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• PA SV1AFN avec le MHT1004N

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• PA Ampleon

Transistor Freescale  MHT1004N

Pallet vendu 225 € par SV1AFN (vendeur fiable):
https://www.sv1afn.com/en/product-category-6/2.4-2.5-GHZ-RF-Power-Amplifier-220-W-Palette-for-Experimenters.html

Data sheet:

https://www.eedesignit.com/wp-content/uploads/2016/09/NXP-Semiconductors-MHT1004N-datasheet.pdf

Application note:

• Methodologie de la mesure thermique

• Soudure du transistor

Premiers résultats

Le pallet monté sur un modeste refroidisseur ventilé. Le drain est alimenté en +24 Volts et la gate en 0 à +4 Volts au moyens d'alimentations stabilisées de laboratoire équipées de limitations de courant. L'amplificateur est attaqué par un ampli qui sort 4 Watts au maximum sur 2.4 GHz.

Le signal DATV provient d'une carte DATV-Express,  DVB-S2, 8PSK, SR 333k et FEC 9/10.

La mesure de puissance de sortie se fait au moyen d'un bolomètre HP 435A dont la sonde est équipée de 30dB d'atténuateurs. La sortie du PA attaque un coupleur directif de précision H-P 779D se terminant sur une charge fictive de 100 Watts. Le couplage donne -20dB de signal en sortie. Avec 100 Watts en sortie du PA, il reste 1 Watt sur la prise -20dB du coupleur. Avec les 30dB d'atténuation de la sonde, il reste 1mW sur la thermistance du bolomètre qui peut en supporter 100 avant de claquer. Ne riez pas, cela m'est déjà arrivé et m'a couté très cher pour me procurer une autre sonde (car difficilement réparable).

Avec 4 Watts en entrée, en réglant la tension de gate entre 0 et +3,5 Volts, on varie la puissance de sortie et le courant de repos (courant de drain sans signal à l'entrée). 0 V = rien en sortie et  +2,1V = 100 Watts. J'ai pu pousser jusqu'à  220 Watts DATV sans que le PA ne devienne trop chaud. A noter que la gate ne consomme aucun courant. Ces valeurs sont à prendre avec des pincettes car la mesure d'un signal DATV avec un bolomètre n'est pas tout-à-fait exacte par rapport à une porteuse pure. Lorsque je mesure 100 Watts en DATV, le PA consomme 7,6 Ampères sous 24V ce qui fait un rendement de 54%. Avec le même drive et le même réglage de tension de gate,  je mesure 120 Watts out avec une porteuse pure (8,6 A).

A 100 Watts, les épaules sont d'environ 25dB mais la mesure est imprécise car elle est influencée par tout ce qui arrive à l'analyseur (Airspy, SDRsharp et récepteur AR-5001DX) par les pertes rayonnées par les amplis, les câbles, etc. La linéarité du PA dépend du réglage de la tension de polarisation de la gate mais les premiers tests en local m'ont permis de recevoir les images DATV transmises par la carte DATV-Express avec le Minitiouner et ceci en 8PSK ce qui demande plus de linéarité que le QPSK.. 

Pendant ces essais, j'ai mesuré les températures. Celle du transistor est stable à 45 degrés alors que le boîtier/radiateur monte à 30 degrés.C'est vraiment très raisonnable, je m'attendais à plus. Par contre la charge fictive chauffe beaucoup, ce qui est normal, elle devient brûlante au toucher.

Voilà pour les premières mesures vite faites sur le gaz une fois la mécanique montée. Pour la suite, je vais remplacer l'alimentation de la gate par un circuit indépendant dérivé du +24V. Je vais également implanter une mesure permanente de la température qui, en plus, fera office de protection contre les surchauffes car je me connais, j'ai la fâcheuse habitude d'oublier mes PA en fonctionnement pendant la nuit, raison pour laquelle je les veux hyper-refroidis et à toute épreuve. Le circuit de polarisation comporte également un switch qui permet de mettre en route et d'arrêter le PA à distance. Je l'utilise surtout lorsque je fais des réglages sur la parabole avec le PA à côté mais avec  tout le reste dans le shack. Ce switch me permet de couper la HF lorsque je suis devant la parabole ce qui m'évite peut-être la mort puisque je porte un pacemaker. Je dis "peut-être" car j'en ai fait l'expérience par  inadvertance et il ne s'est rien passé. Mais sait-on jamais. Pour avoir déjà expérimenté un arrêt cardiaque, je suis devenu un peu plus prudent car ce n'est pas des plus agréable...

Premiers essais sur l'air

Je brûlais d'impatience de voir le résultat du PA sur le signal reçu par Oscar-100. J'ai donc installé provisoirement l'ampli à la place de l'ancien (de nuit, avec un lampe frontale, il faut le faire...) et l'ai mis sous tension, drivé par la DARTV-Express: sIgnal monstrueux qui, pour la première fois, pouvait dépasser celui de la balise en SR 500! Donc heureux et suite des essais bien au chaud dans le shack, avec 18 mètre de câble coaxial entre la sortie du PA et la parabole, donc des pertes. Mais sans importance pour les réglages, avec l'avantage de ne pas avoir besoin de charge fictive ce qui m'arrangeait car, pendant les premiers tests, sa température me faisait un peu peur. Et pourtant c'est une 100W! En principe ce câble me fait perdre 4dB, raison pour laquelle, en fonctionnement normal,  j'ai installé le PA très près de la parabole, après ce câble de 4dB.

On voit ci-dessous le banc de mesure dans le shack.

Refroidisseur

Le refroidisseur est un profilé d'alu de 74 x 62 mm de 250 mm de long. Une extrémité est ouverte et à l'autre un ventilateur 24V de 60m x 60mm souffle à l'intérieur.

Reichelt No cde: LA 6250 24V

Le PA avec à gauche le circuit de polarisation, au centre le pallet et devant le driver 5W

Le pallet est un circuit-imprimé sur lequel est fixé le transistor LDMOS, le tout vissé sur une plaque de cuivre de 10mm d'épaisseur. Afin de fixer le tout sur le refroidisseur, j'ai percé tous les trous du pallet à 3,2mm afin de pouvoir y enfiler des vis M3 qui iront se visser dans des taraudages faits sur le refroidisseur. Une bonne couche de crème de silicone blanche sous la plaque de cuivre améliore encore la conduction thermique entre elle et le refroidisseur. 

Le tout est fixé au sommet et au milieu du profilé dans le sens de la longueur afin qu'il profite au mieux de la dissipation de chaleur. Le pallet est contenu dans un boîtier fait avec des équerres d'alu plaquée sur ses côtés. Le dessus est fermé par un plaque d'alu à trous. Suite aux premiers essais, il a fallu installer un ventilateur supplémentaire car le transistor chauffait un peu trop au fil du temps. C'est le petit ventilateur 12V qu'on voit sur la photo. Au final il sera remplacé par un 24V 60 x 60mm afin qu'il puisse également être alimenté par le 24-28V du PA.

Au milieu l'ampli, à droite le driver 5W et à gauche la mesure de température et la polarisation

Dans le shack, les essais ont consisté à régler la polarisation du transistor de façon à ce qu'il soit le plus linéaire possible (donc proche de la classe A) tout en ayant un courant de repos le plus faible possible. Le tout en surveillant la température au moyen d'une sonde, un IC analogiqueLM35 qui délivre une tension proportionnelle à la température. 1 degré = 10 mV. Elle est fixée sur le pied de l'équerre latérale gauche du pallet, entre le boîtier de la polarisation et celui du pallet. En plus je contrôle de temps en temps la température du transistor lui-même au moyen d'un thermomètre laser. C'est d'ailleurs grâce à lui que j'ai constaté que le transistor chauffait un peu trop à mon gré et qui m'a fait installer le petit ventilateur.

1. Résultats avec PA sur charge fictive

Pour:

• V_alim = 28V

• P_in    = 3-4W (il faudrait un peu plus)

• La puissance (valeur efficace) est mesurée avec le bolomètre sur un signal DATV SR333. La puissance sur une porteuse pure non modulée est supérieure d'environ 20%.

2. Résultats sur QO-100 avec PA dans le shack (avec un coax de 18m (perte 4dB)

• Sur le spectre BATC: mon SR 500 est -2dB en-dessous de la balise
   

• Signal reçu sur parabole 1,2 m: MER=5.7 dB / D2

20201205_Mesures (suite)

1. Dans les mesures du courant de drain dans le tableau ci-dessus, j'avais oublié de déduire la consommation  du driver, qui est alimenté par la même source, soit le 28V. En conséquence, j'ai soustrait 0.6A des mesures ci-dessus.
    

2. Je me suis aperçu que la fiche N du câble coaxial qui est vissée à la sortie du PA via un coude N, chauffait beaucoup. HB9IAM m'a soufflé de m'en méfier car les coudes ne sont pas toujours ce qu' on pense question pertes. Et effectivement, après l'avoir enlevé et branché le coax directement sur la prise de sortie du PA, j'ai obtenu un gain de 2dB sur mon signal  sur le satellite. Et pourtant c'est un ancien modèle qui me paraissait  sérieux, marqué "Ottawa UG.27B/U".
    

3. En refaisant les mesures des épaules (linéarité), étage après étage, je me suis rendu compte que je ne pouvais pas sortir plus de 2,3W de mon driver final faute de quoi les épaules devenaient visibles.  Il faudra donc que je me procure un driver plus puissant.
    

Durant les essais, quelquefois je ne pouvais plus décoder mon signal sur le satellite. Les LED avaient la danse de St Guy. Après avoir mis un filtre de bande centré sur 2.4 GHz entre le driver et le PA, tout a semblé rentrer dans l'ordre. J'ai ensuite remplacé le filtre par un isolateur afin de protéger la sortie du driver et tout a continué à bien fonctionner. Une fois le PA remis près de la parabole, je mesurerai le spectre à large bande pour voir s'il n'y a pas une oscillation à quelque part. Je ne peux pas le faire dans le shack parce que le signal est trop fort. Et aussi je ne ne veux pas trop m'exposer à la HF car 2.4 GHz c'est la fréquence des chauffages à  micro-ondes....

Mesure de températures

A suivre...