von Nachdem das Setup nun mit dem AMERITRON ARF-1000 erstmal komplett ist, stand nun also einem umfangreicheren Test nichts mehr im Wege.
Ausgangspunkt – mein bisheriges Setup
Seit ich im Home-QTH auf KW QRV bin, habe ich nie mehr als 100W Leistung zur Verfügung gehabt. Ich war immer der Meinung, das muss reichen. Diese Auffassung teile ich nach wie vor, aber nur unter der Voraussetzung, das man eine entsprechend leistungsfähige Antennenanlage zur Verfügung hat. In meinem als Remote-QTH genutzem Standort der Klubstation DF0BAU in Wilthen haben wir eine solche Antennenanlage, 84m Delta-Loop in 17m Höhe, Optibeam in 13m Höhe drehbar, 5-Ele-Yagi für 6m. Hier reichen die 100W meiner Remotestation völlig aus, da bin ich teilweise mit den 100W immer noch lauter als manche mit „Legal Limit“.
Hier im Home-QTH ist die Situation aber anders. Erstens – ich bin hier mitten in der Stadt. Das schränkt meine Aufbaumöglichkeiten in Sachen Antennenanlage erheblich ein, an einen Beam oder Yagi ist nicht ansatzweise zu denken. Auch die Platzverhältnisse für Drahtantennen sind arg limitiert. Mehr als 23m Spannweite für eine Drahtantenne stehen nicht zur Verfügung. Aus diesem Grund muss ich also den besten Kompromiss finden, der nach langem Testen und Versuchen jetzt eine Inverted-L-Antenne darstellt, also eine end-gespeiste Antenne, wo der Startpunkt einen 10m GFK-HD-Mast von DX-Wire darstellt, an dem in etwa 1,5m Höhe der automatische Antennentuner CG3000 befestigt ist. Von dem gehen ca. 6m Draht vertikal nach oben den Mast bis zur Spitze entlang, wo eine Umlenkrolle dann die restlichen 21m in die Horizontale bringt. Am Endpunkt steht auf der Grundstücksgrenze eine Eiche, wo das Ende des Drahts der Antenne nach 27m Gesamtlänge dann in etwa 12m Höhe abgespannt ist. Das ist und bleibt meine einzige Option für eine KW-Antenne – durch Bebauung, Balkone und Parkflächen sind eben auch andere Formen von Antennen wie Verticals, Dipole oder Ähnliches für mich nicht realisierbar.
Trotz der zentralen Lage inmitten des Stadtgebietes bin ich aber trotzdem ganz zufrieden mit den Empfangsbedingungen. Der Rauschpegel beträgt von 80m bis etwa 30m S7, darüber bis 10m sinkt er auf etwa S4-S5. Das ist nicht ideal, aber durchaus brauchbar. Einzig auf 160m habe ich 24/7 einen Rauschpegel von permanent S9+10db. Damit ist 160m für mich schon rein aus der Empfangssituation heraus defacto nicht nutzbar. Gut, damit kann ich leben und auf 160m auch gerne verzichten.
Sendeseitig sieht das allerdings etwas schwieriger aus. Durch die umliegende Bebauung sind viele Gebäude um mich herum wesentlich höher als meine Antenne. Das nimmt der für DX notwendigen flachen Abstrahlung schon merklich Wind aus den Segeln, um es mal so zu nennen. Damit bleibt nur eine Option – Sendeleistung erhöhen. Genau aus diesem Grund habe ich auch mit dem Bau der PA begonnen. Ich höre einfach besser als ich sendeseitig rauskomme, was ja erstmal positiv ist, denn genau diese Situation lässt sich ja einfach mit mehr Leistung wirksam ausgleichen. Bezogen auf eine Langzeitbeobachtung meiner Rapporte speziell bei FT8, die gemessene und keine geschätzten Werte repräsentieren, fehlen mir so um die 5-10db Signalstärke im Vergleich zu dem, wie ich die Gegenstationen hören bzw. empfangen kann. Genau diese Lücke soll die 500W-LD-MOSFET PA ausgleichen. Mehr als 500-600W würde andere Probleme mit sich bringen, u.a. meine Lösungen für Fensterdurchführungen wären nicht mehr gut für etwa 1kW geeignet, auch mit dem Antennentuner müsste ich dann eine grundsätzlich andere Lösung finden. Deswegen diese Leistungsklasse zwischen 400-600W, in der es kaum kommerzielle Fertiglösungen in Sachen PA gibt, die bei nur 5W Input schon die vollen 500-600W Output liefern. Also blieb nur die eine Option „Eigenbau“ der PA übrig und mit den fast fertigen Baugruppen von DX World-e hielt ich das für eine machbare Sache, auch wenn es meine erste PA ist, die ich quasi als Eigenbau umgesetzt habe.
Eine Röhren-PA war und ist im Übrigen keine Option für mich, ich bin mit Transistoren aufgewachsen, da fühle ich mich besser aufgehoben.
Auch nach fast 35 Jahren als aktiver Funkamateur findet man eben immer noch neue Projekte, die sich als lohnenswert darstellen, mal wieder den Lötkolben warm zu machen 🙂 Nach dieser langen Zeit hat man ebenfalls genügend technisches Verständnis erworben und inzwischen auch die notwendige Messtechnik im Shack, um Messungen wie HF-Leistung, Oberwellen, Filterkurven oder auch IP3-Messungen einer PA ausführen zu können, um den normgerechten Betrieb einer solchen PA zu untersuchen und am Ende auch sicherzustellen.
Erreichbare Ausgangsleistung
Ich habe diese LD-MOSFET PA ja als Amplifier für meinen Hermes-Lite 2 konzipiert, der etwa 5W (bei mir sind es nachgemessen so um die 4,7W im Durchschnitt) mit seiner kleinen eingebauten Endstufe erzeugt.
Mein aktuelles Setup:
– Hermes-Lite 2
– meine 500W LDMOSFET KW-PA
– AMERITRON ARF-100 LPF
– SWR/Powermeter RX-200
Anmerkung:
Der MFJ-Tuner unten dient nur als Abstellmöglichkeit und ist nicht in Funktion 🙂
Ausgewiesen ist diese PA mit 600W, das ist aber als maximal erreichbarer Wert zu verstehen. Hier mal eine Übersicht meiner gemessenen Ausgangsleistung (bei einer Betriebsspannung von 53,0V und einer Stromaufnahme zwischen 16A bis max. 18A) :
| Band | erreichbare Leistung (Carrier, CW) meiner PA |
|---|---|
| 80m | 580W |
| 40m-17m | 450-470W |
| 15m-10m | bis 580W |
Wir sehen eine Zunahme der Ausgangsleistung zu den höheren Frequenzen hin, speziell ab 20 MHz ist ein gewisser Leistungszuwachs zu erkennen. Interessant ist auch der höhere Output auf 80m. Wir haben also mit dieser PA im mittleren Bereich der Kurzwelle etwas weniger Leistung, das SWR ist allerdings auf allen Bändern immer zwischen 1 bis höchstens 1,2 .
Die angegebenen 600W vom Entwickler dieser PA sind also nicht unbedingt eine geschönte Angabe. Ob man hier in Sachen Anpassung auch auf den mittleren Frequenzen noch mehr als die ca. 470W herausholen kann, werde ich in späteren Tests noch genauer untersuchen. Laut Hinweis von DX World-e soll es wohl möglich sein, unter anderem kann man mit der Koaxlänge zwischen PA Output und LPF-Eingang wohl noch etwas den erreichbaren Output optimieren. Darüber werde ich aber in einem späteren Testbericht genauer Auskunft geben können.
Das Ziel lautete aber mind. 400W, also +6db oder 1 S-Stufe mehr.
Das wurde zwischen 80m und 10m erreicht und ist damit für mich kein Kritikpunkt,
ob da nun 450W oder bis 600W rauskommen.
Wärmeentwicklung und Temperatur
Die MRF300 sind lt. deren Datenblatt für Temperaturen bis zu 150°C bzw. 175°C (max. interne Chip-Temperatur !) einsatzfähig. Ich verwende einen Kühlkörper aus Aluminium mit den Abmessungen 200mm x 160mm x 50mm. An der Oberseite dieses Kühlkörpers habe ich einen 12cm-Lüfter aus der IT-Technik installiert, der mit 12V läuft. Zuerst hatte ich einen Lüfter verwendet, der bereits einen eigenen Temperatursensor besaß, jedoch war mir die Grunddrehzahl zu niedrig und auch der Drehzahlanstieg war erst bei ziemlich hoher Temperatur zu verzeichnen. Das erschien mir etwas zu riskant und ich habe den Lüfter nochmals getauscht. Diesmal ohne irgendwelche Sensorik – denn macht der Sensor dummes Zeug, ist eine funktionsfähige Kühlung nicht sichergestellt. Also habe ich den Lüfter über einen 22 Ohm/5W Widerstand einfach etwas gedrosselt (ergibt etwa 9V), dafür aber dauerhaft in Betrieb – er startet sofort, wenn Betriebsspannung an der PA anliegt. Er hat ausreichend Drehzahl, ist aber fast nicht zu hören. Der Lüfter des Netzteils ist lauter. Bei etwas längerem Betrieb messe ich Temperaturen auf dem Kühlkörper um die 45-47°C, die Oberseite der MRF300, also die Seite, die keine aktive Kühlung haben kann, liegt so um die 62-63°C. Rechnen wir das mal grob hoch mit Faktor 2 für seine Chip-Innentemperatur, also was um die 120-130°C, reicht die Kühlung für die MRF300 damit aus, denn seine Grenze liegt ja um die 150°C. Das sind aber nur Näherungswerte, genau kann man die Chip-Innentemperatur ja schlecht erfassen.
Grundsätzlich gilt, für eine ausreichende Kühlung muss man schon sorgen, allerdings muss man die PA nicht auf Kühlschranktemperatur kühlen, die heutigen Bauelemente halten schon einiges an Temperatur aus.
Robustheit der MRF300 MOSFET
Das ist schon ein wichtiges Thema, denn es gibt nicht wenig MOSFETs, die ziemlich empfindlich sind und schneller kaputt gehen als man es möchte. Bei den MRF300 sehe ich das nicht so kritisch.
Überlebt haben beide MOSFETs
- Kurzschluss am Antennenausgang aufgrund eines defekten Filters
- keine Antenne angeschlossen
- schlechtes SWR (da wollte sich mein automatischer Antennen-Tuner nicht zur Abstimmung bewegen lassen und probierte ewig rum, fand aber kein Match – das aber natürlich nicht bei voller Leistung von 400W, sondern bei etwa 35W -> Effekt, wenn man die PA ohne LPF verwendet)
- plötzliches Absacken des SWR bei Leistung (dummer Fehler von mir, hatte versehentlich einen zu kleinen Attenuator dran für nur 50W Last, den es natürlich bei 400W in den Himmel schickte und danach fast einen Kurzschluss aufwies)
Also robust sind sie schon, die MRF300. Alle diese dummen Fehler – meist mein eigenes Verschulden durch Unaufmerksamkeit bei voller Leistung – haben sie ohne Schaden überlebt.
Was man allerdings unbedingt vermeiden muss – und auch die Achillesferse der MRF300 darstellt – zu hohe Inputleistung !
Das überleben diese mit hoher Sicherheit und Wahrscheinlichkeit nicht ! Die Schmerzgrenze liegt bei etwa 8W.
Bei mir stellt sich dieses Problem allerdings gar nicht – wegen den eh nur max. 5W vom Hermes-Lite 2.
Mein schwierigster Fall im QRO-Setup – mein automatischer Antennentuner CG3000
Hier habe ich ja lange überlegt, ob ich denn überhaupt mehr als 100W machen will oder besser kann. Der Grund – ich verwende einen CG3000 draußen am Mast, an dem 27m Draht als Inverted-L (6m vertikal und 21m horizontal) montiert sind, die etwa 12m über Grund befestigt sind. Die andere Seite ist eine ordentliche HF-Erde, die über 13m 10mm² Kupferleitung am Erdungspunkt des Tuners verbunden ist.
Nun ist der CG3000 ein Produkt aus China, ausgewiesen für max. 300W PEP, also umgerechnet etwa 150-200W CW. Da sind wir natürlich mit den bis zu knapp 600W CW Leistung deutlich drüber. Ich kannte aber einige Berichte anderer OM, die das auch gewagt hatten und sagten: „das hält der aus“. Nun ja, solange man es selber nicht probiert, ist das erstmal nur eine Vermutung oder Annahme. Aber ja, inzwischen muss ich feststellen, er scheint es zu verkraften. Ich stimme mit etwa 30W ab, was er (Ausnahme 15m Band) auch auf ein SWR von fast immer 1,0 oder im schlechtesten Fall 1,2 hinbekommt.
160m werde ich nicht mit QRO auf den Tuner loslassen, erstens höre ich kaum was auf 160m (aufgrund eines fast 24stündigen Noiselevel von ca. S9+10db) und die Anpassung ist auf 160m äußerst kritisch, da fast die ganze Leistung im Tuner steckenbleibt.
Mit 400W halte ich das aber dann doch für zu riskant und werde es auch nicht ausprobieren, da ist mir das Risiko zu groß.
Aber – ausgenommen 15m – lassen sich alle Bänder von 80m bis 10m abstimmen und da habe ich auch schon einige QSO mit vollem Output gefahren. 15m ist irgendwie problematisch, da gibts nur per Zufall mal einen Match.
Mal sehen, ob das alles langzeitstabil funktioniert oder der CG3000 doch irgendwann seinen Dienst bei QRO quittieren wird. Er ist ja nun nicht so teuer mit um die 250€, das Risiko ist mir aber durchaus vollständig bewußt, gehe es aber einfach mal ein. Wer nix wagt, der nix gewinnt – so meine Devise. Eine Alternative hätte ich schon, diese Karte ziehe ich aber erst, falls der CG3000 doch ausfallen sollte. Derzeit bleibt er erstmal dran.
