von Nachdem ich nun meinen RF Sampler von SV1AFN geliefert bekommen hatte, kann ich nun eine hinreichend genaue Leistungsmessung der 500W LDMOS-PA, basierend auf den Baugruppen von DX World-e, durchführen.
Um es gleich vorweg zu nehmen, ich habe hier keinen R&S Messplatz oder ähnliches, mir steht folgendes Equipment zur Verfügung, das mir für Amateurfunkzwecke völlig ausreicht:
- TinySA Ultra Spektrum Analyzer
- DAIWA CN-901 HP Type 1.8-200MHz Power- und SWR-Meter, Messbereich bis 2kW
- RF Sampler 0-500 MHz (1500W CW < 54 MHz, 200W < 450 MHz) von SV1AFN mit Auskopplung um die 50db
- diverse Abschwächer 3db, 6db, 10db, 20db, 30db mit hinreichender Genauigkeit
Bestimmung der genauen Dämpfung des RF-Samplers von SV1AFN
Angegeben ist dieser mit einer Auskoppeldämpfung von 50db, wobei es sich – wie ich bereits vermutete – um eine ungefähre, aber nicht genaue Angabe handelt. Also habe ich im ersten Messaufbau erstmal die genaue Dämpfung bestimmt.
RF Sampler (dt. „Richtkoppler“)
mit (ca.) -50db Ausgang von SV1AFN
Als hinreichend genaues Ergebnis konnte ich einen Wert von 57.2db Auskoppeldämpfung ermitteln. Diesen genauen Wert benötige ich für die genaue Angabe der externen Dämpfung beim Spektrum Analyzer TinySA Ultra, damit ich exakte Werte für die Leistungsbestimmung in dbm erhalte.
Interessant ist allerdings, das ich diese Messungen mit 5W pur wiederholt habe, hier ergab sich eine Auskoppeldämpfung von nur 45db. Wie sich diese Differenz von fast 12.2db erklären lässt, kann ich zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht abschließend beantworten. Dazu sind weitere Untersuchungen und Messungen erforderlich, die ich in der nächsten Zeit durchführen werde. Aktuell tendiere ich zu der Annahme, das die Auskoppeldämpfung bzw. deren Veränderung in direktem Zusammenhang mit der Leistung steht, die durch diesen Richtkoppler fliesst.
Eine Messung der Linearität mittels Tracking-Generator brachte keine überraschenden Erkenntnisse, es war eine lineare Durchlasskurve zumindest im Frequenzbereich 1..50 MHz nachweisbar. Auch die Auskopplung selbst brachte keine Abweichungen in Sachen Linearität hervor – was also erstmal grundsätzlich eine frequenzabhängige Differenz ausschließt – zumindest nicht im Arbeitsbereich der Endstufe zwischen 1.8 MHz/160m bis 30 MHz/10m bzw. 50MHz/6m.
Leistungsmessung der PA Baugruppe 2x MRF300 (bzw. 2x MHT1803) nach dem LPF
Meine Messungen habe ich am Ausgang des Lowpass-Filters der PA durchgeführt, also da, wo das HF-Signal zur Antenne transportiert wird. Die Ansteuerleistung beträgt in allen Messungen 5W (genauer gesagt exakt 4,7W an 50 Ohm), also dem, was mein Hermes Lite 2 SDR-Transceiver an maximaler Leistung produziert. Es ist also eine Messung innerhalb eines praxisgerechten Stationsaufbaus, aber keinesfalls eine Messung unter strikt definierten Laborbedingungen. Das muss klar sein, wenn man sich die Auswertung anschaut.
Meine Endstufe ist mit 2x MHT1803 von NXP bestückt, eingestellt mit einem BIAS Ruhestrom von 250mA pro FET, also 500mA insgesamt, die Betriebsspannung beträgt 53V. Gemessen wurde mit dem TinySA Ultra bei einer vorgeschaltenen Dämpfung von 77.2db (RF Sampler + Attenuator = 77.2db), verifiziert am DAIWA CN-901, Messbereich 2kW, nach dem RF-Sampler. Die Messung wurde 3x wiederholt und ein Durchschnitt gebildet.
Gemessen wurde mit reinem Trägersignal unmoduliert, also einem „CW-Dauerstrich“.
Hier die gemessenen Ergebnisse unter Berücksichtigung soeben genannter Bedingungen bei Input = 5W und hinter dem LPF:
| Frequenz in MHz | Leistung in dbm gemessen mit dem TinySA Ultra | TinySA Ultra Leistung in W (berechnet) | DAIWA CN-901HP Stellung 2kW / AVG Leistung in W | LPF Filtereinstellung AMERITRON ARF-1000 |
|---|---|---|---|---|
| 3,65 | 67 | 501 | 540 | ≤ 4,4 MHz |
| 7,1 | 66 | 398 | 390 | ≤ 8,0 MHz |
| 10,12 | 65,8 | 380 | 450 | ≤ 14,5 MHz |
| 14,2 | 69,2 | 832 | 810 | ≤ 14.5 MHz |
| 18,14 | 66,5 | 447 | 440 | ≤ 21,6 MHz |
| 24,9 | 68,8 | 759 | 520 | ≤ 30 MHz |
| 28,5 | 66,8 | 479 | 610 | ≤ 30 MHz |
Ja, wir haben und sehen auch gewisse Messabweichungen.
Ich muss nochmals darauf hinweisen, dass diese Messungen weder mit geeichter Messtechnik noch auf einem professionellem Messplatz im Labor durchgeführt worden, was solche Messungen immer etwas relativiert in Bezug auf die Genauigkeit und Verlässlichkeit gemessener Werte, besonders im Bereich von HF-spezifischen Messungen.
Die „Regel“ des TinySA Ultra, solche Messungen im realen Levelbereich zwischen -20dbm und -30dbm durchzuführen um keine gerätespezifischen Falschmessungen wie der Übersteuerung des Mixers zu provozieren, habe ich eingehalten und überprüft durch Einsatz entsprechender externer und hinreichend genauer Dämpfungsglieder aus der HF-Messtechnik.
Besonders die wesentlich höhere Leistung auf 20m bedarf noch einer plausiblen Erklärung. Wie ich schon schrieb, dazu werden weitere Messungen erforderlich werden, um die derzeit nicht so richtig erklärbaren Werte wie auf 20m genauer zu untersuchen. Sie sind nicht falsch, da sie reproduzierbar sind. Allein der Grund dafür muss noch gefunden werden.
Ziel dieser Messungen war auch nicht, exakt auf das Watt genau zu messen. Vielmehr sollte untersucht werden, ob wenigstens die 400W-Grenze erreicht oder auch überschritten wird. Urspünglich war diese PA mal offiziell mit 450W ausgewiesen, warum man diese Angabe später auf 600W erhöht hat, kann ich nicht beantworten – ich hoffe nicht, das es nur Marketingzwecken und dem Verkauf diente. 600W sind zwar durchaus erreicht worden auf 10m, aber normalerweise sehe ich diese Endstufe mit einer Erreichbarkeit technisch akzeptabler Werte auch nur im Bereich zwischen 400-500W sinnvoll arbeitend. Das reicht ja auch völlig aus, da es genau den nächsten Sprung von 100W auf 400W bedeutet, also +6db mehr. Das bedeutet auf der S-Meterskala bis 30 MHz genau eine S-Stufe mehr.
