100 Watt auf Langwelle mit dem IC-7300

Der IC-7300 ist nicht nur ein guter Mittel- und Langwellenempfänger, er sendet auch auf diesen Bändern, wenn man die entsprechende Modifikation vorgenommen hat. Im 630m Band (472 - 479 kHz) kommen immerhin zirka 20 Watt raus. In WSPR und JT65 reicht das für Europa-Verbindungen.
Doch auf Langwelle (135.7 - 137.8 kHz) ist das Signal aus dem Icom nur noch hauchdünn. Auch wenn man die Leistung voll aufgedreht hat (100%), sind es nicht mehr als -10dBm - also ganze 100 Mikrowatt. Zudem liefert der Icom auch kaum gedämpfte Oberwellen gratis mit.
Angst um seinen IC-7300 muss man dabei aber nicht haben. Auch wenn der Leistungsregler bei 136 kHz auf 100% steht, fließen in der Endstufe nur die Ruheströme.

Zwar habe ich einen 1kW-TX für Langwelle im Keller, den wir bei der Operation HE3OM gebraucht haben, doch der kann nur CW - normal und QRSS. Würde es gelingen, das winzige Signal des IC-7300 zu verstärken, würden mir alle digitalen Betriebsarten offen stehen.

Deshalb habe ich ein altes Brotbrett zersägt um eine Breadboard-Schaltung zu bauen. Ziel waren 100 Watt Sendeleistung auf 137 kHz bei 13.5V Speisung.

von 100 Mikrowatt auf 100 Watt bedeuten 60 dB Verstärkung. Mindestens, denn die Verluste der Filter und Fehlanpassungen (man ist ja Amateur und kein Profi) müssen auch berücksichtigt werden. Zudem kann etwas Reserve nicht schaden. 70 dB Gesamtverstärkung ist daher realistisch.

Das ist viel und stellt hohe Anforderungen an die Entkopplung der Speisung. Ein Kondensator zuwenig oder am falschen Ort und das Teil schwingt. Da lohnt es sich, nicht am falschen Ort zu sparen und nach dem Prinzip "lieber zuviel als zuwenig" vorzugehen. Entkopplungskondensatoren auf der Speisung setzt man am besten im Dreierpack ein: Ein Elko, ein Folienkondensator und ein Kerko parallel. Damit hat man den ganzen Frequenzbereich im Sack ;-)

Nach dem Umschaltrelais für Senden und Empfang gelangt das Signal des IC-7300 zuerst auf ein Tiefpassfilter um die mitgelieferten Oberwellen loszuwerden. Wie beim gesamten Experiment, habe ich genommen, was die Bastelkiste zu bieten hatte: zwei 68uH SMD-Induktivitäten mit zwei 30nF und einem 47nF Kondensator geben ein passables TPF fünfter Ordnung. Die 30nF bestehen dabei aus drei parallel geschalteten 10nF Kondensatoren. Am besten verwendet man nur X7R oder noch besser NP0 Kerkos oder Folienkondensatoren für diesen Job. Z5U oder Y5V sind nicht stabil genug.

Der darauf folgende Treiber besteht aus zwei Stufen: einem npn Darlington Transistor BD679 und einem MOSFET IRF510:

Bis zu 1uF wurden Folienkondensatoren verwendet. MKS sind hier noch ok, in der PA müssen es aber schon MKP sein, wenn die Hütte nicht plötzlich brennen soll. Die Drossel habe ich auf einen unbekannten Ferrit Ringkern aus der Bastelkiste gewickelt.
Erste Versuche mit einer einfachen BIAS-Schaltung für den FET - inspiriert aus den Tiefen des Internets - gingen prompt in die Hosen. Der Verstärker begann nach Lust und Laune auf der ersten Subharmonischen zu schwingen.
Der IRF510 hat in dieser Schaltung ungefähr 50 Ohm Ausgangsimpedanz. Ein Trafo ist deshalb nicht notwendig und man kann direkt in das nächste Tiefpassfilter einsteigen. Ich habe es ähnlich aufgebaut wie das erste.
Die Ausgangsimpedanz von Transistorendstufen kann man übrigens folgendermaßen abschätzen:

  Nachdem wiederum ein Tiefpassfilter für die "fünfte Ordnung" gesorgt hat, geht's zum Pièce de résistance: Die Endstufe wurde großzügig dimensioniert, mit zwei IRFP264 und einem CPU-Kühler aus Kupfer. Ein Lüfter sorgt für den notwendigen Durchzug, damit auch längere WSPR-Sendungen cool bleiben:

Bis und mit 4.7uF wurden MKP-Folienkondensatoren eingesetzt. Bei einem ersten Versuch machte die Endstufe ab 50W nicht mehr mit, wurde unstabil und hängte sich auf. Durch den großzügigen Einsatz von weiteren Kondensatoren an neuralgischen Punkten der Speiseleitung konnte das Problem aber behoben werden.
Kapazitive oder induktive Kopplung war dagegen kein Problem und so konnte auf Abschirmungen verzichtet werden. Alle drei Transformatoren wurden auf Epcos Toroide mit dem Material N30 gewickelt. Die Kerngrösse wurde durch den Inhalt der Bastelkiste und den Kupferdraht bestimmt (2mm Durchmesser). Die Kerne werden auch bei Dauerbetrieb mit 100W nicht einmal handwarm.

Wenn man schon mal 100W hat, reut einem jedes Watt, das man im letzten Tiefpassfilter verliert. Darum habe ich mir da etwas mehr Mühe gegeben. Die Spulen wurden auf T200-2 (rot) mit Trafodraht von 1mm Durchmesser gewickelt und die Kapazitäten aus der Kiste mit den russischen Glimmerkondensatoren bedient:

Nun muss ich noch das Breadboard "aufräumen", die beim Löten angebrannten Komponenten ersetzen und die kalten Stellen nachlöten. Dann steht einer ersten WSPR-Sendung auf Langwelle nichts mehr im Wege.

Die Sende-Empfangsumschaltung ist auch schon parat. Ein Sequenzer wäre purer Luxus. Hier meine Holzhammer-Methode. Auch wieder mit einem Darlington Transistor, diesmal die pnp-Version:

Nachtrag 22.5.2017
Der Eingangstrafo der PA wurde auf 8 Windungen zu 8 Windungen geändert und auf einen Doppellochkern gewickelt (BN-43-3312). Damit wird die Anpassung verbessert und die Sendeleistung steigt noch etwas an (aktuell 110W). Die Windungszahl der bifilaren Speisedrossel der PA wurde auf 5 Windungen reduziert. Damit kann ein kleinerer N30-Kern verwendet werden. Der Sender hat inzwischen etwa 10 Stunden WSPR klaglos überstanden und auch ein paar mal schlechtes SWR verdaut ;-)