Transverter 10GHz
Le kit est commercialisé par Down East Microwaves.
Description du kit dans le catalogue.
Description
Le kit est intéressant pour plusieurs raisons:
- dans un seul et même boîtier nous avons un préampli faible bruit et un ampli de 2W, plus bien entendu toute la chaîne du transverter (conversion RX et TX et Oscillateur Local). Cette formule n'existe pas, à ma connaissance, chez les autres fournisseurs de kits.
- un boîtier très robuste idéal pour le portable. Les deux prises SMA (RX et TX) sont disposés avec un écartement permettant l'adaptation parfaite à un relais coaxial (voir photo). Bien vu!
- enfin le prix est tout à fait celui que l'on trouve pour ce genre de transverter avec un avantage lié au cours du Dollar par rapport à l'Euro au moment ou je l'ai acheté.
L'autres grande qualité de Down East Microwaves (DEM) est de fournir des notices de montages très claires et très détaillées. Leur design utilise des technologies éprouvées. Ici le design est celui de W1GHZ très connu dans le monde des hyper (et aussi pour son antenna book en ligne). Chez DEM on retrouve aussi des kits issus des designs de WB5LUA, KK7B et d'autres...
Les photos suivantes montrent ma réalisation.
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Le circuit imprimé principal est réalisé en substrat téflon, et est plaqué sur une semelle en aluminium très épaisse. Cela garantit d'une part la rigidité mécanique de l'ensemble (un substrat téflon c'est pas très rigide) et une très bonne dissipation thermique, surtout pour l'ampli de 2W.
La technologie des filtres est très simple et très efficace : ils sont réalisés avec des capuchons de plomberie. Ce sont donc des filtres à cavité. Le réglage se fait grâce à une visse que l'on introduit plus ou moins dans la cavité. De tels filtres sont très sélectifs, le réglage est vraiment très pointu!
Mesures
Voici les mesures donnant les performances "brutes" du transverter après premier alignement, c'est à dire sans réglage d'optimisation du facteur de bruit. Port SMA RX : "NF_trvt" et "Gain_conv_trvt". Après le relais coaxial et les transitions (une transition droite et un coude): "NF_avec_relais" et "GAIN_conv_avec_relais".
Une retouche de l'alignement est nécessaire pour bien centrer la réponse sur 144MHz.
Le facteur de bruit sur le port RX du transverter est de 2,3 dB, ce qui est pas mal pour un premier résultat sans réglage. Avec ajustement il doit être possible de gagner 1dB.
Il semble difficile de gagner sur la perte au niveau du relais coaxial et des transitions.
Amélioration de la sensibilité
Afin d'améliorer le facteur de bruit du transverter, j'ai rajouté un LNA en tête, issu d'un LNB satellite récupéré.
En effet c'était la solution la plus raisonnable étant donné que:
- je ne dispose pas de moyen de mesurer le facteur de bruit chez moi et donc il est impossible de réaliser l'optimisation du premier étage du transverter DEMI
- la récupération d'un LNA de tête satellite permet de garantir un bon facteur de bruit (< 1dB) et donc de maitriser dans de bonnes proportions l'amélioration apportée
Le LNA récupéré apporte un gain supplémentaire de 9dB environ, ce qui est juste pour masquer de façon suffisante le bruit du transverter, mais cela constitue tout de même une première approche raisonnable. En effet la mesure comparative par la méthode ciel froid/sol du transverter seul et du transverter équipé du LNA montre une nette amélioration: 3,5dB avec le LNA, 1,7dB sans le LNA.
Le concept étant validé, il reste à améliorer le design en employant un LNA présentant un gain plus important (disons 13/14dB).
La station est maintenant équilibrée en émission et en réception.
Il reste à juger au fil du trafic de l'amélioration qualitative cette fois de cette amélioration de la sensibilité.
Réglage précise de la fréquence de l'OCXO
Le principe d'étalonnage que j'ai utilisé exploite la précision en fréquence d'une porteuse son TV.
Mon objectif est de réaliser le réglage précis du décalage de fréquence de mon transverter. Ce réglage ne peut se réaliser correctement qu'en intérieur au laboratoire du QRA (car nécessite d'ouvrir le transverter). L'emploi de balises pourrait être envisageable mais seule LX1DB peut être utilisée comme référence car pilotée au Rubidium. Les autre balises, bien que possédant des fréquences maîtrisées n'offrent pas le degré de stabilité suffisant.
Ne disposant pas de standard de fréquence précis pour régler correctement la fréquence de mon OCXO, j'ai décidé d'utiliser la fréquence de la porteuse son d'un émetteur TV, en l'occurrence celle de CANAL+ sur 190.500 MHz. Cette porteuse est en fait très précise et pilotée au rubidium. Voici une précision intéressante de F3YX:
Tous les émetteurs TDF du réseau principal (= gros émetteurs primaires comme paris, Lyon Strasbourg, Lille Marseille Bordeaux...etc etc) sont pilotés par rubidium dont la précision bien connue est entre 3 x 10-11 et 3 x 10-12. Le 190,500000 du son canal + de la Tour Eiffel n'a rien à voir avec une sous-porteuse. C'est un émetteur indépendant piloté comme tous les autres de la Tour Eiffel par le rubidium commun.
Comme tous les rubidiums, cela représente une précision meilleure que le Hertz à 1 GHZ donc au moins 50 à 100 fois mieux que la précision de 10 Hertz que vous recherchez. Kif kif pour tous les autres émetteurs Vhf ou UHF de la Tour Eiffel.
En Ile de France à mon QRA je reçois très fort la porteuse son de CANAL+. Cette référence de fréquence à 190.500.000 Hz est donc une aubaine! Le principe du banc de réglage que j'ai utilisé est alors le suivant:
- mélanger le signal de sortie de l'OCXO avec un OL fournit par un générateur réglé à la différence entre la fréquence désirée de l'OCXO (189,131,480 Hz pour obtenir une FI de 144,100,000 Hz à 10,368,000,000 Hz) et 190,500,000 Hz soit 1,168,520 Hz. Cela afin de se ramener proche de la référence à 190,500,000 Hz. (désolé pour tous ces Hz !)
- injecter ce signal à l'entrée d'un récepteur (ici un FT100) calé sur 190,500MHz et connecter avec un coupleur l'antenne recevant la porteuse de CANAL+. Régler le niveau du générateur afin de ramener les deux signaux au même niveau en entrée du récepteur.
- le récepteur est réglé en démodulation AM. On doit alors entendre facilement le battement correspondant à l'écart de fréquence entre les deux signaux.
- il suffit d'ajuster l'OCXO afin d'obtenir le battement nul. Terminé!
Notez que la précision et la stabilité du récepteur n'ont aucune influence sur la précision du réglage. De même que le générateur car sa fréquence étant 100 fois plus faible et son effet étant additif sur la fréquence, sa stabilité sera alors du deuxième ordre. (Toutefois prendre un bon générateur étalonné à 100Hz prêt et le laisser se stabiliser en fréquence). J'ai pu étalonner mon générateur, avec la méthode exposée précédemment, en le réglant sur 190,500MHz et en notant l'erreur de fréquence, puis en l'interpolant par une règle de trois l'écart à 1,168 MHz.
Sur l'air le réglage semble avoir donné satisfaction car maintenant mon décalage est correct à qques kHz près.
Problèmes de stabilité sur la chaine TX
Il apparait dans la conception de ce transverter un problème lié à la mise en boitier de l'électronique. Lorsque le couvercle est refermé avec la semelle supportant le PCB, un couplage apparait entre les étages d'entrée de la chaine hyper TX et l'ampli de sortie. Ce phénomène est classiquement rencontré dans tous les designs hyper et il est traité classiquement par ajout d'absorbant sur la face interne du couvercle.
Dans mon cas il a été nécessaire de rajouter de l'absorbant pour éliminer les tendances à l'accrochage.
Le plus ennuyeux est que visiblement le design a besoin d'un certain effet de couplage pour augmenter indirectement le gain de la chaine et permettre d'atteindre le niveau de puissance de sortie nominal (sinon il manque 10dB de gain sur la chaine).
Ce couplage indésirable apporte aussi, et de façon assez surprenante, un effet de dérive thermique de la puissance de sortie quand le transverter est en émission. L'explication semble être que la température fait dériver légèrement les caractéristiques électriques des composants (gain, impédance...) et que l'effet de couplage indésirable lié au boitier semble y être particulièrement sensible.
Cela est un bon cas d'école de ce qu'il ne faut jamais faire en conception RF : compter sur l'effet de phénomènes parasites pour vouloir garantir les performances d'un circuit. Les phénomènes parasitées étant par nature mal maîtrisés il en découle que les performances résultantes du circuits le sont aussi.
D'ou la règle d'or en conception RF : appliquer les règles de base de conception afin d'assurer dans tous les cas une MAITRISE du fonctionnement des sous ensembles et de leur intégration.
La règle de base qui semble avoir été oubliée ici est la suivante : sur une chaine RF présentant un gain important (à partir de 40dB) , il faut fractionner le gain en formant des étagez intermédiaires et en les blindant séparément afin de réduire le plus possible le couplage parasite des uns avec les autres.
Et enfin : tout blindage doit être parfaitement maitrisé. Pour cela il faut appliquer les pratiques relatives au blindage CEM.
A 10GHz, blinder un peu ou "presque" revient à ne rien blinder du tout! A partir de ces fréquences la moindre ouverture rayonne et engendre des fuites (couplages) importantes.
Par expérience on passe plus de temps à résoudre un problème lié à un manque de conception que de prendre du temps à bien faire les choses au moment de la conception.
Une phase de travail supplémentaire à venir autour de ce transverter consistera donc à blinder correctement les étages de la chaine TX (mais pour l'instant ca se dém... tout seul).
Liens
Au plaisir de se contacter bientôt sur 10 GHz !
La dernière mise à jour de ce site date du mardi 15 décembre 2015