Jean-François FOURCADIER
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Montpellier  (France)

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Réalisation d'un mélangeur émission

pour la bande amateur 1,2 GHz

 

La réalisation d'émetteurs hyperfréquences complexes peut être rendue plus simple en effectuant les tâches de modulation ou de traitement du signal, à une fréquence basse et à bas niveau, puis en transposant le signal modulé dans la bande hyperfréquences souhaitée. Ceci est couramment réalisé dans le domaine professionnel, avec des fréquences intermédiaires standardisées de 70 MHz ou 140 MHz, et des fréquences de transposition de plusieurs GHz.

La réalisation amateur qui est décrite ici pourra, par exemple, être utilisée pour transposer le signal à 65 MHz modulé QPSK issu d'une réalisation précédente, dans la bande 1,2 GHz. Comme nous le verrons, ce mélangeur émission ne comporte pas d'élément sélectif et son domaine d'emploi pourra donc être beaucoup plus large.

Caractéristiques souhaitées

Niveau d'entrée à 65 MHz : -15 dBm
Niveau d'entrée à 1200 MHz: + 7 dBm
Niveau de sortie à 1265 MHz: -3 dBm

La raie à 1200 - 65 = 1135 MHz, les fuites d'oscillateur local et les produits indésirables seront éliminés en aval par un filtre interdigité centré sur 1265 MHz. Le niveau de sortie n'est pas choisi trop faible de manière à limiter l'amplification nécessaire en aval du filtrage et réduire ainsi le bruit d'équipement.

Le mélangeur utilisé

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Nous utiliserons un mélangeur équilibré SCM-2500 fabriqué par Minicircuits. Il est spécifié jusqu'à 2,5 GHz, apporte plus de 22 dB d'isolation entre les ports LO et RF. La perte de conversion est inférieure à 7 dB. Il fait partie de la famille "Level 7", c'est à dire que niveau nominal d'oscillateur local doit être de + 7dBm. Il est disponible dans le commerce de détail à un prix modéré (environ 10 euros).

consultez la fiche technique du mélangeur équilibré Minicircuits SCM-2500 (fichier .pdf 60 ko)

 

Le schéma

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Pour un fonctionnement correct du mélangeur il faut prêter une grande attention à deux points:

- aux niveaux injectés. Le port LO doit être attaqué par un niveau de + 7 dBm. Bien que la fiche technique spécifie un niveau maximum de + 1 dBm sur le port IF, il est généralement admis que pour une bonne linéarité de l'opération, le port IF doit être lui attaqué par un niveau inférieur d'au moins 10 dB par rapport à celui du port LO. Par précaution, nous fixerons ce niveau d'injection sur le port IF à - 5 dBm, soit 12 dB au dessous du niveau injecté sur le port LO.

- aux impédances sur les accès. Chaque accès doit voir une impédance de 50 ohms. Ceci doit être vrai pour toute énergie présente sur les accès, y compris les raies indésirables. Il faut tenir compte de ce point pour dimensionner les capacités de liaisons. De plus des atténuateurs 3 dB sont placés sur les ports IF et RF dans le but de masquer les désadaptations éventuelles.

Compte tenu de la perte de conversion de 7 dB apportée par le mélangeur, l'obtention des caractéristiques souhaitées nécessite deux éléments amplificateurs, le premier pour élever le signal d'entrée de -15 dBm à - 5 dBm, le second pour élever le niveau de sortie du mélangeur de - 13 dBm à - 3 dBm. Ce rôle est dévolu à deux amplificateurs intégrés MMIC types MAR6 et MAR7.

Un régulateur de tension 7812 est intégré dans le montage. L'alimentation du boîtier s'effectue donc au moyen d'une tension non régulée de 18 à 20 V.

 

Réalisation

A l'exception du régulateur de tension et de ses deux capacités de découplage, l'ensemble de la réalisation fait appel à des composants montés en surface (CMS). Le montage de ces derniers ne présente pas de difficultés particulières. Les découplages et liaisons sont particulièrement soignés par la mise en parallèle de condensateurs de 100 pF et de 100 nF. L'équipotentialité entre les plans de masse des deux faces du circuit imprimé est assurée par plusieurs morceaux de fil de 0,8 mm traversant et soudés de part et d'autre.

L'impédance caractéristique des pistes est de 50 ohms à la condition d'utiliser du circuit imprimé FR4 double face de 0,8 mm d'épaisseur.

téléchargez le circuit imprimé aux formats Ares et .bmp (15ko zippé)

 

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Les ports d'accès RF sont constitués de connecteurs coaxiaux SMB de traversée. Le condensateur "by-pass" de traversée d'alimentation est un modèle professionnel de récupération.

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Mesures

On applique un signal à 1200 MHz de niveau + 7 dBm sur l'entrée LO, un signal de niveau - 15 dBm à 65 MHz sur l'entrée IF, et, pour l'alimentation des MMIC, du + 20 V sur l'entrée continue.

Dans ces conditions, on observe à l'analyseur de spectre, sur la sortie RF, le signal suivant:

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(vert: ref= 0 dBm, 10 dB/div, horiz: centr=1200 MHz, 20 MHz/div)

Les deux raies à 1135 MHz et 1265 MHz ont un niveau de - 5dBm conforme aux attentes. La fuite d'oscillateur local à 1200 MHz est à -13 dBm (- 20 dB d'isolation), ce qui est un peu élevé (tracé des pistes ?), mais néanmoins acceptable. Des raies intercalaires d'amplitude faible correspondent à des produits d'ordre supérieur qui pourront être facilement éliminées par filtrage.

Conclusion

Ce mélangeur émission, relativement facile à réaliser, permet de mettre en oeuvre la technologie de "up conversion" et de se familiariser avec des composants performants.

Eventuellement adapté, il peut trouver d'autres applications, en particulier dans le domaine de la métrologie.

 

 

 

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