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Forum: HF, Funk und Felder 60MHz-Signal (300W/50Ohm) mit 200kHz schalten


Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Guten Abend,

ein Kollege fragte mich, ob man ein 60MHz-Signal
(300W auf 50 Ohm, d. h. nominal +/-173V) im 200kHz-Takt umschalten kann.
Soweit ich die Aufgabe kenne, geht es um die Ansteuerung eines Plasmas 
beim Ätzen. (Beim Umschalten muß man natürlich immer auf 50 Ohm 
umschalten, damit der HF-Verstärker nicht kaputtgeht).

Ich habe gesagt, daß es keine Standardaufgabe ist, aber physikalisch 
wahrscheinlich schon möglich, und daß ich mir das näher ansehen müsse.

Daher meine Frage: Gibt es für derartige Anwendungen eventuell 
Standardbauteile, die ich nicht kenne?

Meine Überlegungen gehen dahin, die Spannung runterzutransformieren, sie 
anschließend mit einer Kombination aus HF-Power MOSFET und evtl. 
Schottky-Dioden zu schalten, und anschließend wieder 
hochzutransformieren.
http://www.nxp.com/#/homepage/cb=[t=p,p=/71128/711...]

Handelsübliche Niederfrequenz-Leistungs-MOSFETs dürften an der zu hohen 
Ausgangskapazität scheitern (bei 60 MHZ näherungsweise Kurzschlüsse).

Der Rest meiner Überlegungen geht dahin, ob man die Schalterei nicht vor 
der Verstärkung realisieren kann. Schwachstromsignale schalten sich 
normalerweise deutlich einfacher als Leistungssignale.

Gruß,
  Michael

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Michael Lenz schrieb:

> ein Kollege fragte mich, ob man ein 60MHz-Signal
> (300W auf 50 Ohm, d. h. nominal +/-173V) im 200kHz-Takt umschalten kann.

Was heißt dabei "umschalten", soll die HF an zwei verschiedenen
Stellen eingespeist werden?

> (Beim Umschalten muß man natürlich immer auf 50 Ohm
> umschalten, damit der HF-Verstärker nicht kaputtgeht).

Naja, eigentlich sollte man zumindest vor dem Schalten den Sender
komplett austasten.

> Daher meine Frage: Gibt es für derartige Anwendungen eventuell
> Standardbauteile, die ich nicht kenne?

Normalerweise schaltet man sowas durchaus mit Relais, aber natürlich
nicht mehr bei dieser Frequenz.  Halbleiterschalter bringen
zusätzliche Verzerrungen und damit Oberwellen, die man bei einem
normalen Sender nicht haben will.  Andererseits würden die dich
u. U. weniger stören, da du die HF ja nicht abstrahlen willst.

> Der Rest meiner Überlegungen geht dahin, ob man die Schalterei nicht vor
> der Verstärkung realisieren kann.

Wenn du Ein-/Ausschalten meinst: na klar, auf jeden Fall!  Dann ist
es ja eine reine Trägertastung.  Kann man bspw. mit PIN-Dioden
erledigen.

Autor: oho (Gast)
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Und was spricht dagegen, den Eingang des Verstaerkers zu schalten ? Dort 
ist man mit einem kleineren Schalter dabei.

Autor: oho (Gast)
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Aus Kostengruenden koennte man sich ueberlegen von 60 auf 30MHz zu 
gehen. Auf CB Wellenlaenge sind die Sender guenstiger. Dem Plasma waere 
das wahrscheinlich egal.

Autor: Klaus (Gast)
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Ich würde erstmal versuchen den Eingang des Verstärkers zu schalten, 
oder ganz hart dem Verstärker die Versorgung kappen.
Wenn das nicht realisierbar ist und wirklich die 300W geschalten werden 
müssen würde ich nach Leistungs PIN-Dioden schauen. Microsemi und Macom 
fallen mir da ein. Der PIN-Dioden Schalter müsste natürlich angepasst 
arbeiten und nicht einfach nur reflektieren, sonst könntest du schnell 
neue Endstufentransistoren brauchen. Das "PIN-Diode Handbook" von 
Microsemi solltest du dir mal anschauen: 
http://www.microsemi.com/idx.asp?MN=435

Autor: Martin Laabs (mla)
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Es gibt für einigermaßen schmalbandige Signale ein interessantes Konzept 
bei dem man lamda/4 Leitungsstücken mit PIN Dioden zwischen Leerlauf und 
Kurzschluss umschaltet. Das hat den Vorteil, dass die PIN-Dioden keine 
hohe HF-Leistung sieht weil man mit Reflektion und Anpassung in den 
beiden umzuschaltenden Zweigen arbeitet. (Ich habe aber keine Ahnung ob 
das vom Erfinder patentiert wurde.)
Ansonsten geben (LD-)MosFets auch durchaus brauchbare Schalter ab und 
sind manchmal leichter als PIN-Dioden zu beschaffen. (Und sind in der 
Ansteuerung einfacher und machen u.U. weniger Verzerrung.)

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: oszi40 (Gast)
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Sorry, egeal wie Ihr mit 200kHz umschaltet, bleibt bei mir der Verdacht 
daß die Rechteckimulse eine Menge unerwünschter Oberwellen erzeugen. Ob 
Sender austasten im Nullpunkt immer so sauber klappt ?

Autor: Martin Laabs (mla)
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Selbst Umschalten im Nulldurchlauf erzeugt ein si-Spektrum. Es ist so 
oder so eine Phasenmodulation mit 200kHz. (Oder eine OOK-Modulation wenn 
es Ein- und Ausgeschaltet werden soll.)
Da der OP aber von Plasma sprach gehe ich davon aus, dass das in einer 
entsprechenden Plasma-Kammer gemacht wird und diese bezüglich der EMV 
nach außen ausreichend geschirmt ist.
Bei 200kHz kann es durchaus sein, dass die Güte des Ausgangsfilters der 
PA kein besonders hartes Ein- und Ausschalten mehr erlaubt, so dass das 
Umschalten auf ein Dummyload nötig werden kann. Alternativ kann man aber 
bei der Anwendung ggf. auf den Ausgangsfilter verzichten.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Martin Laabs schrieb:

> Da der OP aber von Plasma sprach gehe ich davon aus, dass das in einer
> entsprechenden Plasma-Kammer gemacht wird und diese bezüglich der EMV
> nach außen ausreichend geschirmt ist.

Davon war ich schon auf Grund der benutzten Frequenz ausgegangen.  Ich
kenne dafür ansonsten 27,12-MHz-Sender zum Anregen des Plasmas.  Also
mal eine echte ISM-Anwendung.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Es gibt für einigermaßen schmalbandige Signale ein interessantes Konzept
> bei dem man lamda/4 Leitungsstücken mit PIN Dioden zwischen Leerlauf und
> Kurzschluss umschaltet. Das hat den Vorteil, dass die PIN-Dioden keine
> hohe HF-Leistung sieht weil man mit Reflektion und Anpassung in den
> beiden umzuschaltenden Zweigen arbeitet. (Ich habe aber keine Ahnung ob
> das vom Erfinder patentiert wurde.)
Schmalbandig sind die Signale schon, wenn man vom Ein- und Ausschalten 
absieht.
Insofern hört sich das mit den lambda/4 Leitungsstücke interessant an.
Die Patentierung ist bei nichtkommerzieller Nutzung (Uni) denke ich kaum 
interessant.

> Ansonsten geben (LD-)MosFets auch durchaus brauchbare Schalter ab und
> sind manchmal leichter als PIN-Dioden zu beschaffen. (Und sind in der
> Ansteuerung einfacher und machen u.U. weniger Verzerrung.)
LD-Mosfets kenne ich nicht. Ist das das gleiche wie LDD-MOSFETS (lightly 
doped drain)?

Ich werde mich kundig machen, was der Kollege genau will. Nicht, daß es 
sich einfach mit Umschaltern im Niedervoltbereich und der entsprechenden 
Anzahl an Analogverstärkern lösen läßt. 60MHz im Niedervoltbereich 
umzuschalten ist deutlich weniger sportlich.


Gruß,
  Michael

Autor: Martin Laabs (mla)
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Hallo,

> LD-Mosfets kenne ich nicht. Ist das das gleiche wie LDD-MOSFETS (lightly
> doped drain)?

Nein. LDMOS steht für laterally diffused metal oxide semiconductor. Das 
sind MosFets die für U-/VHF Verstärker entwickelt worden sind und bei 
höheren Frequenzen (aktuell bis so 3GHz) die III-V Halbleiter 
verdrängen. Hersteller sind z.B. Misubushi (richtig geschrieben?) und 
NXP.

> Ich werde mich kundig machen, was der Kollege genau will. Nicht, daß es
> sich einfach mit Umschaltern im Niedervoltbereich und der entsprechenden
> Anzahl an Analogverstärkern lösen läßt. 60MHz im Niedervoltbereich
> umzuschalten ist deutlich weniger sportlich.

Um die hohen Spannungen zu umgehen kann man das Signal übrigens einfach 
mit einer geringeren Aus-/Eingangsimpedanz schalten und vor- und nachher 
transformieren.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Martin Laabs schrieb:

> Um die hohen Spannungen zu umgehen kann man das Signal übrigens einfach
> mit einer geringeren Aus-/Eingangsimpedanz schalten und vor- und nachher
> transformieren.

Diese Idee hatte Michael ja bereits eingangs entwickelt...

Autor: Martin Laabs (mla)
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Hallo,

>> Um die hohen Spannungen zu umgehen kann man das Signal übrigens einfach
>> mit einer geringeren Aus-/Eingangsimpedanz schalten und vor- und nachher
>> transformieren.
>
> Diese Idee hatte Michael ja bereits eingangs entwickelt...

Stimmt - hatte ich nicht mehr im Kopf.

Danke,
 Martin

Autor: oszi40 (Gast)
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@Martin/Michael 2x transformieren mit welchem Wirkungsgrad ?

Autor: Martin Laabs (mla)
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Jede Transformation mit 95% Wirkungsgrad ergibt zusammen 90%. Finde ich 
nicht so viel, dass es alleine daran scheitern sollte. 30W 
Verlustleistung kann man schon abführen zumal es sich auf jeweils 15W 
pro Übertrager aufteilt. Mit einem kleinen Lüfter gar kein Problem. 
(Vielleicht sogar nur durch Konvektion wenn es das Material mitmacht.)

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Gast (Gast)
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Schau mal im INet nach QSK-fähigen Endstufen. Das Prinzip sollte auch 
hier funktionieren, obwohl das sehr schnelles QSK wäre :D

Arno

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