Jean-François FOURCADIER
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Montpellier  (France)

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haut débit télévision antennes hyperfréquences relais divers

Réalisation d'un émetteur numérique 2 Mbit/s
bande 1,2 GHz, modulation QPSK

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L'émetteur qui est décrit ci-dessous constitue un ensemble expérimental destiné à divers essais, notamment de télévision numérique amateur à la norme DVB-S. Il transmet un débit binaire de 2,048 Mbit/s avec une modulation de type QPSK, soit un débit symbole de 1,024 Ms/s. Sa puissance de sortie RF est d'environ 1 W dans la bande 1,2 GHz. Sa conception fait appel à un ensemble de modules relativement simples à construire et utilisant pour l'essentiel des composants courants, disponibles dans le commerce de détail. Un générateur de signaux test intégré permet de vérifier de manière autonome le bon fonctionnement de l'ensemble.

Architecture de l'émetteur

On distinguera sur la partie gauche du synoptique, les sources de données. Un commutateur permet d'effectuer un choix entre les quatre sources de données possibles:

- 00, pour obtenir une absence de modulation et donc une porteuse pure en sortie (CW),
- le générateur fournissant un signal de test à 2 Mbit/s composé de deux signaux I et Q exactement en quadrature avance ou retard. Ce générateur est utile pour évaluer de manière simple la qualité de la modulation QPSK produite,
- un générateur de test pseudo-aléatoire à 2 Mbit/s produisant une séquence conforme à la recommandation UIT O.150,
- enfin, une interface RS-422 pour l'introduction normale des données.

Le modulateur QPSK fournit un signal à 65 MHz, modulé avec quatre états de phase, à un mélangeur équilibré qui reçoit par ailleurs le signal à 1180 MHz provenant du synthétiseur. Le produit à 1180+65=1245 MHz traverse le filtre passe-bande, alors que les résidus de porteuse à 1180 MHz et le produit à 1180-65=1115 MHz sont affaiblis de plus de 70 dB.

Le signal à 1245 MHz modulé QPSK est alors amplifié à travers deux modules amplificateurs linéaires pour atteindre un niveau d'environ + 30 dBm (1 W).

Les différents modules

- l'interface d'entrée

Elle reçoit les données I, Q, et un signal d'horloge de la source de données externes par l'intermédiaire d'un connecteur Sub-D à 9 broches et d'un câble à paires symétriques (câble informatique pour réseaux LAN). Le boîtier contient également les générateurs de signaux en quadrature et le générateur pseudo-aléatoire. Elle fournit en sortie les signaux I et Q destinés au modulateur QPSK (câbles bleus). On notera que le commutateur en face avant du boîtier n'agit pas directement sur les signaux I et Q, mais commande un aiguillage logique à l'intérieur du CPLD.
Description détaillée du module interface

- le modulateur QPSK

Il reçoit les signaux modulants I et Q et délivre en sortie un signal à 65 MHz dont la phase dépend de la modulation. Le signal de sortie possède une phase égale à 0°, +90°, +180° ou +270° par rapport à la phase de référence.
Description détaillée du module modulateur QPSK

 

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- le synthétiseur 1,2 GHz

Il fournit un signal RF synthétisé de fréquence 1180 MHz et de niveau + 7 dBm. Un commutateur en face supérieure du module permet de choisir une fréquence parmi deux. La programmation initiale des deux fréquences, et leur changement éventuel ultérieur, s'effectue au moyen d'un PC portable raccordé sur le connecteur RJ situé en face supérieure du module.
Description détaillée du synthétiseur 1,2 GHz

Description détaillée du contrôleur

- le mélangeur émission

Il effectue le produit des signaux provenant du modulateur QPSK et du synthétiseur. La raie utile est à la fréquence 1245 MHz. Son niveau de sortie est de - 3dBm.
Description détaillée du module mélangeur

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- le filtre de bande

Le filtre de bande de type interdigité élimine les signaux hors bande. Il est réalisé à partir d'une base de duplexeur 1,4 GHz de récupération : une branche a été éliminée, trois doigts sont conservés, les parois ressoudées à l'étain. La technologie n'est pas critique. Performances : bande passante 4 MHz à - 1 dB, 3 dB d'affaiblissement dans la bande, réjection des signaux indésirables > 70 dB.

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- l'amplificateur driver

Il possède un gain d'environ 23 dB et porte le niveau du signal à +17 dBm. Un atténuateur à l'entrée permet le réglage du gain global de la chaîne d'amplification. Son excellente linéarité ne dégrade pas la forme du signal QPSK.

Description détaillée du module amplificateur driver

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- l'amplificateur de puissance

Son gain est de 13 dB et sa puissance de sortie en régime linéaire est d'environ + 30 dBm (1 W). Il utilise en sortie deux transistors BFQ34.

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- l'alimentation

L'alimentation est de type linéaire classique. Elle délivre une tension régulée de 13 V sous un courant de 1 A maximum. Une branche est coupée par un relais de commande d'émission. Ce relais est contrôlé par un interrupteur situé sur le panneau avant.

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Fonctionnement

Chaque module étant réglé préalablement de façon séparée, l'interconnexion et la mise en route de l'émetteur ne présentent pas de difficultés particulières. On s'assurera que le filtre de bande est correctement centré sur la fréquence d'émission choisie.

Les signaux QPSK n'étant pas à enveloppe constante, la puissance moyenne de sortie dépend des caractéristiques du signal modulant. En présence d'un signal modulant pseudo-aléatoire, la puissance moyenne mesurée en sortie est de +28 dBm.

Les photographies ci-dessous montrent le spectre produit lors de la connexion sur les quatre positions du générateur de signaux test intégré :

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porteuse pure
quadrature retard
quadrature avance

fréquence d'émission 1243,0 MHz, hor : 200 kHz/div, vert : 10 dB/div

On observe une réjection de plus de 40 dB de la porteuse et de la raie latérale indésirable en présence de signaux I et Q test (quadrature retard ou avance).

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pseudo-aléatoire
hor : 1 MHz/div

pseudo-aléatoire
hor : 500 kHz/div

fréquence d'émission 1243,0 MHz, vert : 10 dB/div

En présence d'un signal modulant pseudo-aléatoire, le spectre du signal produit montre, outre le lobe principal, deux lobes secondaires latéraux à - 26 dB par rapport au lobe principal. Ces lobes secondaires ne sont pas utiles pour une démodulation correcte dans le récepteur. Ils sont la conséquence du choix délibéré d'une forme de filtre très simple (Bessel du 3ème ordre) dans les branches I et Q du signal modulant. Ce point est sans grandes conséquences pour un émetteur amateur de faible puissance. Il pourra être amélioré ultérieurement.

Conclusion

La présente réalisation montre qu'il est tout à fait possible de construire un émetteur numérique avec des composants courants et des techniques de construction traditionnelles. Le recours à des composants modernes permettrait de simplifier encore la conception.

Cette plateforme servira à conduire prochainement des expérimentations de transmission de signaux de télévision amateur à la norme DVB-S.

 

Allumons nos fers à souder !

 

B5+ et 73 de Jean-François Fourcadier, F4DAY

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