Hallo! ;) Anbei meine PIN Dioden TX/RX-Switch Schaltung. Die Schaltung wird für das 2m Band (144MHz - FM) und einer Leistung von ca. 60W verwendet. Grundsätzlich funktioniert die Schaltung auch ohne Probleme. Nur leider wird im TX-Betrieb bei einer Sendeleistung von ca. 10W die Diode D7 sehr heiß und der SWR verschlechtert sich extrem. Soweit ich PIN Dioden verstanden habe, sollte diese Schaltung grundsätzlich auch für höhere Leistungen funktionieren. Insbesondere weil die "MA4P7104F" Pin Diode die reverse voltage auch aushalten sollte? Hier das Datenblatt: https://cdn.macom.com/datasheets/ma4p-melf-hipax-series.pdf Bias Spannungslevels sind GND und 5V, je nach RX / TX Mode. Oder ist diese Diode doch zu schwach? Welche könnte ich stattdessen verwenden? Mein Design habe ich stark an die Guideline von Infineon gehalten: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-AN_1809_PL32_1810_172154_PIN%20diodes%20in%20RF%20sw%20applications-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d46265f064ff016643e2bc241042 Dieser TX/RX-Switch ist das letzte Puzzle meiner FM PA und bin aktuell mit meinem Latein am Ende. Was mir noch einfällt, wäre eine negative Bias Spannung, aber die möchte ich eigentlich vermeiden. Notfalls muss ich halt wieder auf Relais umsteigen, wollte halt mal was neues ausprobieren ;) Ich bin für jeden Input dankbar. Danke und LG! OE3SDE, Simon
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Simon D. schrieb: > Nur leider > wird im TX-Betrieb bei einer Sendeleistung von ca. 10W die Diode D7 sehr > heiß und der SWR verschlechtert sich extrem. Wieviel Sperrspannung gibst du ihr denn? Denk dran, dass die HF-Spitzenspannung dort bei schlechter Antennenanpassung auch deutlich höher als 77V sein kann. Auch wenn pin-Dioden bei der Arbeitsfrequenz ohmsches Verhalten zeigen, so können sie doch durch Selbstgleichrichtung in den leitenden Zustand geraten.
Simon D. schrieb: > Soweit ich PIN Dioden verstanden habe, sollte diese Schaltung > grundsätzlich auch für höhere Leistungen funktionieren. Insbesondere > weil die "MA4P7104F" Pin Diode die reverse voltage auch aushalten > sollte? > Hier das Datenblatt: > https://cdn.macom.com/datasheets/ma4p-melf-hipax-series.pdf > > Oder ist diese Diode doch zu schwach? Welche könnte ich stattdessen > verwenden? > > Mein Design habe ich stark an die Guideline von Infineon gehalten: > https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-AN_1809_PL32_1810_172154_PIN%20diodes%20in%20RF%20sw%20applications-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d46265f064ff016643e2bc241042 Die Diode ist für den TX-Zweig OK, für den RX-Zweig etwas überdimensioniert. Die Infineon Richtlinie verschweigt leider die notwendige, negative Sperrspannung für die RX-Diode. 60W an 50 Ohm wären rund 78V Spitze. Damit die RX-Diode während des Sendebetriebes hochohmig ist, muss diese mit einer entsprechend hohen, negativen Biasspannung gesperrt werden. Eine sowohl effizientere als auch praktischere Schaltung besteht aus 2 x Lambda/4 Leitungen aus konzentrierten Bauelementen im Empfangszweig, die mit jeweils einer PIN-Shuntdiode versehen sind und durch den Biasstrom der TX-Diode kurzgeschlossen werden. Im RX-Betrieb wird kein Biasstrom benötigt.
Ich würde übrigens am Koaxanschluss noch eine Drossel nach Masse vorsehen, damit C40 und C42 nicht durch ESD beschädigt werden.
argos schrieb: > Die Infineon Richtlinie verschweigt leider die notwendige, negative > Sperrspannung für die RX-Diode. 60W an 50 Ohm wären rund 78V Spitze. Ich glaube das liegt daran, dass Infineon hier mit mW arbeitet. Da ist wohl keine Sperrspannung nötig. Welche Diode würdest du im RX Betrieb verwenden? argos schrieb: > Eine sowohl effizientere als auch praktischere Schaltung besteht aus 2 x > Lambda/4 Leitungen aus konzentrierten Bauelementen im Empfangszweig, die > mit jeweils einer PIN-Shuntdiode versehen sind und durch den Biasstrom > der TX-Diode kurzgeschlossen werden. Im RX-Betrieb wird kein Biasstrom > benötigt. Hast du hierfür einen genaueren Schaltplan? Kommt diese Schaltung ohne negative Sperrspannung aus? Falls ich da auch negative Spannung brauche, gibt es eine einfach Variante aus 13.6V diese zu erzeugen? Da werde ich wohl zusätzliche Voltage Pumps, Voltage Doubler ICs benötigen? Also ist die Faustregel: Spitzenspannung der HF muss der DC Sperrspannung entsprechen? Danke schonmal!
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Hi, ich habe keine praktische Erfahrung mit PiN-Dioden sondern kenne nur die Grundlagen, aber ich würde es so ausporbieren: Die positive Bias_TX-Spannung (eigentlich in Durchlassrichtung ein Bias-Strom) steuert beim Senden D5 über die Anode auf und führt die HF zur Antenne. Gleichzeitig wird auch die Kathode von D7 positiv vorgespannt, wodurch die Diode die HF vom Empfänger sperrt. Mit D9 kann ja weiter der Empfängereingang kurzgeschlossen werden. Es muss gelten Bias_TX > Bias_RX Beim Empfangen geht Bias_TX auf 0 V und sperrt D5. D7 wird über die kleine Bias_RX-Spannung leitend gemacht. Kann man mit Sicherheit noch optimieren: Wahl von Bias_RX so, dass geringe Intermodulationen minimiert werden, evtl. D5 über L14 auch mit Bias_RX vorspannen beim Empfangen etc... Beste Grüße, Marek
Hallo Marek! Danke für deinen tollen Input! Ich werde es mal probieren, vorallem weil ich da nicht viel ändern muss. L16 mit VBias1 verbinden und VBias1 häng ich auf 13.6V und nicht 5V (wird sowieso mit einem Transistor für mehr Strom geschaltet). Welchen Strom würdet ihr mit den Widerständen bei 60W und 144MHz bei meinen PIN-Dioden einstellen?
Marek N. schrieb: > Die positive Bias_TX-Spannung (eigentlich in Durchlassrichtung ein > Bias-Strom) steuert beim Senden D5 über die Anode auf und führt die HF > zur Antenne. Ich hänge mich mal hier mit an, weil ich es auch gerne verstehen würde. Vorweg, ich habe auch keine Erfahrung mit Pin-Dioden, interessiert mich aber sehr. Zur Schaltung des Marek: Da fliesst ein Bias durch die Diode5, weshalb die Strecke leitend wird. Soweit, so klar, aber wenn jetzt die positive Halbwelle des Sendesignal grösser wird, als der Bias, dann sperrt doch die Diode? Muss die Bias-Spannung nicht höher sein, als die höchste zu erwartende Senderspannung?
Ja genu so ist es. Bei der PiN-Diode kommt als hilfreicher Effekt hinzu, dass sie relativ langsam ist. Die von Simon verwendete MA4P-Serie hat Trägerlebensdauern im Mikrosekundenbereich entsprechend auch solch langen Schaltzeiten. Wenn man jetzt also HF mit z.B. 1 MHz (Periodendauer 1 µs) drauf gibt, "merkt" die Diode die kurzzeitige Spannungsüberhöhung nicht und bleibt leitfähig. Genauso ist es, wenn die Diode in Sperrichtung vorgespannt wird und es kommt eine HF-Halbwelle an, die diese Vorspannung kompensiert, so schaltet die Diode trotzdem nicht sofort durch. Darum haben PiN-Dioden immer eine Mindest-Frequenz, weil bei niedrigeren Frequenzen sie eben doch der HF folgen. Im Worst-Case müsste man also die Vorpsannung so auslegen, dass die sie bei der dopellten Amplitude (wegen der Rücklaufenden Welle bei Kurzschluss / Leerlauf) der HF nicht umgesteuert wird. In der Praxis kann man diese Vorspannung wahrscheinlich deutlich reduzieren wegen des Trägheitseffekts. Auf die Schnelle habe ich noch das hier in meinem Archiv gefunden: https://www.ieee.li/pdf/essay/pin_diode_handbook.pdf
Hallo Phasenschieber! Ich habe mir folgende zwei Videos zum Thema PIN Dioden angesehen, sind echt gut: https://www.youtube.com/watch?v=XpYsCM_Wf50 https://www.youtube.com/watch?v=A1BAq0KxIdc Zu deiner Frage: Bei HF wirkt eine PIN Diode als Widerstand und nichtmehr wirklich als Diode. Deshalb ist eben dieser Bias Strom so wichtig. Umso größer, desto kleiner der wirkende Widerstand und desto kleiner die Verlustleistung. Somit kannst du mit verhältnismäßig kleinen Strömen hohe Leistungen schalten!
Marek N. schrieb: > Im Worst-Case müsste man also die Vorpsannung so auslegen, dass die sie > bei der dopellten Amplitude (wegen der Rücklaufenden Welle bei > Kurzschluss / Leerlauf) der HF nicht umgesteuert wird. In der Praxis > kann man diese Vorspannung wahrscheinlich deutlich reduzieren wegen des > Trägheitseffekts. Glaubst du reichen für 60W die 13.6V? Es muss da ja nicht wirklich ein hoher Strom durch oder? Notfalls könnte man diese 13.6V dann mit einem einfachen Voltage Doubler (2 Dioden und 2 Kaps.) erhöhen?
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Dann von mir auch noch etwas: Anhang aus einer Unitrode-Applikationsschrift (es gibt noch einige Seiten mehr, wenn Bedarf besteht, muss ich aber erst scannen). Vielleicht hilft's ja weiter. Michael
Danke an alle für die Erklärungen. Marek N. schrieb: > Bei der PiN-Diode kommt als hilfreicher Effekt hinzu, dass sie relativ > langsam ist. Ich nehme jetzt mal deine Erklärung so an, dann wird mir klar, warum oft die ganz simple 4001 als Pin-Diode benutzt wird. Eine hohe Grenzfrequenz wäre demnach contraproduktiv. Da schliesst sich gleich eine weitere Frage an: Solch eine Diode lässt ja nur einen max. Strom zu, heisst das, dass der Bias zusammen mit dem HF-Strom diesen max. zulässigen Strom nicht überschreiten darf? Im vorliegenden Fall würden bei ~60W HF ein HF-Strom von ~1,1A fliessen, hinzu käme noch der Bias? Auch interessant ist der Diodenwiderstand, denn der würde sich auf die Antennenimpedanz hinzu addieren. Wie hoch wäre dieser Widerstand einzuschätzen?
Danke Michael M. Wenn heute Abend wieder nichts im TV kommt, ziehe ich mir das rein, das braucht eine Weile. 😊
Simon D. schrieb: > Hallo! ;) > > Anbei meine PIN Dioden TX/RX-Switch Schaltung. Die Schaltung wird für > das 2m Band (144MHz - FM) und einer Leistung von ca. 60W verwendet. Ist das mit Eagle gemacht? Könntest du bitte die Eagle sch und brd-Datei hier hochladen?
Simon D. schrieb: > Welchen Strom würdet ihr mit den Widerständen bei 60W und 144MHz bei > meinen PIN-Dioden einstellen? Im Prinzip reichen einige mA DC um eine pin-Diode einzuschalten und um unter 1 Ohm zu kommen. Du hast ein Exemplar mit einer relativ hohen Sperrfähigkeit bis 400V und die dafür nötige dicke=lange i-Schicht ist etwas hochohmiger. Laut Datenblatt benötigt sie etwa 100mA um auf 0,3 Ohm zu kommen. Heiß wird die Diode durch den HF-Strom, der Verluste an diesem Widerstand verursacht. Das betrifft bei deiner Schaltung aber die D5. D7 darf im Sendebetrieb niemals niederohmig werden, sonst zerreisst es dir den Empfänger bzw. die kleine pin-Diode D9. Du hast aber das Problem, dass die Diode D7 heiß wird, die eigentlich gesperrt sein sollte. Das kann nur bedeuten, dass die Vorspannung nicht hoch genug ist, und die Diode durch Selbstgleichrichtung und geringen Flußstrom in einen (relativ hochohmig) leitenden Zustand kommt. Damit D7 nicht leitend wird, benötigt sie eine DC Sperrspannung von mindestens der HF-Spitzenspannung. Wegen stehender Wellen auf der Leitung können das weitaus mehr als die theoretischen 77V bei 60W werden. Du solltest da ruhig 200V Sperrspannung anlegen. Weil bei dir offenbar D7 und D9 gleichzeitig leiten, hast du einen HF-Kurzschluss am Ausgang der Schaltung und daraus resultiert auch das miese SWR. Abhilfe schafft eine ausreichend hohe Sperrspannung für D7 oder eben eine bereits erwähnte Schaltungsänderung, bei der im Sendebetrieb die pin-Diode am Ende einer lambda/4 Leitung die zum Empfänger führende HF kurzschliesst, wodurch der Eingang der Leitung hochohmig wird. Dieses Verfahren ist das Gebräuchlichere und wird z.B. bei Radaranlagen mit ihren hohen Impulsleistungen benutzt. Auch kommt man dann mit geringeren Schaltspannungen -u.U. sogar ohne- aus, weil die Dioden ja keine hohen HF-Spannungen sehen. Nachteil gegenüber deiner breitbandigen Schaltung ist die durch die Verwendung der lambda/4-Leitung bedingte Schmalbandigkeit. Phasenschieber S. schrieb: > wird mir klar, warum oft > die ganz simple 4001 als Pin-Diode benutzt wird. > Eine hohe Grenzfrequenz wäre demnach contraproduktiv. So einfach ist das nicht. Gleichrichterdioden wie die 1N400x haben eine viel zu hohe Sperrschichtkapazität, als dass man sie bei 100MHz abschalten könnte. Man kann auch für alles eine schlechtere Lösung finden... P.S.: Probier mal, ob sich die Verhältnisse verbessern, wenn du R33 mit einer gewöhnlichen Gleichrichterdiode in Reihe schaltest, sodass kein Rückstrom durch den Gleichrichtereffekt der D7 auftreten kann. Die 10nF Kondensatoren sind eigentlich viel zu groß für UKW und wahrscheinlich haten sie auch die hohen Gleichspannungen nicht aus.
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Hp M. schrieb: > Du hast aber das Problem, dass die Diode D7 heiß wird, die eigentlich > gesperrt sein sollte. > Das kann nur bedeuten, dass die Vorspannung nicht hoch genug ist, und > die Diode durch Selbstgleichrichtung und geringen Flußstrom in einen > (relativ hochohmig) leitenden Zustand kommt. > Damit D7 nicht leitend wird, benötigt sie eine DC Sperrspannung von > mindestens der HF-Spitzenspannung. Genau das Problem vermeidet das von mir w.o. verlinkte Design, in dem der RX-Eingang mit der PIN-Diode geshuntet wird. Erkauft wird das mit dem "Nachteil", dass bei 60 W (ca. +48 dBm) Sendeleistung immer noch ca. +18 dBm am RX-Eingang liegen. Die könnte man mit einer zweiten PIN-Diode (D9) evtl. noch mindern. Michael
Michael M. schrieb: > Genau das Problem vermeidet das von mir w.o. verlinkte Design, in dem > der RX-Eingang mit der PIN-Diode geshuntet wird. Erkauft wird das mit > dem "Nachteil", dass bei 60 W (ca. +48 dBm) Sendeleistung immer noch ca. > +18 dBm am RX-Eingang liegen. Die könnte man mit einer zweiten PIN-Diode > (D9) evtl. noch mindern. Die 18dBm wären kein Problem, ich habe hinten nach noch einen BPF, einen variablen Dämpfer und einen PGA-103, welche alle im TX-Betrieb auf volle Dämpfung gestellt werden! Ich probier nachher mal deine Variante aus. Sollte das nicht reichen, muss ich halt ein Lambda/4 Stück in LC-PI Topologie einbauen. Breitbandig muss der Schalter sowieso nicht sein, da die PA nur das 2m Band unterstützt. Markus schrieb: > Könntest du bitte die Eagle sch und brd-Datei hier hochladen? Sorry, dass ist copyright technisch nicht so leicht. Der TX/RX Switch ist nur ein kleiner Ausschnitt meiner aktuellen Arbeit.
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Übrigens ist für mich auch auffällig, dass die verlinkte App-Note von Infineon ausschließlich den f-Bereich oberhalb 70 cm behandelt. Irgendwie muss das wohl seine Gründe haben (ich hab's jetzt nur quer gelesen ;-) ) Michael
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PIN_Umschalter_2m.png
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Simon D. schrieb: > Hast du hierfür einen genaueren Schaltplan? Kommt diese Schaltung ohne > negative Sperrspannung aus? Das Prinzipschaltbild mit 2 x Lambda/4 Leitungen und hoher Isolation ist im Anhang zu sehen. Eine Biasspannung (12V o.ä.) wird nur beim Senden benötigt. Falls der RX-Pfad auch etwas Leistung abkann und eine niederohmige Shuntdiode eingesetzt wird, reicht auch eine einzelne Lambda/4 Leitung aus. Simon D. schrieb: > Welchen Strom würdet ihr mit den Widerständen bei 60W und 144MHz bei > meinen PIN-Dioden einstellen? Min. 50mA sollten durch die MA4P7104 schon fließen. Die Diode hat bei diesem Strom rund 0,4 Ohm. Die Leistung die die Diode als Wärme abführen muss, lässt sich über den Gleich- und Wechselstrom (bei Pout=60W) ermitteln.
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RX-TX-Switch_OUT.png
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Ok, das mit den 12V vorspannen funktioniert zwar besser, aber an die 60W komme ich da weit nicht heran. Deshalb werde ich das ganze mit der Lambda / 4 Methode probieren. Danke argos für die Schaltung, werde die mal als Vorlage nehmen. Ich hätte noch BAP64-02 PIN Dioden über, die könnte ich ja eigentlich auch anstatt der MA4 im RX Zweig verwenden oder? Aufgrund des Lambda / 4 Stücks bekommt die ja fast keine Leistung ab oder? Ist nämlich auch preislich dann ein riesen Unterschied! Weiters wäre interessant wie viel HF dann über L13 fließt? Der Draht-Querschnitt von den LC Ausgangsfiltern meiner PA beträgt gerade 1.1mm. Die benötige ich hier ja ebenfalls nicht oder? Reichen da 0.5mm? Anbei meine vorläufige Schaltung die ich aufbauen würde, sollte so passen oder? TX: 5V RX: GND Danke euch allen für die zahlreiche Hilfe!
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Simon D. schrieb: > Ok, das mit den 12V vorspannen funktioniert zwar besser, aber an die 60W > komme ich da weit nicht heran. Die notwendige min. Sperrspannung hängt von der Sendefrequenz, der Breite der intrinsischen Schicht und der Höhe der HF-Spannung ab, 12V sind jedoch für 60W Sendeleistung definitiv zu wenig. Simon D. schrieb: > Ich hätte noch BAP64-02 PIN Dioden über, die könnte ich ja eigentlich > auch anstatt der MA4 im RX Zweig verwenden oder? Aufgrund des Lambda / 4 > Stücks bekommt die ja fast keine Leistung ab oder? Das lässt sich leicht überprüfen. Die BAP64-02 hat bei 50mA ca. 0,8 Ohm. Die Lambda/4 Leitung transformiert diesen Widerstand auf 3,125 kOhm. Am Eingang der Leitung liegen im Sendefall 55V an, d.h. die Diode wird mit 55²/3,125k = 0,97W beaufschlagt. Mit 2 Dioden parallel (auf möglichst gleiche Daten achten) und dem doppelten Biasstrom (100mA) wären es je Diode nur noch etwa 0,24W. Eine Alternative wäre z.B. die BA591 (0,3 Ohm @ 50mA, Pmax=0,5W). Die Isolationseigenschaften der kurzgeschlossenen Lambda/4 Leitung lässt sich über ein einfaches Ersatzschaltbild ermitteln (s. Anhang). Mit einer BAP64-02 @ 50mA bekommt der Empfänger, von den 47,8dBm des Senders, rund 12dBm ab. Mit zwei Shuntdioden und 100mA Biasstrom sind es 6dB weniger. Simon D. schrieb: > Weiters wäre interessant wie viel HF dann über L13 fließt? Der > Draht-Querschnitt von den LC Ausgangsfiltern meiner PA beträgt gerade > 1.1mm. Die benötige ich hier ja ebenfalls nicht oder? Reichen da 0.5mm? Im Sendebetrieb bildet L13 mit C42 einen Schwingkreis. Mit einer angenommenen Spulengüte von 100 @ 145MHz und vernachlässigbaren Verlusten in C42 und der PIN-Diode, liegt der Resonanzwiderstand bei etwa 5 kOhm. Mit 55V HF am Schwingkreis werden damit 600mW in der Spule verheizt. Eine Luftspule aus 0,5mm CuL-Draht sollte das aushalten können. Simon D. schrieb: > Anbei meine vorläufige Schaltung die ich aufbauen würde, sollte so > passen oder? > TX: 5V > RX: GND Der Biasstrom ist mit ~28mA recht gering. Hat das einen bestimmten Grund?
argos schrieb: > Die BAP64-02 hat bei 50mA ca. 0,8 Ohm. > Die Lambda/4 Leitung transformiert diesen Widerstand auf 3,125 kOhm. Das ist keine Naturkonstante sondern hängt von der Impedanz Z0 der lambda/4 Leitung ab. Es gilt: Zin/Z0 = Z0/Zout oder anders geschrieben : Z0^2 = Zin * Zout Deshalb kannst du z.B. mit einer 50 Ohm Leitung eine 50 Ohm Impedanz nicht auf einen anderen Wert transformieren.
Hp M. schrieb: > Das ist keine Naturkonstante sondern hängt von der Impedanz Z0 der > lambda/4 Leitung ab. > > Es gilt: Zin/Z0 = Z0/Zout oder anders geschrieben : Z0^2 = Zin * Zout > Deshalb kannst du z.B. mit einer 50 Ohm Leitung eine 50 Ohm Impedanz > nicht auf einen anderen Wert transformieren. Was ist an einer 50 Ohm Leitung, mit _0,8 Ohm_ Abschluß, unklar?
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TX-Path_TF_OLD.png
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Hallo Alle! Ich melde mich mit einem Update: Aktuell ist der Biasstrom auf ca. 89mA eingestellt (im Laufe der Tests erhöht). Über die Widerstände fallen ca. 11.4V bei 13.6V Versorgung ab, also über die RX-Diode fällt im TX Betrieb eine Spannung von ca. 2.2V ab. Nun was funktioniert (nicht)? +) Das Lambda/4 Stück habe ich mit 22pF und einer selbstgewickelten Luftspule (55nH) aufgebaut. Die TF davon seht ihr im Anhang. Ich habe das mal simuliert und da sollte bei 220MHz die -3dB Grenzfrequenz liegen und das tut sie auch. Sollte eigentlich passen oder? +) Der RX-Path sieht in Kombination mit dem Lamda/4 Stück super aus und funktioniert einwandfrei (siehe ebenfalls Anhang). +/-) Beim TX-Path hat sich auch nicht viel verändert. Im Anhang gibt es ein Bild mit dem alten TRX (old) und dem Neuen. Lediglich der "Peak" hat sich etwas vergrößert. Komischerweise lässt sich der nicht verschieben, egal wie ich das Lambda/4 Stück verändere. Mich wundert dieses Verhalten eigentlich. Normalerweise sollte die TF bei 144MHz ja sehr schmalbandig sein und dort dieser Peak sitzen, da nur hier die Funktion mit dem Lambda/4 Stück gegeben ist (RX Diode schließt C43 kurz und L13 mit C42 sind ein parallel Schwingkreis). Anfangs dachte ich, dass mein Lambda/4 Stück zu ungenau ist, aber der Peak lässt sich nicht verschieben (egal wie ich das Lambda/4 Stück verändere) und war in der vorherigen TRX Variante auch schon leicht ersichtlich. Der Peak liegt bei ca. 110MHz. -) Mein größtes Problem ist aber, dass die TX-Diode im TX-Mode bei größeren Leistungen wieder extrem heiß wird (und das noch bei 88mA Biasstrom). Die RX-Diode wird zwar auch heiß, aber nicht so schnell und sollte ein QSO überleben (trotzdem nicht ideal). Mit den kleinen Leistungen vom VNA bleibt natürlich alles kalt, was mir am Ende des Tages aber leider nichts bringt. Leider kann ich die Frequenz beim Peak nicht testen und schauen, ob da die Dioden kalt bleiben, weil mein Pre-Amp. nicht tiefer als 134MHz kommt. Habt ihr noch irgendwelche Vorschläge was ich ausprobieren könnte? Danke schonmal im voraus! OE3SDE
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Simon D. schrieb: > Über die Widerstände fallen ca. 11.4V bei 13.6V Versorgung ab, also über > die RX-Diode fällt im TX Betrieb eine Spannung von ca. 2.2V ab. Nachtrag: Ich meine natürlich, dass die 2.2V über beide Dioden abfallen. Also ca. 1V pro Diode. Das ist aber viel zu hoch oder? Das wären ca. 11Ohm pro Diode bei 88mA?
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Simon D. schrieb: > +) Das Lambda/4 Stück habe ich mit 22pF und einer selbstgewickelten > Luftspule (55nH) aufgebaut. Die TF davon seht ihr im Anhang. Ich habe > das mal simuliert und da sollte bei 220MHz die -3dB Grenzfrequenz liegen > und das tut sie auch. Sollte eigentlich passen oder? das von dir genannte Lambda/viertel Stück ist aber keine Lambda/viertel Leitung sonden ein Tiefpass dritter Ordnung. Ein Lambda/viertel Leitung ist aber eher ein Schwingkreis genauer gesagt eine Laufzeitleitung. Es transformiert einen Leerlauf in einen Kurzschuss und umgekehrt. Wenn Bias Strom fliest schließt die Diode am Rx-Ausgang den Ausgang kurz. Dieser Kurzschluss erscheint am TX-RX Port als Widerstand weit im Kiloohmbereich und stört dann beim senden nicht mehr. D5 könnte man ebenfalls durch eine Lambda/viertel Leitung ersetzen und den Tx Port während des Empfanges über eine Diode kurzschließen. Die Lambda/viertel Leitung besteht aus einen Stück Koaxkabel, dessen Länge eben Lambda/Viertel mal dem Verkürzungsfaktor ( bei RG58 0,66 ) der Betriebsfrequenz lang ist. Nur wenn diese Leitungen die exakte Länge haben, wird ein Kurschluss auf der einen Seite zu einen Leerlauf auf der anderen Seite des Kabels transformiert. Ralph Berres
Ralph B. schrieb: > Wenn Bias Strom fliest schließt die Diode am Rx-Ausgang den Ausgang > kurz. Genau und somit auch C43, damit entsteht dein genannter Schwingkreis mit L13 und C42. Ralph B. schrieb: > das von dir genannte Lambda/viertel Stück ist aber keine Lambda/viertel > Leitung sonden ein Tiefpass dritter Ordnung. Im RX-Betrieb (kein Biasstrom) ist es ein TPF, im TX-Betrieb (mit Biasstrom) ist es ein Schwingkreis und somit ein Lambda/4 Transformator. Das wird in der Praxis oft so gebaut, da eine RG58 Leitung für 144MHz (2m Band) so lang wäre.
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Moin, auch wenn der physische L/4-Kreis die beste Lösung ist, muss es anscheinend auch mit konzentrierten Elementen gehen. Im Anhang dazu ein Schaltbild-Auszug eines 2m-Mobilgerätes mit 45 W TX-Leistung. Michael
Simon D. schrieb: > Genau und somit auch C43, damit entsteht dein genannter Schwingkreis mit > L13 und C42. stimmt ist die Frage wie hoch die Güte und damit der Resonanzwiderstand ist. Vor allem wie frequenzstabil ist der Schwingkreis? Jedenfalls ist es nicht gut das über D5 die ganze Sendeleistung fließt. Hier sollte man auf jeden Fall auch ein Lambda/viertel Transformator vorsehen. Auch wenn das ganze nur funktioniert, wenn die Antenne 50 Ohm hat. Ansonsten werden die Blindanteile in den Sender transformiert. Ralph Berres
Moin Ralph, Ralph B. schrieb: > ...Jedenfalls ist es nicht gut das über D5 die ganze Sendeleistung fließt. .... Wie sollte man das sonst (außer per Relais) lösen? Irgendwie muss die Leistung ja zur Antenne kommen und im RX-Fall das Signal nicht in die PA fließen...? Michael
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Michael M. schrieb: > Wie sollte man das sonst (außer per Relais) lösen? Irgendwie muss die > Leistung ja zur Antenne kommen und im RX-Fall das Signal nicht in die PA > fließen...? In dem man im Senderzweig auch eine Lambda/viertel Leitung wie im Empfänger vorsieht, und im Empfangsfall mit einer Diode den Senderausgang kurzschließt. Nur muss die Sperrspannung im Senderfall an der Diode hoch genug sein, damit die Diode nicht in den Scheitelpunkten der HF leitend wird. Aber wenigstens fließt keine HF Leistung über die Diode. Bei hohen Senderleistung reden wir dann von einer Gleichspannung von einigen 10 Volt bis über 100V bei 100W Leistung. Hier würde ich dann in der Tat ein Koaxrelais den Vorzug geben. Ralph Berres
Ralph B. schrieb: > Nur muss die Sperrspannung im Senderfall an > der Diode hoch genug sein, damit die Diode nicht in den Scheitelpunkten > der HF leitend wird. Aber wenigstens fließt keine HF Leistung über die > Diode. Wenn du ganz am Anfang dieses Beitrages schaust, siehst du meine erste Schaltung. Dort war diese Sperrspannung ein Problem. Deshalb habe ich nun diese Variante probiert, welche eigentlich problemlos funktionieren sollte... Ralph B. schrieb: > Bei hohen Senderleistung reden wir dann von einer Gleichspannung von > einigen 10 Volt bis über 100V bei 100W Leistung. Hier würde ich dann in > der Tat ein Koaxrelais den Vorzug geben. Naja, PIN-Dioden können einiges an Leistung schalten, weil sie so hohe Spannungen aushalten. Man muss halt den Biasstrom erhöhen, um den Rs zu verkleinern, damit die Pd klein genug ist. PIN-Dioden werden auch für kW PAs verwendet. Für meine 60W sollte das also kein Problem sein.
Ralph B. schrieb: > Michael M. schrieb: >> Wie sollte man das sonst (außer per Relais) lösen? Irgendwie muss die >> Leistung ja zur Antenne kommen und im RX-Fall das Signal nicht in die PA >> fließen...? > > In dem man im Senderzweig auch eine Lambda/viertel Leitung wie im > Empfänger vorsieht, und im Empfangsfall mit einer Diode den > Senderausgang kurzschließt. Nun ja, das kann man so -d.h. mit L/4-Kreisen- lösen, jedoch ist Simons Ziel wohl ein recht kompaktes Design ( ohne Relais). Da sind 2 Stck. L/4-Kreise aus Kabelstücken (selbst dünnem) vergleichsweise schon erheblich platzraubend. Es wird ja kommerziell auch mit konzentr. Bauteilen gemacht, wie mein Schaltbild-Auszug (TW4100E) zeigt, und die dort verwendete PIN-Diode ist (lt. Hersteller Unitrode) bis zu ca. 100 W (entspr. Up = 100 V) einsetzbar. Michael
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TX_Pfad_S11_S21.png
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Simon D. schrieb: > +) Das Lambda/4 Stück habe ich mit 22pF und einer selbstgewickelten > Luftspule (55nH) aufgebaut. Die TF davon seht ihr im Anhang. Ich habe > das mal simuliert und da sollte bei 220MHz die -3dB Grenzfrequenz liegen > und das tut sie auch. Sollte eigentlich passen oder? Ja, ist OK. Die Rückflussdämpfung muss im 2m Band am größten sein. Simon D. schrieb: > +) Der RX-Path sieht in Kombination mit dem Lamda/4 Stück super aus und > funktioniert einwandfrei (siehe ebenfalls Anhang). Im Anhang siehst du ein Ersatzschaltbild mit zugehörigem Amplitudengang. So ähnlich müsste es auch am VNA aussehen. Die Rückflussdämpfung, sowohl am Antennenport als auch am RX-Port, ist im 2m Band auch gut. Simon D. schrieb: > -) Mein größtes Problem ist aber, dass die TX-Diode im TX-Mode bei > größeren Leistungen wieder extrem heiß wird (und das noch bei 88mA > Biasstrom). Die Diode hat bei 88mA einen Serienwiderstand von nur etwa 0,3 Ohm und laut DB einen geringen Wärmewiderstand. Etwas Wärme lässt sich zwar nicht vermeiden aber "extrem heiß" ist nicht akzeptabel. Messe mal die Durchgangs- und Rückflußdämpfung des Umschalters im TX-Betrieb mit dem VNA und vergleiche mit dem Ersatzschaltbild (s. Anhang). Simon D. schrieb: > Die RX-Diode wird zwar auch heiß, aber nicht so schnell und > sollte ein QSO überleben (trotzdem nicht ideal). Wieviel Leistung die RX-Diode in Wärme umsetzt, habe ich weiter oben gezeigt. Bei 0,3 Ohm @ 88mA ist das nicht viel und heiß darf diese normalerweise auch nicht werden, insbesondere auch weil die Diode über die Massefläche gekühlt wird. Simon D. schrieb: > Leider kann ich die Frequenz beim Peak nicht testen und schauen, ob da > die Dioden kalt bleiben, weil mein Pre-Amp. nicht tiefer als 134MHz > kommt. Der Peak ist wohl ein Artefakt des BP-Filters 3. Ordnung aus dem RX-Zweig. Über den Längskreis (5,3pF/228nH) lässt sich der Frequenzgang geradebiegen. Wirf auch mal ein Auge auf die Bias-Drossel L14 (FT37-43) und deren Einfluß auf den TX-Pfad. Du hast sehr viele Windungen vorgesehen, d.h. hohe Induktivität aber auch eine Resonanzfrequenz (weit) unterhalb des 2m Bandes, wodurch die Drossel im 2m Band leicht kapazitiv wirkt.
Hallo argos! Auf dich hab ich gewartet, deine Simulationen hauen mich immer wieder aufs Neue um ;) Ich liefere dir die Messungen demnächst nach! Was ich heute noch probiert habe: Rein nur die TX-Diode in Betrieb nehmen. Also Lambda/4 weggelötet und ein RFC gegen GND, also ein SPST Switch. Den Biasstrom habe ich bis 300mA! variiert, aber selbst da wird die PIN-Diode extrem heiß. Ich kann nicht mal 1s darauf greifen! Vielleicht sind die beiden PIN-Dioden defekt und ich muss mal neue bestellen? Nur von wo? Bei Mouser dauert das wieder > zwei Wochen :( Außerdem habe ich probiert, die Funktion von der RX Diode manuell nach zu bilden. Also den parallel Schwingkreis von mir eingelötet (natürlich keine Verbindung zum RX Pfad) und da sieht die TX-TF genau gleich aus. Also der RX-BPF sollte da keine Einwirkungen haben und die RX-Diode macht was sie soll. Vielleicht noch zum "Peak" in der TX-TF: Dieser Peak ist weg, wenn ich die TX-Diode als SPST verwende, wie oben erklärt. Kann dann auch nicht an der RFC liegen oder? Dann bleibt eigentlich wirklich nurmehr das Lambda/4 Stück, aber da ändert sich der "Peak" nicht mit.. Das ist echt komisch. Ich werde trotzdem mal die Windungen bei der RFC minimieren und schauen was passiert. Simon D. schrieb: > Nachtrag: Ich meine natürlich, dass die 2.2V über beide Dioden abfallen. > Also ca. 1V pro Diode. Das ist aber viel zu hoch oder? Das wären ca. > 11Ohm pro Diode bei 88mA? Was ich da geschrieben habe, war ja eigentlich Blödsinn oder? Ich kann ja nicht einfach mit dem Voltmeter und dem Biasstrom die PIN-Diode messen, da bekomme ich ja nur die forward voltage. Der serielle Widerstand wird ja nur von der RF gesehen? Kann ich den irgendwie messen und klarstellen, ob das wirklich diese 0.3R @ 100mA sind?
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@ Simon Hattest du dir diese beiden ANs denn schon "reingezogen"? https://cdn.macom.com/applicationnotes/AG312.pdf https://cdn.macom.com/applicationnotes/AN3021.pdf Ich hatte mich irgendwie anfangs schon gewundert, dass du dich auf eine Infineon-AN beziehst und nicht auf die des Herstellers... ^^ Michael
Stimmt, danke! Vielleicht finde ich da ja was Interessantes! Michael M. schrieb: > https://cdn.macom.com/applicationnotes/AN3021.pdf Auf der letzten Seite ist genau meine Schaltung, also das ist schon mal erfreulich! Michael M. schrieb: > https://cdn.macom.com/applicationnotes/AG312.pdf Figure 17 zeigt ebenfalls meine verwendete Schaltung. Laut Formeln (20) und (21) auf S.9 und 10 können mit meinen PIN-Dioden Werten (Rsmax = 0.5R @ 100mA, PD = 10W - Datasheet S.6, Zo = 50R) 1kW bei SWR = 1 und 250W bei SWR --> unendlich (totally mismatched) erzielt werden. Wobei ich ehrlich gesagt diese 10W PD sehr kritisch sehe. So ein kleiner "Chip" hält das niemals aus. Wäre interessant was die Condition "infinite Heatsink" heißt. Es macht nämlich der größte Kühlkörper keinen Sinn, wenn ich die Abwärme nicht schnell genug wegbekomme. Aber selbst wenn ich mit den 3W rechne, die Mouser angibt, dann sollte ich bei 100mA auf 75W (mismatched) bzw. 300W (matched) kommen. Wieso zum Teufel werden meine Dioden dann so heiß? Langsam nervt es echt ;( Selbst bei komplettem mismatch sollten die nicht so heiß sein. Mein Messsetup ist eigentlich ziemlich genau auf 50R abgestimmt und auch meine Coplanar Waveguide Leitungen sollten ca. den 50R entsprechen.
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Simon D. schrieb: > Wieso zum Teufel werden meine Dioden dann so heiß? Wie heiß ist "heiß"? Hast du eine Möglichkeit die Gehäusetemperatur zu messen? Simon D. schrieb: > Den Biasstrom habe ich bis > 300mA! variiert, aber selbst da wird die PIN-Diode extrem heiß. Ich kann > nicht mal 1s darauf greifen! 300mA kann für die Gesamtverlustleistung der Diode ungünstiger sein als z.B. 100mA. Die Verlustleistung der Diode hängt nicht nur vom HF-Strom sondern auch vom DC-Biasstrom ab. Simon D. schrieb: > Der serielle > Widerstand wird ja nur von der RF gesehen? Kann ich den irgendwie messen > und klarstellen, ob das wirklich diese 0.3R @ 100mA sind? Der Serienwiderstand (0,3 Ohm @ 100mA) gilt für die HF. Am einfachsten wäre es die Durchgangdämpfung im TX-Betrieb, einmal ohne Diode (Diode überbrücken) und einmal mit Diode, zu messen. Aus der Differenz lässt sich der Serienwiderstand und die Verlustleistung ermitteln. Simon D. schrieb: > Wobei ich ehrlich gesagt diese 10W PD sehr kritisch sehe. So ein kleiner > "Chip" hält das niemals aus. Nicht unbedingt. Als Bsp. nehme ich mal die MA4P1450-1091T (MELF Gehäuse) mit Tjc=5°C/W und Pd=10W ohne Kühlfläche! Selbst wenn das Gehäuse im Betrieb kochend heiß wird (100°C), liegt die Sperrschichttemperatur immer noch unterhalb des absoluten Maximum! Simon D. schrieb: > Aber selbst wenn ich mit den 3W rechne, die Mouser angibt, dann sollte > ich bei 100mA auf 75W (mismatched) bzw. 300W (matched) kommen. Die Dioden haben bei 100mA einen Serienwiderstand von typ. 0,3 Ohm. Die Verlustleistung in beiden Dioden ist identisch und liegt für eine Sendeleistung von 60W bei 0,36W. Dazu gesellen sich noch rund 0,1W, bedingt durch den DC-Biasstrom. Das ist nichts was der Diode zu schaffen machen würde.
hier mal das Servicemanual vom Alinco DR590 Auf Seite 20 sind die Endstufen samt RX-TX Umschaltung beschrieben. Vielleicht kann man sich da ja was abkupfern. Sorry für die Dateigröße. Ralph Berres
argos schrieb: > Wie heiß ist "heiß"? argos schrieb: > Die > Verlustleistung in beiden Dioden ist identisch und liegt für eine > Sendeleistung von 60W bei 0,36W. Dazu gesellen sich noch rund 0,1W, > bedingt durch den DC-Biasstrom. Das ist nichts was der Diode zu schaffen > machen würde. Naja, ich kann unmöglich hingreifen und bei dieser kleinen Verlustleistung, sollte die Diode eigentlich kaum warm werden oder? Oder ist diese Hitze "normal"? Ich möchte eigentlich ungern einen Dauerbetrieb starten, nur um zu sehen, ob die Diode auch tatsächlich stirbt...
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Simon D. schrieb: > Naja, ich kann unmöglich hingreifen und bei dieser kleinen > Verlustleistung, sollte die Diode eigentlich kaum warm werden oder? Es sind knapp 500mW Verlustleistung, da wird die kleine Diode, insbesondere ohne Kühlfläche schon warm, was völlig normal ist. 60°C würde ich noch als warm ansehen, weshalb ich wissen wollte was du genau unter heiß verstehst ;-). Konntest du inzwischen die berechnete Verlustleistung messtechnisch bestätigen? Liegt diese bei dir womöglich darüber? Simon D. schrieb: > Oder ist diese Hitze "normal"? Ich möchte eigentlich ungern einen > Dauerbetrieb starten, nur um zu sehen, ob die Diode auch tatsächlich > stirbt... Für ein hochzuverlässiges Design gilt es die Sperrschichttemperatur unter 150°C zu halten, was ich bei einer PD von ca. 0,5W nicht als Problem sehe. Die Dioden haben einen geringen Wärmewiderstand und symmetrischen Wärmepfade. Wenn du Bedenken hast und falls wirklich Bedarf besteht, lassen sich die Dioden sehr einfach, über etwas Cu-Fläche in Form von Streifenleitungen, kühlen. Ich kenne nicht dein aktuelles Layout, doch das angehängte Bsp. zeigt ein paar Möglichkeiten. Die TX-Diode bekommt an der Anode eine längere 50 Ohm Leitung zur Wärmeabfuhr. Die Kondensatoren der Lambda/4 Leitung werden mit dicken, kurzen Streifenleitungen ersetzt, die gleichzeitig als Kühlflächen für beide Dioden dienen. Die RX-Diode nutzt die Massefläche der Platine als zusätzliche Kühlfläche.
Simon D. schrieb: > Naja, ich kann unmöglich hingreifen und bei dieser kleinen > Verlustleistung, sollte die Diode eigentlich kaum warm werden oder? Vielleicht wird auch nicht die Diode heiss, sondern nur deine Fingerspitzen, wenn die HF an ist...
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3D-PCB.png
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Simon D. schrieb: > Wieso zum Teufel werden meine Dioden dann so heiß? Hp M. schrieb: > Vielleicht wird auch nicht die Diode heiss, sondern nur deine > Fingerspitzen, wenn die HF an ist... argos schrieb: > Hast du eine Möglichkeit die Gehäusetemperatur zu > messen? Ok, ich bin der Teufel gewesen... ^^ Ich habe jetzt mit einem Infrarot Messgerät und dem Temperaturfühler meines Fluke Multimeters die Temperatur nach einer Minute Dauersenden gemessen. Die Dioden sind eh nur ca. 70°C warm... Der Hinweis, dass ich an den Fingerspitzen nur die HF spüren könnte, hat mir tatsächlich geholfen. Ich fühle mich jetzt eigentlich schon fast etwas dämlich, aber an so etwas denkt man gar nicht, wenn man bis jetzt eher mit kleineren HF Leistungen zu tun hatte. 60W hören sich vielleicht wenig an, aber im HF Bereich kann das einem gleich mal verzweifeln lassen. Also danke für eure Hilfe. Die neue Schaltung hat von Anfang an funktioniert, ich habe halt die Hitze falsch "gemessen"... Aber aus Fehlern lernt man und dieser passiert kein zweites Mal ;) Wem es interessiert: Anbei ein paar Bilder vom finalen Aufbau meines 2m Transceivers. Jetzt werden noch Software Bugs gefixt und ein Gehäuse 3D designed (zu Beginn mal aus PLA, mal sehen, ob das irgendwann mal gefräst wird). Danach wird ordentlich getestet. Diese PA wurde für den SOTA (Summits On The Air) Betrieb designed und ist somit mit einem Akku + Antenne leicht im Rucksack zu verstauen. Ich habe übrigens noch vier halb bestückte PCBs (SMT Bestückung) rumliegen. Falls wer Interesse daran gefunden hat, einfach melden: https://www.oe3sde.com/Contact.html P.s.: Einige Projekte sind auf meiner Homepage noch nicht aktualisiert (momentan einfach keine Zeit). Weiters bin ich auch gerade dran eine Doku zu dieser PA zu verfassen. Könnte aber noch etwas dauern.
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