УКВ  усилитель мощности на 144 – 146  МГц.

 

Юрий  Юкин RK4FX

 yukinrk4fx@yandex.ru

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.