Un préamplificateur d'antenne de 20 à 450 MHz

Ce préamplificateur d’antenne est étudié pour amplifier de 20 dB toutes les fréquences comprises entre 20 et 450 MHz. Il permet de mettre à niveau les signaux faibles que le récepteur seul ne pourrait pas capter. Le circuit inclut 5 filtres passe-bande que l’on peut sélectionner manuellement.


A la suite de la description du préamplificateur d’antenne 0,4 et 50 MHz faible bruit, dans ELM numéro 18, page 32 et suivantes, plusieurs SWL et radioamateurs nous ont demandé pourquoi nous n’avions pas proposé un montage qui permettrait d’arriver au moins à la gamme UHF des 430 MHz.
Réaliser un préamplificateur capable de couvrir une bande aussi large, c’est-à-dire de 0,4 à 430 MHz, est pratiquement impossible. Et, même en admettant que cela puisse être faisable, le résultat comporterait plus d’inconvénients que d’avantages !
En effet, si on préamplifiait une gamme aussi large, on recevrait alors de tout, y compris les fréquences des émetteurs TV et des radios privées qui émettent en FM, par exemple.
Comme les signaux de ces stations ont des amplitudes importantes, deux fréquences différentes pourraient se mélanger et en générer une troisième, qui pourrait tomber sur la fréquence que l’on veut recevoir.
Pour éviter cet inconvénient, il faut utiliser plusieurs filtres passe-bande, permettant chacun de ne laisser passer que les signaux à amplifier.
Au début, nous avons tenté de construire ces filtres passe-bande avec des composants traditionnels. Mais après avoir fait réaliser une dizaine de montages à des étudiants et à des amateurs, nous avons chaque fois constaté que les trois derniers filtres, 110 à 220, 220 à 320 et 320 à 450 MHz, étaient toujours hors gamme, en raison de la disparité dans la longueur des connexions, ce qui est très important à ces fréquences.
Afin d’éviter à nos lecteurs (qui ne disposent généralement pas d’appareils de mesure hautement sophistiqués) un possible échec, nous avons donc préféré faire réaliser industriellement un petit circuit imprimé déjà équipé de tous les filtres en CMS.
Même si nous savons que cette solution n’est pas très appréciée des puristes qui préfèrent le traditionnel, nous pensons aussi à tous les débutants pour lesquels il est plus avantageux d’acquérir un circuit en CMS déjà testé et au fonctionnement garanti, plutôt que de monter un circuit avec des composants traditionnels pour se retrouver, après des heures de travail, avec un appareil qui ne fonctionne pas.
Avant d’entreprendre la réalisation de ce montage, nous vous conseillons de lire ou de relire l’article concernant le préamplificateur, publié dans la ELM numéro 18, page 32 et suivantes, dans lequel nous vous expliquions que si le récepteur a un facteur de bruit identique à celui du préamplificateur, la seule chose que l’on obtiendra au final, ce sera l’augmentation du niveau de tous les signaux captés sans pour autant recevoir les signaux faibles.
Si, au contraire, le récepteur a un facteur de bruit supérieur à celui du préamplificateur, même les signaux faibles que le récepteur ne pourrait pas capter tout seul seront reçus.

Le facteur de bruit (noise figure) et le gain
On trouve, dans ce préamplificateur de 3 dB de facteur de bruit et de 20 dB de gain, 5 filtres passe-bande pour recevoir les gammes de fréquences suivantes :

1er filtre = gamme de 20 à 40 MHz
2e filtre = gamme de 40 à 80 MHz
3e filtre = gamme de 110 à 220 MHz
4e filtre = gamme de 220 à 320 MHz
5e filtre = gamme de 320 à 450 MHz

Nous avons volontairement exclu la gamme FM de 88 à 108 MHz, parce que leurs signaux dans cette bande sont toujours reçus tellement forts qu’ils provoquent des interférences ainsi que de l’intermodulation.
Comme ce préamplificateur a un gain de 20 dB, tous les signaux HF captés par l’antenne seront amplifiés en tension, 10 fois environ, ce qui signifie que, même si on utilise des antennes qui ne sont pas parfaitement accordées, on réussira tout de même à capter tous les signaux très faibles.
Nous voulons vous faire remarquer qu’en raison des tolérances des inductances et des condensateurs, les limites maximales et minimales des gammes de fréquences, que nous avons reportés dans le schéma électrique de la figure 4, peuvent varier de plus ou moins 2 à 3 % environ.

Figure 1: Le préamplificateur d’antenne doit être installé dans un petit boîtier plastique et placé à proximité du récepteur.

Le schéma électrique
Comme vous pouvez le voir sur la figure 4, pour sélectionner le filtre passe-bande qui nous intéresse parmi les 5 filtres du montage, nous n’utilisons pas d’interrupteurs mécaniques ordinaires, mais des interrupteurs électroniques composés de diodes schottky (voir DS1 à DS11), qui peuvent travailler jusqu’à 1 GHz et plus.
Pour vous expliquer le fonctionnement de ce préamplificateur, analysons seulement le 1er filtre, celui de 20 à 40 MHz, qui, comme vous pouvez le voir sur la figure 2, est composé de l’inductance L2, reliée en série au condensateur C5, ainsi que des inductances L1 et L3 reliées en parallèle aux condensateurs C2 et C6.
Tant que les résistances R3 et R4 ne sont pas reliées à masse par la diode LED DL1, les diodes schottky DS1 et DS2 se comportent comme des interrupteurs ouverts et, donc, le signal HF qui entre sur le condensateur C1 ne peut pas passer à travers le filtre passe-bande et atteindre le condensateur de sortie C32 (voir figure 2).
Lorsque le commutateur S1 relie la diode LED DL1 à masse, celle-ci s’allume et un courant parcourt alors automatiquement les diodes schottky DS1 et DS2 qu’il met sous tension, en faisant en sorte qu’elles se comportent comme des interrupteurs fermés (voir figure 3).
De cette façon, le signal HF peut arriver sur l’entrée du filtre passe-bande et être prélevé sur sa sortie par le condensateur C32, afin d’être appliqué sur l’entrée de l’amplificateur IC1.
Les impédances JAF1 et JAF2, ainsi que les résistances R1 et R2, qui alimentent les anodes des diodes reliées à l’entrée et à la sortie des filtres, laissent passer la tension positive nécessaire pour mettre sous tension les diodes et empêcher que le signal HF ne se décharge sur la tension positive.
En résumé, le signal HF, capté par l’antenne, est appliqué sur les anodes des diodes DS1, DS3, DS5, DS7 et DS9 par l’intermédiaire du condensateur C1. Il est prélevé, pour les quatre premières gammes (40, 80, 220 et 320 MHz), par l’anode de la diode DS11 et, pour la dernière gamme (320 à 450 MHz), par l’anode de la diode DS10.
La diode DS11 sert à isoler de façon plus efficace les 4 premiers filtres du dernier (de 320 à 450 MHz).
Comme nous vous l’avons déjà expliqué, le signal HF passe seulement à travers le filtre dont les diodes ont été mises sous tension par le commutateur S1.
Le signal que l’on prélève sur la sortie du filtre ainsi sélectionné est appliqué, par l’intermédiaire du condensateur C32, sur l’entrée de l’amplificateur à large bande HP, référencé INA10386.
Ce dernier est capable d’amplifier de 20 dB n’importe quel signal d’une fréquence allant jusqu’à un maximum de 2 gigahertz.
Le signal amplifié, qui se trouve sur la sortie de cet amplificateur, est directement transféré sur la prise antenne du récepteur, par l’intermédiaire d’un câble coaxial de 52 ohms.
Pour sélectionner le filtre passe-bande qui nous intéresse, il suffit de relier à la masse, par l’intermédiaire du commutateur rotatif S1, l’une des cinq diodes LED référencées DL1 à DL5, qui, en s’allumant, nous signale laquelle des 5 gammes est en activité.
Ce préamplificateur est alimenté par une tension stabilisée de 12 volts, qui lui est fournie par le circuit intégré de type 7812, référencé IC2.

Figure 2 : Tant que la diode LED DL1 ne sera pas reliée à la masse, les deux diodes schottky, DS1 et DS2, auront le même comportement que des interrupteurs “ouverts” et, donc, le signal HF ne passera pas à travers le filtre passe-bande sélectionné.

Figure 3 : Lorsque vous relierez la diode LED DL1 à la masse, un courant parviendra immédiatement jusque sur les diodes schottky DS1 et DS2 qui, mises sous tension, feront passer le signal HF à travers le filtre passe-bande sélectionné.

Figure 4: Schéma électrique du préamplificateur d’antenne capable de couvrir en 5 gammes, toutes les fréquences comprises entre 20 et 450 MHz. L’étage HF des filtres passe-bande, y compris le circuit intégré IC1, est disponible sous forme de module CMS (voir figure 5).

Figure 5 : Photo du module filtre passe-bande-amplificateur, côté composants.
Cet étage, déjà testé, est protégé par un vernis anti-oxydant.


Liste des composants du module filtres passe-bande KM.1467
R1 = 100 Ω
R2 = 100 Ω
R3 = 1 kΩ
R4 = 1 kΩ
R5 = 1 kΩ
R6 = 1 kΩ
R7 = 1 kΩ
R8 = 1 kΩ
R9 = 1 kΩ
R10 = 1 kΩ
R11 = 1 kΩ
R12 = 1 kΩ
R13 = 180 Ω
C1 = 10 nF
C2 = 150 pF
C3 = 10 nF
C4 = 10 nF
C5 = 39 pF
C6 = 150 pF
C7 = 10 nF
C8 = 82 pF
C9 = 10 nF
C10 = 10 nF
C11 = 22 pF
C12 = 82 pF
C13 = 10 nF
C14 = 27 pF
C15 = 10 nF
C16 = 10 nF
C17 = 6,8 pF
C18 = 27 pF
C19 = 10 nF
C20 = 8,2 pF
C21 = 10 nF
C22 = 10 nF
C23 = 2,2 pF
C24 = 8,2 pF
C25 = 10 nF
C26 = 6,8 pF
C27 = 10 nF
C28 = 10 nF
C29 = 1 pF
C30 = 6,8 pF
C31 = 10 nF
C32 = 10 nF
C33 = 100 nF
C34 = 100 nF
C35 = 10 nF
C36 = 100 nF
JAF1 = Self 1 μH
JAF2 = Self 1 μH
JAF3 = Self 1 μH
L1 = Self 0,22 μH
L2 = Self 0,82 μH
L3 = Self 0,22 μH
L4 = Self 0,10 μH
L5 = Self 0,39 μH
L6 = Self 0,10 μH
L7 = Self 39 nH
L8 = Self 0,15 μH
L9 = Self 39 nH
L10 = Self 22 nH
L11 = Self 0,10 μH
L12 = Self 22 nH
L13 = Self 15 nH
L14 = Self 68 nH
L15 = Self 15 nH
DS1-DS11 = Diodes Schottky BA592
IC1 = Intégré INA10386


Liste des composants du circuit d’alimentation
C37 = 100 polyester
C38 = 100 nF polyester
C39 = 100 nF polyester
C40 = 1 000 μF électrolytique
C41 = 10 nF céramique
C42 = 10 nF céramique
C43 = 10 nF céramique
C44 = 10 nF céramique
RS1 = Pont redresseur 100 V 1 A
IC2 = Régulateur L7812
T1 = Transfo. 3 watts (T003.01) sec. 0-14-17 V 0,2 A


Liste des composants du circuit de commutation
R14 = 1 kΩ
R15 = 1 kΩ
R16 = 1 kΩ
R17 = 1 kΩ
R18 = 1 kΩ
DL1-DL5 = Diodes LED rouges
S1 = Commutateur 1 C 5 P
S2 = Interrupteur

Divers
1 Circuit imprimé alim. réf. EN.1467
1 Circuit imprimé commut. réf. EN.1467/B
1 Boîtier réf. MO.1467
2 Borniers 2 pôles pour ci
1 Cordon secteur


Figure 6 : Vous devrez souder les fils qui partent du circuit imprimé du commutateur S1 sur les 5 pistes en cuivre qui se trouvent sur le côté opposé du module KM.1467 (voir figure 9).

Figure 7 : Après avoir fixé les deux connecteurs BNC sur le panneau arrière du boîtier, insérez leurs sorties dans les deux trous qui se trouvent sur les côtés du circuit imprimé, puis soudez-les. N’oubliez pas de souder la cosse de masse de chaque BNC sur la masse du circuit imprimé (voir figure 9 en haut à droite).

Figure 8 : Photo du module en CMS, déjà fixé sur le panneau arrière.

Figure 9 : Pour faire fonctionner ce préamplificateur, il suffit de relier les trois platines comme indiqué sur ce schéma d’implantation des composants.

Figure 9a : Dessin à l’échelle 1 du circuit imprimé de l’alimentation.

Figure 9b : Dessin à l’échelle 1, côté pistes, du circuit imprimé de la commutation.

Figure 9c : Dessin à l’échelle 1, côté composants, du circuit imprimé de la commutation. N’oubliez pas de raccorder les pastilles qui ont une correspondance avec celles du côté pistes, en soudant les composants sur les deux faces quand c’est possible, ou en soudant une chute de queue de résistance ou de condensateur.

Figure 10 : Avant de souder les broches des diodes LED sur le circuit imprimé, vérifiez la longueur qui permettra à leurs têtes de dépasser du panneau avant (voir figure 11).

Figure 11 : Sur cette photo, le circuit imprimé de commutation est déjà fixé sur le panneau avant du boîtier.

Figure 12 : Fixez l’étage d’alimentation à l’intérieur du boîtier plastique, au centre, en utilisant quatre entretoises plastiques autocollantes, puis fixez le circuit en CMS sur le panneau arrière et enfin, le circuit de commutation sur le panneau avant.

Figure 13 : Si, par erreur, vous appliquez le signal qui parvient par l’antenne sur la BNC de sortie, plutôt que sur celle d’entrée, le circuit ne sera pas endommagé car il sera électriquement isolé par les deux condensateurs C1 et C35.

La réalisation pratique
Avant de commencer, vous devrez réaliser ou vous procurer les circuits imprimés et rassembler tous les composants donnés dans la liste.
Comme l’étage des 5 filtres passe-bande référencé KM.1466 est un composant en CMS déjà réglé et testé, vous n’aurez plus qu’à monter l’étage d’alimentation ainsi que l’étage de commutation.
Si vous commencez le montage de l’alimentation, vous pouvez débuter par la mise en place du pont de redressement RS1 et des condensateurs électrolytiques C37 et C40. Comme d’habitude, veillez à l’orientation des pattes en vous référant à la figure 9.
Poursuivez en insérant le circuit intégré stabilisateur IC2, en dirigeant le côté métallique de son corps vers les deux condensateurs polyester C39 et C38.
En dernier, vous pouvez insérer le transformateur d’alimentation T1 et les deux borniers pour la tension de secteur 220 volts et pour l’interrupteur S2.
Une fois l’alimentation terminée, prenez le circuit imprimé de commutation sur lequel vous devez mettre en place l’interrupteur S2, le commutateur rotatif S1, les cinq résistances ainsi que les diodes LED.
Vous pouvez commencer le montage, en insérant sur le circuit imprimé l’interrupteur S2, puis le commutateur S1, après avoir raccourci son axe à l’aide d’une scie à métaux, afin de ne pas vous retrouver avec un bouton trop éloigné de la face avant.
Pour savoir de combien il faut le raccourcir, fixez momentanément le circuit imprimé sur la face avant du boîtier, puis enfoncez au maximum le bouton sur l’axe. La distance mesurée entre la face avant et le bouton vous indique la longueur excédante qu’il faut couper.
Une fois cette opération terminée, insérez les 5 diodes LED sur le circuit imprimé, en dirigeant leurs pattes les plus courtes (les cathodes) vers la droite, c’est-à-dire vers le commutateur S1.
Avant de souder les pattes de ces diodes LED sur le circuit imprimé, n’oubliez pas de contrôler leur longueur.
Pour cela, fixez à nouveau le circuit imprimé sur le panneau avant et positionnez les diodes LED de façon à ce que leurs têtes sortent légèrement des 5 trous qui se trouvent sur le panneau avant : c’est seulement à ce moment-là que vous pourrez les souder.
Si vous regardez la figure 7, vous pouvez remarquer que le circuit en CMS des 5 filtres passe-bande doit être soudé sur les deux broches centrales des connecteurs BNC que vous aurez préalablement montées (sans les serrer) sur le panneau arrière du boîtier.
Avant de souder la sortie des BNC sur les pistes en cuivre du circuit imprimé, vous devez contrôler que le trou ENTREE soit placé sur la gauche et le trou SORTIE, sur la droite.
Une fois les sorties des deux connecteurs BNC soudées, vous devez relier la cosse métallique de la masse sur le circuit imprimé (voir figure 9), à l’aide d’un morceau de fil de cuivre nu.
Après avoir fixé le circuit de commutation sur le panneau avant et le circuit des filtres en CMS sur le panneau arrière, mettez en place l’étage d’alimentation à l’intérieur du boîtier, en le fixant à l’aide d’entretoises plastiques munies d’une base adhésive. Inspirez-vous des figures 12 et 13.
Pour terminer le montage, il ne vous reste plus qu’à relier entre eux les trois circuits imprimés, en utilisant des morceaux de fil de cuivre étamé multibrin gainé plastique (voir figure 9).
Lorsque vous reliez les fils d’alimentation de 12 volts aux deux circuits imprimés, vous devez être particulièrement attentif à ne pas inverser le fil positif et le fil négatif. C’est pour cette raison que sur le dessin nous les avons colorés en rouge et noir.
A l’aide de 5 morceaux de fil, ou bien d’une nappe à 5 conducteurs, reliez les broches 1, 2, 3, 4 et 5 qui se trouvent sur le circuit imprimé des diodes LED aux broches 1, 2, 3, 4 et 5 qui se trouvent sur le circuit des filtres passe-bande en faisant bien attention à la numération. Dans le cas contraire, vous verriez s’allumer la diode LED de la gamme allant de 20 à 40 MHz et en fait, ce serait alors le filtre de la gamme allant de 320 à 450 MHz qui serait actif.
Une fois le montage terminé, pour savoir si le préamplificateur exerce correctement sa fonction, il vous suffit d’appliquer n’importe quelle antenne sur son entrée et de relier sa sortie, à l’aide d’un morceau de câble coaxial, à un récepteur couvrant la gamme à recevoir.
Vous remarquerez instantanément que si vous n’utilisez pas le préamplificateur, l’aiguille du S-mètre déviera pour les signaux plus faibles en début d’échelle, tandis que si vous utilisez le préamplificateur, l’aiguille déviera à mi-échelle ou plus, même pour ces mêmes signaux.
Si vous captez des signaux très forts, la déviation de l’aiguille du S-mètre pourrait ne pas être aussi évidente en raison de la CAG, c’est-à-dire de la Commande Automatique du Gain, en les atténuant afin d’éviter que le récepteur ne sature.

Important : Si vous reliez le préamplificateur à la prise antenne d’un émetteur-récepteur, n’oubliez pas d’insérer un commutateur à relais qui le déconnecte lorsque vous passez en émission.
Dans le cas contraire, si vous appliquez la puissance HF débitée par l’émetteur directement à la sortie du préamplificateur, le module des filtres sera immédiatement transformé en chaleur et en lumière !

0 commentaires:

Enregistrer un commentaire

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...