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Et voila maintenant le FT4..

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Nous sommes le 22/04/2019 et ce message vient d’être diffusé.

To:   WSJT-X users interested in testing FT4

From: K1JT, K9AN, and G4WJS

Soon after the « FT8 Roundup » held on December 1-2, 2018, we started serious work on a faster, more contest-friendly digital mode that can compete with RTTY-contesting QSO rates while preserving many of the benefits of FT8.  The result is FT4 — a new digital mode specifically designed for radio contesting.

Over the past month a small group of volunteers have been conducting on-the-air tests of FT4.  The early tests were very successful and helped us to make a number of important design decisions.  We believe

FT4 has considerable promise for its intended purpose.

We’ll soon be ready for testing by a larger group.  If you might be interested in participating and offering your considered feedback, please read the descriptive document « The FT4 Protocol for Digital Contesting », posted here:

http://physics.princeton.edu/pulsar/k1jt/FT4_Protocol.pdf

We plan to post downloadable installation packages for WSJT-X 2.1.0-rc5 on April 29, one week from today.  The document linked above includes
– Instructions for installing WSJT-X 2.1.0-rc5 and FT4 configuration
– Operating instructions for FT
– Basic description of the FT4 protocol, modulation, and wavefor
  – Detailed sensitivity measurements for FT4 under a wide variety of    simulated propagation conditions
  – Schedule for upcoming test sessions

Please consider helping us to make FT4 a successful mode for digital contesting
With best wishes and 73,

                — Joe (K1JT), Steve (K9AN), and Bill (G4WJS)

A quoi doit on s’attendre ?

Une rétrospective s’impose.

K1JT à démarré avec le WSPR, c’est à dire un mode destiné à sonder la propagation avec de très faibles signaux, en dessous de -30dBm, tout en fournissant une mesure de SNR. Ce mode a subsisté dans son rôle initial, même si certains ont fait des « QSO » avec. Chaque message prenait 2 minutes pour être envoyé.

Ensuite est arrivé le JT65, crée initialement pour l’EME ou en tous cas pour la VHF/UHF qui s’est retrouvé particulièrement utilisé en… HF.

K1JT trouvant certainement ce détournement inopportun, a proposé le JT9, format parfait pour la HF ( faible bande passante, SNR très bas, mais besoin d’une bonne stabilité en fréquence ce qui n’est pas problématique pour le matériel commercial moderne). Le succès a été pour le moins limité, la majorité des échanges persistant en JT65 avec des opérateurs qui s’insultaient en se marchant sur les pieds dans leurs messages entrelacés.. par manque de place. Pour rappel, un message envoyé en JT65 ou JT9 prenait une minute.

Par contre, contre toute attente, les stations MF ( 630M) semblent apprécier le JT9, c’est aujourd’hui le format le plus utilisé par les stations US sur cette bande. Il n’est d’ailleurs quasiment plus utilisé que la.

Et puis est arrivé le FT8, qui avec ses messages de 15 secondes était dédié au trafic en sporadiques E (principalement sur la bande des 6M et dans une moindre mesure celle des 10M). L’argumentaire étant que ces liaisons étaient tellement furtives qu’il fallait un mode capable de faire un QSO en une minute tout au plus. Quand on connais la suite, ça fait forcement un peu sourire…

Le FT8 à donc fait quasi table rase de ce qu’il y avait avant, sur toutes les bandes HF ( et il a même bien débordé sur la VHF). Exit le PSK31, le PSK63, le JT65/JT9. Non pas que la propagation HF soit devenue sporadique, mais ce sont les QSO-TGV ( échanges en 15 secondes, QSO en une minute), et automatisés ( on peut rester les bras croisés à coté) qui ont séduit.

Cela a mis une fois de plus en évidence ce que cherchaient les opérateurs: un mode, aux échanges minimalistes, leur permettant de remplir au plus vite les log, afin de récupérer QSL, eQSL et surtout confirmations LoTW pour les fameux diplômes du DXCC. C’est pour cela que les JT65,PSK, et même maintenant CW ont été balayés.

D’ailleurs ceux qui avaient un peu trafiqué en PSK63 devraient avoir senti le truc venir, la popularité de ce mode au détriment du PSK31 étant motivée par la rapidité avec laquelle on pouvait remplir les logs.

Bien qu’étant une activité de loisirs, la pratique radioamateur semble tendre de plus en plus vers une accumulation toujours plus rapide d’une « production » de contacts.

Alors, comment se dessine la suite ?

Revenons au FT4 qui sera disponible en test dans une petite semaine, il propose quoi ?

« .. FT4 is an experimental digital mode designed specifically for radio contesting. Like FT8, it uses fixed-length transmissions, structured messages with formats optimized for minimal QSOs, and strong forward error correction. T/R sequences are 6 seconds long, so FT4 is 2.5 × faster than FT8 and about the same speed as RTTY for radio contesting. FT4 can work with signals 10 dB weaker than needed for RTTY, while using much less bandwidth .. »

Il propose donc des échanges en 6 secondes ( contre 15 secondes pour le FT8), avec un SNR de décodage minimal dégradé ( -16.5dB contre -24dB) soit 7.5dB « moins bien », ce qui peut se traduire par une puissance nécessaire 5.6 fois plus importante pour faire le QSO. Il devrait donc permettre de faire des QSO complet en 24s. Il ne manque plus qu’il soit autorisé pour les diplômes ( ce qui finira par arriver, peut être via les DX-Expeditions) et il devrait logiquement balayer le FT8 dans tous les cas ( et pas uniquement pour les concours comme indiqué par l’auteur qui une fois de plus verra son mode certainement utilisé bien au delà de la volonté affichée).

Il est néanmoins possible que dans un premier temps le mode FT4 limite les messages au format concours ( identiques à ceux disponibles pour le FT8 roundup), ce qui pourrait ralentir son adoption pour les QSO hors concours. Pour savoir si ce bridage est effectif ou non il nous faudra attendre une semaine. Je mettrai l’article à jour quand ce point sera éclairci.

EDITION au 29/04/2019

Le FT4 est disponible et, comme je m’y attendais, c’est un mode libre d’accès pour les QSO. Je l’ai testé sur les 30M sans rencontrer de problème particulier. Donc, mon « pronostic » est qu’il est bien parti pour remplacer le FT8.


Quand au SNR dégradé (de 7.5dB par rapport au FT8), il ne constitue pas un obstacle insurmontable. La majorité des stations étant sur-dimensionnées pour le FT8 (assez peu de report sont moins bons que -16dB de SNR) cela ne devrait donc pas constituer un frein dissuasif. Et puis on peut se référer au précédent du JT65/JT9 qui s’est fait balayer par le FT8 malgré une pénalité de décodage de 6dB.

On en reparle dans un an ou deux (ou avant si les choses se précipitent), pour voir si une fois de plus la logique qui veut que le mode capable de remplir le plus vite les logs est celui qui finisse par s’imposer, est respectée.

David, F4HTQ.

HSTRX module 4 : 2e Ampli FI + AGC

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Présentation

Besoins

Le role de cet amplificateur de fréquence intermédiaire est double:

  • il fourni la principale amplification avec ses 78 dB de gain.
  • il gère automatiquement le gain, afin de l’ajuster selon la puissance des signaux reçus

Contrairement au premier amplificateur de fréquence intermédiaire nous pouvons nous autoriser moins de linéarité, ce qui implique plus de distorsion et intermodulation. Pourquoi ?

Tout simplement car en entrée nous avons un signal issus d’un filtre à quartz à bande étroite, ce qui limite considérablement les problèmes d’intermodulation que nous aurions avec un signal comportant toutes les émission de la bande écoutée !

De plus, une première amplification ayant été opérée par le premier amplificateur de fréquence intermédiaire, nous pourrons la aussi tolérer un facteur de bruit un peu plus élevé.

Ces souplesses  nous aiderons donc à atteindre des gains élevés et réglables.

Structure

L’amplificateur est constitué autour de deux amplificateurs intégrés AD603 de analog device qui offrent chacun un gain de l’ordre de 39dB, soit 78dB au total.

Ce composant est un peu particulier, car il intègre en interne un atténuateur « programmable » suivi d’un amplificateur à gain fixe.  Le gain maximal sera alors atteint pour un réglage à minima de l’atténuateur.

Le montage en cascade des deux amplificateurs est inspiré de celui présent dans le datasheet à la page 18. Le principe est de commencer par augmenter le gain du premier étage en priorité et de compléter avec le gain du 2e étage. Le constructeur assure que cette façon de procéder ne dégrade pas le facteur de bruit de l’amplificateur comparativement à ce qu’on aurais en utilisant un seul de ces composants.

Pour le gain automatique ( AGC ), je n’ai pas suivi le schéma du constructeur mais me suis inspiré ( en l’améliorant)  d’une autre réalisation présentée par une équipe chinoise à l’ICADME 2015.

Le schéma

Dual AD603 FI amplifier + AGC Clic to enlarge

La version précédente peut être trouvée ici : http://david.alloza.eu/ForPublication/Homemade/Tx/SHTRX/IF2/AD603FI.png

Le fonctionnement:

Pour ce qui est de l’amplification se reporter aux explications fournies dans le datasheet. J’ai cependant apporté deux modifications. l’entrée de cet amplificateur présentant une impédance de 100 Ohms, elle peut être adaptée sur 50 Ohms en rajoutant une simple résistance supplémentaire de 100 Ohms en parallèle de l’entrée. C’est la solution préconisée sur le schéma proposé par le constructeur. Sur les conseils de Georges F6CER j’ai opté pour un réseau LC ( L1 , C13 ) d’adaptation d’impédance, de 50 Ohms vers 100 Ohms, ce qui permet de préserver les 3dB de facteur de bruit ( et de gain ) qui étaient perdus avec la solution originelle.  L’autre modification concerne la sortie, j’ai rajouté une résistance de 47 Ohms en série afin de présenter 50 Ohms en sortie. La contre-réaction  présente en sortie de l’AD603 aboutissant à une impédance de quelques ohms.

Contrôle automatique de  gain ( CAG ou AGC en anglais)

On va supposer comme état initial une situation ou aucun signal ne serait appliqué en entrée, et ou l’ampli serait sous tension depuis plusieurs secondes, et l’appareil en réception ( RX_VCC alimenté). le potentiomètre U4 serait réglé à un niveau ne permettant pas à la base du transistor Q1 d’être polarisée ( moins de 0.5v).

Dans cette situation le transistor Q1 ne serait pas passant et le condensateur C10 se serait chargé ( à travers la résistance R15) à environ 8.3V. Avec ce potentiel d’AGC le gain est maximal.

Si maintenant on applique un signal significatif sur l’entrée, disons, -60dBm. l’amplificateur étant au maximum de gain ( +78dB ), il devrait sortir un signal de -60+78 = 18dBm. Cela n’est pas possible et il va rapidement saturer. Cependant on va avoir une tension de plusieurs centaines de mV en sortie, cette tension appliquée sur la base de Q1 va le polariser, il va conduire et donc décharger le condensateur C10 rapidement ( car le courant pourra être important, plusieurs dizaines de mA). la décharge du condensateur s’opère en quelques dizaines de ms tout au plus.

Pendant cette décharge la tension appliquée sur la commande de gain de l’amplificateur ( AGC ) va progressivement baisser, ce qui va réduire le gain de l’ensemble et donc le niveau de sortie. Progressivement les choses vont s’équilibrer et le gain va se stabiliser, l’amplificateur ne saturera alors plus.

Dans le HSTRX U4 est réglé de telle sorte que l’AGC limite le niveau de sortie a 0 dBm, ce qui implique que dans notre example ( -60dBm appliqués à l’entrée) le gain va se stabiliser aux alentours de +60dB.

Imaginons maintenant que le signal appliqué à l’entrée faiblisse fortement,  par exemple qu’il baisse de 10dB à en passant de -60dB à -70dB. Le niveau de sortie va fortement baisser et le transistor Q1 ne sera plus polarisé. le transistor Q1 ne conduira plus et le condensateur C10 va donc progressivement se charger ( à travers R15 ) ce qui va progressivement et lentement augmenter le gain en raison de la valeur importante de cette résistance ( 27k). Tout ceci se stabilisera quand la tension appliqué sur la broche AGC correspondra à un gain de 70dB. Cette remontée de gain est bien moins rapide ( environ 100x plus lente) que la réduction de gain. Cela est indispensable au contrôle de gain automatique en phonie SSB, le sytème devant rapidement baisser le gain si une émission puissante est présente, tout en maintenant cette baisse de gain entre chaque phonème et même entre chaque mot afin de ne pas laisser remonter trop vite le niveau de bruit.

[Rajout au 20/10/2019] En émission et en réception ( mais c’est surtout utile en émission) la diode Zener D4 sert a empêcher que la tension de commande sur l’AGC ne descende sous 4.4V, ceci est nécessaire car si on passe sous ce seuil le gain remonte. Le datasheet indique d’ailleurs les seuils à ne pas dépasser.

Car particulier de l’émission:

En émission nous avons besoin de bien moins de gain ( le réglage est a +2dB de gain sur le HSTRX) et d’une dynamique d’AGC inexistante ou réduite.

dans ce cas la nous n’alimentons pas la broche RX_VCC et la tension appliquée sur R15 est alors déterminée par le réglage de U1. U1 permet donc de fixer le gain en émission.
D3 à un role particulier, elle aide à rapidement décharger C10 à travers U1, ce qui permet de très vite faire baisser le gain de l’ampli ( en quelques dizaines de ms) quand on passe de réception à émission. C’est nécessaire pour ne pas entendre un bruit de souffle important chez les correspondants au moment du passage en émission.

La réalisation:

Dual AD603 second FI amplifier, ugly construction

La réalisation a été chaotique. Je ne pensais pas initialement mettre un AGC automatique sur le même circuit que l’amplificateur ce qui a provoqué un niveau de  superpositions digne d’un plat de spaghettis. Cela serait à refaire, je ferais certainement un circuit imprimé ( sous KiCad ) avec des composants CMS.
Initialement je n’avais pas utilisé de réseau d’adaptation d’impédance en entrée et l’amplificateur était stable. Quand j’ai rajouté L1 et C13 une auto-oscillation est apparue, (certainement aidée par la structure en plat de spaghettis ) et je n’ai réussi à m’en débarrasser qu’en soudant une feuille de cuivre ( 100 microns ) en bas a gauche du circuit afin d’isoler le circuit d’adaptation d’impédance.

Au final cet amplificateur FI fonctionne remarquablement bien. L’AGC, malgrés sa simplicité, rend l’écoute en SSB confortable et ceci même si on sent bien qu’il manque encore un petit peu de dynamique .

Points faibles:

  • l’amplification maximale ( et dynamique de l’AGC ) n’est que de 78dB. Or sur un récepteur pour les bandes HF il faut viser au moins 100dB de dynamique pour éviter d’avoir à retoucher le bouton de volume à l’écoute entre les stations au ras du bruit et les stations locales puissantes.
  • Cet amplificateur est large bande, ce qui implique que du bruit à large bande est produit ( et doit être éliminé ensuite par un filtre à quartz simplifié). De plus ce bruit large bande peut réduire la dynamique de l’AGC ( même si elle est dans ce montage suffisamment réduite pour que cela n’arrive pas). J’ai mesuré un niveau de sortie de 200mV VPP produit uniquement par le bruit large bande.

Améliorations possibles:

  • Opter pour une construction offrant plus de gain, par exemple en utilisant 3 amplificateurs AD603 en cascade comme ici : http://www.f6evt.fr/if_mf-jr7cch.pdf
  • Faire fonctionner l’amplificateur en bande étroite, plusieurs solutions sont envisageable (et cumulables):
    • Comme chez JR7CCH, en mettant des circuits accordés en liaison entre les étages.
    • Comme proposé par Georges F6CER, modifier les feedbacks pour privilégier le gain sur la fréquence de la FI ( ici 20MHz).

Modification au 29/05/2019

Le condensateur C5 de 100nF à été remplacé par un condensateur de 1nF. 1nF correspondent à une impédance de 0.7 Ohms ( réactifs) à 20MHz ce qui reste faible devant les 100 Ohms de l’entrée de l’AD603. Par contre cette modification présente deux avantages:

  • une réduction du bruit large bande dans les basses fréquences, ce qui évite que l’AGC en tienne compte.
  • La suppression d’un « accrochage » aléatoire de l’ampli qui auto-oscillait à quelques centaines de khz.

Modification au 29/08/20189

  • R16 est passée de 12 à 120 Ohms, cela permet à l’AGC d’être plus progressif et donc plus souple.
  • j’ai rajouté une diode zener de tension de seuil de 5.6V bloquant la tension basse de l’AGC vers 4.4V. C’est nécessaire car l’AD603 ne tolère pas des tensions trop faibles sur les broches de configuration de gain. Si on passe sous ces seuils, le gain remonte !!. Cela amenait occasionnellement l’amplificateur en saturation en émission..
    Voir ici

David, F4HTQ.

HSTRX module 13 : PA PushPull MF,HF,VHF

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Voila l’amplificateur de puissance utilisé sur le HSTRX .

Schéma (cliquez sur l’image pour agrandir ):

Wideband RD16HHF1 amplifier

C’est un amplificateur en pushPull « classique », utilisant des transistors spécifiquement adaptés pour des montages de puissance en radiofréquences, les Mitsubishi RD16HHF1.

Il fonctionne en classe AB, ce qui lui confère  une linéarité suffisante pour être utilisé en phonie ou en PSK.

Le fonctionnement en large bande interdit d’utiliser des adaptations d’impédance d’entrée et de sortie accordées, elle seront donc assurées par des transformateur large bande, construit avec des ferrites à haute perméabilité.

Le matériel utilisé sera du 43 de chez fair rite .

voila le comportement en fréquence de ce matériel.

43 material properties

On remarque qu’une fois les 1Mhz passés, la permeabilité magnétique se dégrade. Nous retournerons cette limitation à notre avantage afin d’essayer d’obtenir un « accord mou », sur une plage de fréquences importante  en compensant la réactance du transformateur par une capacité ( C16 de 270pF). Normalement un circuit accordé ne résonne qu’a une fréquence donnée, mais si la valeur de l’inductance décroit rapidement quand la fréquence augmente, ce qui est le cas à partir de 1Mhz avec le 43,  cette « pseudo résonance » peut s’étaler sur une plage de fréquences importante. Il faut alors déterminer la valeur de cette capacité de « compensation » en fonction de la plage de fréquence recherchée. Une valeur trop élevée va handicaper les performances sur les plus hautes fréquences, alors qu’une valeur trop faible risque de provoquer un affaissement prématuré du gain sur les fréquences intermédiaires.

A titre d’information, l’absence du condensateur de compensation des réactances ( c16 ) fait chuter la puissance de sortie de 3dB à 30Mhz ( 9W au lieux de 16.5W). La mesure n’a pas été faite pour 50 MHz.

Le  montage est aussi doté d’un circuits de contre-réaction sur chaque transistor ( L6,R1,C1) et ( L7,C2,R2).
son rôle est double:

  • il améliore la linéarité, ce qui limite l’intermodulation dans le cas général et la distorsion en phonie.
  • il aplanie les variations de gain sur la bande passante de l’amplificateur.

Ce circuit contient deux petites perles de ferrite en en matériel 43, c’est assez inhabituel. A l’origine je les aies mises pour me débarrasser d’une auto-oscillation ( à 240Mhz) qui n’arrivait que avec un circuit de contre-réaction. A ces fréquences élevées ces perles de ferrite présentent une impédance ( réelle) de plusieurs centaines d’ohms, et une réactance négligeable. Ceci revenait à « débrancher la contre réaction » pour les fréquences ou se produisaient l’auto-oscillation. La solution fonctionne bien.

Un effet de bord, inattendu a été que ces ferrites ont amélioré l’aplatissement du gain.  Elles présentent 4 Ohms de résistance par MHz ce qui implique par exemple qu’elles sont comparables à des résistances de 200 Ohms à 50Mhz. Il faut alors comprendre qu’a cette fréquence la résistance de  feedback totale n’est plus de 150 Ohms, mais de 150 Ohms + 200 Ohms, soit 350 Ohms. En réduisant le niveau de la contre-réaction, nous  compensons ( en partie ) la perte de gain des transistors de puissance quand la fréquence augmente. Ceci se fait au détriment de la linéarité, mais à l’utilisation cela ne semble pas avoir posé de problèmes.

La conséquence est que l’impédance d’entrée de l’amplificateur augmente avec la fréquence. Elle est de l’ordre de 38 Ohms pour la bande des 80M, progresse a 55 Ohms pour la bande des 10M, et atteint 75 Ohms sur la bande des 6M.

Les réglages des deux tensions de bias sont séparés, ceci est nécessaire pour équilibrer l’amplificateur  car les deux transistors sont forcement différents. Voila quelques conséquences  amenées par un amplificateur qui ne serait pas équilibré:

  • Un transistor peut fournir peu de puissance et l’autre beaucoup plus, ce qui peut aboutir à une destruction de celui qui est polarisé au niveau le plus important.
  • L’amplificateur peut avoir plus de gain sur les alternances positives que sur les alternances négatives ( ou l’inverse ), ce qui aboutit à une génération d’harmoniques H2. Ce sont les plus difficiles à filtrer ensuite car les plus proches de la fréquence de fonctionnement.
  • La transition entre les alternances positives et négatives peut présenter une discontinuité, ce qui détériore la linéarité en général, et pour les petits signaux en particulier.

Sur cet amplificateur j’ai réglé les niveaux de bias pour avoir environ 350mA dans chaque transistor au repos ( donc 700mA consommés sans que aucun signal ne soit appliqué à l’entrée) , le constructeur conseille une valeur optimale de 500mA par transistor.

Il faut savoir que augmenter ce courant de polarisation améliore le gain, la puissance maximale fournie,  et la linéarité de l’amplificateur, mais décroit son rendement et accroît son dégagement thermique. On cherche donc un compromis. Si nous continuons à augmenter le niveau de polarisation à l’extrême ( afin que chaque transistor soit en permanence polarisé) nous nous retrouverons avec un amplificateur en classe A. Si à l’inverse nous réglons la polarisation à un niveau de quelques mA, l’amplificateur va alors fonctionner en classe B. Si nous descendons encore plus bas et que aucun des deux transistor ne soit polarisé pendant une partie du cycle, nous sommes alors en classe C.

Construction ( cliquez sur l’image pour agrandir)

Prototype builded

Le prototype réalisé porte les stigmates des différents essais effectués, étalés sur plusieurs mois. Si il devait être reconstruit, il serait plus « propre ».

Détails du transformateur de sortie

Output transformer

Le transformateur de sortie est la « clef » d’une fonctionnement en large bande. Il doit être construit afin de maximiser le couplage magnétique entre le primaire et le secondaire, afin de pouvoir conserver un bon rendement quand les propriétés de la ferrite se dégradent. Plusieurs solutions ont été essayées, par exemple en utilisant un transformateur symétriseur indépendant du transformateur d’adaptation d’impédance de sortie, comme sur le PennyWhistle.

vous pourrez trouver ici  pas mal d’essais réalisés par un radioamateur japonais.

Ce qui a donné les meilleurs résultats, c’est l’utilisation d’un seul transformateur. Le primaire s’occupant de fournir l’alimentation symétrique, et le secondaire la sortie adaptée en impédance. Afin de maximiser le couplage magnétique le secondaire est placé à l’intérieur du primaire. Ceci a été rendu possible en supprimant la partie centrale d’un cable coaxial et en insérant a l’intérieur de la tresse du fil émaillé ( bifilaire) de la plus grosse section possible afin de maximiser le couplage. Ici il s’agit de fil de 0.65mm de section. Le danger est d’avoir un contact électrique entre ce fil émaillé et la tresse du coaxial ( il serait certainement fatal aux transistors de sortie), il faudra donc bien veiller à ne pas abîmer le vernis protecteur, et utiliser un testeur de continuité pour s’assurer de ne pas avoir provoqué un court circuit.

Ne pas tenter d’innover en utilisant un seul tour ( avec le point milieu pris a mi chemin sur le coté opposé), afin de pouvoir utiliser des petits tubes en cuivre à la place d’un coaxial, ça ne fonctionnerait pas ( ou alors très mal). Voir ici une explication claire et exhaustive du pourquoi. https://ludens.cl/Electron/mosfetamps/amps.html

Donc, pour le construire:

  • prendre une quinzaine de cm de coaxial RG316
  • tirer doucement, avec une pince, le conducteur central, normalement ça doit venir et seule la tresse doit rester a l’intérieur.
  • prendre un peu plus de 30cm de fil émaillé de 0.65mm de diamètre ( vernis compris)
  • le plier en deux en aplatissant bien l’arrondi au niveau de la pliure ( on peut abimer le vernis à cet endroit la, ce n’est pas génant.
  • glisser doucement ce bifilaire jusqu’a ce qu’il ressorte de l’autre coté( il n’est pas nécessaire de le torsader, il va être tellement serré dans le coaxial qu’il va rester bien joint).
  • faire deux tours avec ce cable dans une ferrite BN43-3312 ( ça rentre de justesse, en forçant un petit peu).
  • pour faire ressortir la gaine du coaxial, il faut dénuder quelques cm de coaxial et puis l’écarter doucement avec un outil qui ne peut pas abimer le vernis ( j’ai utilisé des cure dents en bois), et sortir toujours avec le même outil le bifilaire.
  • ensuite on dénude la partie centrale du coaxial afin de faire le point millieu, et on soude un fil de sortie dessus.
  • Et pour finir on relié les brins de bifilaire pour arriver à faire l’équivalent des 4 tours du secondaire.

Pour comparaison, dans les premiers essais ou j’utilisais des transformateurs de sortie avec des fils émaillés torsadés ( bi-filaire et tri-filaires), et aucune compensation des réactances, je ne dépassais pas 4W de puissance de sortie sur la bande des 10M. Utiliser des transistors HF performants comme le sont les RD16HHF1 n’est pas suffisant. Les performances serons médiocres si un soin important n’est pas donné aux transformateurs de sortie.

Performances

Wideband performances

Ces mesures de performances ont été effectuées à l’aide d’un oscilloscope correctement calibré sur ces fréquences, avec un filtre passe bas de sortie adapté a chaque bande et sur une charge de 50 Ohms. Mesurer la puissance de sortie d’un amplificateur sans filtre passe bas n’a aucun sens. L’amplificateur était alimenté en 12.6V ( mesure prise en émission sur l’alimentation du point central).

L’amplificateur est utilisable des 630M  ( 474khz ) jusqu’a la bande des 6M( 52Mhz ). la puissance maximale, de 19.8W est atteinte pour les fréquences entre 3.5Mhz et 14Mhz. Sur les extrêmes la puissance est de 14.7W à 474Khz et de 16.3W à 52MHz.

à la fréquence maximale ( 52MHz), la puissance de sortie est très peut dégradée, mais le gain a sensiblement décliné. Pour utiliser cet amplificateur à sa puissance maximale sur la bande des 6M il faut prévoir un driver capable de fournir  2W. Mais si on se limite aux bandes décamétriques, 1W de puissance de driver suffit.

A la puissance maximale le rendement est de l’ordre de 50%, ce qui implique que l’amplificateur doit être refroidit avec un radiateur capable de dissiper au minimum 20W de thermique. La dessus, ne pas hésiter à prendre une marge de sécurité importante.

Pour ceux qui voudraient construire ce PA.

La pluspart des éléments se trouvent facilement, mis à part les ferrite des transformateurs et les transistors.

la BN43-3312 se trouve chez RS  : https://fr.rs-online.com/web/p/products/4673602/

le FT50-43 se trouve facilement, par exemple chez kits and parts http://kitsandparts.com/toroids.php

Pour les transistors vous pouvez les remplacer par des RD15HVF1 qui sont comparables et plus faciles à trouver. Méfiance avec les RD16HHF1 « neufs », beaucoup sont des contrefaçons.

Remerciements

Je tiens à remercier tous ceux qui m’oint aidé de leurs conseils ( et documentations) pendant la mise au point de ce PA, ils s’agit de Georges F6CER, Francis F6AWN, Marc F6ITU, Jean Pierre F5MI, Alain F6FKN.

David, F4HTQ le 19/10/2018

HSTRX module 12 : Driver large bande 1W à base de PD85004

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Suite à une mauvaise manipulation, j’ai grillé le AFT05MS004N de ce driver la .

avant de le remplacer, j’ai décidé d’en profiter pour tester, une solution à base de PD85004, encouragé par les tests de Claudio IN3OTD.

Voila le schéma du montage ( cliquez pour agrandir):

PD85004 1W Wideband driver

pour la réalisation, il s’agit du driver précédent mais avec quelques modifications:

  • La résistance de feedback de 2.7k a été remplacée par une résistance de 1.1k ( le gain du PD85004 étant inférieur à celui du AFT05MS004N , cette modification est nécessaire pour continuer à adapter le montage sur 50 Ohms.
  • Le condensateur de feedback de 100nF a été remplacé par un condensateur de 10nF. 10nF sont suffisants et ne pas prendre une valeur trop grosse diminue le risque d’une destruction du transistor sur les transitoires ( cause probable de la destruction du transistor précédent). Georges F6CER m’avais pourtant mis en garde sur ce genre de choses.. mais bon.

Le reste du montage est identique (fonctionnement en classe A), le courant de repos est fixé à 240mA, ce que j’ai obtenu avec une tension de bias de 4.28V.

Photo de la réalisation (cliquez pour agrandir)

PD85004 1W Wideband Driver

Le gain est de 26dB ( contre 32dB dans la version basée sur le AFT05MS004N ), la bande passante est par contre bien plus importante ( ce qui est logique vu que le PD85004 présente des capacités parasites plus faibles).

Le gain tombe à 25.5dB à 474khz, est quasiement plat à 26dB sur la HF et la VHF et s’affaisse assez rapidement passé les 160MHz.

PD85004 Driver bandwidth ( noise source + MS610 spectrum analyzer)

C’est donc un driver utilisable pour la MF, HF et VHF.

Sur la MF/HF, quelques  impédances d’entrée mesurées:

45 ohms à 474khz
44 Ohms à 3.5Mhz
47 Ohms à 14 Mhz
51 Ohms à 28Mhz

Ce driver a été monté dans le HSTRX le 2018/10/14.

David,F4HTQ.

HSTRX module 12 : Driver large bande 1W à base de AFT05MS004N (marquage AFT504)

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Je suis tombé par hasard sur le transistor LDMOS AFT05MS004N, ( marquage sur le boitier  AFT504 ), en parcourant le product selector guide de NXP. Il est indiqué comme amplificateur de moyenne puissance, utilisable de 1.8MHz à 941MHz.

capture from NXP(c) product selector guide (2018)

Par contre, si on regarde le datasheet , on y apprend qu’il est utilisable en PA de 136MHz à 941MHz, ce qui ne nous arrange pas pour la HF. On trouve aussi ceci : Driver for 10–1000 MHz Applications dans le datasheet.

Je n’ai rien trouvé dans la  littérature amateur décrivant l’utilisation de ce composant pour de la HF, donc il faut expérimenter.

J’ai donc construit un driver en classe A basé sur ce seul transistor

Cliquez pour agrandir.

AFT05MS004N  1W HF Class A driver

Ce montage à donné satisfaction.

Il est actuellement  ( 7 octobre 2018 ) utilisé comme driver MF/HF  (module 12 dans la synoptique) dans le HSTRX.

la réalisation ( cliquez pour agrandir):

AFT05MS004N HSTRX 1W driver

J’ai inséré un atténuateur commutable de -6dB sur l’entrée, ce driver ayant un excès de gain pour le HSTRX, il me permet de mieux isoler les étages.

j’ai réglé le niveau bias afin d’avoir un courant de repos de 240mA dans le transistor. Vu que c’est un amplicateur en classe A, cette consommation sera constante dans toute la zone d’utilisation linéaire ( jusqu’a 1W de puissance de sortie). Le rendement maximal sera alors atteint pour la puissance maximale, il est de l’ordre de 35%.

Voila une capture à 10MHz ( sans atténuateur)

10Mhz output : Yellow input (50 Ohms HF generator), Cyan output. (50 Ohms output load)

Le gain maximal, obtenu entre 3.5Mhz et 10Mhz est de  32dB, il baisse a 30.5dB à 28MHz et à 31dB à 474Khz.

Voila la bande passante

AFT05MS004N driver bandwidth

La sortie est très propre ( linéaire) jusqu’a 1MHz, en dessous de 1MHz le  transistor perd en linéarité et la sortie est déformée. Cela reste cependant exploitable dans un émetteur a 474Khz.

Je pense que ce transistor pourrais donner de très bon résultats dans un PA en push-pull d’une dizaine de watts, utilisable des MF jusqu’a la bande des 6M. Il devrait pouvoir avantageusement remplacer un RD15HVF1. Quand j’aurais le temps…

David, F4HTQ.

 

 

Driver/Amplificateur QRP (1W) HF 2N5109 Push-Pull large bande

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Petit montage fait rapidement pour tester une hypothèse, celle d’utiliser des transistors de moyenne puissance en Push-Pull pour faire un PA linéaire QRP (ou un driver de PA)  présentant un bon rendement, et utilisable sur les bandes MF et HF.

la construction (cliquer pour agrandir):

Schéma issus de la simulation LTSpice

La réalisation (cliquer pour agrandir):

Et une fois les refroidissements rajoutés (cliquer pour agrandir)

 

C’est un amplificateur qui fonctionne en classe AB, qui consomme 165mA sous une tension de 12V pour fournir une puissance de 1W ( 20V VPP sur une charge de 50 Ohms).

Ce qui lui confère un rendement de 1 * 100 / ( 12 * 0.165 ) = 50.5%, valeur non surprenante avec des amplificateur en classe AB contenant des transformateurs large bande.

Si on sature l’amplificateur ( et qu’on rajoute un filtre passe bas derrière), jusqu’à se rapprocher d’un signal carré en sortie le rendement se rapproche des 80% ( et la puissance de sortie de 2W), mais nous n’avons plus la alors quelque chose de vraiment linéaire. Cette utilisation aurait cependant du sens dans un TX QRP monobande utilisé en CW ou dans un mode FSK, ou même dans une balise WSPR.

Le montage ne chauffe pas beaucoup, chaque transistor dissipe moins de 250mW. C’est normalement en dessous des capacités de dissipation d’un 2N5109, mais il vaut mieux quand même le refroidir, afin de limiter la variations des caractéristiques de l’amplificateur quand la température monte.

Sur le montage en question, le gain maximal ( 18dB) est atteint pour une fréquence de 4Mhz, sur la bande des 630M il baisse a 17dB et sur la bande des 10M ( 28 Mhz ) il n’est plus que de 15.5dB. La bande passante a -3dB est de 350Khz à 34Mhz.

J’ai mesuré sur mon montage 10mA sur l’émetteur des 2 transistors quand aucun signal n’est appliqué en entrée ( courant de bias ) et que le montage est a température ambiante. Si on le laisse chauffer plusieurs minutes, ce courant se stabilise vers 23mA.

Quelques remarques sur le montage:

il faut bien voir que le transformateur d’entrée est cablé avec 2 tours de quadrifilaire dans une ferrite BN43-2402. La fonction est double, fournir un signal d’entrée symétrique indispensable au push-pull, mais aussi abaisser l’impédance vue par les bases des transistors ( les 50 Ohms de l’entrée sont transformés en 12 Ohms ). Ceci permet de limiter fortement les effet de la contre réaction capacitive collecteur -> base ( effet Miller) qui a pour conséquence d’altérer le gain de l’amplificateur sur les fréquences élevées tout en présentant une impédance de plus en plus capacitive à l’entrée.

une première version de l’amplificateur n’intégrait pas cet abaissement d’impédance. Elle présentait 6dB de plus de gain ( donc 24dB de gain )… mais la bande passante a -3dB n’était plus que de 18Mhz.

Les émetteurs des transistors sont chargés par une résistance de 2 Ohms, elle présente 4 avantages:

  • Elle rend le gain du montage moins dépendant du gain intrinsèque des transistors.
  • Elle linéarise la réponse du transistor
  • Elle limite les conséquences de l’augmentation du gain du transistor par dérive thermique, notamment sur l’augmentation du courant de bias ( risque d’emballement)
  • Elle réduit le gain de amplificateur et augmente la bande passante.

Il y a une contre réaction collecteur -> base ( résistance de 470 Ohms et condensateur de 100nF mis en série), elle présente plusieurs avantages

  • Elle permet de fixer l’impédance d’entrée, tout en la rendant relativement indépendante du gain intrinsèque des transistors.
  • Elle abaisse l’impédance de sortie de l’amplificateur sur une valeur proche de 50 Ohms.
  • Elle linéarise la réponse du transistor

 

La sortie est assez propre, comme on peut le voir sur cette capture d’oscilloscope prise à 4MHz

Sortie non filtrée à 4MHz. La courbe bleue correspond à la sortie, et la courbe jaune à l’entrée.

Il présente quasiment 50 Ohms d’impédance d’entrée résistive sur toute la bande passante ( variations de 48Ohms à 52 Ohms mesurées).

Voila le comportement en signal à deux tons

Signal à deux tons, 10Mhz

 

Bande passante de 0 à 100MHz

Horizontal : 10 MHz/Div Vertical : 10dB/Div Output of amplifier

On voit bien les 18dB de gain à basse fréquence ( que j’avais initialement mesuré a l’oscilloscope) et une décroissance de l’ordre de 1dB tous les 10MHz.

Pour comparaison, voila ce que donne la source de bruit connectée directement à l’analyseur de spectre

Noise source alone. 10MHz/Div horizontaly 10dB/DIV verticaly

David, F4HTQ.

Le HSTRX_4: Modification d’architecture

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Bonjour,

J’ai commencé à monter le HSTRX et j’ai fais des tests en émission avec un simple filtre passe bas pour éliminer la bande latérale indésirable et ils se sont montré concluants.
Il est donc possible, pour les bandes HF, d’avoir un seul filtre passe bas pour éliminer les produits de mélange indésirables en émission.

ça m’a amené a revoir l’architecture afin de supprimer des commutations.

A noter que ceci n’est pas possible sans le deuxième filtre à quartz (BPF3) afin d’éliminer les produits d’intermodulation produits par de deuxième amplificateur FI (IF2).

Voila donc la nouvelle architecture, elle correspond à la première version construite.

( cliquez sur l’image pour l’agrandir)

Les prochains articles détaillerons les différents modules.

David, F4HTQ.

Le HSTRX_1 : Introduction

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Projet de conception d’un émetteur-récepteur radioamateur multibande.

Nous allons entamer sur ce blog une série à épisodes sur la conception d’un émetteur-recepteur radioamateur.

l’objectif minimal est de couvrir les bandes amateur décamétriques, c’est à dire les fréquences allant de la bande des 80M ( 3.5Mhz) à celle des 10M (28Mhz). Les choix techniques pourraient éventuellement aussi permettre de de couvrir aussi les bandes MF, LF et même VHF. Le toute en bande latérale unique (BLU).

Cet appareil n’existe pas actuellement, seule la conception de certains modules génériques à commencée, et je ne sais pas quels objectifs serons atteints et en combien de temps, ni si même cet appareil marchera un jour.

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