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Lo SPE Expert 1K-FA è un am-plificatore lineare per fre-quenze HF da 1.8 a 50MHz

con potenza di uscita di 1000 Wcompletamente automatico conincorporato l'accordatore d’an-tenna e l’alimentatore da rete.

Questa è la serie dei suoi titoli:occorre essere un po’ più precisie allora diciamo che intanto è unamplificatore lineare allo statosolido che non ha limiti di bande,opera infatti da 1,8 a 50MHz eche i 1000W max, circa 500quando selezionato Half-Pwr,sono prodotti da sei coppie diMOSFET.

Poi che ha l’alimentazione re-golata incorporata con sorgente

da rete elettrica.Poi che ha, sempre incorpora-

to, un accordatore automaticod’antenna che può anche essereutilizzato a sé stante, quindi sen-za che si renda necessaria la po-tenza ma solo con quella deltransceiver.

Poi che le dimensioni sono mi-nime, 28 x 32 alto 14 cm.

E infine che per ottenere il fun-zionamento totalmente automati-co di queste parti è installato unsoftware di controllo e protezio-ne di notevole espansione. Tuttala situazione operativa ed even-tuali condizioni al limite sonopresentate su un grande displayfrontale che è tutto quanto vede

l’operatore.Il rendimento dell’amplificato-

re è del 60-65% misurati al con-sumo di rete, compreso quindil’alimentatore; ne deriva cheall’uscita di 1000W ci sarà dasmaltire circa 6-700 W di calore.Viene da chiedersi come ottene-re questo smaltimento in cosìpoco spazio: ci sono sette vento-le, molto silenziose in verità, masarò più preciso nei dettagliquando arriverò a descrivervi illayout.

Abitualmente a questo puntoinseriamo un data sheet ma inquesta occasione lo metteremoalla fine.

Amplificatore SPEmod. EXPERT 1K-FA

In 20 chili un concentrato di tecnologia per prestazioni al top

di Rinaldo Briatta I1UW/5PROVA DI LABORATORIO

Foto 1 - Unità accordatore visto dal lato toroidi/uscite SO239; po-sato sul dissipatore rame-alluminio su cui viene montatolo stadio di potenza.

Foto 2 - Unità accordatore visto dal lato capacità con relè di accor-do.

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Descrizione tecnica

Lo SPE Expert 1K-FA disponedi tre coppie di MOSFET le cuiuscite sono avviate ad un combi-natore al fine di ottenere, oltreche la sommatoria delle tre po-tenze, anche un’impedenzaadeguata a introdurre il segnaleampli f icato nel l ’ ingressodell’accordatore automatico,che viene quindi utilizzato an-che in funzione di filtro d’uscita.L’accordatore ha circuito aPi-Elle che, oltre ad effettuare lafunzione di adattatore d’anten-na, filtra e “pulisce” il segnaleamplificato; data la notevole at-tenuazione per i segnali armoni-ci non è necessario altro filtrag-gio. Si tenga conto che i MO-SFET sono a coppie quindi inpush-pull di classe AB e che inqueste configurazioni la secon-da armonica è in pratica assente,resta solo da ”controllare” la ter-za ed eventuali altre dispari.

Il combinatore delle uscite è inrealtà composto da tre adattatoripiù il trasformatore d’uscita; que-sto sistema assicura un isolamentotra le tre unità di potenza di alme-no 20dB proteggendo da even-tuali sbilanciamenti: ogni unità,come dire, lavora in proprio.

Tanto le uscite dei MOSFETquanto, e a maggior ragione, gliingressi fruiscono di accuratiadattamenti di impedenza atti arendere l’amplificazione stabile,efficiente e soprattutto lineare.La scelta dei MOSFET è stataquella tecnicamente più oppor-tuna proprio in vista della lineari-tà ottenibile e della relativa facili-tà di adattamento.

L’impedenza di ingresso, cosìaccuratamente adattata, presen-ta 50 � su tutto il range di utiliz-zo; all’ingresso è posto un rivela-tore di livello, un circuito del tipoponte di Bruene, che valuta lapotenza immessa; e qui entriamonella sezione controlli. Il guada-gno dell’amplificatore è di 16-17dB, anche qualcosa di più equesto vuol dire che la potenzadel pilotaggio, quella prove-niente dal transceiver, deve es-sere accuratamente dosata infunzione della potenza di uscitae della dissipazione massima.

Ciò posto, sarebbe oltre che dif-ficile, anche rischioso lasciareche questa operazione di “do-saggio” venga effettuata a mano,infatti la misura della potenza diingresso serve a regolare, trami-te software e cavetto connessoall’ALC dell’eccitatore, propriola potenza immessa di pilotag-gio, al giusto livello, evitando in-tanto effetti deleteri sulla lineari-tà del segnale all’uscita ma so-prattutto il rischio di eccessivadissipazione. Vedremo nelleprove che regolando la potenzadell’eccitatore, un IC7800 nelnostro caso, a 200 W (il massimofornibile) all’istante della messain trasmissione del lineare l’usci-ta si riduce a 40W: dati gli auto-matismi presenti non è necessa-ria nessuna regolazione ALC perottenere la migliore emissione.

Una caratteristica di tutto il si-stema di software sono i tempiminimi di adeguamento alle fun-zioni. Dire tempi minimi è scor-retto, dovrei dare in millisecondiquesti tempi. Queste rapiditàsono indispensabili quando si haa che fare con dispositivi a statosolido. Infatti i tempi di eventualerottura sono altrettanto rapidi equesto bisogna evitarlo. L’Expertcome vedremo è dotato di sofisti-cate protezioni, tanto è vero cheabbiamo per prova trasmesso con

1kW output senza antenna …nessun inconveniente.

Per quanto la resa dell’amplifi-catore, di qualunque amplifica-tore di potenza, sia elevata la po-tenza di uscita in ultima analisinon prescinde dall’alimentazio-ne che viene fornita ai dispositivi(anche delle valvole quando ilcaso); è quindi dell’alimentatoreche parliamo ora.

Dalla rete arriviamo al trasfor-matore toroidale che è anchefornito di cambio tensioni al pri-mario. É di tipo toroidale per bennoti motivi intanto di rendimentoe poi, non certo da trascurare,per l’assenza di flusso disperso.

Il secondario ha due tensioniseparatamente raddrizzate e sta-bilizzate; il raddrizzamento e lastabilizzazione sono effettuate datiristori. Il sistema di raddrizza-mento e controllo tramite tiristorinon è molto usato nelle costru-zioni amatoriali ma è utilizzato inquelle professionali. Si disponecosì della tensione di 44V DC im-piegata per le operazioni Full-power e di 30V DC per le opera-zioni Half-power; il passaggio trai due livelli di potenza può avve-nire in micro-tempi e senza pro-blemi.

Per tutte le altre utenze, ali-mentazioni delle logiche di soft-ware, relè e azionamenti vari,

Foto 3 - Unità alimentatore vista del trasformatore toroidale: a destra si vede la piastranon alettata di montaggio/dissipatore dei tiristori, in basso trasformatore piccolodi alimentazione dei servizi.

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provvede un altro trasformatore,di ben più piccole dimensioni.

Come si vede si è evitato l’uti-lizzo di una alimentazione di tiposwitching e questo a ragion ve-duta intanto di rendimento che aconti fatti in sede di progetto ri-sulta qui superiore allo switchingmode e raggiunge il 90-95% einoltre non ha le ben note “gra-ne” del noise sovente spifferatoun po’ dappertutto.

Se a questo punto ci fossero deifiltri fissi all’uscita si sarebbe finito,ma così non è. Intanto per quantoben progettati i filtri fissi avrebberocondizionato l’utilizzo per bande epoi, come ben noto, di fronte adun disadattamento, leggi ROS,che fare se non limitare sino abloccare l’uscita.

Allora all’uscita dello, o megliodegli, stadi di potenza è dispostol’accordatore automatico. Nonuna serie di filtri ma un filtro, abanda continua da 1,8 a 50MHz,capace di eliminare segnali in-desiderati (si legga 3° armoni-ca), ma anche, e qui è la geniali-tà, di adattare l’impedenza diuscita dello stadio di potenza allesituazioni, vere, dell’impedenzadi antenna, che può essere adat-tata entro un range minimo ga-rantito di 3 a 1, sovente migliore,in continuità, su tutto il range da1,8 a 50MHz.

L’accordatore automatico a di-sposizione del tipo pi-elle regola

Foto 4 – Prova Full-Pwr e misura dei watt di uscita: 1007 W su carico fittizio; pilota IC7800.

l’adattamento scegliendo laquantità di induttanza adeguataalla frequenza selezionata (ve-diamo dopo da chi) e poi si ac-corda tramite capacità fisse com-mutate. Sia per la selezione di in-duttanza che per quella dellecapacità si avvale di relè chesono molto particolari per la ca-pacità parassita estremamentebassa che hanno e anche per lacapacità di “tenere” 15A sul con-tatto. Non si dimentichi chequando emette potenza ci sonosempre 1000W RF in giro su que-sti componenti; le dimensionidelle induttanze sono evidentidalle foto mentre per le capacitàsi utilizzano capacitori a mica ar-gentata ( che fatica trovare il giu-sto fornitore!) posti in parallelo asuddividere il carico.

Tra lo stadio amplificatore e lostadio accordatore c’è un circui-to di misura del ROS che forniscealla logica di controllo non solola semplice lettura dell’adatta-mento ma anche la misura delcontenuto armonico, specie del-la terza armonica. Poiché è veroche questo è un accordatore maè anche un filtro: alla logica dicontrollo è demandato il compitodi valutare la situazione e ottem-perare al migliore adattamento,trasferimento e attenuazionepossibile. Non siamo ancora allafine del racconto ma vedete davoi leggendo che lo SPE Expert

K1-FA non è una macchina sem-plice eppure necessita di tuttequeste precauzioni, e molte altreancora sono necessarie al fine diprodurre un apparato serio enon un semi-serio.

Allora parliamo, anche se bre-vemente, delle protezioni chesono veramente molte.

Intanto va considerato lo svi-luppo non indifferente di calore:a smaltirlo provvedono ben setteventole che girano a tre velocitàdiverse. Dapprima lente e lì stan-no fintanto che la temperaturadei finali resta al disotto di 65°.Poi quando questa sale a 75° au-mentano i giri. Se la temperaturasale a 85° il sistema di sicurezzamette il lineare a metà potenza;se poi dovesse salire ancora finoa 90° il sistema sicurezza metteallora l’amplificatore in stand-byanche perché a quel punto po-trebbe esserci poco sfogo d’ariaoppure il filtro anteriore sporco(non è detto che sia un problemainterno, anzi di solito non lo è).

Lo smaltimento del calore o permeglio dire, il mantenimento deiMosfet a temperature accettabiliè demandato al montaggio diquesti su un dissipatore specialecostituito da una piastra di ramespessa 6mm montata su un dissi-patore di alluminio. Le superficidi accoppiamento sono lappatein modo da avere minime perditetermiche e poi c’è, come detto, ilsistema di ventole con controlli.

Delle protezioni ora sappiamoche c’è quella relativa al livello dipilotaggio: se la potenza di usci-ta fosse eccessiva il circuito diprotezione provvede, via ALCdel transceiver, a ridurla fino arientrare nei limiti consentiti dal-le possibilità del lineare.

Poi abbiamo la protezione datemperature eccessive.

Poi c’è la protezione da ROSverso l’antenna che, per quantoben compensabile dall’azionedell’accordatore potrebbe an-che, in taluni casi come l'antennarotta o disconnessa, richiedereuna protezione o anche il bloccodell’uscita di potenza.

Poi viene controllata la paritàdi prestazioni/correnti tra i trestadi che, in corrette condizioni,hanno correnti ed erogazione di

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Sono misurate

Le potenze di uscitaFull-Pwr = W (watt)

Le correnti di alimentazione = Ia (A)

Livello di armonici ad accordo effet-tuato = Pr (potenza riflessa)

Le potenze di uscitaHalf-Pwr = W (watt)

Le correnti in Half-Pwr = Ia (A)

Complete di matricola dell’apparatoin prova.

Tabella 1Misure dei livelli di potenza d’uscita

Tabella 2Analisi di spettro

Misura effettuatacon due segnali dipotenza input di li-vello atto ad ottene-re la massimapotenza di uscita; illivello dei segnaliimmessi raggiungeal picco 1dB di com-pressione.

NOTA BENE - Non sitratta di un eccitato-re con audio a duetoni ma bensì di duetrasmettitori uniti daun accoppiatore(-6dB di perdita, al-meno 20dB di sepa-razione)

Misure effettuate daFunk-amateur.

completa visione delle situazionie tramite il mouse si ottengonotutti i comandi possibili.

Avete capito che se è importan-te la parte diciamo di hardware,quella che in effetti produce lapotenza di uscita, altrettanto im-portante è tutto il software, permezzo del quale sono possibiliintanto i controlli e le protezioni epoi un completo interfacciamen-to sia al transceiver che al PC.

Questo posiziona lo SPE 1K-FAin posizione avanzata e moder-na, al top dei migliori apparatiallo stato dell’arte odierno.

potenza eguali: nel caso ci fosse-ro delle disparità viene emessoun allarme.

Questi gli allarmi e le protezio-ni più evidenti.

Modi d’utilizzo

Lo SPE Expert 1K-FA viene di-chiarato –fully automated- mapuò anche essere parzialmentemanuale; rimane totalmente au-tomatico nelle funzioni propriementre azionamenti, cambi dibanda, livello di potenza, altreoperazioni sono effettuabili an-che manualmente. Si perde inquesto caso gran parte delle suepeculiarità.

Utilizzato con un transceivermoderno, che abbia almeno lapresa CAT, tutte le operazionisono effettuate in modo auto-matico: al cambio di banda loSPE Exp. 1K-FA seleziona lacorretta antenna da impiega-re(quattro sono le prese per al-trettante antenne), predisponeil filtro, ovvero l’accordatore,alla condizione base per la fre-quenza che verrà usata e rima-ne in attesa di misurare il livellod i po tenza che prover ràdall’eccitatore. Al momentodella trasmissione si auto-rego-lerà il livello di potenza immes-so, va in misura il ROS e, se ne-cessario, rapidamente l’accor-datore s i au to-s in ton izza .L’operazione di accordo vieneeffettuata a bassa potenza, cir-ca 20W: pochi millisecondi esiamo in trasmissione Full-power.

C’è un supervisore a tutte que-ste operazioni ed è il softwareche contiene 13000 righe di soft-ware: ha anche una bella schedazeppa di integrati e due microP,senza questa sofisticatezza nonsarebbe possibile alcuna seriafunzione operativa.

All’operatore/OM resta co-munque ancora qualcosa dafare ed è soprattutto il controllovisivo della situazione che appa-re su un display grande e benleggibile.

Altra notevole possibilità è datadal raccordo con un PC sulloschermo del quale si ha una

Misure

Ospite dell’ing. Scasciafratti(I0ZY) nel suo super strumentato la-boratorio della SPE ho avuto mododi verificare alcune misure su unprodotto di normale produzione.

Qui di seguito sono le tabelle ele foto relative ad alcune misure;i diagrammi relativi alle analisi dispettro a due toni, verificate pe-raltro, sono pervenute alla SPEda una analisi effettuata nei la-boratori della FUNK-amateur evengono riprodotte, per conces-sione dell’ing. Scasciafratti, in

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Tabella 3 - Return Loss input

Il Return Loss di input è quanto ”vede” il Transceiver al pilotaggio, nelle ordinate didestra l’equivalente ROS; la fig –A- è lo schema base dell’adattamento di input.

quanto effettuate in condizionimolto serie, degne della migliorattenzione.

Commenti

Prima di tutto vorrei dire che illineare in oggetto è un prodottoitaliano al top della tecnica: nonnecessita di pre-riscaldamento,non bisogna accordare, cambiaautomaticamente le antenne,gestisce contemporaneamentedue transceivers, il tutto muoven-do solo la sintonia dell’RTX. Que-sto spiega perché in brevissimotempo si è imposto all’attenzionemondiale. Sono stato a vederedove è stato generato, progettatoe sperimentato e dove ora ven-gono collaudati gli amplificatoriSPE Expert 1K-FA.

Ne ho visti di finiti, da finire conle parti ancora separate da mon-tare, ho potuto controllare e ve-dere come sono “dentro” e devodire che ben raramente nellemie numerose visite a laboratoridi progetto ho constatato un cosìelevato livello di qualità nei ma-teriali impiegati, nella cura effet-tuata nei montaggi, nei partico-lari anche più minuti.

Tutto questo non arriva per casoma è frutto intanto di una ingegne-ria d’avanguardia nell'hardware eanche, indispensabile ormai, nelsoftware.

La progettazione ha richiestotra studi, prove, prototipi, lì c’èancora il prototipo base, circadue anni che, alla fine, bisognadire che sono stati spesi bene.

La SPE è un'azienda che ha allespalle anni di studi e realizzazioniavanzate nel campo delle tecno-logie delle misure elettroniche.Aggiungo che lo SPE Expert 1K-FA è certificato dall’Istituto supe-riore delle tecnologie dell’infor-mazione sia con test sulla sicurez-za che con il test della compatibi-lità elettromagnetica EMC, ed èanche certificato FCC negli USA.

Devo un grande ringraziamentoall’ing. Scasciafratti ospite non solodigrandecompetenzamaanchedigrande pazienza e signorilità peraver accolto e risposto a tutte le do-mande e alle strane richieste che gliho presentato.

Foto 6 – Laboratorio prove con l'ing. Scasciafratti semi nascosto.