Banc de test de tension d'amplificateur de puissance RF FMUSER pour les tests d'amplificateur de puissance d'émetteur AM (PA) et d'amplificateur tampon

Test de carte d'amplificateur de puissance RF | Solution de mise en service AM de FMUSER

 

Les amplificateurs de puissance RF et les amplificateurs tampons sont les éléments les plus importants des émetteurs AM et jouent toujours un rôle clé dans la conception, la livraison et la post-maintenance.

 

Ces composants de base permettent la transmission correcte des signaux RF. En fonction du niveau de puissance et de la force requise par le récepteur pour identifier et décoder le signal, tout dommage peut laisser les émetteurs de diffusion avec une distorsion du signal, une consommation d'énergie réduite, etc.

 

 

Pour la révision et la maintenance ultérieures des composants de base des émetteurs de radiodiffusion, certains équipements de test importants sont essentiels. La solution de mesure RF de FMUSER vous aide à vérifier votre conception grâce à des performances de mesure RF inégalées.

 

Comment cela fonctionne

 

Il est principalement utilisé pour tester lorsque la carte d'amplificateur de puissance et la carte d'amplificateur tampon de l'émetteur AM ne peuvent pas être confirmées après réparation.

 

 

Fonctionnalités:

 

• L'alimentation du banc d'essai est AC220V, et le panneau a un interrupteur d'alimentation. -5v, 40v et 30v générés en interne sont fournis par l'alimentation à découpage intégrée.
• Il y a des interfaces de test de sortie de tampon Q9 sur la partie supérieure du banc d'essai : J1 et J2, des interfaces de test de sortie d'amplificateur de puissance Q9 : J1 et J2 et un indicateur de tension d'amplificateur de puissance (59C23). J1 et J2 sont connectés à l'oscilloscope à double intégration.
• Le côté gauche de la partie inférieure du banc d'essai est la position de test d'amplification du tampon et le côté droit est le test de la carte d'amplificateur de puissance.

 

Instructions

 

• J1 : testez l'interrupteur d'alimentation
• S1 : Sélecteur de test de la carte amplificateur et de test de la carte tampon
• S3/S4 : test de la carte d'amplificateur de puissance, sélection de l'activation ou de la désactivation du signal d'activation gauche et droite.

 

Amplificateur de puissance RF : qu'est-ce que c'est et comment ça marche ?

 

Dans le domaine radio, un amplificateur de puissance RF (RF PA), ou amplificateur de puissance radiofréquence, est un appareil électronique courant utilisé pour amplifier et produire le contenu d'entrée, qui est souvent exprimé en tension ou en puissance, tandis que la fonction de l'amplificateur de puissance RF est d'augmenter les choses qu'il "absorbe" à un certain niveau et "l'exporte vers le monde extérieur".

 

Comment ça marche?

 

Habituellement, l'amplificateur de puissance RF est intégré à l'émetteur sous la forme d'un circuit imprimé. Bien sûr, l'amplificateur de puissance RF peut également être un dispositif séparé connecté à la sortie de l'émetteur de sortie à faible puissance via un câble coaxial. En raison de l'espace limité, si vous êtes intéressé, bienvenue Laissez un commentaire et je le mettrai à jour un jour dans le futur :).

 

L'importance de l'amplificateur de puissance RF est d'obtenir une puissance de sortie RF suffisamment grande. En effet, tout d'abord, dans le circuit frontal de l'émetteur, une fois que le signal audio est entré depuis le périphérique source audio via la ligne de données, il sera converti en un signal RF très faible par modulation, mais ces faibles les signaux ne suffisent pas pour répondre à la couverture de diffusion à grande échelle. Par conséquent, ces signaux modulés RF passent par une série d'amplifications (étage tampon, étage d'amplification intermédiaire, étage d'amplification de puissance final) à travers l'amplificateur de puissance RF jusqu'à ce qu'il soit amplifié à une puissance suffisante, puis traversé le réseau d'adaptation. Enfin, il peut être alimenté à l'antenne et rayonné.

 

Pour le fonctionnement du récepteur, l'émetteur-récepteur ou l'unité émetteur-récepteur peut avoir un commutateur d'émission/réception (T/R) interne ou externe. Le travail du commutateur T/R est de commuter l'antenne sur l'émetteur ou le récepteur selon les besoins.

 

Quelle est la structure de base d'un amplificateur de puissance RF ?

 

Les principaux indicateurs techniques des amplificateurs de puissance RF sont la puissance de sortie et l'efficacité. Comment améliorer la puissance de sortie et l'efficacité est au cœur des objectifs de conception des amplificateurs de puissance RF.

 

L'amplificateur de puissance RF a une fréquence de fonctionnement spécifiée et la fréquence de fonctionnement sélectionnée doit se situer dans sa plage de fréquences. Pour une fréquence de fonctionnement de 150 mégahertz (MHz), un amplificateur de puissance RF dans la plage de 145 à 155 MHz serait approprié. Un amplificateur de puissance RF avec une gamme de fréquences de 165 à 175 MHz ne pourra pas fonctionner à 150 MHz.

 

Habituellement, dans l'amplificateur de puissance RF, la fréquence fondamentale ou une certaine harmonique peut être sélectionnée par le circuit résonnant LC pour obtenir une amplification sans distorsion. De plus, les composantes harmoniques de la sortie doivent être aussi faibles que possible pour éviter les interférences avec d'autres canaux.

 

Les circuits d'amplification de puissance RF peuvent utiliser des transistors ou des circuits intégrés pour générer une amplification. Dans la conception d'un amplificateur de puissance RF, l'objectif est d'avoir une amplification suffisante pour produire la puissance de sortie souhaitée, tout en permettant une petite inadéquation temporaire entre l'émetteur et le chargeur d'antenne et l'antenne elle-même. L'impédance du chargeur d'antenne et de l'antenne elle-même est généralement de 50 ohms.

 

Idéalement, la combinaison antenne et ligne d'alimentation présentera une impédance purement résistive à la fréquence de fonctionnement.

Pourquoi un amplificateur de puissance RF est-il nécessaire ?

 

En tant que partie principale du système de transmission, l'importance de l'amplificateur de puissance RF est évidente. Nous savons tous qu'un émetteur de diffusion professionnel comprend souvent les pièces suivantes :

 

1. Coque rigide : généralement en alliage d'aluminium, plus le prix est élevé.
2. Carte d'entrée audio : principalement utilisée pour obtenir le signal d'entrée de la source audio et connecter l'émetteur et la source audio par un câble audio (tel que XLR, 3.45 MM, etc.). La carte d'entrée audio est généralement placée sur le panneau arrière de l'émetteur et est un parallélépipède rectangle avec un rapport d'aspect d'environ 4:1.
3. Alimentation: Il est utilisé pour l'alimentation. Différents pays ont des normes d'alimentation différentes, telles que 110 V, 220 V, etc. Dans certaines stations de radio à grande échelle, l'alimentation électrique commune est un système triphasé à 3 fils (4 V/380 Hz) selon la norme. C'est aussi un terrain industriel selon la norme, qui est différente de la norme d'électricité civile.
4. Panneau de commande et modulateur : généralement situé dans la position la plus visible sur le panneau avant de l'émetteur, composé du panneau d'installation et de certaines touches de fonction (bouton, touches de commande, écran d'affichage, etc.), principalement utilisé pour convertir le signal d'entrée audio en signal RF (très faible).
5. Amplificateur de puissance RF: fait généralement référence à la carte d'amplificateur de puissance, qui est principalement utilisée pour amplifier l'entrée de signal RF faible de la partie modulation. Il se compose d'un circuit imprimé et d'une série de gravures de composants complexes (telles que des lignes d'entrée RF, des puces d'amplificateur de puissance, des filtres, etc.), et il est connecté au système d'alimentation d'antenne via l'interface de sortie RF.
6. Alimentation et ventilateur : les spécifications sont établies par le fabricant de l'émetteur, principalement utilisées pour l'alimentation et la dissipation thermique

 

Parmi eux, l'amplificateur de puissance RF est la partie la plus centrale, la plus chère et la plus facilement brûlée de l'émetteur, qui est principalement déterminée par son fonctionnement : la sortie de l'amplificateur de puissance RF est alors connectée à une antenne externe.

 

La plupart des antennes peuvent être réglées de sorte que lorsqu'elles sont combinées avec le chargeur, elles fournissent l'impédance la plus idéale pour l'émetteur. Cette adaptation d'impédance est nécessaire pour un transfert de puissance maximal de l'émetteur à l'antenne. Les antennes ont des caractéristiques légèrement différentes dans la gamme de fréquences. Un test important consiste à s'assurer que l'énergie réfléchie de l'antenne vers la ligne d'alimentation et de retour vers l'émetteur est suffisamment faible. Lorsque le décalage d'impédance est trop élevé, l'énergie RF envoyée à l'antenne peut retourner à l'émetteur, créant un rapport d'onde stationnaire élevé (SWR), ce qui fait que la puissance d'émission reste dans l'amplificateur de puissance RF, provoquant une surchauffe et même des dommages à l'actif. Composants.

 

Si l'amplificateur peut avoir de bonnes performances, il peut contribuer davantage, ce qui reflète sa propre "valeur", mais s'il y a certains problèmes avec l'amplificateur, alors après avoir commencé à travailler ou à travailler pendant un certain temps, non seulement il ne peut pas Plus fournir de "contribution", mais il peut y avoir des "chocs" inattendus. De tels "chocs" sont désastreux pour le monde extérieur ou l'amplificateur lui-même.

 

Amplificateur tampon : qu'est-ce que c'est et comment ça marche ?

 

Les amplificateurs tampons sont utilisés dans les émetteurs AM.

 

L'émetteur AM se compose d'un étage oscillateur, d'un étage tampon et multiplicateur, d'un étage pilote et d'un étage modulateur, où l'oscillateur principal alimente l'amplificateur tampon, suivi de l'étage tampon.

 

L'étage à côté de l'oscillateur est appelé tampon ou amplificateur tampon (parfois simplement appelé tampon) - ainsi nommé parce qu'il isole l'oscillateur de l'amplificateur de puissance.

 

Selon Wikipedia, un amplificateur tampon est un amplificateur qui fournit une conversion d'impédance électrique d'un circuit à un autre afin de protéger la source du signal de tout courant (ou tension, pour un tampon de courant) que la charge peut produire.

 

En fait, côté émetteur, l'amplificateur tampon sert à isoler l'oscillateur principal des autres étages de l'émetteur, sans le tampon, une fois que l'amplificateur de puissance change, il se reflétera sur l'oscillateur et le fera changer de fréquence, et si l'oscillation Si l'émetteur change de fréquence, le récepteur perdra le contact avec l'émetteur et recevra des informations incomplètes.

 

Comment ça marche?

 

L'oscillateur principal d'un émetteur AM produit une fréquence porteuse sous-harmonique stable. L'oscillateur à cristal est utilisé pour générer cette oscillation sous-harmonique stable. Après cela, la fréquence est augmentée à la valeur souhaitée au moyen d'un générateur d'harmoniques. La fréquence porteuse doit être très stable. Tout changement de cette fréquence peut provoquer des interférences avec d'autres stations émettrices. Par conséquent, le récepteur acceptera les programmes de plusieurs émetteurs.

 

Les amplificateurs accordés qui fournissent une impédance d'entrée élevée à la fréquence de l'oscillateur principal sont des amplificateurs tampons. Il permet d'éviter toute variation du courant de charge. En raison de son impédance d'entrée élevée à la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur principal, les modifications n'affectent pas l'oscillateur principal. Par conséquent, l'amplificateur tampon isole l'oscillateur principal des autres étages afin que les effets de charge ne modifient pas la fréquence de l'oscillateur principal.

 

Banc de test d'amplificateur de puissance RF : qu'est-ce que c'est et comment ça marche ?

 

Le terme « banc de test » utilise un langage de description de matériel dans la conception numérique pour décrire le code de test qui instancie le DUT et exécute les tests.

 

Banc d'essai

 

Un banc d'essai ou banc d'essai est un environnement utilisé pour vérifier l'exactitude ou l'intégrité d'une conception ou d'un modèle.

 

Le terme trouve son origine dans les tests d'équipements électroniques, où un ingénieur s'asseyait sur un banc de laboratoire, tenait des outils de mesure et de manipulation tels que des oscilloscopes, des multimètres, des fers à souder, des pinces coupantes, etc., et vérifiait manuellement l'exactitude de l'appareil testé. (DUT).

 

Dans le cadre de l'ingénierie logicielle ou micrologicielle ou matérielle, un banc de test est un environnement dans lequel un produit en cours de développement est testé à l'aide d'outils logiciels et matériels. Dans certains cas, le logiciel peut nécessiter des modifications mineures pour fonctionner avec le testbench, mais un codage soigné garantit que les modifications peuvent être facilement annulées et qu'aucun bogue n'est introduit.

 

Une autre signification de « banc d'essai » est un environnement isolé et contrôlé, très similaire à un environnement de production, mais ni caché ni visible pour le public, les clients, etc. Il est donc sûr d'apporter des modifications car aucun utilisateur final n'est impliqué.

 

Dispositif RF sous test (DUT)

 

Un appareil sous test (DUT) est un appareil qui a été testé pour déterminer ses performances et ses compétences. Un DUT peut également être un composant d'un module ou d'une unité plus grande appelée unité sous test (UUT). Vérifiez si le DUT présente des défauts pour vous assurer que l'appareil fonctionne correctement. Le test est conçu pour empêcher les appareils endommagés d'atteindre le marché, ce qui peut également réduire les coûts de fabrication.

 

Un appareil sous test (DUT), également connu sous le nom d'appareil sous test (EUT) et d'unité sous test (UUT), est une inspection de produit manufacturé qui est testée lors de sa première fabrication ou plus tard dans son cycle de vie dans le cadre de tests fonctionnels continus. et calibrage. Cela peut inclure des tests après réparation pour déterminer si le produit fonctionne conformément aux spécifications du produit d'origine.

 

Dans les tests de semi-conducteurs, le dispositif testé est une puce sur une plaquette ou la pièce emballée finale. À l'aide du système de connexion, connectez les composants à l'équipement de test automatique ou manuel. L'équipement de test alimente ensuite le composant, fournit des signaux de stimulation, mesure et évalue la sortie de l'équipement. De cette manière, le testeur détermine si l'appareil particulier testé répond aux spécifications de l'appareil.

 

En général, un DUT RF peut être une conception de circuit avec n'importe quelle combinaison et n'importe quel nombre de composants analogiques et RF, de transistors, de résistances, de condensateurs, etc., adaptés à la simulation avec le simulateur d'enveloppe de circuit Agilent. Des circuits RF plus complexes prendront plus de temps à simuler et consommeront plus de mémoire.

 

Le temps de simulation du banc d'essai et les exigences de mémoire peuvent être considérés comme une combinaison de mesures de banc d'essai de référence avec les exigences du circuit RF le plus simple ainsi que les exigences de simulation d'enveloppe de circuit du DUT RF d'intérêt.

 

Un DUT RF connecté à un banc de test sans fil peut souvent être utilisé avec le banc de test pour effectuer des mesures par défaut en définissant les paramètres du banc de test. Les réglages des paramètres de mesure par défaut sont disponibles pour un DUT RF typique :

 

• Un signal d'entrée (RF) avec une fréquence porteuse de fréquence radio constante est requis. La sortie de la source de signal RF du banc de test ne produit pas de signal RF dont la fréquence porteuse RF varie dans le temps. Cependant, le banc d'essai prendra en charge un signal de sortie contenant une modulation de phase et de fréquence de la porteuse RF, qui peut être représentée par des changements d'enveloppe I et Q appropriés à une fréquence porteuse RF constante.
• Un signal de sortie avec une fréquence porteuse RF constante est produit. Le signal d'entrée du banc de test ne doit pas contenir de fréquence porteuse dont la fréquence varie dans le temps. Cependant, le banc d'essai prendra en charge les signaux d'entrée qui contiennent un bruit de phase de porteuse RF ou le décalage Doppler variable dans le temps de la porteuse RF. On s'attend à ce que ces perturbations de signal soient représentées par des changements d'enveloppe I et Q appropriés à une fréquence porteuse RF constante.
• Un signal d'entrée provenant d'un générateur de signaux avec une résistance de source de 50 ohms est requis.
• Un signal d'entrée sans miroir spectral est nécessaire.
• Générer un signal de sortie nécessitant une résistance de charge externe de 50 ohms.
• Produit un signal de sortie sans miroir spectral.
• Faites confiance au banc d'essai pour effectuer tout filtrage de signal passe-bande lié à la mesure du signal de sortie RF DUT.

 

Les bases de l'émetteur AM que vous devez connaître

 

Un émetteur qui émet un signal AM est appelé un émetteur AM. Ces émetteurs sont utilisés dans les bandes de fréquences des ondes moyennes (MW) et des ondes courtes (SW) de la radiodiffusion AM. La bande MW a des fréquences comprises entre 550 kHz et 1650 kHz et la bande SW a des fréquences comprises entre 3 MHz et 30 MHz.

 

Les deux types d'émetteurs AM utilisés en fonction de la puissance d'émission sont :

 

1. haut niveau
2. niveau faible

 

Les émetteurs de haut niveau utilisent une modulation de haut niveau et les émetteurs de bas niveau utilisent une modulation de bas niveau. Le choix entre les deux schémas de modulation dépend de la puissance d'émission de l'émetteur AM. Dans les émetteurs de diffusion dont la puissance d'émission peut être de l'ordre du kilowatt, une modulation de haut niveau est utilisée. Dans les émetteurs de faible puissance qui ne nécessitent que quelques watts de puissance d'émission, une modulation de bas niveau est utilisée.

 

Transmetteurs haut et bas niveau

 

La figure ci-dessous montre le schéma fonctionnel des émetteurs de haut niveau et de bas niveau. La différence fondamentale entre les deux émetteurs est l'amplification de puissance des signaux porteurs et modulés.

 

La figure (a) montre un schéma fonctionnel d'un émetteur AM avancé.

 

La figure (a) est dessinée pour la transmission audio. Dans la transmission de haut niveau, la puissance des signaux porteurs et modulés est amplifiée avant d'être appliquée à l'étage modulateur, comme illustré à la figure (a). En modulation de bas niveau, la puissance des deux signaux d'entrée vers l'étage modulateur n'est pas amplifiée. La puissance d'émission requise est obtenue à partir du dernier étage de l'émetteur, l'amplificateur de puissance de classe C.

 

Les parties de la figure (a) sont :

 

1. Oscillateur porteur
2. Amplificateur tampon
3. Multiplicateur de fréquence
4. Amplificateur
5. Chaîne audio
6. Amplificateur de puissance modulé de classe C
7. Oscillateur porteur

 

Un oscillateur porteur génère un signal porteur dans la gamme des radiofréquences. La fréquence de la porteuse est toujours élevée. Comme il est difficile de générer des hautes fréquences avec une bonne stabilité de fréquence, les oscillateurs porteurs génèrent des sous-multiples avec la fréquence porteuse souhaitée. Cette sous-octave est multipliée par l'étage multiplicateur pour obtenir la fréquence porteuse souhaitée. De plus, un oscillateur à cristal peut être utilisé à ce stade pour générer une porteuse basse fréquence avec la meilleure stabilité de fréquence. L'étage multiplicateur de fréquence augmente alors la fréquence porteuse jusqu'à sa valeur souhaitée.

 

Ampli tampon

 

L'objectif de l'amplificateur tampon est double. Il correspond d'abord à l'impédance de sortie de l'oscillateur porteur avec l'impédance d'entrée du multiplicateur de fréquence, l'étage suivant de l'oscillateur porteur. Il isole ensuite l'oscillateur de porteuse et le multiplicateur de fréquence.

 

Cela est nécessaire pour que le multiplicateur ne tire pas de courants importants de l'oscillateur porteur. Si cela se produit, la fréquence de l'oscillateur porteur ne sera pas stable.

 

Multiplicateur de fréquence

 

La fréquence sous-multipliée du signal porteur produit par l'oscillateur porteur est maintenant appliquée au multiplicateur de fréquence via l'amplificateur tampon. Cet étage est également appelé générateur d'harmoniques. Le multiplicateur de fréquence produit des harmoniques plus élevées de la fréquence de l'oscillateur porteur. Un multiplicateur de fréquence est un circuit accordé qui s'accorde sur la fréquence porteuse qui doit être transmise.

 

Ampli de puissance

 

La puissance du signal porteur est ensuite amplifiée dans un étage amplificateur de puissance. Il s'agit d'une exigence de base pour un émetteur de haut niveau. Les amplificateurs de puissance de classe C fournissent des impulsions de courant haute puissance du signal porteur à leurs sorties.

Chaîne audio

 

Le signal audio à transmettre est obtenu à partir du microphone, comme illustré à la figure (a). L'amplificateur du pilote audio amplifie la tension de ce signal. Cette amplification est nécessaire pour piloter les amplificateurs de puissance audio. Ensuite, un amplificateur de puissance de classe A ou de classe B amplifie la puissance du signal audio.

 

Amplificateur de classe C modulé

 

C'est l'étage de sortie de l'émetteur. Le signal audio modulé et le signal porteur sont appliqués à cet étage de modulation après amplification de puissance. La modulation se produit à ce stade. L'amplificateur de classe C amplifie également la puissance du signal AM à la puissance d'émission retrouvée. Ce signal est finalement transmis à l'antenne, qui rayonne le signal dans l'espace de transmission.

 

Figure (b) : schéma fonctionnel de l'émetteur AM de bas niveau

 

L'émetteur AM de bas niveau représenté sur la figure (b) est similaire à l'émetteur de haut niveau, sauf que la puissance de la porteuse et des signaux audio n'est pas amplifiée. Ces deux signaux sont appliqués directement à l'amplificateur de puissance modulé de classe C.

 

La modulation se produit pendant cette phase et la puissance du signal modulé est amplifiée au niveau de puissance d'émission souhaité. L'antenne d'émission transmet alors le signal.

 

Couplage étage de sortie et antenne

 

L'étage de sortie de l'amplificateur de puissance modulé de classe C envoie le signal à l'antenne d'émission. Pour transférer la puissance maximale de l'étage de sortie à l'antenne, les impédances des deux sections doivent correspondre. Pour cela, un réseau correspondant est nécessaire. La correspondance entre les deux doit être parfaite à toutes les fréquences d'émission. Puisqu'une adaptation à différentes fréquences est nécessaire, des inductances et des condensateurs qui fournissent différentes impédances à différentes fréquences sont utilisés dans le réseau d'adaptation.

 

Un réseau correspondant doit être construit en utilisant ces composants passifs. Comme le montre la figure (c) ci-dessous.

 

Figure (c) : Réseau d'adaptation Dual Pi

 

Le réseau d'adaptation utilisé pour coupler l'étage de sortie de l'émetteur et l'antenne est appelé un réseau dual π. Le réseau est illustré à la figure (c). Il est composé de deux inductances L1 et L2 et de deux condensateurs C1 et C2. Les valeurs de ces composantes sont choisies pour que l'impédance d'entrée du réseau soit comprise entre 1 et 1'. La figure (c) est illustrée pour correspondre à l'impédance de sortie de l'étage de sortie de l'émetteur. De plus, l'impédance de sortie du réseau correspond à l'impédance de l'antenne.

 

Le réseau d'adaptation double π filtre également les composantes de fréquence indésirables qui apparaissent à la sortie du dernier étage de l'émetteur. La sortie d'un amplificateur de puissance modulé de classe C peut contenir des harmoniques supérieures hautement indésirables, telles que les deuxième et troisième harmoniques. La réponse en fréquence du réseau d'adaptation est réglée pour rejeter complètement ces harmoniques supérieures indésirables et seul le signal souhaité est couplé à l'antenne.