Gerald Puchbauer BONN Elektronik GmbH Pulsverstärker

(1)

Gerald Puchbauer

BONN Elektronik GmbH Pulsverstärker

(2)

BONN Elektronik GmbH

(3)

Lösungen mit gepulsten Leistungsverstärkern Oktober 2020

3

Breitband HF-Leistungsverstärker

(4)

Serie BSA Serie BLWA Serie BLMA Serie BPA

Halbleiterverstärker Halbleiterverstärker Halbleiterverstärker Pulsverstärker

4 kHz ... 1000 MHz 1 W ... 20 kW

1 ... 1000 (18000) MHz 1 W ... 20 kW

100 MHz ... 40 GHz 0,1 W ... 2 kW

300 MHz ... 18 GHz 25 W pk ... 30 kW pk

Mobilfunkbänder Serie TWAL Serie TWAP

Halbleiterverstärker TWT-Verstärker TWT-Pulsverstärker

800 ... 2700 MHz 10 W ... 600 W

1 GHz ... 50 GHz 20 W ... 1 kW

1 ... 18 GHz 1,5 ... 30 kW pk

Breitband HF-Leistungsverstärker

(5)

5

EMI-VORVERSTÄRKER

(6)

Vergleich von gepulsten und CW Verstärkern

Pulssignale werden hauptsächlich definiert mit - Anstiegs- und Abfallzeit

- Pulsbreite

- Tastverhältnis (Puls-Pausenverhältnis) - Puls-Wiederholfrequenz (P-RF)

- Dachschräge (Leistungsabfall während des Pulses) Jeder CW Verstärker kann Pulssignale verstärken Timing von gepulsten Signalen

Für gepulste Signale ist es sehr wichtig, dass der erforderliche Strom an den Transistoren der Endstufe schnell genug verfügbar ist.

Wir bekommen von unseren Kunden regelmäßig ungewöhnliche Kombinationen von Pulsbreite und Pulswiederholfrequenz.

Wenn das spezifische Timing vorab bekannt ist, können wir sicher- stellen, dass diese Pulse auch wirklich möglichst perfekt verstärkt werden.

Puls-Definitionen

(7)

7

Pulselemente

(8)

Puls-Timing

(9)

9

Pulsmodulator

(10)

Pulsantwort des Leistungsverstärkers

BSA 0040-250 800 ps 2 ns 5 ns

– Eingangspuls vom Signalgenerator – Pulsantwort am Verstärkerausgang

(11)

11

Pulsantwort des Leistungsverstärkers

BSA 0040-250 20 ns

– Eingangspuls vom Signalgenerator – Pulsantwort am Verstärkerausgang

(12)

BPA Halbleiter-Pulsverstärker bis zu ca. 10 kW pk

300 … 4000 MHz

Für breite Frequenzbereiche sind keine speziellen Puls-Transistoren verfügbar und die Verwendung von CW-Transistoren ist nicht ideal.

Stromversorgung und Kühlung können jedoch entsprechend reduziert werden. Insbesondere bei höheren Ausgangspegeln ist dies aber

immer noch wichtig um die Pulsverstärker günstiger bauen zu können.

1 … 10 GHz

Schmalbandig gibt es speziell designte und entsprechend kostengünstige Puls-Transistoren mit deutlich höheren Ausgangsleistungen im Vergleich zu CW-Transistoren.

Typisches Tastverhältnis für Halbleiter-Pulsverstärker 1% oder 10%

Typische Pulsbreite beträgt 100 µs

TWAP Wanderfeldröhren-Pulsverstärker 1 … 18 GHz bis zu 30 kW pk

Wesentlich höhere Ausgangsleistungen als Standard CW-Röhren Typisches Tastverhältnis für Wanderfeldröhren ist 1 … 6%

Standard Pulsbreite beträgt 50 µs; optional für einige Röhren 100 µs

Pulsleistungstests

(13)

13

Automotive Radar Pulstests

GM GMW 3097S

1,2 … 1,4 GHz, 600 V/m in 0,75 m mit 1 % Tastverhältnis

Ford EMC-CS-2009.1

1,2 … 1,4 GHz und 2,7 … 3,1 GHz, 300 oder 600 V/m in 1 m mit 1% Tastverhältnis

FCA (Fiat Chrysler) CS.0054

0,8 … 2,7 GHz, 50 V/m in 1 m mit 1% Tastverhältnis

VOLVO 515-0003

1,15 … 1,45 GHz, 600 V/m mit 10% Tastverhältnis

2,6 … 3,2 GHz, 5,2 … 5,9 GHz und 8,2 … 12,4 GHz, 200 V/m in 1 m mit 10% Tastverhältnis

Autonomes Fahren

Preliminary

8,5 … 10,5 GHz, 600 V/m in 1 m mit 50% Tastverhältnis 15,7 … 17,7 GHz, 600 V/m in 1 m mit 50 % Tastverhältnis

Luft- und Raumfahrt

RTCA/DO-160

Section 20.0: HF-Störfestigkeit (gestrahlt und geleitet), Category R 0,4 … 8 GHz, 150 V/m bei 1 m mit 4% Tastverhältnis

MIL Tests

MIL-STD 461, RS103

2 MHz … 18 GHz, 200 V/m in 1 m mit 50% Tastverhältnis

Gängige Normen mit Pulsleistungstests

(14)

Anforderungen

Beispiel: VW TL 810 00 (2018-03)

(15)

15

Automotive Radar-Pulstests

200 V/m CW 1 … 6 GHz

600 V/m Pulse 1,2 … 1,4 GHz und 2,7 … 3,1 GHz

Leistungsbedarf 1 … 6 GHz

0 200 400 600 800 1.000 1.200

950 1950 2950 3950 4950 5950

Power (W)

Frequency (MHz)

Required RF Power versus Amplifier Performance

Required Power

BONN Amplifier Specification

(16)

Kombination aus CW und Pulsverstärker

BLWA 0810-1400/700

CW-Verstärker 80 ... 1000 MHz

80 ... 400 MHz 1400 W CW min. / 1500 W CW typ.

400 ... 1000 MHz 700 W CW min. / 850 W CW typ.

BLMA 1060-150

CW-Verstärker 1 ... 6 GHz

1 ... 6 GHz 150 W CW min. / 180 W CW typ.

BPA 1231-1000/500 DP1

Pulsverstärker 1,2 ... 3,1 GHz

1,2 ... 1,4 GHz 1000 W pk / 1% Tastverhältnis 2,7 ... 3,1 GHz 500 W pk / 1% Tastverhältnis

Vorteile

Kostengünstig

Turn-Key Komplett-System <300 k€

Integrierte Umschalteinheit erspart lästige Umbauzeiten Flexible Anpassung an neue Anforderungen

Einfache Ergänzung bestehender Systeme Mobile Lösung

Beispiel: 80 MHz … 6 GHz

(17)

17

System-Blockschaltbild

(18)

Mobiles Testrack

Zur Vermeidung von hohen Kabelverlusten.

Damit können die Längen der HF-Verbindungs- kabel von den Verstärkern zu den Antennen mit einem mobilen Testrack – das in der

Absorberkammer direkt am Prüfling positioniert wird – entscheidend verkürzt werden

Die MIL 461G – RS 103 schreibt z.B. als Pulssignal 1 kHz Puls-Wiederholrate (P-RF) und 50% Tastverhältnis (auch als 1 kHz Rechteckmodulation bezeichnet) vor.

Damit können dafür keine speziellen Pulsverstärker eingesetzt werden.

Vorteil beim Einsatz von CW-Verstärkern ist, dass mit diesen dann gleich auch die entsprechenden CW-Tests durchgeführt werden können.

Beispiel: Mobile Lösung 6 … 18 GHz

(19)

19

Anforderungen für verschiedene Plattformen

Beispiel: MIL 461G – RS 103

(20)

Beispiel MIL 461G – RS 103 Aircraft

Aircraft (external / safety) 200 V/m CW

Ground Army 50 V/m CW

Leistungsbedarf 6 … 18 GHz

0 50 100 150 200 250 300 350

6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Power (W)

Frequency (MHz)

Required Power

0 5 10 15 20 25

6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Power (W)

Frequency (MHz)

Required Power

(21)

21

Für 50 V/m gemäß MIL 461G – RS 103 Ground Army können wir z.B. folgenden Verstärker anbieten:

BLMA 6018-20

Halbleiterverstärker

Für 200 V/m gemäß MIL 461G – RS 103 Aircraft (external / safety critical) können wir z.B. folgende Verstärker anbieten:

TWAL 0618-300

Wanderfeld-Röhrenverstärker

BLMA 6018-200

Halbleiterverstärker

Vorteile

Kostengünstige mobile Lösung

Flexible Anpassung an neue Anforderungen Einfache Ergänzung bestehender Systeme

Beispiel: MIL 461G – RS 103

(22)

Hohe Testfrequenzen (18 … 40 GHz ) und extrem hohe Feldstärken

Luft- und Raumfahrt RTCA DO160

MIL Tests MIL-STD 461, RS103

Hohe Kabeldämpfung bei sehr hohen Frequenzen

Bei sehr hohen Frequenzen steigt die Kabeldämpfung extrem an und der Einsatz von flexiblen Hohlleitern ist auch nicht immer ideal

Split-Mount Konfiguration

Hier wird die HF-Einheit des Leistungsverstärkers von Stromversorgung und Steuerung getrennt

Stromversorgung und Steuerung sind konventionell in 19“-Einschüben untergebracht und werden in ein mobiles Rack eingebaut

Die HF-Einheiten der Leistungsverstärker werden dadurch wesentlich kompakter und leichter

Stativmontage

Diese kompakten HF-Einheiten können auf Stativen, und die Antennen direkt – ohne Hohlleiter oder Verbindungskabel – am Ausgang des

Leistungsverstärkers montiert werden (siehe Beispiel)

Beispiel: Split-Mount 18 … 40 GHz

(23)

23

Beispiel: Split-Mount 18 … 40 GHz

(24)

CW E-Feld Sensor-Methode (Dual Mode)

Der Spitzenwert der RMS-Vorwärtsleistung ist der Referenz-Parameter für die Feldkalibration mit PEP-Sensoren (Peak Envelope Power) oder eines Spektrumanalysators (von einigen Normen nicht anerkannt).

Die Kalibration bei den erforderlichen Feldstärken erfolgt im CW Modus.

Wenn eine CW E-Feldsonde die erforderlichen hohen Feldstärken nicht messen kann, oder ein reiner Pulsverstärker verwendet wird, ist es

ersatzweise zulässig, mit CW-Leistungsmessern und CW-Verstärkern auf einem niedrigeren CW-Pegel zu kalibrieren und die Vorwärtsleistung dann mit einem PEP-Sensor entsprechend der erforderlichen Prüf-

Kalibration von gepulsten Feldern (GMW 3097)

(25)

25

E-Feld Pulssonden-Methode

E-Feld Pulssonden zur direkten Messung von gepulsten Feldern Bitte beachten:

Diese Methode wird von einigen Normen (noch?) nicht anerkannt...

Mögliche Systemlösungen

Amplifier Research, AR PL7004

E-Feld Pulssonde, 0,8 … 3,6 GHz, 80 … 800 V/m EMC Test Design LLC, PI-3P

Isotropische E-Feld Pulssonde, 0,1 … 18 GHz, 70 … 1400 V/m NEC

E-Feld Pulsleistungs-Testsystem

Antennen-Methode

Diese Methode kann für CW- oder Pulsverstärker angewendet werden Der Spitzenwert der RMS-Vorwärtsleistung wird als Referenz-

Parameter für die Feldkalibration mit PEP-Sensoren (Peak Envelope Power) oder eines Spektrumanalysators (von einigen Normen nicht anerkannt) verwendet.

Kalibration von gepulsten Feldern

(26)

Standard Pulsverstärkerlösungen

(27)

27

Standard Pulsverstärkermodelle

(28)

Gerald Puchbauer BONN Elektronik GmbH Pulsverstärker