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Faisceaux Hertziens Sat/Sagem 6 GHz

Oscillateurs > RX : VM 410A + TX : VM 450 A

Introduction
Principe simplifié
Oscillateur 81 MHz
Générateur peigne
Filtre 2.2 GHz
Cavité oscillatrice
Amplificateur 2.2 GHz
Circulateur 6 GHz
Tripleur 2 vers 6 GHz
Circulateur 2 GHz
Liens

Maj : 19/02/07

Abstract :
Attempt to recycle surplus equipments to ham band 6 cm (5.7 GHz).
Some elements of an old digital telecommunication link in 6.6 GHz.

 

Résumé :
Tentative de réutilisation d’équipements de surplus sur la bande amateur 6 cm (5.7 GHz).
Quelques éléments d’un vieux link de communication numérique 6.6 GHz.

 

 

Introduction

Après le démantèlement de stations PTT, ces faisceaux hertziens 6 GHz, fabriqués en 1977, ont été ferraillés, quelques uns ont heureusement pu être récupérés en vue de recyclage en bande amateur 5.7 GHz. Notre bande 6 cm est sérieusement grignotée, depuis qu'elle a été ouverte au système Wi-Fi à haute vitesse.

Cette démarche est purement pédagogique, les progrès en électronique ont été énormes depuis 50 ans (date de l’étude) !
Iil est évident que des solutions plus modernes sont mieux adaptées à une exploitation en télévision 6 cm, à base de Comtech modifiés avec doubleur ou tripleur, ou de simples oscillateurs directement sur 5.7 GHz avec un transistor de puissance.
Cette étude n'a en aucun cas pour but de remettre en service des matériels historiques, mais elle montre comment essayer de comprendre le fonctionnement d'un élément complexe inconnu récupéré à la ferraille et de déterminer ce qui est recyclable pour un bon bricoleur SHF.

Cette page essayera de faire le point des adaptations expérimentales possibles.
Ce bloc Tx est qu’un pilote sortant 30 dBm, il était suivi d’un modulateur décalant la fréquence puis d’un module de puissance à proximité de la parabole (matériel inconnu).
Ce bloc Rx n’est qu’un pilote sortant 12 dBm en porteuse pure, il était suivi d’un démodulateur recevant le signal.

Bilan du récupérable

Dans cette masse de ferraille d’une dizaine de kilogrammes (Tx+Rx), beaucoup d’éléments s’avèrent intéressants à récupérer, le reste repart chez le ferrailleur (le poids total final n’aura pas beaucoup diminué…).
Les éléments utilisables sont décrits en chapitres suivants, il y a en plus quelque connectique et du semi rigide.
Le peigne Tx est aussi exploitable tel quel. Le reste de l’électronique est obsolète, il n’y a rien à récupérer, sauf la platine d’asservissement de fréquence Tx et de belles lignes pour réaliser des prototypes.

Voici les photos de ces pilotes émission et réception très intéressants :

 

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OL RX : sat/sagem VM 410A
(petit bloc) : Cliquez pour agrandir

Le VM 410A est pour le haut de la bande (VM 420 A bas de bande)

Voir ici les capots ouverts : Cliquez pour agrandir

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OL TX : sat/sagem VM 450 A
(grand bloc) : Cliquez pour agrandir

Un autre module très lourd provenant du même faisceau, le VP 351 + VM 311.

Autre élément du faisceau, le modulateur VM 270. Ce matériel antique est totalement périmé.

Ces autres éléments, comme le reste du faisceau, sont seulement bons pour le bac de recyclage, il n’y a rien de bon à récupérer.

Cliquez pour agrandir
sat/sagem VM 351+311

 

 

Principe simplifié du pilote emission

Oscillateur à quartz vers 81 MHz ---> ---> Multiplicateur par 27 (peigne+ filtre) ---> ---> Cavité amplifiée 2.2 GHz --->
---> Bloc amplificateur de puissance 2.2 GHz---> ---> Circulateur 2.2 GHz --->
---> Tripleur passif à lignes (sur le TX, le coupleur est intégré (sur le RX , c’est un bloc séparé) --->
---> Circulateur de sortie 6.6 GHz vers la prise SMA.

 

Propreté du signal de sortie Tx

En sortie du rack nous observons les divers harmoniques parasites du 2.2 GHz.
Le fondamental, 2.2 GHz à - 43.5 dB sous la porteuse.
L’harmonique 2, 4.4 GHz à -38.5 dB sous la porteuse.
L’harmonique 3, 6.6 GHz, la porteuse utile de référence (à 24 dBm).
L’harmonique 4, 8.4 GHz, à -50.5 dB sous la porteuse.
Les harmoniques supérieurs sont à niveau négligeable.
Un filtrage supplémentaire était fourni par l’amplificateur de puissance déporté, car ainsi ce n’est pas très propre.

 

Câblage indicatif à vérifier suivant les matériels

Rouge + 24V, consommation 0.3 A pour le Tx, 0.2 A pour l'OL Rx.
Blanc -12 V, consommation 0.85 A pour le Tx, 10 mA pour l'OL Rx.
Bleu masse
Jaune fil de contrôle ?

En alimentant le Tx en 24 V, la tension distribuée aux divers étages est de 22.9 V (C'est important pour les mesures de puissance qui dépendent fortement de la tension).

Prise BNC J3 sur plan incliné d'entrée de modulation, pour une voie de service à bas débit.

 

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Compréhension des fréquences

Jean-François, F4DAY m’a fourni les indications suivantes sur les plans de fréquences historiques.
La canalisation des FH dans la bande 6,5 GHz obéissait en 1980 aux règles suivantes :

Pour les FH France Télécom : Fn = 6770 - 350 + 40n ... F'n = 6770 - 10 + 40n ... (n entier compris entre 1 et 8, numéro de canal).
Pour les FH TDF : Fn = 6770 - 350 + 20n ... F'n = 6770 - 10 + 20n ... (n = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, numéro de canal).
Un bond hertzien est toujours constitué d'équipements d'émission fonctionnant à la fréquence F à une extrêmité de la liaison, à la fréquence F' à l'autre extrêmité. La différence |F - F'| est constante quel que soit le canal et appelée "écart duplex". L'écart duplex vaut 340 MHz sur cette bande.
Les FI valent généralement 70 MHz ou 140 MHz pour les équipements FT et 115 MHz pour les équipements TDF.

 

Principe de ces faisceaux

La stratégie de ces faisceaux est de ne travailler qu’avec des pilotes en porteuse pure et une fréquence intermédiaire de 140 MHz modulée.
L’intérêt de cette approche est de pouvoir renvoyer depuis un relais le canal reçu d’un récepteur sur un autre émetteur par la FI 140 MHz sans aucune démodulation donc sans altération même s’il y a plusieurs relais intermédiaires sur le trajet total.
La FI de 140 MHz est modulée à 34 Mbps en 2 états de phase (ou plus, à confirmer).

 

Marquages TX

Attention de ne pas faire l’erreur idiote que j’ai faite au début : Les matériels sont marqués sur l’étiquette 6630.795, 6730.249…
J’ai pris cela pour une fréquence et j’ai cherché des correspondances qui ne menaient à rien. Il ne s’agit que de numéros de série !

Le rack récupéré, oscillateur local émission (TX), est gravé : PTT : Canal 7 FT = 6700 MHz = porteuse du pilote 6560 MHz + 140 MHz de modulation.
Nous trouvons bien la bonne harmonique du quartz : 80.98765 * 27 * 3 = 6560 MHz.
Curiosité : Dans le compartiment du générateur de peigne, étiquette collée 2105. 679 MHz : Mais cela correspond exactement à l’harmonique 26 du quartz, qui est de 30 dB plus forte que la 27, la seule pourtant utilisée en sortie du peigne !

 

Marquages RX

Le Rx est marqué canal 4 (suivi d’une étoile signifiant canal prime = voie de retour)
Le canal 4 * chez France Télécom correspondait à la fréquence de sortie 6920 MHz => Porteuse pilote = 6920 MHz = 6780 MHz + 140 MHz de modulation.
Nous trouvons bien la bonne harmonique du quartz : 83.7037 * 27 * 3 = 6780 MHz.

 

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Cheminement de cette étude de faisceau hertzien

Problème : Ces deux blocs ne sont que des oscillateurs locaux, ce sont de simples pilotes 6 GHz, il manque tous les autres tiroirs (modulateurs, démodulateurs…) pour reconstituer une chaîne d’émission réception.

Cette page va tenter d’expliquer le fonctionnement des éléments disponibles de ce faisceau hertzien, élément par élément.
L’idée est ensuite de faire glisser l’ensemble de 6.6 GHz vers 5.7 GHz pour obtenir les mêmes performances en bande amateur (la fréquence autorisée pour la télévision amateur est de 5.735 GHz) .
Le modeste bricolage sera de moduler proprement la varicap de la cavité ou la raie pilote pour émettre en télévision analogique

Les chapitres suivants sont dans l'ordre logique.

 

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Oscillateur de référence de fréquence

Oscillateur 81 MHz OL Tx

Le pilote initial est un simple oscillateur à quartz, sur 80.98765 MHz , sans enceinte thermostatée (boîtier rond doré). C’est pourtant de lui que dépend la fréquence finale 6.6 GHz de la chaîne après multiplication par 27 puis par 3.
La BNC latérale du bloc fournit une image de ce pilote initial à -4 dBm.
La sortie 81 MHz à 700 mV CaC (mesuré à l’oscilloscope) attaque le générateur de peigne.
Le circuit de l'oscillateur Tx consomme 67 mA sous 24 V.

Oscillateur 83 MHz OL Rx

Dans le bloc OL Rx, le quartz est ici en gros boîtier verre sur 83.703700 MHz.
La BNC latérale du bloc fournit une image de ce pilote initial à -0.5 dBm.
La sortie 81 MHz à 300 mV CaC (mesuré à l’oscilloscope) attaque le multiplicateur par 27.
Le circuit de l'oscillateur Rx consomme 73 mA sous 24 V.

 

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Générateur de peigne (comb generator) Tx

 

Circuit imprimé recevant en entrée le pilote 81 MHz, comportant une diode et sortant un peigne de toutes les raies harmoniques à des niveaux variables à plus de 2.5 GHz.
Curieusement la raie 27 est une des plus faibles (voir le marqueur 1 à -38 dBm).

Il est très simple de prendre une raie inférieure et de faire glisser l’oscillateur à quartz autour des 80 GHz pour obtenir une fréquence quelconque vers 1.9 ou 2.4 GHz, sans modifier ce circuit.

 


La raie 25 (à 2.025 GHz) est beaucoup plus forte à -9 dBm que la raie utile !
Un quartz de 76.5 MHz donnerait 1.9125 GHz sur son 25 ème harmonique (en triplant ensuite 5.7375 GHz).

 

Ce circuit, basé sur une diode particulière, n’est pas alimenté, les condensateurs ajustables modifient la régularité de l’amplitude des raies.

Spectre de raies du peigne original à 81 MHz

Variation sur un peigne à 100 MHz

 

Beaucoup d’expérimentateurs laisseront tomber ces étages obsolètes afin de fabriquer une raie modulée en télévision autour des 2 GHz, pour attaquer la cavité, un simple Comtech modifié remplacera avantageusement ces étages anciens.

 

Il restera alors à récupérer le petit bout de circuit imprimé générateur de peigne pour qui a besoin de marqueurs.

Le peigne est d’origine attaqué par le 81 MHz à 700 mV CaC (mesuré à l’oscilloscope).
Il admet une large plage de fréquences d’entrées.

Pour réaliser un générateurs d’harmoniques 100 MHz, j’ai remplacé le signal original par un 100 MHz sous 20 dBm (générateur 50 ohms) ce qui redonne l’amplitude d’entrée initiale.

En optimisant les réglages des 3 petits condensateurs et en réduisant la self (3 spires en l’air) on améliore en puissance et régularité les raies, au mieux, -27 dBm en 2.4 GHz.
Il est possible d’attaquer de 50 MHz à 110 MHz, à + 20 dBm, mais avec une très forte baisse de rendement aux limites. Il vaut mieux rester entre 80 et 100 MHz.
Ne baissez pas le niveau d’attaque à moins de +20 dBm, le rendement s’écroule vite hors saturation de la diode.

Voici le résultat non optimisé, hors boîte blindée, les raies sont exploitables jusqu’à 5 GHz, l’époxy absorbe trop au-delà.

Un amplificateur MMIC renforcera encore le niveau.

Si le 100 MHz est obtenu avec un TCXO (verrouillé sur 10 MHz Rubudium ou GPS ) vous aurez des marqueurs d’une précision exceptionnelle.

Sur la copie d’écran le marqueur est sur la raie 500 MHz (harmonique 5) à -7 dBm, le marqueur 2.2 GHz est à -42 dBm.

Spectre de raies du peigne à 100 MHz (+ 20 dBm)

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Filtre sélectif actif 2.2 GHz Tx

Ce filtre se présente comme une plaque laiton avec de nombreuses vis, sans aucun réglage visible à première vue.

Une ligne rentre entre les plaques (?).

 

 

J’ai fais une grosse erreur à ma première mesure sur ce filtre. Je l’ai passé bêtement au générateur de tracking chargé sur l’entrée 50 ohms de l’analyseur de spectre et je l’ai trouvé très sélectif.

Cette mesure est stupide, il faut le tester chargé sur l’entrée de la cavité qui n’est absolument pas purement réactive, il se comporte alors très différemment.

Le résultat suivant est le vrai, mesuré au travers d’un bon coupleur directif, les 16 dB de couplage sont compensés par offset, le puissance lue est celle réelle.

Il laisse passer toutes les raies du peigne en favorisant celle autour de 2.2 GHz qui ressort à -4.5 dBm (elle était de -38 dBm en entrée).

Ce filtre amplificateur s’avèrera tout aussi acceptable vers 1.9 ou 2.4 GHz, quitte à aller un peu tripoter les longueurs de lignes des épingles pour l’optimiser.

 

Utilisable directement pour tripler du 1.9 en 5.7 GHz


Filtre 2.2 GHz chargé sur la cavité

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Multiplicateur par 27 du Rx

La réalisation est très différente, pour l’OL RX, en sortie du circuit oscillateur de référence, il n’y a ici qu’un seule petite cavité taillée dans un bloc métallique (30*30*60 mm) qui sort directement la raie 27 filtrée à 2263 MHz à -30 dBm.
Sur le Tx, il c’est un circuit générateur de peigne suivi d’un amplificateur actif sélectif.

 

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Carte d’asservissement de fréquence

TX et Rx : La réalisation est différente mais le principe identique. En ces temps reculés, les synthétiseurs n’existaient pas encore.

Tx : La carte d’asservissement de fréquence reçoit en entrée la raie pilote 2.2 GHz issue de la référence du quartz multipliée par 27.

Ce morceau de circuit (sandwich), peu intéressant tel quel, comporte un coupleur directif en bonnes lignes 50 ohms et peut être recyclé pour d’autres bricolages.

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Rx :

La carte Tx au-dessus n'a pas d'équivalent dans le tiroir Rx. La multiplication par 27 est assurée par une seule cavité.

La carte d’asservissement de fréquence reçoit en entrée la raie pilote 2.2 GHz issue de la référence du quartz multipliée par 27.

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L’image de la fréquence d’oscillation du bloc puissance est envoyée sur la deuxième entrée pour comparaison dans un mixer réalise par anneau à quatre lignes lambda/4 en circuit imprimé (cercle de 45 mm de diamètre) qui extrait la phase vers un amplificateur suivi d’un détecteur qui polarise la varicap pour recentrer la fréquence sur celle du pilote.

La bande passante est étroite, si l’on veut recentrer l’anneau sur 1.9 GHz, il faudra couper les quatre lignes et les rallonger par des pontets.

 

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Cavité oscillatrice de puissance 2.2 GHz Tx

Cette cavité comporte un transistor de puissance marqué 80433 (?) et autres élements simples.
Alimentation en 24 V sous 133 mA.
Trois fils de liaison :
Fil jaune de contrôle de la varicap, 8.4 V au repos.
Fil gris : Fil de recopie varicap, relié au jaune par une 10 kOhms et vers un plot de la prise d'alimentation.
Coaxial blanc : Modulation pour la voie de service.
SMA latérale, prélevant un petit signal d'une vingtaine de dB en dessous de la sortie, envoyé vers la platine de vérouillage de fréquence (en comparant à la fréquence 27 * quartz).
Nous mesurons à l'équilibre : 24 V sur le collecteur, 2.4 V sur l'émetteur, 3 V sur la base.

C'est un oscillateur de forte puissance à PLL, accroché sur la référence de -10.7 dBm sur 2.2 GHz.
La sortie est à 24 dBm ! (26.7 dBm sur un autre spécimen)

La cavité auto oscille librement sur son accord mécanique en débranchant le rattrapage de la varicap.
La cavité était (mal) centrée d’origine sur la fréquence indiquée sur l'étiquette, 2.18666 GHz, je vais faire marcher la garantie !
En sortant la vis de réglage à fond la fréquence monte de 79 MHz (2.267 GHz).
En rentrant la vis à fond la fréquence descend de 38 MHz (2.150 GHz).

Cette plage de réglage de 117 MHz est très serrée, mais il y a une astuce (merci à Laurent F5HII !) pour faire glisser la plage dans un sens ou l’autre. Il faut dévisser la plaque latérale (3 vis), dessouder le rail de mise en contact des deux plaques et les séparer. Un coulisseau, au milieu d’origine, se déplace dans un rail et permet de modifier la longueur de la ligne
Il ne faut pas baisser la tension de varicap (8 V en moyenne) pour descendre en fréquence ce qui augmenterait le facteur de bruit.
Il faut aussi agir sur le coulisseau soudé dur la ligne du collecteur.

Il est simple de se recentrer en 13 cm, (entre 2.3 et 2.4 GHz). En soignant au maximum, on obtient 24.5 dBm sous 24 V et 14.8 dBm sous 12 V.
Il est beaucoup plus difficile de descendre en 1.9125 GHz en conservant un rendement correct.

Démonter la plaque à trois vis pour déplacer le coulisseau, après avoir dessoudé le rail (soudé seulement aux extrémités). Resserrer fort pour assurer le contact en vérifiant bien de ne pas tomber sur une position avec les découpes des lignes face à face (plus de liaison !).
Le coulisseau est à l’envers sur la photo…

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Ne démontez pas ce coté, il n’y a rien à modifier. J’ai cassé une tète de résistance 50 ohms en le faisant, il y en a une identique à récupérer dans le circuit d'asservissement.

Le composant central est une résistance de 16 ohms.

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Le bout de schéma Rx (voir liens), bien qu’il corresponde à l'oscillateur Rx, aide à comprendre le fonctionnement.

Modulation FM

 

Les courbes nous montrent le rendement de la modulation de fréquence au niveau de la varicap.

Le test est fait entre 1 et 8 MHz, (trace max hold), alimentation 12 V.
En rouge modulation avec 250 mV crête à crête.
En bleu modulation avec 500 mV càc.

On retrouve parfaitement l'écart de 6 dB pour la puissance réduite au quart (carré de la tension).
La proportionnalité est parfaite en dessous de 500 mV.

Il ne faut pas monter au delà des 500 mV, après il y a saturation et la modulation n'augmente plus, la varicap détecte et la fréquence descend de plusieurs kiloHertz.

Nous constatons une baisse de la modulation avec la fréquence de 17 dB en passant de 1 à 8 kHz.

Il faudra adapter une courbe de sur correction exotique pour obtenir une préaccentuation CCIR acceptable.


Modulation cavité

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Cavité oscillatrice de puissance 2.2 GHz Rx

Ce bloc cavité OL Rx est plus petit que celui du bloc Tx. C'est un aussi un autooscillateur de forte puissance : Sous 24 V, la sortie est à 20 dBm !
En remplaçant la platine d’origine par un générateur à 71 MHz, il faut injecter un niveau assez fort en entrée, plus de 20 dBm pour commencer à chatouiller la diode et 25 dBm pour retrouver le niveau multiplié original. L’attaque d’origine était à 300 mV CàC (non adaptée sur 50 ohms).

En sortant la vis de réglage à fond la fréquence monte de 27 MHz (2.29 GHz).
En rentrant la vis à fond la fréquence descend de 343 MHz (1.92 GHz). Il faudrait rallonger les doigts pour gagner un peu de marge.

Cette plage de réglage de 370 MHz est d'origine plus large que celle du bloc Tx, et peut glisser facilement vers 1.9 ou 2.4 GHz.

 

Modulation et adaptation

Pour un fonctionnement expérimental dans un laboratoire à température quasi constante, il n’est pas nécessaire d’accrocher la cavité à une fréquence de référence, on y gagne en bruit de phase (mais ce n’est pas important en télévision).
Il suffit de régler l’accord sur la vis du plongeur et de se contrôler à l’analyseur de spectre pour régler la vis. L’oscillation libre à 2 GHz est très propre, la cavité n’est pas microphonique.

Bande passante en modulant sur l’entrée varicap, à la place de la correction en fréquence.
D’origine, avec une modulation de 2 V CàC sans offset (la varicap est déjà prépolarisée en milieu de sa plage linéaire à 8 V), la modulation s’écroule rapidement avec la fréquence.
Pour optimiser vers 1.9 GHz en modulation télévision, il faut :
Déplacer la varicap pour allonger la ligne.
Rentrer les doigts varicap et puissance de 2 mm (ce sont des vis).
Supprimer le condensateur de découplage de 100 pF sur le circuit varicap.
Dans ces conditions, la varicap se module sans dégradation jusqu’à 10 MHz.

 

Rendement de la cavité

Une fois optimisée sur 1911.7 MHz, la plage de fonctionnement en tension est assez large. Attention au rendement du tripleur s'écroule très vite avec la puissance, il ne faudra donc pas espérer faire fonctionner le tripleur en 12 V, bien que la cavité fonctionne parfaitement.

Tension d'alimentation

Puissance de sortie

< 8V
décrochage
8 V
-10 dBm
12 V
11 dBm
24 V
22.3 dBm

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Amplificateur 2.2 GHz d'attaque tripleur Tx (pas d'équivalent sur Rx)

Cet amplificateur se présente comme un bloc aluminium cubique (cotés 3 cm), avec deux cavités fraisées et prises SMA. Il fonctionne en classe C, base à la masse

La bande est très étroite, centrée vers les 2.2 GHz originaux.
Un seul transistor (type inconnu) est placé dans la cloison, il y a peu de possibilités de modifier les lignes internes.
Le signal d’entrée est de 24 dBm pour un signal de sortie 34 dBm. (26.7 > 31.9 dBm sur un autre spécimen)

Le ROS d'entrée (mesuré au coupleur directif) est très mauvais de l'ordre de 2 (retour 10 dB), celui de sortie pire encore.

Ce gain de 10 dB n’est que sur une plage très étroite, ce qui en fait un matériel assez médiocre.
Le bloc aluminium a un fond démontable pour remplacer le transistor par un meilleur.

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Pire encore, fonctionnant en classe C, il est absolument non linéaire ce qui interdira toute utilisation pour la télévision numérique. Il faudra se contenter d’analogique en modulation FM.
Le test suivant est édifiant : Attaqué en conditions d’origine sous 24 dBm, il sort 34 dBm.
En mettant un atténuateur de 3 dB dans l’entrée, la sortie ne tombe que de 1 dB, ce qui prouve une très forte saturation d’attaque.
En mettant un atténuateur de 10 dB dans l’entrée, la sortie s’écroule de 37 dB, nous ne sommes plus du tout en classe C, il est inutilisable.
Il faudra donc toujours largement le « gaver » pour en espérer un résultat réglé sur une seule fréquence !

J’ai mesuré cet amplificateur avec soin en tracking à puissance variable.
Il est totalement instable, sa réponse dépend fortement de la puissance d’entrée, il présente des sauts de phase très brutaux et des comportements aberrants pour divers couples fréquence/puissance.
En jouant sur les quatre condensateurs, et en le l’adaptant il peut glisser vers 1.9 et 2.4 GHz, mais sans le moindre espoir de l’améliorer.

Cet amplificateur est alimenté directement sur le 24 V d’entrée, 280 mA.
Puissance consommée 6.7 W, pour 2.5 W en sortie (34 dBm), soit un rendement de 37 % (normal en classe C).

à suivre... modification ou remplacement de ce module...

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Gros circulateur Radiall 2.5 GHz, d'entrée tripleur (Tx et Rx), à l'analyseur de réseau

La courbe suivante est celle du R 460 506 inclus dans le Tx. L' OL Rx comporte un R 460 504, de caractéristiques quasiment identiques.

Fréquence start
0
GHz
Fréquence stop
5
GHz
Fréquence centre
2.5
GHz
Span par carreau
0.5
GHz
S21 Direct / carreau
0.5
dB
S11 Réfléchi / carreau
5
dB

 

Ce circulateur est centré exactement sur 2.5 GHz.

Il est encore excellent dans la bande 2.4 GHz avec mieux que 30 dB de retour (ROS < 1.065)

Pour 1.9 GHz (pour tripler à 5.7 GHz) il est encore très acceptable, 23 dB de retour (ROS = 1.15)

à remarquer: brutal changement de phase vers 3.4 GHz, il est inutilisable dans cette zone.

Utilisable directement pour tripler en 5.7 GHz

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Circuit Tripleur Tx

Le relevé de performances du tripleur ne doit être fait qu’à puissance élevée, au point de fonctionnement nominal de la diode, des puissances plus faibles faussent la réponse en fréquence de la diode qui n’a évidemment rien de linéaire.
Le premier relevé suivant est fait à l’analyseur de spectre et non à l’analyseur de réseau car il faut caractériser tous les harmoniques.
Le tracking n’est pas utilisable sur une fréquence triple.
Une fois les autres raies caractérisées, il est préférable de refaire la mesure et les ajustements en temps réel à l’analyseur de réseau, mais en prenant la précaution de mettre un filtre passe bande entre la sortie triplée et le détecteur pour éliminer les autres raies sue celle étudiée.
Sans ce filtre, le détecteur montrerait la somme de tous les harmoniques ce qui parasiterait la réponse. La mesure finale se fera ainsi :
Sortie du tripleur sur un coupleur directif vers l’analyseur de spectre (pour tester les raies parasites), ensuite le circulateur, ensuite le filtre passe bande puis enfin le détecteur de l’analyseur de réseau.
Il est inutile de monter le pont réflectométrique en entrée du tripleur, le ROS étant toujours catastrophique.

Fréquence start
0
GHz
Fréquence stop
12
GHz
Fréquence centre
6
GHz
Span par carreau
1.2
GHz
S21 Direct / carreau
1
dB
S11 Réfléchi / carreau
5
dB

 

Sweepé en entrée entre 2.1 et 2.4 GHz à 20 dBm.

Rendement d'origine 6.6 GHz

 

Inexploitable directement sans modification lourde des lignes pour tripler en 5.7 GHz

 

 

Relevé du spectre initial du tripleur à l'analyseur de spectre

 

Le rendement de conversion sur la bande originale est excellent, la raie triplée est de 13.3 dBm à 6 GHz pour 20 dBm en entrée 2 GHz.

Il reste une petite résiduelle du signal d’entrée, à 40 dB en dessous de la sortie triplée.
Il y a une harmonique 2 parasite, à 30 dB en dessous de la sortie triplée.
Les autres harmoniques sont faibles.

La mesure finale doit se faire capot vissé.

Tel qu'à l'origine, le rendement est absolument nul en descendant en fréquence. En dessous de 2 GHz, apparition d'une multitude d'autres raies parasites. Il sera délicat de conserver le même rendement après rallongement des lignes sur 5.7 GHz !

Les circulateurs d’entrée et de sortie sont indispensables car il faut éliminer les autres raies et améliorer les ROS des lignes catastrophiques .

Ce bloc tripleur comporte une ligne à sortie latérale SMA, branchée sur une puise N de mesure en sortie de l’ensemble complet, fournissant un signal de contrôle de 20 dB en dessous de la sortie du 6 GHz final.

Rendement initial du tripleur TX

Le tripleur OL Tx est basé sur une diode saturée et des lignes quart d'onde sur la fréquence de sortie. Le rendement est nul à petits signaux, en dessous du seuil de conduction de la diode puis augmente régulièrement avec le niveau. Un tripleur s’utilisera au niveau maximum possible acceptable par la diode, la marge de manœuvre est étroite (claquage au-dessus de 35 dBm !).
Avec le niveau d'injection choisi ici de 34 dBm, le rendement commence à baisser.

Input
2,2 GHz
Output
6,6 GHz
Perte
de triplage Tx
-10 dBm
-56 dBm
-46 dB
-5
-39
-34
5
-9,8
-14,8
10
0
-10
15
7,5
-7,5
20
13,7
-6,3
34 dBm (maxi !)
24 dBm
-10 dB


Puissance de sortie du tripleur Tx en fonction de la puissance d’entrée

Fréquence start
5.7
GHz
Fréquence stop
7.2
GHz
Fréquence centre
6.45
GHz
Span par carreau
150
MHz
Carreau
10
dB

 

Sweepé en entrée à niveau réduit (20dBm).

Détail de la réponse spectrale avant modification.

 

 

 

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Circuit Tripleur Rx

Rendement initial du tripleur Rx

La partie OL RX comporte aussi un tripleur, mais de taille plus petite (35*114 mm) que celui du bloc Tx (52*147 mm). Les comportements sont identiques, mais celui de L’OL Rx est utilisé à niveau plus faible, il n’y a aucun d’amplificateur en sortie du bloc oscillateur de puissance.
La puissance de sortie finale est beaucoup plus faible que celle du bloc Tx.

Input
2,2 GHz
Output
6,6 GHz
Perte
de triplage Rx
0 dBm
-31 dBm
-31 dB
10
-8
-18
15
5
-10
20 dBm (maxi !)
12 dBm
-8 dB

Puissance de sortie du tripleur Rx original

La modification de la cavité a été simple et efficace, mais la modification des lignes du tripleur est beaucoup plus délicate. Elle se fait avec l’analyseur de réseau et l’analyseur de spectre pour surveiller les harmoniques parasites.

Le rendement final s’avère décevant.

La stratégie a été de réduire le plus possible les raies parasites, mais le rendement de la raie utile en a souffert. Il faudra revoir cette première modification médiocre pour optimiser ce résultat.

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Tripleur modifié 5.7 GHz

Input
1,9 GHz
Output
5.7 GHz
Perte
de triplage Rx
5 dBm
-45 dBm
-50 dB
10
-11.5
-22.5
15
1
-14
20 dBm (maxi !)
5.3 dBm
-14.7 dB ???

Puissance de sortie du tripleur Rx modifié

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Petit circulateur Radiall (6 GHz), de sortie tripleur (Tx et Rx), à l'analyseur de réseau

La courbe suivante est celle du R 460 670 inclus dans le OL Rx. Le Tx comporte un R 460 664, de présentation identique, mais de caractéristiques inférieures, avec plus de pertes en haut de bande (mais, curieusement, meilleur à 5.7 GHz !).

Fréquence start
0
GHz
Fréquence stop
10
GHz
Fréquence centre
5
GHz
Span par carreau
1
GHz
S21 Direct / carreau
1
dB
S11 Réfléchi / carreau
5
dB

(Marqueur 1 sur 5.7 GHz)

 

Ce circulateur est bon de 5.5 à 8.2 sur 6 GHz (retour meilleur que 20 dB, ROS <1.2), avec une perte d'insertion trè faible inférieure à 0.3 dB.

augmente rapidement en haut de bande.

Il est excellent à 5.7 GHz avec 30 dB de retour (ROS = 1.065) et une perte inférieure à 0.5 dB (marqueur 1).

 

Utilisable directement sur 5.7 GHz

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Petit coupleur directif Radiall R460670, de sortie tripleur Rx, à l'analyseur de réseau

Le circuit du tripleur OL Rx étant trop petit, il n’y avait pas la place pour implanter une ligne de couplage imprimée comme sur le bloc Tx.
Un coupleur directif externe Radiall R460670 a été rajouté en série.

Fréquence start
0
GHz
Fréquence stop
10
GHz
Fréquence centre
5
GHz
Span par carreau
1
GHz
S21 Direct / carreau
5
dB
S11 Réfléchi / carreau
5
dB

 

Ce coupleur a une perte d’insertion inférieure à 0.3 dB en dessous de 10 GHz.
La courbe directe montre évidemment la sortie de mesure, la sortie directe étant chargées sur 50 ohms.
Le ROS est de 1.2 dans la zone exploitable de 5.3 à 10 GHz avec un couplage constant d’environ 18 dB.
Il faut éviter de l’utiliser sur les deux points singuliers à 5.2 et 9 GHz.

En dessous de 5 GHz, le couplage diminue très vite.

Utilisable directement sur 5.7 GHz

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Liens faisceaux 6 GHz

Recherche de documentations

Les deux blocs traités ici ne sont qu’un petit morceau du faisceau complet. Sébastien, F5RYZ, m'a signalé que la documentation de l'ensemble du faisceau comportait 4 volumes de 300-400 pages avec la moitié de plans A0 ?
Il n’est donc pas facile de la dupliquer, il faudrait récupérer un original en double à Seigy pour le numériser et le mettre à disposition.
Les seuls blocs intéressants sont les pilotes Rx et Tx, il n’y a rien de bon à récupérer dans le reste du faisceau.

Merci d’avance si vous avez envie de complèter cette page.

Sur le site de F4DG0 : un premier bout de schéma RX VM 420A, de mauvaise qualité, mais à exploiter en attendant, faute de mieux.

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