Réalisation d'un
émetteur numérique 2 Mbit/s
bande 1,2 GHz, modulation QPSK
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
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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
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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
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quadrature retard
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quadrature avance
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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
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pseudo-aléatoire
hor : 500 kHz/div
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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.
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 !
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