Стенд за изпитване на напрежението на усилвател на мощност на FMUSER за тестване на усилвател на мощност на AM предавател (PA) и буферен усилвател

Тестване на платка на RF усилвател на мощност | Решение за въвеждане в експлоатация на AM от FMUSER

 

RF усилвателите на мощност и буферните усилватели са най-важните части на AM предавателите и винаги играят ключова роля в ранното проектиране, доставка и последваща поддръжка.

 

Тези основни компоненти позволяват правилното предаване на RF сигнали. В зависимост от нивото на мощност и силата, изисквана от приемника за идентифициране и декодиране на сигнала, всяка повреда може да остави излъчващите предаватели с изкривяване на сигнала, намалена консумация на енергия и др.

 

 

За по-късен основен ремонт и поддръжка на основните компоненти на излъчващите предаватели е от съществено значение известно оборудване за тестване. Решението за RF измерване на FMUSER ви помага да проверите своя дизайн чрез несравнима производителност на RF измерване.

 

Как работи

 

Използва се главно за тестване, когато платката на усилвателя на мощността и платката на буферния усилвател на AM предавателя не могат да бъдат потвърдени след ремонт.

 

 

Характеристики:

 

• Захранването на тестовия стенд е AC220V, а таблото е с ключ за захранване. Вътрешно генерираните -5v, 40v и 30v се осигуряват от вграденото импулсно захранване.
• Има буферни изходни тестови Q9 интерфейси в горната част на тестовия стенд: J1 и J2, Q9 интерфейси за тестване на изходния усилвател на мощност: J1 и J2 и индикатор за напрежение на усилвателя на мощност (59C23). J1 и J2 са свързани към двойно интегрирания осцилоскоп.
• Лявата страна на долната част на тестовата стенда е позицията за изпитване на буферно усилване, а дясната страна е тестовата платка на усилвателя на мощност.

 

Приготвяне

 

• J1: Тествайте превключвателя на захранването
• S1: Превключвател за избор на тест на усилвателната платка и тест на буферната платка
• S3/S4: Тестване на платката на усилвател на мощност ляв и десен сигнал за включване или избор на изключване.

 

RF усилвател на мощност: какво представлява и как работи?

 

В областта на радиото, RF усилвател на мощност (RF PA) или радиочестотен усилвател на мощност е често срещано електронно устройство, използвано за усилване и извеждане на входно съдържание, което често се изразява като напрежение или мощност, докато функцията на RF усилвателя на мощност е да повишава нещата, които "абсорбира" до определено ниво и ги "изнася към външния свят".

 

Как действа тя?

 

Обикновено RF усилвателят на мощност е вграден в предавателя под формата на платка. Разбира се, радиочестотният усилвател на мощност може да бъде и отделно устройство, свързано към изхода на изходния предавател с ниска мощност чрез коаксиален кабел. Поради ограниченото пространство, ако се интересувате, добре дошли Оставете коментар и аз ще го актуализирам някой ден в бъдеще :).

 

Значението на RF усилвателя на мощност е да се получи достатъчно голяма RF изходна мощност. Това е така, защото, на първо място, в предния край на веригата на предавателя, след като аудио сигналът бъде въведен от устройството източник на аудио през линията за данни, той ще бъде преобразуван в много слаб RF сигнал чрез модулация, но тези слаби сигналите не са достатъчни, за да отговорят на широкомащабното покритие на излъчването. Следователно тези RF модулирани сигнали преминават през поредица от усилвания (буферен етап, междинен етап на усилване, етап на окончателно усилване на мощността) през RF усилвателя на мощност, докато се усили до достатъчна мощност и след това премине през съвпадащата мрежа. Накрая може да се подаде към антената и да се излъчи навън.

 

За работа с приемник трансивърът или модулът предавател-приемник може да има вътрешен или външен превключвател за предаване/приемане (T/R). Задачата на превключвателя T/R е да превключи антената към предавателя или приемника, ако е необходимо.

 

Каква е основната структура на RF усилвател на мощност?

 

Основните технически показатели на радиочестотните усилватели на мощност са изходна мощност и ефективност. Как да се подобри изходната мощност и ефективността е в основата на проектните цели на RF усилвателите на мощност.

 

RF усилвателят на мощност има определена работна честота и избраната работна честота трябва да бъде в неговия честотен диапазон. За работна честота от 150 мегахерца (MHz) би бил подходящ радиочестотен усилвател на мощност в диапазона от 145 до 155 MHz. RF усилвател на мощност с честотен диапазон от 165 до 175 MHz няма да може да работи на 150 MHz.

 

Обикновено в RF усилвателя на мощност основната честота или определен хармоник могат да бъдат избрани от LC резонансната верига, за да се постигне усилване без изкривяване. В допълнение към това, хармоничните компоненти в изхода трябва да бъдат възможно най-малки, за да се избегнат смущения в други канали.

 

Веригите на радиочестотния усилвател на мощност могат да използват транзистори или интегрални схеми за генериране на усилване. При проектирането на RF усилвател на мощност целта е да има достатъчно усилване, за да се произведе желаната изходна мощност, като същевременно се допуска временно и малко несъответствие между предавателя и захранващото устройство на антената и самата антена. Импедансът на фидера на антената и самата антена обикновено е 50 ома.

 

В идеалния случай комбинацията от антена и захранваща линия ще представи чисто резистивен импеданс при работната честота.

Защо е необходим RF усилвател на мощност?

 

Като основна част от предавателната система, важността на радиочестотния усилвател на мощност е очевидна. Всички знаем, че професионалният излъчващ предавател често включва следните части:

 

1. Твърда обвивка: обикновено изработена от алуминиева сплав, толкова по-висока е цената.
2. Платка за аудио вход: използва се главно за получаване на входен сигнал от аудио източника и свързване на предавателя и аудио източника чрез аудио кабел (като XLR, 3.45 MM и др.). Платката за аудио вход обикновено се поставя на задния панел на предавателя и представлява правоъгълен паралелепипед със съотношение на страните приблизително 4:1.
3. Захранване: Използва се за захранване. Различните държави имат различни стандарти за захранване, като 110V, 220V и т.н. В някои големи радиостанции общото захранване е 3-фазна 4-жична система (380V/50Hz) според стандарта. Това също е промишлена земя според стандарта, който е различен от гражданския стандарт за електроенергия.
4. Контролен панел и модулатор: обикновено се намира на най-забележимата позиция на предния панел на предавателя, съставен от инсталационния панел и някои функционални клавиши (копче, контролни клавиши, екран на дисплея и т.н.), използвани главно за преобразуване на входния аудио сигнал в RF сигнал (много слаб).
5. RF усилвател на мощност: обикновено се отнася до платката на усилвателя на мощността, която се използва главно за усилване на входния слаб RF сигнал от модулационната част. Състои се от печатна платка и серия от сложни гравирани компоненти (като RF входни линии, чипове на усилвател на мощност, филтри и т.н.) и е свързан към антенната фидерна система чрез RF изходен интерфейс.
6. Захранване и вентилатор: Спецификациите са направени от производителя на предавателя, използвани главно за захранване и разсейване на топлината

 

Сред тях RF усилвателят на мощност е най-основната, най-скъпата и най-лесно изгарящата част от предавателя, което се определя главно от това как работи: изходът на RF усилвателя на мощност след това се свързва към външна антена.

 

Повечето антени могат да бъдат настроени така, че когато се комбинират с фидера, те осигуряват най-идеалния импеданс за предавателя. Това съгласуване на импеданса е необходимо за максимално предаване на мощност от предавателя към антената. Антените имат малко по-различни характеристики в честотния диапазон. Важен тест е да се гарантира, че отразената енергия от антената към фидера и обратно към предавателя е достатъчно ниска. Когато несъответствието на импеданса е твърде високо, радиочестотната енергия, изпратена към антената, може да се върне към предавателя, създавайки висок коефициент на стояща вълна (SWR), което кара предавателната мощност да остане в радиочестотния усилвател на мощност, причинявайки прегряване и дори повреда на активния компоненти.

 

Ако усилвателят може да има добра производителност, тогава той може да допринесе повече, което отразява собствената му „стойност“, но ако има определени проблеми с усилвателя, след като започне да работи или работи за определен период от време, не само може да не по-дълго Осигурете някакъв „принос“, но може да има някои неочаквани „шокове“. Такива "шокове" са пагубни за външния свят или за самия усилвател.

 

Буферен усилвател: какво представлява и как работи?

 

Буферните усилватели се използват в AM предаватели.

 

АМ предавателят се състои от етап на осцилатор, етап на буфер и умножител, етап на драйвер и етап на модулатор, където основният осцилатор захранва буферния усилвател, последван от етапа на буфера.

 

Етапът до осцилатора се нарича буфер или буферен усилвател (понякога просто наричан буфер) - наречен така, защото изолира осцилатора от усилвателя на мощността.

 

Според Wikipedia, буферният усилвател е усилвател, който осигурява преобразуване на електрически импеданс от една верига в друга, за да защити източника на сигнал от всякакъв ток (или напрежение, за токов буфер), който товарът може да произведе.

 

Всъщност, от страната на предавателя, буферният усилвател се използва за изолиране на основния осцилатор от другите етапи на предавателя, без буфера, след като усилвателят на мощността се промени, той ще се отрази обратно към осцилатора и ще го накара да промени честотата, и ако трептенията Ако предавателят промени честотата, приемникът ще загуби контакт с предавателя и ще получи непълна информация.

 

Как действа тя?

 

Основният осцилатор в AM предавателя произвежда стабилна субхармонична носеща честота. Кристалният осцилатор се използва за генериране на това стабилно субхармонично трептене. След това честотата се повишава до желаната стойност с помощта на хармоничен генератор. Носещата честота трябва да е много стабилна. Всяка промяна в тази честота може да причини смущения на други предавателни станции. В резултат на това приемникът ще приема програми от множество предаватели.

 

Настроените усилватели, които осигуряват висок входен импеданс на основната честота на осцилатора, са буферни усилватели. Помага за предотвратяване на всяка промяна в тока на натоварване. Поради високия си входен импеданс при работната честота на основния осцилатор, промените не засягат главния осцилатор. Следователно буферният усилвател изолира основния осцилатор от другите етапи, така че ефектите на натоварване да не променят честотата на основния осцилатор.

 

Стенд за изпитване на RF усилвател на мощност: какво представлява и как работи

 

Терминът "тестова стенд" използва език за описание на хардуера в цифровия дизайн, за да опише тестовия код, който инстанцира DUT и изпълнява тестовете.

 

Тест стенд

 

Тестовият стенд или тестовата работна маса е среда, използвана за проверка на коректността или разумността на дизайн или модел.

 

Терминът произхожда от тестването на електронно оборудване, където инженер седи на лабораторна маса, държи измервателни и манипулационни инструменти като осцилоскопи, мултиметри, поялници, резачки за тел и др., и ръчно проверява правилността на тестваното устройство. (DUT).

 

В контекста на софтуера, фърмуера или хардуерното инженерство тестовият стенд е среда, в която продукт в процес на разработка се тества с помощта на софтуерни и хардуерни инструменти. В някои случаи софтуерът може да изисква незначителни модификации, за да работи с тестовия стенд, но внимателното кодиране гарантира, че промените могат лесно да бъдат отменени и не се въвеждат грешки.

 

Друго значение на „тестова среда“ е изолирана, контролирана среда, много подобна на производствена среда, но нито скрита, нито видима за обществеността, клиентите и т.н. Следователно е безопасно да се правят промени, тъй като не участва краен потребител.

 

Тествано RF устройство (DUT)

 

Тествано устройство (DUT) е устройство, което е тествано, за да се определи производителността и уменията. DUT може също да бъде компонент на по-голям модул или единица, наречена тествана единица (UUT). Проверете DUT за дефекти, за да сте сигурни, че устройството работи правилно. Тестът е предназначен да предотврати достигането на повредени устройства до пазара, което също може да намали производствените разходи.

 

Изпитвано устройство (DUT), известно още като изпитвано устройство (EUT) и изпитвано устройство (UUT), е инспекция на произведен продукт, който се тества при първото производство или по-късно в жизнения му цикъл като част от текущо функционално тестване и калибриране. Това може да включва тестване след ремонт, за да се определи дали продуктът отговаря на оригиналните продуктови спецификации.

 

При полупроводникови тестове тестваното устройство е матрица върху подложка или окончателно опакована част. Като използвате системата за свързване, свържете компонентите към автоматично или ръчно тестово оборудване. След това тестовото оборудване захранва компонента, предоставя сигнали за стимул и измерва и оценява изхода на оборудването. По този начин тестерът определя дали конкретното тествано устройство отговаря на спецификацията на устройството.

 

Като цяло RF DUT може да бъде схема с всякаква комбинация и брой аналогови и RF компоненти, транзистори, резистори, кондензатори и т.н., подходящи за симулация с Agilent Circuit Envelope Simulator. По-сложните RF схеми ще отнемат повече време за симулиране и ще консумират повече памет.

 

Изискванията за време за симулация на тестов стенд и памет могат да се разглеждат като комбинация от измервания на тестовия стенд за сравнение с изискванията на най-простата RF верига плюс изискванията за симулация на обвивката на веригата на RF DUT от интерес.

 

RF DUT, свързан към безжичен тестов стенд, често може да се използва с тестовия стенд за извършване на измервания по подразбиране чрез задаване на параметрите на тестовия стенд. Настройките на параметрите за измерване по подразбиране са налични за типичен RF DUT:

 

• Необходим е входен (RF) сигнал с постоянна носеща честота на радиочестотата. Изходът на източника на радиочестотен сигнал на тестовия стенд не произвежда радиочестотен сигнал, чиято носеща радиочестотна честота варира с времето. Тестовият стенд обаче ще поддържа изходен сигнал, съдържащ RF носеща фаза и честотна модулация, които могат да бъдат представени чрез подходящи I и Q промени на обвивката при постоянна RF носеща честота.
• Получава се изходен сигнал с постоянна RF носеща честота. Входният сигнал на изпитвателния стенд не трябва да съдържа носеща честота, чиято честота варира във времето. Тестовият стенд обаче ще поддържа входни сигнали, които съдържат фазов шум на радиочестотния носител или променящото се във времето доплерово изместване на радиочестотния носител. Очаква се тези смущения на сигнала да бъдат представени чрез подходящи промени на I и Q обвивката при постоянна RF носеща честота.
• Необходим е входен сигнал от генератор на сигнали с 50 ома съпротивление на източника.
• Необходим е входен сигнал без спектрално отразяване.
• Генерирайте изходен сигнал, който изисква външен товарен резистор от 50 ома.
• Произвежда изходен сигнал без спектрално отразяване.
• Разчитайте на тестовия стенд, за да извършите каквото и да е свързано с измерване филтриране на лентовия сигнал на изходния сигнал на RF DUT.

 

Основи на AM предавателя, които трябва да знаете

 

Предавател, който излъчва AM сигнал, се нарича AM предавател. Тези предаватели се използват в честотните ленти на средни вълни (MW) и къси вълни (SW) на AM излъчване. MW обхватът има честоти между 550 kHz и 1650 kHz, а SW обхватът има честоти от 3 MHz до 30 MHz.

 

Двата вида AM предаватели, използвани въз основа на предавателната мощност, са:

 

1. високо ниво
2. ниско ниво

 

Предавателите с високо ниво използват модулация с високо ниво, а предавателите с ниско ниво използват модулация с ниско ниво. Изборът между двете модулационни схеми зависи от предавателната мощност на AM предавателя. В излъчващите предаватели, чиято предавателна мощност може да бъде от порядъка на киловати, се използва модулация на високо ниво. В предаватели с ниска мощност, които изискват само няколко вата предавателна мощност, се използва модулация на ниско ниво.

 

Предаватели за високо и ниско ниво

 

Фигурата по-долу показва блоковата схема на предавателите за високо и ниско ниво. Основната разлика между двата предавателя е усилването на мощността на носещия и модулирания сигнал.

 

Фигура (a) показва блокова диаграма на усъвършенстван AM предавател.

 

Фигура (a) е начертана за аудио предаване. При предаване на високо ниво мощността на носещия и модулираните сигнали се усилва, преди да се приложи към етапа на модулатора, както е показано на фигура (a). При модулация на ниско ниво мощността на двата входни сигнала към етапа на модулатора не се усилва. Необходимата предавателна мощност се получава от последното стъпало на предавателя, усилвателя на мощност от клас C.

 

Частите на фигура (а) са:

 

1. Носещ осцилатор
2. Буферен усилвател
3. Честотен множител
4. Усилвател на мощност
5. Аудио верига
6. Модулиран усилвател на мощност клас C
7. Носещ осцилатор

 

Носещият осцилатор генерира носещ сигнал в радиочестотния диапазон. Честотата на носителя винаги е висока. Тъй като е трудно да се генерират високи честоти с добра стабилност на честотата, носещите осцилатори генерират подкратни с желаната носеща честота. Тази подоктава се умножава по етапа на умножителя, за да се получи желаната носеща честота. Също така на този етап може да се използва кристален осцилатор за генериране на нискочестотен носител с най-добра честотна стабилност. Етапът на умножителя на честотата след това увеличава носещата честота до желаната стойност.

 

Буферен усилвател

 

Целта на буферния усилвател е двойна. Първо съпоставя изходния импеданс на носещия осцилатор с входния импеданс на честотния умножител, следващия етап на носещия осцилатор. След това изолира носещия осцилатор и честотния умножител.

 

Това е необходимо, така че умножителят да не изтегля големи токове от носещия осцилатор. Ако това се случи, честотата на носещия осцилатор няма да бъде стабилна.

 

Честотен множител

 

Суб-умножената честота на носещия сигнал, произведен от носещия осцилатор, сега се прилага към честотния умножител чрез буферния усилвател. Това стъпало е известно още като генератор на хармоници. Честотният умножител произвежда по-високи хармоници на честотата на носещия осцилатор. Честотният умножител е настроена верига, която се настройва към носещата честота, която трябва да бъде предадена.

 

Усилвател на мощността

 

След това мощността на носещия сигнал се усилва в етап на усилвател на мощност. Това е основно изискване за предавател на високо ниво. Усилвателите на мощност от клас C осигуряват токови импулси с висока мощност на носещия сигнал на своите изходи.

Аудио верига

 

Аудио сигналът, който трябва да се предава, се получава от микрофона, както е показано на фигура (a). Усилвателят на аудио драйвера усилва напрежението на този сигнал. Това усилване е необходимо за задвижване на аудио усилватели на мощност. След това усилвател на мощност от клас A или клас B усилва мощността на аудио сигнала.

 

Модулиран усилвател от клас C

 

Това е изходното стъпало на предавателя. Модулираният аудио сигнал и носещият сигнал се прилагат към този етап на модулация след усилване на мощността. На този етап се извършва модулацията. Усилвателят от клас C също така усилва мощността на AM сигнала до възстановената предавателна мощност. Този сигнал в крайна сметка се предава на антената, която излъчва сигнала в предавателното пространство.

 

Фигура (b): Блокова схема на AM предавател с ниско ниво

 

AM предавателят с ниско ниво, показан на фигура (b), е подобен на предавателя с високо ниво, с изключение на това, че мощността на носещия и аудио сигналите не се усилва. Тези два сигнала се прилагат директно към модулирания усилвател на мощност клас C.

 

Модулацията се извършва по време на тази фаза и мощността на модулирания сигнал се усилва до желаното ниво на предавателна мощност. След това предавателната антена предава сигнала.

 

Свързване на изходно стъпало и антена

 

Изходният етап на модулирания усилвател на мощност от клас C подава сигнала към предавателната антена. За да се прехвърли максимална мощност от изходното стъпало към антената, импедансите на двете секции трябва да съвпадат. За това е необходима съвпадаща мрежа. Съвпадението между двете трябва да е перфектно на всички честоти на предаване. Тъй като е необходимо съвпадение при различни честоти, в съгласуващата мрежа се използват индуктори и кондензатори, които осигуряват различни импеданси при различни честоти.

 

С помощта на тези пасивни компоненти трябва да се изгради съответстваща мрежа. Както е показано на фигура (c) по-долу.

 

Фигура (c): Двойна Pi съвпадаща мрежа

 

Съвпадащата мрежа, използвана за свързване на изходното стъпало на предавателя и антената, се нарича двойна π мрежа. Мрежата е показана на фигура (c). Състои се от два индуктора L1 и L2 и два кондензатора C1 и C2. Стойностите на тези компоненти са избрани така, че входният импеданс на мрежата да е между 1 и 1'. Фигура (c) е показана, за да съответства на изходния импеданс на изходното стъпало на предавателя. Освен това изходният импеданс на мрежата съответства на импеданса на антената.

 

Мрежата за двойно π съвпадение също филтрира нежеланите честотни компоненти, които се появяват на изхода на последния етап на предавателя. Изходът на модулиран усилвател на мощност от клас C може да съдържа силно нежелани висши хармоници, като втори и трети хармоници. Честотната характеристика на съгласуващата мрежа е настроена така, че да отхвърля напълно тези нежелани висши хармоници и само желаният сигнал се свързва към антената.