１２００ＭＨｚ　１２０Ｗ　ハイパワーアンプの製作




今回も三菱のMos-FETパワーモジュール「ＲＡ１８Ｈ１２１３Ｇ」使用したパワーアンプの製作をしてみました。

パワーモジュールは下記の写真のように、モールドになっており、比較的に製作は簡単に出来ます。



パワーモジュールのスペックは下記の通りです。

ＲＡ１８Ｈ１２１３Ｇ　三菱
ＶＤＤ：１２．５Ｖ
ＶＧＧ：５Ｖ　（1ｍＡ）
Ｐｉｎ：２００ｍＷ
ＦＲＥＱ：１．２４〜１．３ＧＨｚ
ＭＡＸ-ＰＯＷ：４０Ｗ

このパワーモジュールは３段アンプ構成になっており、すべてＭＯＳＦＥＴデバイスが使用されています。
ゲート電圧でパワーコントロールができる様になっており、５Ｖ　１ｍＡと非常に少ない電圧でコントロールが可能です。
ＧＡＩＮは２３ｄＢ以上もあり、低入力でハイパワーが得られます。
また、アイドリング電流はＶＤＤ１２Ｖ、ＶＧＧ５Ｖの時に２Ａ以上ありますので、注意が必要です。

参考に前回の簡易実験を下記に記載します。







実験に当たっては、アルミミーリングケースに回路を組み込み、内部に３端子レギュレーター（７８Ｌ０５）でＶＧＧ電圧を得ています。
入出力コネクターには、ＳＭＡＪ端子を使用しています。

発振器には、無線機：ＴＳ−７９０Ｇ　ＣＷモードで、更に１０ｄＢのアッテネーターを挿入して、電力を調整しています。
パワー計はＨＰ４３７Ｂ＋ＨＰ８４８１Ｂで測定しました。



周波数：１２９５ＭＨｚ
入力：１５０ｍＷ
電圧：１３．８Ｖ
ＶＧＧ：５Ｖ
出力：３３Ｗ（ピーク）



無調整で、なんと３３Ｗのパワーが出ました。
２００ｍＷまで入力電力を上げてみましたが、出力は殆ど変わりませんでした、つまり１５０ｍＷでも飽和しているようです。

また、電流値が１０Ａ近く流れるので、かなりの発熱があります。
このモジュールはＭｏｓなので、温まってくると、当然パワーは下がってきます。
それでも放熱をしっかりすると、２８Ｗ以上は出ているようです。
データシートによると、０．４２℃／Ｗの放熱器が必要ですので、かなりの大型の放熱器が必要でしょう。

パワーを調整するには、ゲート電圧をコントロールするだけで、簡単に出来そうです。
ゲート電流は１ｍＡですので、簡単にＶＲでコントロールできるでしょう。
また、ドレイン電圧は１２Ｖ位の方が、発熱が少なくてよさそうです。
（パワーは２５Ｗ程度になります）
計算しますと、効率は２０％程度ですが、データシートの記載と同じようです。

周波数が低いほど出力が大きくなるようで、１２８０ＭＨｚではピークで４０Ｗの出力も得られました。

このモジュールは入力電力が少なくて済むので、直下型アンプとか、自作の機器に用途は多彩で、
放熱をしっかりすれば、多段合成でＥＭＥアンプとして使用できると思われます。



前回までの実験で、シングルアンプ、パラレルアンプと順に実験を進めてきましたので、今回は４合成でハイパワーアンプの実験をしてみました。

前回の実験で、２合成アンプでも非常に発熱する事が解っていましたので、今回は更に大型のヒートシンクを使用しています。
ヒートシンク（放熱器）のサイズは200×300×30mmです。
１００Ｗ以上のアンプとしては、少し小さめですが、クーリングファンで冷却をする事とします。

このパワーアンプの合成分配ですが、２合成アンプ基板を２枚使用し、更にウイルキンソンタイプで２分配、合成を行っています。

入出力の同軸リレーですが、アンプ入力は１Ｗまでと設計しましたので、入力側はオムロンのＧ６Ｙリレーを使用しました。
出力側ですが、ここは１００Ｗ以上のパワーが通過しますので、業務アンプに使用されていた、同軸リレーを使用しました。
電源ＯＦＦでスルーになるようにしていますが、最大通過電力は１０Ｗまでです。

パワーアンプ基板への入力ラインには１．５Ｄ程度のセミフレキケーブルを、出力側には３Ｄ程度のセミリジッドケーブルを使用しています。

クーリングファンはケースのサイズから、６０角のファンを２個使用しています。



実験の結果ですが、入力１Ｗで１２０Ｗのパワーを得る事が出来ました。（１２９０ＭＨｚ　ＣＷ）

周波数：１２９０ＭＨｚ
入力：１Ｗ
電圧：１３．８Ｖ
ＶＧＧ：５Ｖ
出力：１２０Ｗ（ピーク）
電流：４０Ａ



４合成アンプでは電流が４０Ａも流れるので、やはり電圧がドロップしてしまいます。
電源線には５．５ＳＱを使用しておりますが、まだ細いかも知れません。
また、内部の配線材、電源用リレー、ヒューズなどが抵抗分となり電圧降下させている物と思われます。
この辺は改良の余地がありそうです。

結果的には１２０Ｗもの出力が得られて満足ですが、ＥＭＥアンプとするには１２０Ｗでは少ないので、さらに８合成、１０合成アンプと考えなければなりません。
もし、８合成アンプですと電流は８０Ａにもなると思われますので、電源対策は十分考えなければなりません。
また、合成アンプの欠点ですが、１個でもパワーモジュールが壊れると、アンプ合成のバランスが崩れて、すべてのパワーモジュールを破損する事になりかねません。
その為の対策も必要になりますが、１．２ＧＨｚ用のアイソレーターは大型で高価ですので、アマチュア的には使用が難しいと思います。
また、スプリアスについても考えなければなりませんので、問題は多数有りそうです。

回路図

2008.6.20


★★　８合成アンプのレポートを頂きました　★★

パワーモジュールを８合成して、２００Ｗオーバーを達成出来たとの事です。
下記の写真のように、作りも素晴らしくよく出来ています。
頂きました、レポートを記載させていただきます。

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　頂きましたモジュールと基板を使用し作成した１２００Mhz８合成アンプ何とか形になりましたので結果報告です。
当初の計画Tr（下記）からモジュールに変更し「大飯喰らい」ですが、合成したパワーは簡単に素直に出てきました
＊このTr　MRF15090(MOTOROLA)は１．５Ghz電話用９０Wアンプで、調整で１２０W（Tr１ヶ）出ましたが調整が難しく、またデリケートで　トリミング中に「ご昇天」数個、欲張った追い込み厳禁の石で使い難く取り合えず変更。

写真１　工作部屋でテスト中の8枚AMP、何と１Wドライブで２００W出力！！２Wでメーター右の針止めまで振り切れ
　　電源は３３AX2出力と４０Aのスイッチング電源2台。
　　安全の為１３．２V(モジュール近辺）でテスト中。




写真２　２Wまでドライブを上げた所、POWメーター振り切れ。２５０W以上は軽々出ている感覚です。
　　　モジュールは2個1ユニットで７０W強の出力、「4倍で２８０W」近くは出ていると思われます。
　　　　このPOWを通せるATT有りませんので正確な値は計測不可。
　　　　4分配、4合成はそれぞれ違うタイプ「4分配＝セミリジット５０Ω分配」「4合成＝同軸管で作成」ともに超うまく行きました。
　　　　合成、分配共にフレキケーブルカットや合成によるトリミング「位相合わせ」は一切しておりません（個々の調整基板のまま）




写真３　２５ｃｍ×４０ｃｍX６ｃｍ高のヒートシンク付きケース（ヒートシンク→頂いた物をANT直下外箱に合わせ寸法カットし製作）
　　　　　この大型ヒートシンクでもアイドル電量「何と３２A」で熱くなります！！
　　　　　POWを入れるとフィンの強制空冷＆水冷でもかなりの発熱があり、WSJTならば「うんとPOWを絞らないと」無理かも
　　　　　SSB、CWではフルPOWでも問題ないと思います。（FULLで合計８０A以上）
　　　　＊BPFは１０Wでは殆どロスが気になりませんが、このPOWですと大きくロスを感じ、またかなり熱くなります。今回使用を断念！！




2008.7.14
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