Caractéristiques techniques du PD55015
Puissance max du signal en entrée : 300 mW dans la bande FM
Tension drain-source maximale : 40 V
Tension gâchette-source maximale : 20 V
Courant de drain maximal : 5 A
Puissance maximale de sortie : 16 W
Gain de puissance moyen : 14 dB
Fréquence moyenne de travail : 500 MHz
Fréquence maximale de travail : 900 MHz
Lors de la réalisation de l’exciteur EN1619, nous vous conseillons d’utiliser –si toutefois vous aviez besoin de porter sa puissance à une vingtaine de watts, afin de bénéficier d’une plus grande portée ou même de créer une petite station de radiodiffusion de village ou de quartier– un module hybride large bande 88-108 MHz PHILIPS-RTC MF20 (entrée 100 mW ⇒ sortie 20 W pour une alimentation de 12 VDC typique) ; en effet, nous en avons conservé quelques uns des années 80 et cela fonctionne très très bien…hélas ce composant est désormais introuvable, même chez les spécialistes de composants anciens et obsolètes. Nous avons surfé des heures entières sur les sites les plus improbables et, ô surprise, même PHILIPS semble avoir oublié ce module qu’il fabriquait autrefois, quand il était allié en France avec La Radiotechnique Compelec (RTC) : si nous n’en avions pas encore une poignée sous la main, avec toutes les références ci-dessus pas du tout effacées, nous croirions avoir rêvé !
Nous nous souvenons même qu’il en existait deux autres : le ML20 pour la gamme en dessous 68-88 MHz et un autre pour une gamme supérieure dont nous avons oublié le nom et la plage couverte. Si un de nos lecteurs possède quelque renseignement sur le MF20 (et a fortiori s’il connaît un moyen de s’en procurer), qu’il contacte la rédaction et nous lui en saurons gré.
Une fois cette phase de dépit passée, nous sommes partis à la recherche d’un composant moderne digne de suivre un exciteur à DDS afin d’augmenter la puissance du signal qu’il synthétise si bien et nous avons trouvé la perle rare : le MOSFET de puissance SGS-THOMSON PD55015 (voir ci-dessus ses caractéristiques techniques) est bien plus économique qu’un transistor de puissance VHF TRW, MOTOROLA ou PHILIPS. Il est capable de fournir 16 W à 900 MHz (nous le ferons travailler au dixième de sa fréquence maximale)…de plus ce composant est très bien approvisionné –pourvu que ça dure ! Nous l’alimenterons avec une tension continue de 12 à 15 V, ce qui lui fera consommer 2,2 à 2,5 A environ pour une puissance HF de sortie de 10 à 15 W…pas mal pour un composant disponible à moins de quinze euro ! Allez donc voir le prix d’un PHILIPS BLY87, 88 ou 89 (sachant qu’il en faut deux pour un gain comparable de 60)…En effet, le PD55015 a un gain (à 100 MHz) de :
avec Pout et Pin en W ou en mW
15 : 0,25 = 60 (cet étage amplifie le signal d’entrée 60 fois).
Figure 1 : Aspect et brochage (vu de dessus : gâchette-source-source-drain) du MOSFET PD55015, seul semiconducteur de ce montage (à part le régulateur).Attention, le repère-détrompeur en U de ce circuit intégré indique l’une des deux broches de source (quand elle est en bas, comme le montre la figure, la gâchette est à gauche et le drain à droite).
Figure 2 : Photo d’un des prototypes de l’amplificateur linéaire FM de 10-15 W. Tous les composants sont soudés directement sur les pistes de cuivre étamé et le plan de masse supérieur (le circuit imprimé de cette platine est un double face à trous métallisés, le plan de masse inférieur constitue toute la surface du verso qu’on ne voit pas ici et les trous qu’on aperçoit relient les deux plans de masse supérieur et inférieur).Le schéma électrique de l’ampli linéaire
Tout le schéma électrique de la figure 3 se développe autour de ce MOSFET de puissance MFT1. Premier problème à résoudre pour le mettre en oeuvre et en tirer tout ce qu’il est en mesure de nous donner : adapter la valeur de son impédance d’entrée –autour de 4 ohms– à l’impédance caractéristique de la sortie de notre exciteur EN1619 qui est de 75 ohms.
Note : si vous utilisez un autre exciteur ou VFO ou générateur HF dont l’impédance de sortie est de 50 ohms, ne vous désolez pas car la conjugaison de ces deux impédances 75 et 50 ohms ne produit qu’un ROS de 1,5:1, ce qui est tout à fait dérisoire en terme de perte de puissance (d’autant qu’il vous faudra dans ce cas peut-être atténuer votre puissance d’excitation Pin –si elle est réglable c’est parfait).
Pour réaliser cette adaptation, il faut interposer un circuit qui abaisse cette impédance de 75 ohms aux 4 ohms du MOSFET. Il faut aussi adapter la valeur de l’impédance de sortie de ce dernier (autour de 6-8 ohms) à l’impédance caractéristique de sortie, c’est-à-dire à l’impédance caractéristique du câble coaxial que nous entendons utiliser pour alimenter (on dit aussi attaquer) l’antenne choisie (pour commencer nous préconisons un dipôle demi onde) : 52 ou 75 ohms ? Cette fois le circuit adaptateur devra élever la valeur de l’impédance de 6-8 à 52-75 ohms.
Si nous passions outre la nécessité de réaliser ces deux adaptateurs d’impédances à l’entrée puis à la sortie du MOSFET, la plus grande partie du signal serait perdue et la puissance disponible à la sortie vers l’antenne serait quasiment nulle (cet étage serait davantage un atténuateur qu’un amplificateur).
Note : si vous souhaitez en savoir plus sur les adaptations d’impédance, revoyez votre Cours Apprendre l’électronique en partant de zéro (deuxième partie)…ou faites-en l’acquisition sous forme de CD.
Bien peu de composants entourent le MOSFET. Commençons par la BNC d’entrée, celle de gauche, comme le montrent les figures 3, 4, 5, 6, 13 et 14. Elle reçoit le signal provenant de l’exciteur ou du VFO ou du générateur HF ; le signal prélevé sur notre exciteur EN1619 a une puissance de 250 mW environ. Attention toutefois, si vous vous servez d’un autre exciteur que ce dernier, sachez qu’avec quelques mW de plus (que ces 250 mW) la puissance de sortie sera supérieure de quelques W (rappelez-vous, le gain est de 60 !) et cela risque d’endommager ou de détruire le MOSFET de puissance dont la capacité de dissipation est certes élevée mais pas infinie.
En revanche, avec une excitation inférieure à 250 mW vous pourrez obtenir à la sortie un signal d’une puissance inférieure à 10 W.
La BNC d’entrée est reliée à la gâchette du PD55015 à travers C1-C2-C3 et L1 (les quatre selfs L sont à bobiner et cela est très facile, comme le montrent les figures 8, 9 et 10) : ce sont ces composants qui réalisent l’adaptation de l’impédance d’entrée dont nous parlions plus haut (de 75 à 4 ohms). Pour faire fonctionner ce MOSFET comme amplificateur HF (on dit de plus en plus RF pour Radiofréquence), il nous faut polariser sa gâchette avec une tension fixe d’environ 2,7 V : pour l’obtenir, nous montons un pont de résistances R2-R3 à la sortie stabilisée du régulateur IC1 MC78L05 fournissant une tension de 5 V. La source de ce MOSFET, constituée de deux broches plates situées dans le même axe (voir figure 1), sont à la masse (comme le montre la figure 4a, elles sont reliées au plus court, VHF oblige, c’est-à-dire sur le plan de masse supérieur, recouvrant toute la surface laissée par les pistes qu’emprunte le signal et par celles qui acheminent la polarisation de la gâchette).
Et nous voici de l’autre côté du MOSFET de puissance, c’est-à-dire déjà sur le versant de la BNC de sortie. La broche de sortie –le drain– est reliée à L2 et L3. La self de choc JAF1 (la bonne vieille VK200 à noyau multitrou qu’on ne présente plus) empêche tout résidu de RF (oh pardon, de HF) d’entrer par la piste positive et d’aller faire auto-osciller l’alimentation extérieure et le régulateur IC1. C10-C11, reliés à la jonction de L2 et JAF1, servent en revanche à empêcher cette même RF d’aller se perdre à la masse où elle n’aurait rien de bien utile à faire.
Sur le drain, on a monté L3 : avec C12 et C13, elle sert à adapter l’impédance de sortie du MOSFET (6 à 8 ohms) à l’impédance caractéristique du câble coaxial (52 ou 75 ohms). L4, avec C14 et C15, constitue un filtre passe-bas qui ne laisse passer que les fréquences inférieures à 120 MHz et empêche toutes celles qui sont supérieures à 130 MHz d’atteindre l’antenne et de risquer de perturber les fréquences voisines (par exemple de créer des interférences pouvant être gênantes pour l’aviation civile).
Cet ampli linéaire de puissance RF peut être alimenté par une tension continue comprise entre 12 et 15 V et il consommera un courant allant de 2,2 à 2,5 A (environ, cela dépend entre autres de la fréquence de travail, de la puissance d’excitation et de l’adaptation de l’entrée et de la sortie).
Figure 3 : Schéma électrique de l’amplificateur linéaire FM.
Figure 4a : Schéma d’implantation des composants de l’amplificateur linéaire FM. Le MOSFET MFT1 est à monter repère-détrompeur en U vers le bas (les pattes de source “regardent” les deux trous de fixation du dissipateur). Le régulateur IC1 est à monter méplat repère-détrompeur orienté vers C6. Les JAF1 et JAF2, les fameuses VK200, sont à noyau multitrou (elles évitent que la HF ne fasse auto-osciller le régulateur ou même l’alimentation se trouvant en amont). Quant à l’impédance des BNC et du câble coaxial allant à l’antenne dipôle (50 ou 75 ohms), elle n’a pas trop d’importance : la différence entre 50 et 75 ohms ne produit qu’un ROS de 1,5:1, ce qui est très acceptable. Par contre, si vous choisissez une antenne directive Yagi ou Log-periodic ou colinéaire, prenez du câble coaxial de 50 ohms (ou 52, c’est pareil) , de diamètre 10 mm si le câble doit dépasser une longueur de quelques mètres (un adaptateur BNC/N sera alors nécessaire) et prenez du “Pope” à faible pertes au delà de 10 mètres (et même en deçà).
Figure 4b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine de l’amplificateur linéaire FM, côté soudures, où se trouvent tous les composants.
Figure 4b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine du linéaire FM, côté plan de masse inférieur et tourné vers le dissipateur (cette face doit tout de même être gravée puisque le plan de masse inférieur laisse passer le point chaud des deux BNC d’E/S).Liste des composants
R1 ........ 330
R2 ........ 220
R3 ........ 270
C1 ........ 4,7 nF céramique VHF
C2 ........ 51 pF céramique VHF
C3 ........ 7-105 pF ajustable (violet)
C4 ........ 100 nF multicouche
C5 ........ 1,5 nF céramique VHF
C6 ........ 100 nF multicouche
C7 ........ 100 μF électrolytique
C8 ........ 100 nF multicouche
C9 ........ 220 μF électrolytique
C10 ....... 4,7 nF céramique VHF
C11 ....... 100 pF céramique VHF
C12 ....... 51 pF céramique VHF
C13 ....... 5-65 pF ajustable (jaune)
C14 ....... 27 nF céramique VHF
C15 ....... 4,7 nF céramique VHF
L1 ........ self à air 3 spires sur diamètre 7 mm (voir figure 8)
L2 ........ self à air 5 spires sur diamètre 7 mm (voir figure 9)
L3 ........ self à air 3 spires sur diamètre 7 mm (voir figure 8)
L4 ........ self à air 6 spires sur diamètre 7 mm (voir figure 10)
JAF1 ...... self de choc VK200
JAF2 ...... self de choc VK200
MFT1 ...... MOSFET PD55015
IC1 ....... régulateur MC78L05
ANT ....... dipôle ou autre accordée 88 à 108 MHz
Figure 5 : Montage dans le boîtier plastique avec face avant et panneau arrière en aluminium percé et sérigraphié, vu de derrière. La platine est fixée au fond au moyen de quatre entretoises autocollantes.
Figure 6 : Montage dans le boîtier plastique avec face avant et panneau arrière en aluminium percé et sérigraphié, vu de devant. Les deux BNC d’entrée (à gauche) et de sortie vers l’antenne (à droite) ne sont pas vissées sur la face avant mais montées directement sur le circuit imprimé. La tension d’alimentation continue de 12 à 15 V entre par le panneau arrière au moyen d’un câble méplat R/N à travers un passe-fils.
Figure 7 : Brochages du régulateur en boîtier de type transistor TO92 “demi lune” (le méplat sert de repère-détrompeur) vu de dessous et du condensateur ajustable (les deux broches M sont en court-circuit et sont soudées sur le plan de masse supérieur; la broche C est soudée sur les pistes des selfs, voir figure 4a).La réalisation pratique de l’ampli linéaire
Cela n’a rien d’étonnant pour vous si vous avez déjà monté un amplificateur de puissance RF : les deux faces du circuit imprimé comportent un plan de masse relié par des trous métallisés ; le plan de masse inférieur recouvre presque entièrement la surface de la platine (il sera tourné vers la surface plane du dissipateur, comme le montre la figure 12) et le plan de masse supérieur occupe toute la place laissée libre par les pistes positives ou acheminant le signal. C’est sur la face, qu’on aurait tendance à appeler “composants”, que tous les composants sont, en effet, montés, mais c’est sur cette face également qu’ils sont soudés (or ce ne sont pas des CMS !)
Quand vous avez réalisé le circuit imprimé double face dont la figure 4b-1 et 2 donne les dessins à l’échelle 1 ou que vous vous l’êtes procuré, montez tout de suite la platine sur le dissipateur à ailettes, à l’aide de deux boulons situés près des broches de source du MOSFET, comme le montrent les figures 11 et 12 et laissez cet ensemble de côté. Fabriquez les quatre selfs (L1 et L3 sont identiques), comme le montrent les figures 8, 9 et 10, en bobinant le nombre exact de spires sur un support rigide cylindrique (comme une queue de foret) de 7 millimètres de diamètre et en espaçant régulièrement les spires pour que le solénoïde ait la longueur requise (après soudure, vous pourrez “arranger” quelque peu cet espacement).
Utilisez du fil de cuivre de 1 millimètre de diamètre : vous pouvez prendre du fil rigide monobrin isolé plastique que vous dénuderez soigneusement sans le griffer et que vous pourrez étamer au fer. Vous pouvez aussi vous procurer du fil étamé ou argenté.
Reprenez la platine dotée de son dissipateur et montez avec beaucoup de minutie le MOSFET de puissance, sans vous tromper dans son orientation (voir figures 2, 4a et 13) : ses broches de source sont soudées de part et d’autre de son boîtier vers les trous de fixation du dissipateur à la platine, la gâchette étant à gauche et le drain à droite.
Faites de bonnes soudures (pas de soudure froide collée ni en excès et enlevez ensuite l’excès de flux décapant avec un solvant approprié) : soudez la gâchette puis attendez que cela refroidisse ; soudez la broche inférieure de la source puis attendez que cela refroidisse ; soudez le drain puis attendez que cela refroidisse ; soudez enfin la broche supérieure de la source et laissez refroidir cette zone. La surface portante du MOSFET de puissance doit être parfaitement en contact avec la surface du circuit imprimé ; n’hésitez pas à l’enduire d’une fine couche régulière de pâte thermique au silicone (couleur blanche).
Soudez les quatre selfs L1 à L4. Tout d’abord, vérifiez que les extrémités à souder ne sont pas oxydées (si elles le sont, ravivez-les et étamez-les). Ensuite, raccourcissez ces extrémités que vous allez souder sur les pistes du circuit imprimé, afin que le solénoïde que les selfs forment soit maintenu à un millimètre environ de la surface de la platine.
Soudez ces selfs en respectant au mieux la longueur indiquée et centrez bien le fil des extrémités sur les pistes de destination, comme le montre la figure 4a. Une fois soudées correctement, retouchez s’il y a lieu l’espacement des spires pour qu’il soit régulier, tout en respectant la longueur de bobinage indiqué figures 8, 9 et 10. Avant de souder L1, soudez R1 (après avoir raccourci ses pattes) tout contre la surface : les points d’aboutissement des deux composants sont les mêmes. Dans la foulée, montez R2 et R3 au plus court, contre la surface.
Quand c’est terminé et que ces soudures ont été vérifiées, montez les deux condensateurs ajustables : les trois pattes (voir figure 7) doivent être raccourcies et aplaties pour que ces composants soient très proches de la surface du circuit imprimé. C3 (couleur violette) a sa broche C soudée dans l’angle de la piste où vous avez soudé l’extrémité de L1 et où vous allez souder C2 (voir figure 4a) ; soudez ses broches M sur le plan de masse.
Dans la foulée, soudez (toujours avec des restes de pattes les plus courts possibles) C2 et C1 puis mettez en place la BNC d’entrée (modèle pour circuit imprimé) et soudez-la en cinq points.
Vous en avez terminé pour le circuit d’entrée (côté gâchette).
C13 (couleur jaune) a sa broche C soudée dans l’angle de la piste à 90° reliant L3 et L4 et ses broches M sur la piste de masse (tout cela toujours au plus court).
Dans la foulée, soudez au plus court C12, C14 et C15 puis mettez en place la BNC de sortie (modèle pour circuit imprimé) et soudez-la en cinq points. Vous en avez terminé avec le circuit de sortie.
Note : comme le montrent les figures, les deux BNC se montent côté plan de masse inférieur et sont à souder sur les pistes et le plan de masse supérieur.
Reportez-vous maintenant dans le haut de la platine et soudez les selfs de choc JAF1 et JAF2 (leur noyau s’appuie contre la surface du circuit imprimé). Dans la foulée, soudez C10 et C11 puis C5 et enfin C4, C6 et C8 (cet ordre n’a rien d’impératif, mais notre énumération vous permet de ne rien oublier). Soudez maintenant le régulateur IC1 méplat repère-détrompeur “regardant” C6, auquel sa patte E est reliée par la piste du bord haut de la platine. La broche M est à la masse (comme l’autre extrémité de C6) et la broche S soudée sur la piste allant à la gâchette G. Soudez enfin les deux condensateurs électrolytiques, + sur la piste d’alimentation et – sur le plan de masse.
Note : si vous avez du mal à identifier la capacité des condensateurs sur lesquels elle n’est pas inscrite “en clair”, voici quelques renseignements utiles.
- condensateur de couleur marron marqué 104 : c’est un 100 000 pF (= 100 nF)
- marqué 102 : c’est un 1 000 pF (= 1 nF)
Vérifiez au moins deux fois que vous n’avez fait aucune erreur (interversion de composants, résistances ou condensateurs) et que vos soudures sont de qualité et les connexions très courtes.
Enlevez bien le restant de flux décapant (couleur ambre et aspect cristallisé) avec un solvant approprié (au besoin, interrogez nos annonceurs).
Figure 8 : Pour bobiner les selfs L1 et L3, prenez un foret de 7 mm et enroulez sur sa queue 3 spires de fil de cuivre nu de 1 millimètre de diamètre ; espacez régulièrement les spires pour obtenir une longueur d’enroulement de 10 mm environ (naturellement, retirez ensuite le foret !).
Figure 9 : Pour bobiner la self L2, prenez un foret de 7 mm et enroulez sur sa queue 5 spires de fil de cuivre nu de 1 millimètre de diamètre ; espacez régulièrement les spires pour obtenir une longueur d’enroulement de 10 mm environ (naturellement, retirez ensuite le foret !).
Figure 10 : Pour bobiner la self L4, prenez un foret de 7 mm et enroulez sur sa queue 6 spires de fil de cuivre nu de 1 millimètre de diamètre ; espacez régulièrement les spires pour obtenir une longueur d’enroulement de 12 mm environ (naturellement, retirez ensuite le foret !).L’installation dans le boîtier
Comme le montrent les figures 5, 6 et 14, c’est un boîtier plastique avec face avant et panneau arrière en aluminium percés et sérigraphiés (assorti à l’exciteur EN1619). Montez la platine et son dissipateur (solidarisés par les deux boulons près du MOSFET) au fond du boîtier à l’aide de quatre entretoises autocollantes (voir figures 5, 6, 11 et 12). Les deux BNC sortent alors en face avant. Dans le trou du panneau arrière, montez un passe-fils en caoutchouc et faites entrer le câble R/N que vous souderez (attention à la polarité, toute inversion serait fatale au MOSFET qui n’est pas protégé) : le fil noir directement sur le plan de masse supérieur et le fil rouge sur la piste positive d’alimentation (voir figures 5-6).
Ne refermez pas le couvercle du boîtier, car vous allez devoir procéder aussi réglages. Ne mettez pas l’appareil sous tension, mais préparez une alimentation stabilisée capable de fournir une tension de 12 à 15 V pour un courant de 3 A (5 A si vous aimez avoir une marge d’ordre 2). En effet votre montage pourra consommer 2,5 A. Pour exécuter ces réglages, vous allez utiliser, non pas une antenne, mais une sonde de charge et d’abord il va vous falloir la réaliser.
Figure 11 : Sous le circuit imprimé (là où le plan de masse inférieur recouvre toute la surface), fixez le dissipateur à ailettes (destiné à dissiper la chaleur produite par le MOSFET de puissance) à l’aide des deux boulons traversants, comme le montre aussi la figure 12 (les deux trous pour cette fixation sont en effet très proches du MFT1 afin d’assurer un bon contact mécanique/thermique local). Les quatre autres trous de la platine sont destinés à la fixer ensuite au fond du boîtier plastique à l’aide de quatre entretoises plastiques autocollantes, comme le montrent les figures 5 et 6.
Figure 12 : Photo montrant la fixation du dissipateur sous le plan de masse inférieur de la platine à l’aide de boulons. Les BNC d’E / S sont des modèles pour circuit imprimé, comme le montre aussi la figure 6.La sonde de charge de 15 W EN1637
Une sonde de charge, pour quoi faire ?
Il n’est pas très facile de trouver dans le commerce une résistance anti-inductive de puissance de 52 ohms, or si l’on doit régler un étage final d’émetteur, on a besoin de lui appliquer en sortie une charge fictive (c’est-à-dire non rayonnante, purement résistive). Rappelons que 50 ou 52 ohms est la valeur normalisée d’impédance caractéristique des câbles coaxiaux servant à attaquer les antennes émettrices. L’autre valeur normalisée, plutôt utilisée pour les câbles de réception, est de 75 ohms.
Comme nous avons souhaité vous donner le choix de l’impédance caractéristique du câble coaxial que vous utiliserez pour alimenter votre antenne dipôle (voir figure 15), nous allons très simplement vous permettre de choisir l’impédance de votre charge fictive (52 ou 75 ohms) en fonction du câble coaxial que vous prendrez finalement. Très simplement, car la version 75 ohms est obtenue en montant 3 résistances en moins (c’est vous dire à quel point il sera facile de passer d’une version à l’autre en deux coups de fer à souder –six coups exactement !).
En effet, nous avons résolu le problème de la disponibilité de résistances de puissance anti-inductives de 52 ohms ou 75 ohms en montant en parallèle 9 ou 6 résistances de 470 ohms 2 W.
Les puissances s’ajoutent et donc notre charge de 52 ohms pourra dissiper
et celle de 75 ohms
donc, au cours des réglages, dès que vous sentirez que les résistances chauffent, vous devrez mettre l’amplificateur hors tension et attendre que le groupement de résistances en parallèle refroidisse (surtout en 75 ohms) ; vous pouvez aussi envisager de ventiler votre charge avec un petit ventilateur axial ou tangentiel.
Les charges professionnelles sont plongées dans une huile spéciale et le “bidon” comporte des ailettes de refroidissement, mais elles sont assez onéreuses et ne permettent pas d’utiliser un simple multimètre pour régler les condensateurs ajustables de l’ampli (il faut utiliser un wattmètre RF, dont le plus célèbre est le fameux Bird 43).
En choisissant des résistances de 470 ohms 2 W, peu onéreuses et en les montant en parallèle, on obtient une résistance totale de :
ce qui est parfait pour 52 ohms et
ce qui n’est pas mal du tout pour 75 ohms, surtout compte tenu des tolérances de ce type de résistances.
Le schéma électrique de la sonde de charge EN1637
Comme le montre le schéma électrique de la figure 2, après avoir monté en parallèle 9 ou 6 résistances de 470 ohms 2 W nous avons monté en série dans l’une des deux branches de leur groupement une diode DS1 (1N4150 ou 1N4148), ce type de diode est capable de redresser des signaux RF jusqu’à 150 MHz et pour une puissance maximale d’environ 25 à 30 W.
La tension redressée par DS1 est filtrée par C1-C2, avant d’être mesurée par un multimètre (calibre 50 VDC) passe par la self de choc JAF1, laquelle filtre tout passage de résidu de HF vers ce multimètre.
A la sortie multimètre, vous trouvez un condensateur C1 de 10 nF et un second en parallèle C2 de 1 nF, afin que cette capacité n’influence pas la valeur de C1 : deux condensateurs de capacités différentes, présentant des réactances également différentes, empêchent les fils des pointes de touche du multimètre d’entrer en résonance.
Si, à l’occasion d’un réglage un peu long (plus de dix minutes), les résistances chauffent, leur valeur ohmique diminuera et par conséquent la valeur de la tension redressée par DS1 diminuera aussi, alors que la puissance débitée par votre ampli linéaire restera la même.
C’est pourquoi, nous l’avons dit, il vaudra mieux éteindre cet étage final amplificateur de puissance RF et attendre que les résistances de la charge soient froides, avant de reprendre les réglages en remettant l’appareil sous tension.
Connaissant la valeur en V de la tension U à la sortie de DS1 et la valeur en ohm de la résistance de charge R, nous pouvons calculer la puissance P en W du signal de sortie en appliquant la formule :
Si, par exemple, avec une charge de 52 ohms, nous lisons une tension de 38 V sur le multimètre en fin de réglage des condensateurs ajustables, nous aurons une puissance de signal de sortie de :
Or c’est là une puissance théorique, car DS1 introduit une chute de tension d’environ 0,65 V et, les résistances s’échauffant, la valeur de la charge passe de 52 à 50 ohms, la puissance réelle est donc en fait de :
Pour connaître la tension U que l’on devrait lire sur le multimètre par rapport à la puissance P débitée et à la résistance de charge, nous pouvons utiliser la formule :
avec U en V, P en W et R en ohm.
Si, par exemple, nous avons un amplificateur de puissance RF devant fournir 15 W avec une résistance de charge de 52 ohms, nous devrions lire sur le multimètre :
Mais en pratique nous lirons une tension inférieure de 0,65 V à cause de la chute de tension dans DS1.
A la sortie d’un étage final RF de 15 W, si nous mettons une résistance de charge de 78 ohms, nous lirons sur le multimètre une tension de :
Là encore, la tension réellement lue sera inférieure de 0,65 V :
La réalisation pratique
C’est très simple : réalisez le petit circuit imprimé simple face dont la figure 18b vous donne le dessin à l’échelle 1:1 ou procurez-vous le. Montez tout d’abord les quatre picots à souder.
Si vous avez choisi une résistance de charge de 52 ohms, montez ensuite les 9 résistances de 470 ohms en deux couches, l’une de 5 résistances et l’autre de 4 résistances.
Entre les deux couches, laissez un espace de un ou deux millimètres (mais pas plus car vous augmenteriez la composante inductive de l’ensemble) pour la ventilation.
Si vous avez choisi une résistance de charge de 75 ohms (78 en fait), montez les 6 résistances de 470 ohms en deux couches, l’une de 5 résistances et l’autre de 1 résistance (entre les deux couches, laissez un espace de un ou deux millimètres) ou essayez de les monter toutes sur un seul plan en faisant deux trous supplémentaires du côté de l’entrée et en “poussant” quelque peu R9 vers C1 (la ventilation n’en sera que meilleure, vous pouvez d’ailleurs maintenir cette couche à un millimètre de la surface du circuit imprimé).
Montez ensuite DS1, bague repère-détrompeur vers le picot + du multimètre, JAF1, R10 et les trois condensateurs C1, C2, C3. C’est terminé, revoyez bien la qualité de vos soudures (ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée), la polarité de la diode et la bonne disposition des composants en vertu de ce qui est précisé ci-dessus.
Votre sonde de charge est prête à simuler une antenne idéale (fonction charge fictive) et à faire office de wattmètre indirect (fonction W-mètre VHF).
Les derniers conseils
Pour relier l’entrée de votre sonde de charge à la sortie de l’ampli linéaire, utilisez des morceaux de fil de cuivre très courts. A la sortie de la sonde, appliquez les pointes de touche R/N de votre multimètre réglé sur un calibre VDC (courant continu), 50 V ou plus.
Figure 13 : Pour régler les deux condensateurs ajustables, vous devrez tout d’abord construire la sonde de charge EN1637 (voir figures 16, 17 et 18) de 52 ou 75 ohms. Quand elle est connectée comme le montre la figure (respectez la polarité : point chaud signal fil rouge, masse fil noir), alimentez le linéaire avec une tension continue de 12 à 15 V. Reliez ensuite votre exciteur FM EN1619 (ou un autre, pourvu que sa puissance de sortie n’excède pas 300 mW) alimentez-le. Tournez lentement l’axe de C3 (avec un tournevis HF de préférence, c’est-à-dire en plastique avec ou sans tranchant en acier) pour lire sur le multimètre la tension maximale ; tournez l’axe de C13 pour obtenir la tension maximale (de l’ordre de 25-30-35 V) ; vous pouvez retoucher légèrement C3, puis à nouveau C13, toujours pour lire sur le multimètre la tension maximale.
Figure 14 : A la BNC d’entrée (à gauche) appliquez le signal de sortie de l’exciteur FM EN1619 et à la BNC de sortie (à droite) le câble coaxial allant à l’antenne dipôle, comme le montre la figure 15 (pour plus de détails, voir figure 4a).
Figure 15 : L’antenne émettrice la plus simple à construire est le dipôle demi-onde. Il se compose de deux parties de longueurs égales (73 cm) attaquées, l’une par la tresse de blindage du câble coaxial et l’autre par l’âme de ce câble coaxial. On peut, comme sur la figure, utiliser du fil de cuivre de 1 millimètre de diamètre ou plus, souple mono ou multibrin (nul besoin de supprimer la gaine plastique ou émaillée, sauf pour les soudures aux extrémités) et trois isolateurs en matériau isolant (Nylon, Teflon, Plexiglas, Lexan, etc.). Dans ce cas les isolateurs externes pourront avoir une longueur de 10 centimètres environ et celui du centre devra laisser entre les deux fils un espace de deux centimètres (donc percer deux trous distants de deux centimètres). Mais on peut préférer rendre ce dipôle rigide, cela vous permettra de le placer en polarisation verticale ou horizontale et de le diriger vers la zone où se situe le récepteur que vous voulez atteindre. Dans ce cas, prenez du tube d’aluminium de 5 à 10 mm (on en trouve des longueurs de un mètre que vous retaillerez à 73 cm) et percez dans un bloc de Nylon ou de Teflon ou de plexi… un trou traversant de ce diamètre et un trou de plus gros diamètre (15 ou 20 mm) à 90° du précédent et aboutissant dans le précédent (ces deux trous vont former un T), puis coupez cette pièce en deux parties symétriques par un plan passant par les axes des trous ; vous avez maintenant deux demi coquilles, dans l’une disposez les deux tubes de petit diamètre en ménageant un espacement de deux centimètres et sertissez deux rivets POP en cuivre sur lesquels vous souderez l’âme et la tresse du câble coaxial (ce dernier arrive du trou de plus gros diamètre à travers un tube d’aluminium de 80 centimètres de longueur servant à fixer le dipôle à son mât de soutien, à l’aide d’une double mâchoire à 90°) ; il ne vous reste qu’à enduire l’intérieur des deux demi coquilles de colle époxy et à mettre le tout en presse pendant quelques heures (vous obtenez quelque chose qui ressemble à un T de 1,50 mètre par 0,80 mètre environ) ; placez-le à une hauteur suffisante pour avoir un bon dégagement par rapport aux obstacles environnants (si vous mettez le dipôle en polarisation verticale, placez le brin relié à la tresse de masse vers le bas) ; si vous voulez obtenir une légère directivité (un gain dans la direction de la partie rayonnante par rapport au mât), vous pouvez fixer sur le tube de maintien de 15 ou 20 mm un tube d’aluminium de 80,5 cm (peu importe son diamètre) parallèlement au dipôle rayonnant et à 73 cm de celui-ci (nul besoin d’isoler ce nouveau tube du tube support). Vous avez construit quelque chose qui ressemble à une grosse antenne de télévision ou à une croix de Lorraine.Note : l’impédance caractéristique d’un dipôle de ce type est d’environ 75 ohms et si l’on place l’éventuel réflecteur (c’est le nom du tube de 80,5 cm) à un quart d’onde (L/4,soit 73 cm) de distance du radiateur (c’est le nom du tube rayonnant de deux fois 73 cm) cette impédance n’est pas modifiée.
Figure 16 : Photo d’un des prototypes de la sonde de charge EN1637 permettant de dissiper une puissance HF d’environ 15 W. Cette charge fictive remplace l’antenne pendant la phase de réglage. De plus, elle redresse la tension HF et en tire une tension continue dont l’amplitude est proportionnelle à la puissance fournie par l’émetteur + l’ampli (à l’aide d’un simple multimètre, on peut alors simplement régler les deux condensateurs ajustables pour une tension de sortie maximale, comme le montre aussi la figure 13). Les 9 résistances de 470 ohms 2 W qui la constituent sont en parallèle, grâce aux deux pistes latérales du circuit imprimé. Cela fait une impédance d’environ 52 ohms. Si l’on préfère utiliser ensuite un câble coaxial de 75 ohms pour alimenter l’antenne, on n’en monte que 6, ce qui fait environ 78 ohms (ainsi l’ampli sera réglé pour cette impédance de sortie).
Figure 17 : Schéma électrique de la sonde de charge EN1637 en version 52 ohms (9 résistances). Pour 75 ohms, n’en monter que 6 (en supprimer trois).Liste des composants
R1 ..... 470
R2 ..... 470
R3 ..... 470
R4 ..... 470
R5 ..... 470
R6 ..... 470
R7 ..... 470 pour 52 ohms
R8 ..... 470 pour 52 ohms
R9 ..... 470 pour 52 ohms
C1 ..... 10 nF multicouche
C2 ..... 1 nF multicouche
C3 ..... 10 nF multicouche
JAF1 ... self 10 μH
DS1 .... 1N4148
Figure 18a : Schéma d’implantation des composants de la sonde de charge EN1637 en version 52 ohms (9 résistances). Pour 75 ohms, n’en monter que 6 (supprimer celles du deuxième rang pour une meilleure dissipation, lire l’article).
Figure 18b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la platine de la sonde de charge EN1637, côté soudures.Les réglages
C’est fort simple, maintenant que vous possédez le bon outil, mais attendez-vous à un travail minutieux et patient. Vous allez en effet devoir régler deux condensateurs ajustables : le C3 d’entrée (violet) et le C13 de sortie (jaune) ; vous devrez, après avoir réglé C3 puis C13 pour la tension de sortie maximale, revenir vers C3 pour une retouche, puis retoucher C13 (toujours pour une tension de sortie maximale) et revenir vers C3, etc. N’oubliez pas : si, au bout de quelques minutes vous constatez que le bloc de résistances de charge chauffe, mettez l’amplificateur linéaire hors tension (vous pouvez mettre également hors tension l’exciteur), mais ne débranchez jamais la sonde quand l’exciteur et surtout l’amplificateur sont sous tension.
Mais commençons par le début. Sur le banc de travail de votre labo, disposez de gauche à droite l’exciteur EN1619 et son alimentation. Réglez-le sur la fréquence centrale de 98 MHz si vous ne savez pas encore sur quelle fréquence vous allez travailler (vous obtiendrez ainsi un réglage moyen donnant d’assez bon résultats en terme de puissance de sortie sur toute la gamme 88-108 MHz) ; si vous le savez (par exemple vous avez remarqué un “trou” dans la bande FM à 95,2 MHz où aucune station ne semble émettre), paramétrez cette fréquence et vous allez régler l’amplificateur pour une optimisation de la puissance de sortie sur cette fréquence précise qui sera votre fréquence de travail.
Reliez, avec un court câble coaxial BNC/BNC, la sortie de l’exciteur à l’entrée de l’amplificateur linéaire. Reliez, comme le montre la figure 13, la sortie de votre amplificateur linéaire à l’entrée de votre sonde de charge (dont vous avez choisi la valeur d’impédance en fonction de l’impédance caractéristique que vous souhaitez choisir pour le câble coaxial de sortie vers l’antenne, voir figure 15) avec deux fils très courts.
Reliez la sortie de votre sonde de charge aux pointes de touche du multimètre à l’aide de ses pinces crocos. Pour la liaison de l’amplificateur à la sonde de charge et de la sonde de charge au multimètre, vous devez impérativement respecter la polarité (voir figure 13) : vous le voyez, le + est en haut (fils rouges) et la masse en bas (fils noirs).
Vérifiez bien que cette chaîne est complète et correctement établie et, si c’est le cas, alimentez l’amplificateur linéaire EN1636 (12 à 15 V continu) et l’exciteur EN1619.
Vous obtenez tout d’abord une tension médiocre sur le multimètre, ne vous inquiétez pas. Agissez (de préférence avec un tournevis HF qui ne perturbe pas les réglages) sur le condensateur ajustable C3 (entrée) pour obtenir la déviation maximale du multimètre réglé en voltmètre continu ; puis agissez sur le condensateur ajustable C13 pour obtenir la déviation maximale du multimètre ; revenez vers C3 et essayez d’améliorer le résultat, puis revenez retoucher C13 pour améliorer le résultat, puis à nouveau vers C3, etc., jusqu’à ce que le réglage optimal (en matière de tension de sortie) soit obtenu.
Et n’hésitez pas à faire des pauses pour laisser les résistances de charge refroidir (pendant les pauses, coupez l’alimentation de l’amplificateur et éventuellement de l’exciteur).
Ne débranchez la sonde de charge que lorsque vous avez coupé l’alimentation de l’amplificateur et désaccouplé l’exciteur de l’entrée. Pendant les réglages, l’exciteur ne doit pas être relié à une source modulante BF (la porteuse pure est requise).
La liaison à l’antenne
Supprimez la sonde de charge, remontez éventuellement la platine ampli dans son boîtier et reliez la BNC de sortie au câble coaxial de 75 ou 52 ohms (en fonction de l’impédance de la charge qui vous a servi à exécuter les réglages) qui va alimenter l’antenne.
Pour la réalisation de ladite antenne, voyez l’encadré de la figure 15. Rebranchez l’exciteur à l’entrée de l’ampli et, après avoir vérifié que l’antenne est correctement branchée et placée à une hauteur suffisante pour être dégagée de tout obstacle proche, mettez sous tension l’amplificateur et l’exciteur.
Ecoutez sur un tuner FM ou un poste de radio la porteuse (un grand silence !) en vous calant sur la fréquence d’émission.
Vous pouvez alors connecter une source BF (par exemple un lecteur de CD ou la sortie d’une table de mixage ou mélangeur BF) à l’entrée de l’exciteur EN1619 (en mono ou mieux en stéréo) et écouter sur le poste le résultat.
Ensuite, avec un poste à pile portatif ou en voiture avec l’autoradio, vous pouvez aller dans le voisinage vous rendre compte de l’augmentation considérable de la portée de votre…station de radiodiffusion FM.
C’est ce que vous venez de créer et vous pouvez couvrir désormais plusieurs kilomètres de rayon (cela est fortement fonction de l’encombrement de la fréquence choisie et du dégagement de l’antenne émettrice –il est bien certain qu’un point haut, comme une colline ou un château d’eau, est ici idéal, mais il est devenu bien difficile d’en trouver un qui ne soit pas déjà occupé par un relais de téléphonie mobile). Enfin, n’oubliez pas qu’en France ce type d’activité est soumis à l’obtention d’autorisations et à l’attribution d’une fréquence par le législateur.
