L’émission vers le satellite Qatar Oscar 100 avec SDR Console

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L'amplification de signaux sur 2,4GHz

La chaîne d’amplification

A présent, je propose de nous concentrer aux équipements d’émission et d’amplification, individuellement.

Premier élément, l’émetteur SDR

Comme indiqué en introduction, je ne traite ici que le cas d’un émetteur SDR. Les considérations de puissance reste évidemment les mêmes pour un émetteur classique de type up-converter.

LimeSDR mini

Le LimeSDR est une clé USB récepteur et émetteur SDR open-source, à raccorder sur un micro-ordinateur, et couvrant les fréquences de 10MHz à 3.5GHz (pour la version LimeSDR mini et LimeNET-Micro) ou de 100kHz à 3.8GHz (pour la version LimeSDR USB) et fonctionne en full-duplex (réception et émission simultanées). Sa puissance de sortie maximale mesurée en sortie de LimeSDR mini est de 3 dBm (2mW).

Adalm Pluto Emetteur/Récepteur SDR

D’autres émetteur / récepteur SDR sont possibles, tel Adalm Pluto de Analog Device (Lien Amazon). Je n’ai toutefois pas testé moi même cet équipement avec SDR Console. Une modification permettant d’améliorer la stabilisation est requise pour la transmission en bande étroite (SSB). Je vous invite à vous référer pour cette modification de l’Adalm Pluto de l’article de Lucien F1TE qui concerne le remplacement du quart par un TCXO dont la dérivation en température est compensée. Une autre alternative est d’amener un signal de référence stable de 40 MHz en utilisant un générateur GPSDO (GPS disciplinated oscillateur)

Ces émetteurs SDR pourront servir à l’émission en bande étroite mais aussi en émetteur large bande pour la télévision numérique DATV (Peut-être l’objet d’un autre article plus tard ?).

Le filtrage

Avant d’évoquer les filtres, je souhaite rappeler quelques points de la réglementation qui concerne la bande amateur 2300 – 2450 Mhz. Le service d’amateur par satellite peut fonctionner dans les bandes 435-438 MHz, 1260-1270 MHz, 2400- 2450 MHz, à condition qu’il n’en résulte pas de brouillage préjudiciable aux autres services utilisateurs. Dans ces bandes, le service d’amateur a un statut secondaire et tout brouillage préjudiciable causé par les émissions d’un satellite doit être immédiatement éliminé (disposition S5-282 du RR). Pour rappel également, la puissance maximale sortie émetteur est de 120W (50.8dBm).

Sur la portion de bande 2400 MHz, nous allons trouver des usages grands public tel le bluetooth et les réseaux sans-fils Wifi 802.11b/g/n. Il est donc important à ce que les rayonnements non essentiels soient correctement rejetés à des niveaux faibles, et au minimum à ceux attendus par la réglementation [ APPENDICE 3 du Règlement des Radiocommunications (Radio Regulations) pour les stations satellite sol : 43 + 10 log (P) ou 60 dBc au minimum]

Il est donc conseiller de ne pas pousser les chaines d’amplifications dans leur zone non linéaire de fonctionnement et de compléter les stations, notamment SDR, d’un filtre passe bande 2400 MHz, en aval de l’émetteur.

 

  1. Un filtre peu chèr existe sur le marché de revendeurs asiatiques : le 2400 NMRF FBP-2400. Ces pertes sont importantes (4dBm) sur 2400 Mhz et son Return Loss -20 dBm (SWR 1.2) Liens Aliexpress ou ebay.
  2. Un second est disponible au Canada, et vendu par GPIO Labs : 2450 GPIO LABS. Ces pertes sont moins importantes (2.4dBm) pour un même RL que le précédent. Lien Ebay.
  3. Il existe d’autres filtres plus professionnels où les pertes sont réduites : ID-Elektronik en Allemagne
  4. Pour les bricoleurs, il existe une solution qui consiste à construire une capsule résonnante “Pipe-cap filter”
La préamplification

Analog Device CN0417

Sur le schéma, après l’émetteur, vous trouvez un étage de pré-amplification du signal. Sur ce schéma, il s’agit d’une platine CN0417 d’Analog Device qui est équipé d’un amplificateur à large bande ADL5606 (voir ADL5606 datasheet), à deux étages, de 1W, qui fonctionne sur une gamme de fréquences de 1800 MHz à 2700 MHz. Il intègre un filtre passe bande en amont et fournira pour le LimeSDR mini un niveau de 30dBm grâce à son gain réel de 20 dB sur 2400 MHz. Il s’alimente par une prise micro-USB. Son niveau maximum d’entrée est de 18 dBm.

SPF5189Z

 

Seconde possibilité. Le SPF5189Z est un préampli alimenté en 5V qui propose 8 à 11 dBm de gain. Vous trouvez un relevé de mesure détaillé sur le site de Matthias DD1US. Mes relevés de mesure me donne 11 dBm de gain sur 2400 MHz. Conformément à la datasheet du SPF5189z, l’entrée maximum acceptable est de 27 dBm. Vous pouvez donc tout à fait mettre deux préamplificateurs en cascade, l’un après l’autre. Le marché de revendeurs chinois vous les propose à moins de 5 EUR (lien SPF5189Z Ebay, lien SPF5189Z Aliexpress).

 

TQP7M9103 pour 2300-2400MHz

Autre alternative, il existe des préamplificateurs TQP7M9103. En fonction du schéma d’application, vous pourrez espérer 16 dBm de gain. Une platine d’évaluation de marque QORVO existe pour 2300-2400 Mhz, avec un gain annoncé de 16 dBm. Reste que cette platine présente un prix élevé (Mouser USA). Il existe des platines TQP7M9103 d’origine chinoise (lien Aliexpress 1, Lien Aliexpress 2) à des tarifs bas, mais dont il ne faudra pas espéré de gain sur 2400 MHz. Vous devrez réaliser les modifications conformément au schéma d’application pour cette plage de fréquences. Pour les amateurs, voici la Data Sheet de la platine Qorvo TQP3M9008 (voir page 16/25) et un lien vers les publications de DK5DN et DL5CN sur le forum Amsat-DL. montrant les modifications et leurs résultats. Je n’ai pas personnellement testé le TQP7M9103.

Autre alternative est l’amplification de 2W avec le transistor SKY66292-11. Il existe une platine d’évaluation SKY66292-11-EVB (Lien Mouser USA), qui comme pour l’amplificateur précédent, celle-ci est proposé à un tarif plutôt élevé (Voici la datasheet de la platine SKY66292_11_EVB). Une alternative est de réaliser cet amplificateur grâce aux plans mis en ligne par DB4UM sur Github.

Une dernière possibilité (que je propose), est à base du Gali-84+ qui propose un gain de 17 dBm sur 2400MHz avec une entrée maximale de 0dBm (1mW). Il est proposé sur deux kits de la société Minikits (Australie) : Gali-84-R2 et Gali-84.

Pensez à placer un atténuateur en amont pour garantir le niveau d’entrée maximale admissible (Lien atténuateurs aliexpress).

L’amplification de dernière étage

Après le premier étage permettant d’amener votre signal à plus ou moins 200 mW (23 dBm), nous pouvons ajouter un dernier étage d’une dizaine de dBm pour amener votre signal vers 2.5 à 3 Watts.

Il existe deux amplificateurs de type “booster wifi” de marque EDUP :

  • EDUP AB003, boite étiquetée 8W : Le gain de cet ampli (mesuré) est de 14 dBm. La datasheet indique un niveau maximum de 20 dBm  signal à l’entrée. En effet, à partir de 20dBm, le gain lui même est diminué mais l’amplificateur peut encore être sollicité au dessus. La courbe de mesures relevée ci-dessous (rouge) montre que le gain se réduit jusqu’à 7 dBm lorsqu’on l’attaque avec 27dBm en l’entrée, le maximum atteint étant 35.3dBm soit 3.4 Watts (Lien Aliexpress, Ebay et Amazon)
  • EDUP AB007, boite étiquetée 4W :  Les mesures montrent un gain quasiment identique, un peu plus faible à 13 dBm . Le signal maximum est de 33.8 dBm, soit 2.4W. L’ampli ”4W” consomme 10W électrique et fonctionne nominalement à puissance HF constante entre 7.0V et 14V (je n’ai pas cherché la tension maximale). Vous trouvez cet équipement sur Aliexpress ou sur Ebay.

Ces deux amplis sont des amplificateurs wifi duplex (émetteur et récepteur). Nous n’avons besoin que la partie amplificateur d’émission. Le préamplificateur de réception qui est actif en stand-by, est commuté automatiquement lors du passage en émission, lorsque le signal d’entrée est supérieure à 3dBm. Certaines publications proposent de réaliser une modification de l’amplificateur de façon à ce que l’émetteur reste commuté. Cette modification n’est pas nécessaire, la commutation étant instantanée et automatique, et n’apporte pas de gain technique significatif.

Niveau de puissance intermédiaire après CN0417, après EDUP AB003, et EDUP “4W”

Pour les amateurs qui auraient ce besoin (DATV ou petite parabole), il existe également un ampli de 20W non testé personnellement mais mesuré par DH2VA à un gain de 35dBm jusqu’à 15W (Lien Aliexpress).

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