitore, il ricetrasmettitore o l'unità trasmettitore-ricevitore può avere un interruttore di trasmissione/ricezione (T/R) interno o esterno. Il compito dell'interruttore T/R è di commutare l'antenna sul trasmettitore o sul ricevitore secondo necessità.

 

Qual è la struttura di base di un amplificatore di potenza RF?

 

I principali indicatori tecnici degli amplificatori di potenza RF sono la potenza e l'efficienza in uscita. Come migliorare la potenza e l'efficienza in uscita è il fulcro degli obiettivi di progettazione degli amplificatori di potenza RF.

 

L'amplificatore di potenza RF ha una frequenza operativa specificata e la frequenza operativa selezionata deve rientrare nel suo intervallo di frequenza. Per una frequenza operativa di 150 megahertz (MHz), sarebbe adatto un amplificatore di potenza RF nell'intervallo da 145 a 155 MHz. Un amplificatore di potenza RF con una gamma di frequenza da 165 a 175 MHz non sarà in grado di funzionare a 150 MHz.

 

Di solito, nell'amplificatore di potenza RF, la frequenza fondamentale o una certa armonica possono essere selezionate dal circuito risonante LC per ottenere un'amplificazione senza distorsioni. Inoltre, le componenti armoniche nell'uscita dovrebbero essere le più piccole possibile per evitare interferenze con altri canali.

 

I circuiti dell'amplificatore di potenza RF possono utilizzare transistor o circuiti integrati per generare amplificazione. Nella progettazione dell'amplificatore di potenza RF, l'obiettivo è avere un'amplificazione sufficiente per produrre la potenza di uscita desiderata, consentendo al contempo una piccola e temporanea discrepanza tra il trasmettitore e l'alimentatore dell'antenna e l'antenna stessa. L'impedenza dell'alimentatore dell'antenna e dell'antenna stessa è solitamente di 50 ohm.

 

Idealmente, la combinazione di antenna e linea di alimentazione presenterà un'impedenza puramente resistiva alla frequenza operativa.

Perché è necessario un amplificatore di potenza RF?

 

Come parte principale del sistema di trasmissione, l'importanza dell'amplificatore di potenza RF è evidente. Sappiamo tutti che un trasmettitore broadcast professionale spesso include le seguenti parti:

 

1. Calotta rigida: solitamente realizzata in lega di alluminio, maggiore è il prezzo.
2. Scheda di ingresso audio: utilizzata principalmente per ottenere l'ingresso del segnale dalla sorgente audio e collegare il trasmettitore e la sorgente audio tramite un cavo audio (come XLR, 3.45 mm, ecc.). La scheda di ingresso audio è solitamente posizionata sul pannello posteriore del trasmettitore ed è un parallelepipedo rettangolare con un rapporto di aspetto di circa 4:1.
3. Alimentazione: viene utilizzata per l'alimentazione. Diversi paesi hanno standard di alimentazione diversi, come 110 V, 220 V, ecc. In alcune stazioni radio su larga scala, l'alimentazione comune è un sistema a 3 fili trifase (4 V/380 Hz) secondo lo standard. È anche un terreno industriale secondo lo standard, che è diverso dallo standard elettrico civile.
4. Pannello di controllo e modulatore: solitamente posizionato nella posizione più evidente sul pannello frontale del trasmettitore, composto dal pannello di installazione e da alcuni tasti funzione (manopola, tasti di comando, display, ecc.), utilizzati principalmente per convertire il segnale audio in ingresso nel segnale RF (molto debole).
5. Amplificatore di potenza RF: di solito si riferisce alla scheda dell'amplificatore di potenza, che viene utilizzata principalmente per amplificare il debole segnale RF in ingresso dalla parte di modulazione. È costituito da un PCB e da una serie di incisioni di componenti complessi (come linee di ingresso RF, chip dell'amplificatore di potenza, filtri, ecc.) ed è collegato al sistema di alimentazione dell'antenna tramite l'interfaccia di uscita RF.
6. Alimentazione e ventola: le specifiche sono fatte dal produttore del trasmettitore, utilizzate principalmente per l'alimentazione e la dissipazione del calore

 

Tra questi, l'amplificatore di potenza RF è la parte del trasmettitore più core, più costosa e più facilmente bruciabile, che è determinata principalmente dal modo in cui funziona: l'uscita dell'amplificatore di potenza RF è quindi collegata a un'antenna esterna.

 

La maggior parte delle antenne può essere sintonizzata in modo che, se combinate con l'alimentatore, forniscano l'impedenza più ideale per il trasmettitore. Questa corrispondenza di impedenza è necessaria per il massimo trasferimento di potenza dal trasmettitore all'antenna. Le antenne hanno caratteristiche leggermente diverse nella gamma di frequenza. Un test importante è garantire che l'energia riflessa dall'antenna all'alimentatore e di nuovo al trasmettitore sia sufficientemente bassa. Quando la mancata corrispondenza dell'impedenza è troppo elevata, l'energia RF inviata all'antenna può tornare al trasmettitore, creando un rapporto d'onda stazionaria (SWR) elevato, facendo sì che la potenza di trasmissione rimanga nell'amplificatore di potenza RF, causando surriscaldamento e persino danni all'attiva componenti.

 

Se l'amplificatore può avere buone prestazioni, può contribuire di più, il che riflette il suo stesso "valore", ma se ci sono alcuni problemi con l'amplificatore, dopo aver iniziato a lavorare o lavorare per un periodo di tempo, non solo non può Fornire più qualsiasi "contributo", ma potrebbero esserci degli "shock" inaspettati. Tali "shock" sono disastrosi per il mondo esterno o per l'amplificatore stesso.

 

Amplificatore buffer: cos'è e come funziona?

 

Gli amplificatori buffer sono utilizzati nei trasmettitori AM.

 

Il trasmettitore AM è costituito da uno stadio oscillatore, uno stadio buffer e moltiplicatore, uno stadio driver e uno stadio modulatore, in cui l'oscillatore principale alimenta l'amplificatore buffer, seguito dallo stadio buffer.

 

Lo stadio accanto all'oscillatore è chiamato buffer o amplificatore buffer (a volte chiamato semplicemente buffer), così chiamato perché isola l'oscillatore dall'amplificatore di potenza.

 

Secondo Wikipedia, un amplificatore buffer è un amplificatore che fornisce la conversione dell'impedenza elettrica da un circuito all'altro al fine di proteggere la sorgente del segnale da qualsiasi corrente (o tensione, per un buffer di corrente) che il carico può produrre.

 

Infatti, sul lato trasmettitore, l'amplificatore buffer viene utilizzato per isolare l'oscillatore principale dagli altri stadi del trasmettitore, senza il buffer, una volta che l'amplificatore di potenza cambia, si rifletterà sull'oscillatore e lo farà cambiare frequenza, e se l'oscillazione Se il trasmettitore cambia la frequenza, il ricevitore perderà il contatto con il trasmettitore e riceverà informazioni incomplete.

 

Come funziona?

 

L'oscillatore principale in un trasmettitore AM produce una frequenza portante subarmonica stabile. L'oscillatore a cristallo viene utilizzato per generare questa stabile oscillazione sub-armonica. Successivamente, la frequenza viene aumentata al valore desiderato per mezzo di un generatore di armoniche. La frequenza portante dovrebbe essere molto stabile. Qualsiasi modifica di questa frequenza può causare interferenze ad altre stazioni trasmittenti. Di conseguenza, il ricevitore accetterà programmi da più trasmettitori.

 

Gli amplificatori sintonizzati che forniscono un'elevata impedenza di ingresso alla frequenza dell'oscillatore principale sono amplificatori buffer. Aiuta a prevenire qualsiasi variazione della corrente di carico. A causa della sua elevata impedenza di ingresso alla frequenza operativa dell'oscillatore principale, le modifiche non influiscono sull'oscillatore principale. Pertanto, l'amplificatore buffer isola l'oscillatore principale dagli altri stadi in modo che gli effetti di caricamento non modifichino la frequenza dell'oscillatore principale.

 

Banco di prova per amplificatori di potenza RF: cos'è e come funziona

 

Il termine "banco di prova" utilizza un linguaggio di descrizione hardware nella progettazione digitale per descrivere il codice di test che istanzia il DUT ed esegue i test.

 

Banco di prova

 

Un banco di prova o banco di lavoro di prova è un ambiente utilizzato per verificare la correttezza o l'integrità di un progetto o modello.

 

Il termine ha avuto origine nel collaudo di apparecchiature elettroniche, in cui un ingegnere sedeva su un banco di laboratorio, impugnava strumenti di misurazione e manipolazione come oscilloscopi, multimetri, saldatori, tronchesi, ecc. E verificava manualmente la correttezza del dispositivo in prova (DUT).

 

Nel contesto dell'ingegneria del software o del firmware o dell'hardware, un banco di prova è un ambiente in cui un prodotto in fase di sviluppo viene testato con l'ausilio di strumenti software e hardware. In alcuni casi, il software potrebbe richiedere modifiche minori per funzionare con il banco di prova, ma un'attenta codifica assicura che le modifiche possano essere facilmente annullate e che non vengano introdotti bug.

 

Un altro significato di "banco di prova" è un ambiente isolato, controllato, molto simile a un ambiente di produzione, ma né nascosto né visibile al pubblico, ai clienti, ecc. È quindi sicuro apportare modifiche poiché nessun utente finale è coinvolto.

 

Dispositivo RF in prova (DUT)

 

Un dispositivo in prova (DUT) è un dispositivo che è stato testato per determinare le prestazioni e la competenza. Un DUT può anche essere un componente di un modulo o unità più grande chiamato unità in prova (UUT). Verificare la presenza di difetti nel DUT per assicurarsi che il dispositivo funzioni correttamente. Il test è progettato per impedire che dispositivi danneggiati raggiungano il mercato, il che può anche ridurre i costi di produzione.

 

Un dispositivo in prova (DUT), noto anche come dispositivo in prova (EUT) e unità in prova (UUT), è un'ispezione di un prodotto fabbricato che viene testato quando viene prodotto per la prima volta o successivamente nel suo ciclo di vita come parte di un test funzionale continuo e calibrazione. Ciò può includere test post-riparazione per determinare se il prodotto soddisfa le specifiche del prodotto originale.

 

Nei test sui semiconduttori, il dispositivo in prova è un dado su un wafer o la parte finale confezionata. Utilizzando il sistema di connessione, collegare i componenti alle apparecchiature di prova automatiche o manuali. L'apparecchiatura di prova alimenta quindi il componente, fornisce segnali di stimolo e misura e valuta l'uscita dell'apparecchiatura. In questo modo, il tester determina se il particolare dispositivo sottoposto a test soddisfa le specifiche del dispositivo.

 

In generale, un DUT RF può essere un progetto di circuito con qualsiasi combinazione e numero di componenti analogici e RF, transistor, resistori, condensatori, ecc., adatto per la simulazione con Agilent Circuit Envelope Simulator. Circuiti RF più complessi richiederanno più tempo per simulare e consumare più memoria.

 

I requisiti di memoria e tempo di simulazione del banco di prova possono essere considerati come una combinazione di misurazioni del banco di prova di riferimento con i requisiti del circuito RF più semplice più i requisiti di simulazione dell'inviluppo del circuito del DUT RF di interesse.

 

Un DUT RF collegato a un banco di prova wireless può essere spesso utilizzato con il banco di prova per eseguire misurazioni predefinite impostando i parametri del banco di prova. Le impostazioni predefinite dei parametri di misurazione sono disponibili per un tipico DUT RF:

 

• È necessario un segnale di ingresso (RF) con una frequenza portante a radiofrequenza costante. L'uscita della sorgente del segnale RF del banco di prova non produce un segnale RF la cui frequenza portante RF varia nel tempo. Tuttavia, il banco di prova supporterà un segnale di uscita contenente la fase portante RF e la modulazione di frequenza, che può essere rappresentata da appropriate variazioni di inviluppo I e Q a una frequenza portante RF costante.
• Viene prodotto un segnale di uscita con una frequenza portante RF costante. Il segnale di ingresso del banco prova non deve contenere una frequenza portante la cui frequenza varia nel tempo. Tuttavia, il banco di prova supporterà segnali di ingresso che contengono rumore di fase della portante RF o lo spostamento Doppler variabile nel tempo della portante RF. Ci si aspetta che queste perturbazioni del segnale siano rappresentate da opportuni cambiamenti di inviluppo I e Q a una frequenza portante RF costante.
• È richiesto un segnale di ingresso da un generatore di segnali con una resistenza della sorgente di 50 ohm.
• È richiesto un segnale di ingresso senza mirroring spettrale.
• Genera un segnale di uscita che richiede una resistenza di carico esterna di 50 ohm.
• Produce un segnale di uscita senza mirroring spettrale.
• Affidarsi al banco di prova per eseguire qualsiasi filtraggio del segnale passa-banda relativo alla misurazione del segnale di uscita RF DUT.

 

Nozioni di base sui trasmettitori AM che dovresti conoscere

 

Un trasmettitore che emette un segnale AM ​​è chiamato trasmettitore AM. Questi trasmettitori sono utilizzati nelle bande di frequenza delle onde medie (MW) e delle onde corte (SW) delle trasmissioni AM. La banda MW ha frequenze comprese tra 550 kHz e 1650 kHz e la banda SW ha frequenze da 3 MHz a 30 MHz.

 

I due tipi di trasmettitori AM utilizzati in base alla potenza di trasmissione sono:

 

1. alto livello
2. basso livello

 

I trasmettitori di alto livello utilizzano la modulazione di alto livello e i trasmettitori di basso livello utilizzano la modulazione di basso livello. La scelta tra i due schemi di modulazione dipende dalla potenza di trasmissione del trasmettitore AM. Nei trasmettitori di trasmissione la cui potenza di trasmissione può essere dell'ordine dei kilowatt, viene utilizzata la modulazione di alto livello. Nei trasmettitori a bassa potenza che richiedono solo pochi watt di potenza di trasmissione, viene utilizzata la modulazione di basso livello.

 

Trasmettitori di alto e basso livello

 

La figura seguente mostra lo schema a blocchi dei trasmettitori di alto livello e di basso livello. La differenza fondamentale tra i due trasmettitori è l'amplificazione di potenza della portante e dei segnali modulati.

 

La figura (a) mostra uno schema a blocchi di un trasmettitore AM avanzato.

 

La figura (a) è disegnata per la trasmissione audio. Nella trasmissione ad alto livello, la potenza della portante e dei segnali modulati viene amplificata prima di essere applicata allo stadio modulatore, come mostrato in Figura (a). Nella modulazione a basso livello, la potenza dei due segnali di ingresso allo stadio modulatore non viene amplificata. La potenza di trasmissione richiesta è ottenuta dall'ultimo stadio del trasmettitore, l'amplificatore di potenza di classe C.

 

Le parti della figura (a) sono:

 

1. Oscillatore portante
2. Amplificatore tampone
3. Moltiplicatore di frequenza
4. Amplificatore di potenza
5. Catena audio
6. Amplificatore di potenza modulato in classe C
7. Oscillatore portante

 

Un oscillatore portante genera un segnale portante nella gamma di frequenze radio. La frequenza della portante è sempre alta. Poiché è difficile generare alte frequenze con una buona stabilità di frequenza, gli oscillatori portanti generano sottomultipli con la frequenza portante desiderata. Questa subottava viene moltiplicata per lo stadio moltiplicatore per ottenere la frequenza portante desiderata. Inoltre, in questa fase è possibile utilizzare un oscillatore a cristallo per generare una portante a bassa frequenza con la migliore stabilità di frequenza. Lo stadio del moltiplicatore di frequenza aumenta quindi la frequenza portante al valore desiderato.

 

Amplificatore tampone

 

Lo scopo dell'amplificatore buffer è duplice. Prima fa corrispondere l'impedenza di uscita dell'oscillatore portante con l'impedenza di ingresso del moltiplicatore di frequenza, lo stadio successivo dell'oscillatore portante. Quindi isola l'oscillatore portante e il moltiplicatore di frequenza.

 

Ciò è necessario affinché il moltiplicatore non assorba grandi correnti dall'oscillatore portante. Se ciò accade, la frequenza dell'oscillatore portante non sarà stabile.

 

Moltiplicatore di frequenza

 

La frequenza submoltiplicata del segnale portante prodotto dall'oscillatore portante viene ora applicata al moltiplicatore di frequenza attraverso l'amplificatore buffer. Questo stadio è anche noto come generatore di armoniche. Il moltiplicatore di frequenza produce armoniche più elevate della frequenza dell'oscillatore portante. Un moltiplicatore di frequenza è un circuito sintonizzato che si sintonizza sulla frequenza portante che deve essere trasmessa.

 

Amplificatore di potenza

 

La potenza del segnale portante viene quindi amplificata in uno stadio di amplificazione di potenza. Questo è un requisito fondamentale per un trasmettitore di alto livello. Gli amplificatori di potenza di classe C forniscono impulsi di corrente ad alta potenza del segnale portante alle loro uscite.

Catena audio

 

Il segnale audio da trasmettere è ottenuto dal microfono come mostrato in Figura (a). L'amplificatore del driver audio amplifica la tensione di questo segnale. Questa amplificazione è necessaria per pilotare amplificatori di potenza audio. Successivamente, un amplificatore di potenza di Classe A o Classe B amplifica la potenza del segnale audio.

 

Amplificatore modulato in classe C

 

Questo è lo stadio di uscita del trasmettitore. Il segnale audio modulato e il segnale portante vengono applicati a questo stadio di modulazione dopo l'amplificazione di potenza. La modulazione avviene in questa fase. L'amplificatore di classe C amplifica anche la potenza del segnale AM ​​alla potenza di trasmissione recuperata. Questo segnale viene infine passato all'antenna, che irradia il segnale nello spazio di trasmissione.

 

Figura (b): diagramma a blocchi del trasmettitore AM di basso livello

 

Il trasmettitore AM di basso livello mostrato nella Figura (b) è simile al trasmettitore di alto livello tranne per il fatto che la potenza del vettore e dei segnali audio non è amplificata. Questi due segnali vengono applicati direttamente all'amplificatore di potenza modulato in Classe C.

 

La modulazione avviene durante questa fase e la potenza del segnale modulato viene amplificata al livello di potenza di trasmissione desiderato. L'antenna trasmittente trasmette quindi il segnale.

 

Accoppiamento stadio di uscita e antenna

 

Lo stadio di uscita dell'amplificatore di potenza modulato in classe C invia il segnale all'antenna di trasmissione. Per trasferire la massima potenza dallo stadio di uscita all'antenna, le impedenze delle due sezioni devono corrispondere. Per questo è necessaria una rete adatta. La corrispondenza tra i due dovrebbe essere perfetta a tutte le frequenze di trasmissione. Poiché è necessario l'accoppiamento a frequenze diverse, nella rete di adattamento vengono utilizzati induttori e condensatori che forniscono impedenze diverse a frequenze diverse.

 

Una rete di corrispondenza deve essere costruita utilizzando questi componenti passivi. Come mostrato nella Figura (c) di seguito.

 

Figura (c): rete di corrispondenza Dual Pi

 

La rete di corrispondenza utilizzata per accoppiare lo stadio di uscita del trasmettitore e l'antenna è chiamata rete dual π. La rete è mostrata in Figura (c). È costituito da due induttori L1 e L2 e due condensatori C1 e C2. I valori di questi componenti sono scelti in modo che l'impedenza di ingresso della rete sia compresa tra 1 e 1'. La figura (c) è mostrata per abbinare l'impedenza di uscita dello stadio di uscita del trasmettitore. Inoltre, l'impedenza di uscita della rete corrisponde all'impedenza dell'antenna.

 

La rete di abbinamento a doppio π filtra anche le componenti di frequenza indesiderate che appaiono all'uscita dell'ultimo stadio del trasmettitore. L'uscita di un amplificatore di potenza di Classe C modulato può contenere armoniche superiori altamente indesiderabili, come la seconda e la terza armonica. La risposta in frequenza della rete di adattamento è impostata per respingere completamente queste armoniche superiori indesiderate e solo il segnale desiderato viene accoppiato all'antenna.