УКВ усилитель мощности на 144 – 146 МГц.
Юрий Юкин RK4FX
УКВ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА 144 – 146 МГц.
Для радиолюбителей имеющих 1 категорию.
ДО 400 ВАТТ.
Представленный в данном техническом материале УКВ усилитель мощности на 2-х метровый диапазон предназначен для работы радиолюбителей – спортсменов в основном через отражение электромагнитной волны от естественного спутника земли – ЛУНЫ и МЕТЕОРНЫХ потоков, а так же работу через АВРОРУ.
Работа радиолюбителей через Луну связь EME ( Eath Mon Eath ) CW и SSB представляет довольно интересное направление в радиолюбительской практике. Связь отраженным сигналом от Луны требует довольно высокой излучаемой антенной мощности и хороших антенных систем.
В этой связи ламповые усилители критически важны и как нельзя лучше подходят для получения необходимого солидного уровня сигнала при проведении ЕМЕ связей улучшая при этом соотношение сигнал/шум, что приводит к более четкому и разборчивому приему вашего сигнала у отдаленного корреспондента.
При работе через Луну так же можно получить дипломы WAC , DXCC, WAS проводя соответствующее количество QSO .
Тем не менее следует напомнить радиолюбителям, что радиосвязь через Луну конечно имеет свои индивидуальные особенности.
Так расстояние между Землей и Луной составляет порядка 800 000 км. причем сигнал отражаясь от поверхности пассивного спутника должен пройти еще и обратное расстояние, на что уходит в целом 2,5 секунды.
В то же время при работе через Луну при хороших многоэлементных направленных антеннах можно услышать и свое радио ЭХО – отраженного сигнала, но при этом следует учитывать и эффект Доплера.
Для тех кто желает посвятить свою работу в эфире через пассивный ретранслятор – ЛУНУ поясняем что большинство радиолюбителей работает подобным образом в основном в субботние и воскресные дни .
Работа через метеорные потоки представляет собой то же весьма интересное направление в области связи.
Так метеорные потоки в основном проходят почти круглогодично
Из них различаются наиболее перспективные в этом направлении потоки как: Персиды, Гемениды, Леониды, Лириды, Квадратиды и другие.
Потоки имеют различную плотность в значении от 100 и до 2000 в час.
Связь в основном реальна от 700 и до 2000 км.
При этом мощность передающего устройства должна составлять более 200 ватт в основном от 300 и до 400 ватт.
Кроме работы через Луну, метеорных потоков и Авроры данный усилитель вполне можно использовать и для тропосферной связи на двух метровом диапазоне с работой в режиме FM и SSB для повседневного проведения QSO с DX корреспондентами с лицензируемой мощностью для радиолюбителей России для первой категории не превышающим значение по мощности в 50 ватт.
Следует учитывать что тропосферное прохождение образуется при определенных атмосферных условиях ( инверсия которая зависит от высоты инверсионного слоя от этого в свою очередь зависит и дальность связи, зачастую данные слои расположены на высоте от 500 метров и простираются до 1,5 – 2 км. и в особых случаях слои располагаются на высоте в 9-12 км. – способствуя сверх дальнему прохождению радиоволн , обычно по осени конец августа – сентябрь ) при этом сигнал распространяется на довольно значительное расстояние при использовании данного усилителя с мощностью всего лишь в 50 ватт.
50 ватт ,- будет зачастую вполне достаточно для проведения дальних и сверх дальних тропосферных QSO – расширяя при этом значительно горизонты радиолюбительской деятельности.
При этом следует учитывать, что подводимую мощность в ваттах к усилителю мощности (в раскачке) должна составлять не более значения предусматривающего выходную мощность усилителя не более 50 ватт.
Подбирается индивидуально.
Усилитель мощности довольно прост в изготовлении и настройке и не имеет в своей основе дефицитных деталей.
Усилитель изготавливается в закрытом алюминиевом металлическом корпусе с необходимыми отверстиями для отвода тепла от лампы ГИ–7Б.
Все элементы усилителя размещаются на не сложных односторонних фольгированых печатных платах.
Необходимые переключатели и ручка настройки усилителя выведена на лицевую панель.
Преимущество данного усилителя мощности заключается в том, что он не только прост в изготовлении и в эксплуатации, но и в том что аналогичные усилители выполненные на модулях или на транзисторах должны быть четко сопряжены и сбалансированы по парно по модулям либо по транзисторам .
Дополнительно кроме солидных затрат на комплектующие его материалы радиодеталей и коаксиальных кабелей во фторопластовой оболочке ( для изготовление трансформаторов) значительны по стоимости и к тому же мало устойчивы к перегрузкам и тем более при попадания с антенны значительного статического электричества быстро выходят из строя.
Кроме того при работе транзисторного ( либо на модулях) усилителя на коллинеарную антенну,- меняется и входное сопротивление антенны ( при перестройке по частотам ) что сказывается в конечном счете на нагрузке выходного каскада подобного усилителя в отличие от лампового и это может привести к перегрузке модуля и преждевременного его выхода из строя.
Приобретение хороших качественных модулей в настоящее время довольно не простое и затратное занятие.
При применении данного лампового усилителя в повседневной работе значительно экономится наработка часов (на износ) выходного каскада усилителя мощности в зачастую применяемых радиолюбителями трансиверах в том числе маломощных мобильных УКВ радиостанциях из за малой выходной мощности для раскачки лампового усилителя.
Дополнительно радиолюбителям собравших данный усилитель следует учитывать , что в переходных элементах в том числе и реле работающих на прием – передачу при коммутации антенны в любом случае как бы вы не старались будут определенные потери сигнала при работе трансивера на прием в особенности удаленных радиостанций что при слабом сигнале ведет к потери приема данного корреспондента.
Дополнительно в соединительных линиях и в разъемах 50 омных кабелей небольшого диаметра так же будут отмечаться потери В.Ч. в принимаемом сигнале.
По этому желательно что бы о вашей « Глухоте» вам не выговаривали радиолюбители дальних радиостанций в связи с чем необходимо и конечно желательно использовать МШУ который полностью компенсирует все ваши потери в переходных элементах включая коммутационные реле и во входных цепях самого трансивера и в то же время он повысит значительно уровень поступающего В.Ч. сигнала с вашей антенны.
Следует напомнить радиолюбителям что МШУ конечно желательно размещать в близи от антенны ( в особенности если в качестве коаксиального фидера используются такие 50 омные кабели как 5DFB, 8DFB, CNT- 400 и им подобные ) и лишь при работе в местной и тропосферной связи МШУ можно разместить в близи У.М. после коммутационного антенного реле, но при условии что подводящий кабель имеет минимальные потери на 2х метровом диапазоне с применением гофры ( а не оплетки ) и с внешним диаметром не менее 13 – 16 мм. При этом вы однозначно получите значительную прибавку в поступающем приемном сигнале в особенности для удаленных и слабо проходящих станций.
Следует особо отметить, – что для применения данного УКВ лампового усилителя с предельной заявленной мощностью для работы через Луну и метеорные потоки ВАМ необходимо получить дополнительно отдельное разрешение на его использование.
Д Е Т А Л И
Катушка L1 имеет 2,6 витка посеребренного или голого медного провода без изоляции диаметром 3,75 мм. С отводом от середины на диаметре каркаса в 40 мм. Намотка шаговая расстояние между витками должно составлять 2 – 3 диаметра самого провода катушки.
Катушка L 2 имеет 5 витков ПСР провода диаметром 1,5 мм. Диаметр намотки в 7 мм. Намотка так же шаговая . Шаг равен 1 – 2 диаметра самого провода. Катушка L 3 содержит 20 витков при диаметре каркаса намотки в 10 мм проводом ПЭВ 0,8 – 1,0 мм намотка рядовая.
Дроссели Др 1, 2. Имеют 15 витков на изолированном ферритовом стержне диаметром в 8 мм. Проводом 1,1 мм. Намотка рядовая.
Применяемые в усилителе реле : TRA 2 L 12 – VDC-S-Z ( 16A 240V). И SRD-12V DC-SL-C (10 A 250 V ).
При этом возможно и желательно конечно использование высокочастотных реле в высокочастотных цепях усилителя предназначенных для работы в УКВ диапазоне как Российского ( СССР) так и иностранного производства.
Для нормальной работы металлокерамической радиолампы в усилителе мощности накальный трансформатор ТР-1. Должен выдавать необходимое напряжение для разогрева катода ГИ-7 Б с током не менее 2 х ампер и обеспечивать полноценное напряжение питания для коммутационных реле.
Входной сетевой дроссель содержит 2 х 8 витков провода ПЭВ 0,8 мм на ферритовом тороидальном кольце типоразмера 18х8 х9 мм с магнитной проницаемостью 1000 – 2000 НН и крепится на изолированном от корпуса печатной плате с блокировочными конденсаторами по 0,01 мкф рассчитанные на напряжение не менее 400 вольт.
Имеющиеся на схемотехнике миниатюрные лампочки накаливания 12.6 вольта установлены непосредственно в кнопочном выключателе сети и в кнопочном выключателе вентиляторов, которые дополнительно информируют оператора о включении либо выключении ряда функций в усилителе мощности.
На высокочастотном выходе усилителя мощности установлен прибор контроля высокочастотного тока в антенне с головкой на 1 мА, для контроля за состоянием работы усилителя мощности и отчасти состоянием нагруженной на выходной каскад усилителя антенны.
Усилитель мощности выполнен на металлокерамическом СВЧ генераторном импульсном триоде радиолампе ГИ –7Б с воздушным охлаждением что при данной мощности является оптимальным значением для данного изделия.
Данный применяемый в усилителе импульсный высокочастотный триод показал прекрасные результаты при конструировании усилителей мощности в УКВ аппаратуре метрового и сантиметрового диапазона частот.
При этом необходимо напомнить радиолюбителем что любую радиолампу долго пролежавшую на складе или запасниках радиолюбителя следует привести в надлежащее состояние так как при длительном хранении данных изделий в них проявляется газ – кислород, что чревато прострелом радиолампы и выходом ее из строя без соответствующей подготовки ее к работе.
Порядок «Реанимации « радиоламп не представляет собой особой сложной проблемы и известен большинству радиолюбителей.
Подача высокого анодного напряжения при первоначальном включении без реанимации радиолампы ГИ –7Б , может привести в свою очередь к лишним затратам на приобретение новой дорогостоящей радиолампы и выходу старой лампы из строя из за несоблюдения правил ее тренировки и восстановления ее после длительного «отдыха» перед эксплуатацией.
Проверить на работоспособность новой либо Б.У. радиолампы весьма не сложно .
При проверке эмиссии необходимо подать соответствующее напряжение на накал, включить вентилятор на обдув катода не включая при этом высокое анодного напряжение.
Далее подключаете прибор – микроамперметр со шкалой в 200 микроампер между катодом и управляющей сеткой лампы, при этом отклонение стрелки прибора будет соответствовать порядка 100 микроампер или около того, что будет соответствовать новой радиолампе с достаточно хорошей эмиссией.
Кроме того можно проверить и по сопротивлению между катодом и управляющей сеткой ГИ-7Б при хорошей (новой) лампе сопротивление будет иметь значение от 850 Ом или около данного значения.
Хорошо поработавшая Б.У. лампа даст вам сопротивление порядка 2000 ком. Значение сопротивления более , и оно лежит в пределах 3500 Ом и до 4600 Ом.
Блок высоковольтного питания усилителя мощности выполнен по без трансформаторной схеме с умножением ( учетверением) сетевого напряжения и способен выдавать выходное постоянное напряжение после умножения до 1350 вольт при входном стандартном напряжения сети в 230 – 235 вольт.
Применение без трансформаторной схемы блока питания намного упрощает конструкцию усилителя и при этом отпадает необходимость в установки громоздкого сетевого повышающего трансформатора.
В то же время отпадает необходимость в изготовлении отдельного громоздкого блока питания, так как в данном случае все размещается в одном корпусе.
При необходимости получения значительно большего напряжения на аноде лампы ГИ-7Б потребуется применение отдельного автотрансформатора с соответствующей коммутацией входных сетевых цепей в усилителе мощности , либо применение 8 кратного умножения сетевого ( 230 В) напряжения с изменением количества активных элементов высоковольтного блока питания.
При применении 4 х кратного ( как и 8 кратного ) умножения напряжения в данном изделии электролитические конденсаторы на высокое напряжение должны строго соответствовать указанной на схеме емкости и рабочему напряжению и недолжны превышать значения по напряжению кратному максимальному напряжению указанному на корпусе изделия.
Особое внимание следует уделить качеству перед постановкой электролитических конденсаторов в схему .
В связи с чем необходимо провести тщательную проверку их на работоспособность, так как некачественные конденсаторы ( имеющие вмятины корпуса, с большой утечкой и т.д. ) могут привести ко вздутию корпуса конденсатора и взрыву неисправного элемента при подачи на него высокого напряжения, что приведет к разрушению других элементов в блоке питания и в конструкции самого усилителя мощности.
При необходимости постоянной работы через ТРОПО и местной радиосвязи на 2 х метровом диапазоне с мощностью в 50 ватт вполне можно воспользоваться всего лишь удвоением напряжения в блоке высоковольтного питания, что вполне обеспечит все ваши потребности.
Данная схема удвоения в текущем материале не приводится, но любой радиолюбитель вполне может найти необходимое описание в интернете либо в технической литературе.
Все номиналы радиоэлементов указанные на схеме усилителя мощности соответствуют авторскому варианту.
Высокочастотные конденсаторы С1, С2, в аноде лампы ГИ-7Б. имеют зазор порядка 5 мм между пластинами.
Малогабаритные подстроечные конденсаторы с воздушным диэлектриком С3, С4, применяются от радиостанции «Пальма» на керамическом основании емкостью 2 – 25 пикофарад.
Следует обратить внимание на переходной высокочастотный конденсатор С5, так как от качества данного конденсатора зависит подача стабильного высокочастотного напряжения для «Раскачки» ГИ-7Б.
Настройка входного LC контура согласования в катоде лампы ГИ–7Б осуществляется конденсаторами С3, С4, до получения максимального высокочастотного напряжение на катоде лампы .
Узел LC согласования с ГИ -7Б выполнен таким образом что им возможно согласование в принципе с любой нагрузкой от 10 Ом до нескольких килоом , что весьма точно проводит сопряжение необходимых каскадов с усилителем мощности.
Измерение и настройка В.Ч. блока LC согласования по напряжению на катоде лампы производится высокочастотным вольтметром со шкалой до 50-100 вольт.
При этом следует учитывать, что в целях безопасности (поражения электрическим током ) анодное напряжение на лампе должно быть обязательно отключено.
Но в то же время катод радиолампы должен быть разогретым и лишь после настройки входных В.Ч. цепей с подачей В.Ч. напряжения можно подать на лампу высокое анодное напряжение.
Дополнительно следует отметить что данный усилитель должен быть обязательно надежно заземлен в целях безопасности его работы и не поражения электрическим током оператора при возможном пробое конденсаторов фильтра питания, блокировочных конденсаторов и при иных неисправностях связанных с появлением на корпусе фазового напряжения.
Стабилитроны Д815В и Д815 Г включенные последовательно в цепи катода лампы и должны обеспечивать ток покоя радиолампы порядка 20 – 60 мА.
С напряжением стабилизации в 14 – 15 вольт.
Здесь следует особо отметить что стабилитроны указанные на схеме имеют довольно значительный разброс по напряжению .
В связи с чем данные элементы нужно будет подбирать индивидуально на напряжение и ток указанное по схеме.
При работе на передачу при максимальной мощности пиковое значение тока может превышать значение в 300 мА, все будет зависеть от анодного напряжения , мощности в раскачке и применяемой вами по качественным характеристикам радиолампы и самой антенны.
Следует так же отметить что любую настройку усилителя мощности на 2 х метровый диапазон следует производить только на эквивалент не загружая радиолюбительский эфир и не создавая помехи в работе другим операторам.
В качестве примера ,- так при выходной мощности усилителя в 50 ватт без индукционный эквивалент должен быть рассчитан на подводимую к нему мощность в 100 ватт.
Подача высокочастотного напряжения ( по мощности в ваттах) на блок LC согласования усилителя может составлять от 5 до 25 ватт,- что зависит от качества эмиссии самой лампы, анодного напряжения и получения необходимой вам выходной мощности самого усилителя.
При изготовлении усилителя мощности следует учитывать, что все радиоэлементы применяемые в данной схемотехники должны иметь весьма качественные характеристики для получения усилителем желаемых результатов в его работы.
Особое внимание следует уделить отводу тепла от находящейся в работе металлокерамической радиолампы ГИ–7Б и не допускать ее перегрева.
При этом вентиляторы применяемые для охлаждения должны обеспечивать максимальный отвод тепла от радиатора лампы и быть расчитаны на соответствующую мощность прокачки воздуха как от анода так и от катода.
Для мало опытных радиолюбителей эксплуатирующих подобный усилитель мощности тревожным сигналом о перегреве лампы должно послужить значительное плавное увеличение тока покоя при относительно не долгой работе усилителя на передачу.
Данная нестабильность в работе активного элемента может повлечь за собой весьма неприятные и нежелательные последствия для метало- керамической радиолампы усилителя на ГИ-7Б, что может привести к перегреву и выходу ее из строя с потерей лампой эмиссии.
В связи с чем к данному вопросу нужно подходить весьма внимательно и быть аккуратным при выборе необходимых вам вентиляторов для охлаждения радиатора радиолампы.
Объем «прокачки» воздушным потоком через анод заводского радиатора ГИ-7Б должен составлять не менее 36 кубических метров в час.
Уровень подачи воздушного потока и скорости вращения вентиляторов регулируется за счет установки выходного напряжения на стабилизаторе напряжения питающего вентиляторы. Обычно это напряжение лежит в пределах 12 вольт.
Это позволяет подобрать оптимальное значение и стабильность вращения вентиляторов , что в свою очередь не приводит к изменению вращения вентиляторов при изменении напряжения питающей сети и увеличения при этом скорости вращения лопаток вентилятора, а с ними и все возрастающий посторонний шум.
Для уменьшения постороннего шума при работе вентиляторов , желательно вентиляторы устанавливать на корпус усилителя через некоторый объем уплотнительной пористой резины , что в значительной мере уменьшит вам нежелательное явление.
Основной вентилятор охлаждения должен находится в непосредственной близости от радиолампы и воздушный поток должен не рассеиваться в пространстве окружающим лампу, а концентрироваться на ее радиаторе.
Настройка и согласование с антенной усилителя мощности , после настройки и согласования подачи напряжения для раскачки лампы ГИ7Б, осуществляется переменным конденсатором с воздушным диэлектриком С1,- по минимальному току на приборе при вращении ротора конденсатора.
Конденсатор С2 имеет постоянное значение и его номинал устанавливается опытным путем применяя первоначально переменный конденсатор с воздушным диэлектриком по максимальной выходной мощности на 2х метровом диапазоне.
Сопротивление R2 служит индикатором перегрузки и выходит из строя предохраняя радиолампу от выхода ее из строя от межэлектронного пробоя.
В качестве резистора в анодной цепи радиолампы применяется сопротивление МЛТ от 2 х до 7 ватт 5,6 Ома, чем меньше мощность рассеивания – тем лучше, но не менее 2х ватт.
Порядок включения усилителя таков : вначале включают сеть, затем напряжение накала и прогревают катод лампы и после 2 х – 3 х минут прогрева можно подавать рабочее анодное напряжение на лампу и работать на передачу.
Здесь следует учитывать что при питании пониженном напряжении накала происходит не полноценный разогрев катода лампы, что ведет к его «отравлению» и преждевременному износу лампы и значительной потери у нее эмиссии.
Порядок отключения усилителя происходит в обратном порядке.
И полное отключение усилителя от сети нужно производить не менее чем через 2 – 3 минуты после последней передачи при отключенном анодном напряжении и накале лампы и работающих при этом вентиляторах во избежания перегрева радиолампы.
Следует отметить что усилитель мощности питается довольно значительным постоянным высоковольтным напряжением, поэтому в целях безопасности необходимо быть предельно внимательным при технической отладке и настройке данного изделия, так как поражение электрическим током высокого напряжения может привести «конструктора» к трагедии и печальному исходу.
Используя данный усилитель мощности радиолюбители могут вполне использовать его и как платформу для экспериментов и разработки новых усилителей и отработки более новейших технологий в его схемотехники, а так же применения новаторства в разработке промышленных весьма надежных в работе образцов средств радиосвязи.
Многие радиолюбители ценят ламповые усилители за их надежность, простоту, неприхотливость и в то же время многие питают уважение к традиционному подходу в конструировании весьма надежной радиоаппаратуры.
В заключении данного материала пожелаю радиолюбителям охотникам за дальними радиосвязями на 2 х метровом диапазоне , устойчивого тропосферного прохождения и безоблачного неба для работы через метеорные потоки и Луну. Данный усилитель эксплуатировался в течении длительного времени причем за время эксплуатации показал себя в работе и в надежности по эксплуатации только с положительной стороны.
Данный технический материал был подготовлен и размещен на радиолюбительском сайте по многочисленным запросам и просьбам радиолюбителей УКА вистов в целях совершенствования знаний, навыков и приобретения определенного опыта в конструкторской деятельности , а так же для получения высоких результатов при использовании данного изделия в спортивных соревнованиях ( контестах ) на УКВ, – получая при этом как можно больше радиосвязей с радиолюбителями за короткий промежуток времени.
Опубликованный на материал в значительной степени поможет радиолюбителям и со средней квалификацией приобрести определенный бесценный опыт, определенные углубленные технические знания и значительно поможет вам в достижении высоких результатов в проведении нестандартной радиосвязи через пассивные ретрансляторы Аврору и метеорные потоки.
г. Пенза 7.05.2025 года.