Elecraft KXPA100 - External 100-W Amplifier 160-6M

[VE2PID Pierre]

Bravo JF! Je vois que tu ne sembles pas beaucoup impressionné par la parodie de la cloche à vache fêlée de notre optimiste gringo national...
Et que le japonais dont on ne connait pas vraiment les méthodes de mesures ne t'a pas effrayé non plus.
Finalement, c'est la réputation d'Elecraft et sa recherche de la perfection qui comptent.
Tu as probablement choisi l'option 'kit'?

73

[VE2EZD Louis]

Bonjour

Voici donc mon petit grain de sel concernant les caractéritiques de cet amplificateur.

Vous avez peut-être remarqué qu'il se tient une discussion particulièrement intéressante dans un autre fil de ce site concernant l'IMD des amplificateurs.
Je vais me servir dans ce qui va suivre des résultats théoriques mis en évidence dans ce que j'ai appris dernièrement.

Quelles informations avons-nous sur le KXPA100?

Peu de choses si ce n'est l'image d'un graphique (P_out vs P_in)de tests faits par JA1NLX.
À défaut d'avoir les valeurs numériques, je les ai extraites directement du graphique.

Pour résumer, j'ai ouvert le graphique avec le logiciel Paint.
J'ai localisé les positions en pixels des valeurs de puissance de l'échelle verticale en les pointant avec la souris.
J'ai trouvé ainsi la correspondance (position en Y) vs (Puissance en Y).
Il ne suffisait que de lire la position en pixels d'un point sur la courbe de réponse pour extraire assez précisément la valeur en Watts.

Voici ce que ça donne pour la bande de 20m.

Pin	Pout	Gain (dB)
1	43	16
2	69	15
3	85	14
4	96	14
5	108	13

Le gain en dB = 10 lob₁₀(P_out/P_in)

On peut voir que quand le signal d'entrée double (+3dB) le gain du signal de sortie diminue d'à peu près un 1 dB.

J'ai ensuite transformé les puissances en Volts.
V = racine(P * Z₀)
Ici Z₀ = 50 Ohms autant à l'entrée qu'à la sortie.

J'ai tracé dans Excel le graphique V_out vs V_in.
C'est la courbe qui représente la fonction de transfert (en tension) de l'ampli.

J'ai ensuite appliqué une courbe de tendance de degré six pour retrouver les coefficients a_n.

Nous savons que Tx IMD3 est provoqué par a₃ mais aussi dans une moindre mesure par a₅.
Nous retrouvons dans la littérature que Tx IMD3 provient de 3/4*a₃ et de 25/8*a₅.

Ce que j'ai obtenu:
   a1 = +5,13675
   a3 = -0,13824
   a5 = -0,00012

Donc TxIMD3 = 20 log₁₀(a1 / (3/4*a₃ + 25/8*a₅))

Le 20 provient du fait que je compare des tensions.

Et qu'est-ce que ça me donne???

Tx IMD3_20m = 33,9 dB

Ce résultat me semble crédible car il se retrouve dans la fourchette des tests d'autres amplificateurs d'amateurs qu'on retrouve sur le Web.

Fait intéressant, cette valeur est la même que celle mesurée par l'ARRL pour le KPA500 (34 dB).
Cette valeur, si elle se confirme, semble faire partie des critères du cahier des charges d'Elecraft.

Il ne reste qu'à attendre les tests de l'ARRL pour confirmer ma démarche.

Lors des tests de l'ARRL le Modèle 418 de Ten-Tec, qui est un ampli dans la même catégorie que le KXPA100, a atteint 37 dB sur le 20m.

En conclusion, les caractéristiques du KXPA100 semblent correspondre à ce qu'on retrouve sur le marché des amplificateurs d'amateurs.

72/73 de Louis, VE2EZD

[VE2PID Pierre]

Bonjour Louis,

J'essaie de reprendre tout ton raisonnement. Les valeurs de V_in vs V_out sont:

7.071067812	46.36809248
10	58.73670062
12.24744871	65.19202405
14.14213562	69.2820323
15.8113883	73.48469228

Par contre, même en sélectionnant un lissage pour un polynôme d'ordre 6, Excel me retourne un polynôme de degré 4 ...?
Où est mon erreur?
--
Je crois que cette méthode nous permettrait de calculer la valeur d'atténuation maximum d'IMD3 impossible à dépasser mathématiquement. Ça expliquerait peut-être la limite de -35 dB affichée dans tous les QST...?

Méthode suggérée: Créer une plage de V_in vs V_out dans laquelle on entrerait des valeurs obtenues par un ampli hypothétique au comportement parfaitement linéaire (i.e. une simple ""presque droite"", en ajoutant des poussières aux 3e décimales). Le même exercice donnerait automatiquement le plancher limite  d'IMD3 atteignable, quels que soient des PA passés, présents ou à venir.

Qu'en penses-tu ?

[VE2LH Sylvain]

Bonjour,
Désolé de m'insérer dans votre intéressante jasette mathématique.

Petite note pratico-pratique... pour la SSB à ne pas oublier.

Si on considère un exemple typique où le transmetteur est positionné à 5KHz à côté du récepteur, ce sont les produits de cinquième et septième ordre qui vont produire de l'interférence au récepteur . Celui du troisième ordre ne contribuera pas.
J'ai supposé que la bande passante IF des radios était de 500 à 2500 Hz.

Pour la performance d'un transmetteur SSB sur l'air, en situation réelle, ce sont les produits d'ordre 5,7 et plus qui feront la différence.
En jetant un coup d'oeil sur les performances typiques d'IMDx présentés sur le forum, on constate que la relation IMD3 et IMD5... IMD7...IMD9  n'est pas triviale.
Donc, il y a un danger à comparer la performance sur l'air d' amplificateurs sur la seule base de l'IMD3.
73
Sylvain

[VA2JOT Jacques]

Donc, il y a un danger à comparer la performance sur l'air d' amplificateurs sur la seule base de l'IMD3. Bon point, c'est certain que si on veux s'attaquer a reduire l'interference aux canaux adjacents qu'il faut aller plus loin que l'IMD-3 mais il ne semble pas y avoir foule qui abonde dans le meme sens pour le moment.

Y'en a meme qui imaginent a tort qu'il existe des limites fermes concernant l'IMD pour les radios d'amateurs alors qu'il n'en existe pas a part de voeux pieux concerant les pratiques courantes de bon design ou autres boniments du genre sans valeur.

Le fait que quelques fabricants publient leurs resultats porte a certains a croire a leur existence.

Je trouve ton commentaire tout-a-fait approprie.

[VE2EZD Louis]

Salut Pierre

J'ai un vieux Excel 2003 et même en choisissant le 6e degré il ne me retourne que 5 termes.

Il y a d'autres façons de faire un "fit" polynomial avec Excel mais celle-là était la plus facile et surtout la plus rapide à mettre en oeuvre.

Pour la limitation à l'ordre d'IMD calculé Sylvain c'est plus du côté pratique des outils que j'ai utilisé.
J'ai fait ça vite ce matin et faire un graphique Excel pour extraire les valeurs du polynôme répondait à cette exigence.

Je n'ai pas calculé IMD5 car avec le nombre de chiffres significatifs qu'Excel me retournait je ne suis pas assez sûr du degré de précision du résultat.

Il faut dire aussi que la précision des données de départ est limitée... une image jpeg.

Je voulais surtout montrer qu'il est facile de trouver le premier terme d'IMD et qu'en première approximation le KXPA100 était aussi linéaire que les autres.
Regarder un graphique P vs P exagère la non-linéarité et le graphique V vs V que j'ai tracé l'est beaucoup plus.

Ce n'est pas une guerre sainte, c'est une exploration des concepts théoriques de base et le plus beau c'est que ça semble marcher.
De grâce, rangez vos crucifix et sortez vos calculatrices.
Je ne vois aucune trace d'acte de foi dans notre démarche.

On prend des données on les traite et on compare les résultats avec ce qui est publié.
Lâchez-moi avec la théorie du complot.

Il y a quelqu'un qui a dit que le KXPA100 n'était pas linéaire du tout.
J'arrive à une toute autre conclusion.

Point.

72/73 de Louis, VE2EZD

[VA2JOT Jacques]

Il y a quelqu'un qui a dit que le KXPA100 n'était pas linéaire du tout.
J'arrive à une autre conclusion. C'est pas comme eplucher des marguerites ca, un peu, beaucoup, pas du tout ;-)

En passant je ne crois pas avoir dit qu'il ""etait pas lineaire du tout "" mais que son IMD n'etait pas a la hauteur de la qualite du design de son recepteur.     
 
L'ARRL a produit des resultats attteignant -30dBc sur 12m. Je ne suis meme pas convaincu que sa methode de calcul est meme que celle du FCC pour les radios commerciaux. Certains pretendent qu'elle est de 6dB plus optimiste que celle du FCC mais peu importe. Admettons que c'est -30dBc selon la methode d'essai reconnue dans l'industrie.

Essaies d'imaginer la quantite de vidanges que produirait une station si ce KXPA100 faisait partie d'une chaine dans laquelle se retrouve un autre ampli pour se rendre a la limite legale de puissance. Combien d'energie serait irradiee dans les canaux adjacents par une station ainsi configuree et ce, legalement. Fais le calcul en watts irradies a la frequence d'IMD-3.

Encore une fois, peut-on examiner la situation sous l'aspect de pollution spectrale envers les canaux adjacents au lieu de focusser sur une seul des parametres pouvant contribuer a cette pollution.

Bonne journee,

[VE2PID Pierre]

J'ai un vieux Excel 2003 et même en choisissant le 6e degré il ne me retourne que 5 termes.

Bonjour Louis et merci pour l'envoi en courriel privé du fichier .xls.
En le transformant pour un ampli hypothétique de linéarité parfaite, on atteint des atténuations d'IMD3 de -45 dB.
Limite théorique.. ou limite de la méthode? Re-qu'en pense tu ?

[VE2UGO Hugo]

''The latest KXPA100 firmware can be found at:

http://www.elecraft.com/KXPA100/KXPA100_software.htm

Changes:

- ATU TUNE low-power threshold was adjusted so that ATU tuning doesn’t get stuck if the KX3's power output folds back (reduced due to SWR or high current). In prior versions, the KXAT100 would not start a full-search tune at less than 1.8 watts, and if power dipped below 1.5 watts during tune, tune would stop, waiting for more drive power. In the current version the KXAT100 starts and continues full search tune at any detectable power over 250 mW. Its assumes that if the drive power is too low to compute SWR, then the SWR must be bad here, and we progress in the tune search algorithm. This is how the KAT3 and KXAT3 ATUs work.

- Input power threshold was adjusted to reduce the incidents of faults during tuning.

- Band voltage tables for IC-703 and Yaesu FT-817 were updated. This was necessitated by hardware changes since initial measurements were made with an earlier prototype.

73,
Wayne
N6KR''

[VE2UGO Hugo]

F/W Latest Beta Release (MCU 1.19)
Utility Latest Production Release (1.14.3.4) March 4, 2014

KXPA100 Firmware Release Notes

01.19 3-1-2014
Remove spurious low voltage fault table entries made when turning amplifier off
Accept commands with lower case characters, fixes bug introduced in 1.11

01.18 2-27-2014
Add Antenna Enable (one band) command:
Get format: ^AEbb; where bb is Band Number, 00 through 10 for 160 through 6 meters
Set/response format: ^AEbbn; where n is 1, 2, or 3 to enable ANT1 only, ANT2 only, or both antennae.
Add Antenna Enable (all bands) command:
Get format: ^AEA;
Set/Response format: ^AEAnnnnnnnnnnn; one digit n for each of 11 bands from 160 thru 6 meters where n is 1, 2, or 3 for ANT1 only, ANT2 only, both antennae.
Alternate set format for all bands same enable: ^AEAn; where n is 1, 2, or 3.
KXPA Utility Command tester can be used now, configuration dialog support is forthcoming

01.15 2-19-2014
Reduce dissipation faults in band change
Bug fix: amplifier would not key immediately after tune with high drive power

01.12 2-11-2014
Transmit two RS-232 stop bits, which will work with programs that expect 1, 1.5 or 2 stop bits. Now Ham Radio Deluxe version 6.2 connects through KXPA100.

01.11 2-8-2014
Reduce delay forwarding RS-232 data from PC host to transceiver

[VE2UGO Hugo]

Pour ceux possédant un KXPA100 en combinaison avec un KX3, Wayne Burdick recherche des testeurs pour un nouveau firmware.

Hi all,

The KX3’s PWR control can be used to directly set the KXPA100’s power output, assuming the KX3 and amp are connected by a control cable, and PA MODE = ON. However, the PWR setting is an estimate based on factory calibration at 75 W; actual output varies with load impedance, supply voltage, and per-band amplifier gain. The estimate is typically within +/- 1 dB, adequate for most purposes.

The latest field-test firmware for the KX3 allows the operator to obtain more accurate amplifier output, if desired, using the KX3's TUNE function. After activating TUNE, power will be automatically adjusted to within about +/- 2 watts based on data read from the amplifier itself. This would typically be done after setting PWR or changing bands, and perhaps after switching antennas.

If you're interested in testing the new firmware, please email me directly. (If you don't get an email back, it's because I've gotten too many volunteers.)

Thanks,

Wayne
N6KR

[VE2UGO Hugo]

http://www.elecraft.com/tmp/kxpa100.htm

KXPA100    100 W External Amplifier-Modular Kit (incl. DC power cable)               699.95
KXPA100-F   100 W External Amplifier-Factory Assembled (incl. DC power cable)   749.95

      
KXAT100   Internal Auto Antenna Tuner Option - Customer Installed    299.95
KXAT100-F    Internal Auto Antenna Tuner Option - Factory Installed    349.95

Mise à jour des prix!

http://www.elecraft.com/elecraft_prod_list.htm#kxpa100

KXPA100   100 W External Amplifier-Modular Kit (incl. DC power cable)                  699.95
KXPA100-F   100 W External Amplifier-Factory Assembled (incl. DC power cable)   749.95
A KXUSB computer interface cable for USB is supplied standard with the KXPA100.
Note: If you prefer the RS-232 interface, check the KXSER box below to exchange the supplied KXUSB for the KXSER cable (3.5MM to DB9-F).

KXAT100   Internal Auto Antenna Tuner Option - Customer Installed   319.95
KXAT100-F   Internal Auto Antenna Tuner Option - Factory Installed   369.95

KXSER   KXSER (3.5mm to DB9-F): Additional Cable  3.95
3.5mm to RS232 DB9-F for KXPA100. (No charge for exchanging the stock KXUSB for a KXSER)   

KXPACBL   KX3 to KXPA100 Integrated Adapter Cable.  39.95
Provides Amp Keying, Band Data, RF and AMP/ATU control from the KX3 to the KXPA100 and KXPA100 status back to KX3. Includes KX3 to KXPA100 control cable (39") , a std 6" Ethernet cable, KXPA100 to KX3 power cable (39" minimum) and a BNC RA to PL-259 RF cable (39"). Longer Ethernet style and RF cables can be used to locate the KXPA100 farther from the KX3.)
 
KXFT817CBL FT817 to KXPA100 Interface Cable. Provides simple interface to the KXPA100 from a FT817.  29.95

[VE2PID Pierre]

...
Pour en revenir au KXPA100 (adapté au KX3), le numéro de QST d'Octobre 2014 publie les résultats des mesures en lab (ARRL).
En particulier, pour les intéressés, les valeur d'IMDs (TX évidemment ..) d'ordres impairs sont de 32/34/42/52 dB sous la crête à 14 MHz et 31/35/40/51 dB sous la crête à 50 MHz.

À mon avis, cet amplificateur est donc dans la catégorie des 'bons' PA conventionnels (ceux qui n'utilisent pas en plus la stratégie de compensation par pré-distorsion à l'entrée).

Tel que le montre ce graphique tiré du Handbook de l'ARRL, et à leur point de vue, le seuil 'acceptable' pour les IMDs d'ordre 3 est de 30 dB sous la crête. Les tests de l'ARRL des distorsions par intermodulations utilisent toujours la méthode des deux tonalités. (oui je sais ...)


_____________________________
Bottom Line
The KXPA100 is a compact 100W amplifier that is designed to work with any QRP transceiver. Silent QSK operations and an optional internal wide-range autotuner add capabilities not found in many other QRP amplifiers.

Voir le tableau-synthèse des résultats en bas de ce message.
(QST Octobre 2014 pages 48 à 52.)

   

[VA2JOT Jacques]

Pierre,
          C'est un seuil acceptable seulement si on considère que la méthode de mise à l'épreuve de l'ARRL est la bonne et que des chiffres d'IMD vieux de plus de 50 ans sont encore défendables malgré les progrès de la technologie. Et encore....

C'est contesté par les gens qui ont fait leur apprentissage de la méthode de mesure de l'intermod dans le milieu professionnel. Dans le cas que tu soulignes, l'écart à l'écran entre une des deux tonalités d'essai et l'IMD3 me semble plus proche des -6dB pour une des fondamentales vs -29dB pour son IMD-3. C'est à dire un écart de 23dB entre l'une des deux fondamentales et son produit. Si on veut comparer la somme des deux fondamentales, il faut la comparer à la somme des intermods mesurables.

Deuxièmement, si on faisait le même tests avec une vraie station (dans ce cas-ci, y'a pas outrage à présumer un KX3 qui drive un KXPA-100) on se retrouverait avec un vrai montage de vraie station avec une beaucoup plus réaliste figure d'IMD-3. Plus proche des -22 dBc sans doute.

Vu que la technique de mitigation de l'IMD est maintenant connue et accessible à tous qui désirent gérer plus rigoureusement leur taux d'IMD, le temps est propice pour réexaminer ou devraient être les seuils d'acceptabilité.

Il est aussi temps de remettre en question pourquoi on n'établirait pas un seuil en fonction de la puissance de sortie puisque ce qui importe n'est pas le niveau relatif d'IMD émis mais plutot le niveau absolu d'IMD émis car finalement, c'est celui-ci qui dérange les stations à "l'autre bout". N'est-ce pas? 

Pour 10W pep; -30dBc. Pour 100W pep -40dBc. Pour 1000W pep, -50 dBc serait des seuils d'IMD qui contribueraient à des bandes passablement plus "propres" que ce dont nous disposons présentement. C'est prouvé que c'est faisable avec des radios "off the shelf" même s'ils sont raccordés à des amplis ordinaires incluant les modèles qui datent d'il y a plus de 30 ans. N'est-ce pas fantastique?

Donc, le problème n'est plus technique. Ce qui subsiste comme obstacle est pire; C'est la résistance entre les oreilles de certaines personnes. Naturellement, on ne peux tous remplacer nos stations du jour au lendemain mais au moins, il faudrait commencer par élargir un peu notre façon de voir les choses à la lumière des progrès de la technologie et regarder les choses d'un de façon un peu plus critique à la lumière de ce qui est faisable aujourd'hui.

73,

[VE2PID Pierre]

Pour 10W pep; -30dBc. Pour 100W pep -40dBc. Pour 1000W pep, -50 dBc serait des seuils d'IMD qui contribueraient à des bandes passablement plus "propres" que ce dont nous disposons présentement. C'est prouvé que c'est faisable avec des radios "off the shelf"

Après vérification des tests de QST au cours des années antérieures, seulement 2 radios ont obtenu des valeurs d'IMD3/TX inférieures à -40 dBc, et ce sont deux produits Yaesu:
Le FTdx5000D (3e -43 dBc et 9e -72 dBc)
Et le FT-2000D (3e -41 dBc et 9e -65 dBc)