Amplificateur-driver
linéaire
pour émission numérique
dans la bande 1,2 GHz
L'amplificateur-driver
à faible coût qui est décrit ici est utile pour assurer
le lien entre une sortie RF modulée bas niveau (ou un mélangeur
émission) et un amplificateur de puissance. Il possède un
gain de 20 dB et porte le niveau du signal de 0 dBm (1 mW) à
+ 20 dBm (100 mW). Son excellente linéarité lui permet
d'amplifier dans de bonnes conditions une porteuse modulée en phase
par des signaux numériques (DPSK, QPSK, QAM, ...). Il est également
utilisable pour amplifier des signaux modulés en amplitude (AM, SSB).
Constitution
L'amplificateur
est constitué de trois étages équipés de transistors
BFR96S. Les trois étages sont polarisés pour obtenir un
fonctionnement en classe A. Un grand soin est observé pour garantir
un point de fonctionnement stable.
schéma
(cliquer pour agrandir)
Un atténuateur
d'entrée en pi d'impédance itérative 50 ohms permet
le règlage du gain global et donc un ajustement de la puissance
de sortie.
Plusieurs
essais ont confirmé que le montage habituel qui fait appel à
de simples résistances de base conduit à une grande dispersion
des courants collecteur des transistors. Nous utiliserons donc ici, sur
les trois étages, une polarisation active inspirée d'un
montage proposé par Philips dans une
de ses notes d'application (fichier .pdf, 238 ko). La chute de tension
dans les résistances collecteurs des BFR96S est comparée
à la valeur de tension fixe présente aux bornes de deux
diodes en série BAV99. Le point de fonctionnement est dans ces
conditions prédictible et très stable. Avec les valeurs
mentionnées dans le schéma, les courants collecteurs des
transistors BFR96S s'établissent chacun à 35 mA.
Dans
la ligne haute fréquence, nous disposerons deux inductances et
trois condensateurs ajustables céramiques de 6pF pour parfaire
les adaptations et optimiser le gain ainsi que la puissance de sortie.
téléchargez
la fiche technique simplifiée du transistor BFR96S (format .pdf,
13 ko)
Réalisation et
réglages
Le circuit
est réalisé sur du circuit imprimé double face
FR4. Une face sert de plan de masse. Des liaisons de masse au moyen de
fils traversant soudés sont disposées en plusieurs points
entre les deux faces.
téléchargez
le circuit imprimé aux formats Ares et .gif (30 ko zippé)
L'utilisation
de circuits CMS permet une réalisation compacte. Les transistors
PMBT2907A (marquage 2F), les diodes BAV99 (marquage A7), les condensateurs
de 100 nF, sont faciles à trouver et quasi-gratuits: ils sont simplement
dessoudés sur de vieilles cartes informatique ! Les transistors
BFR96S se trouvent eux dans le commerce de détail pour un prix
unitaire voisin de 1 euro.
Détail
du circuit de sortie:
Le circuit
imprimé dans son boîtier en fer étamé:
Le réglage
s'effectue simplement en ajustant les trois condensateurs ajustables pour
obtenir le maximum de puissance en sortie. Si l'on dispose du matériel
nécessaire, on appliquera à l'entrée un signal RF
de fréquence 1270 MHz et de niveau -3 dBm (0,5 mW), puis on règlera
les trois condensateurs ajustables pour avoir le maximum de niveau en
sortie. Avec ce niveau d'entrée et en l'absence d'atténuation
d'entrée, la puissance de sortie mesurée sera voisine de
+20 dBm (100 mW).
Performances
Outre
le gain, il est intéressant d'apprécier la linéarité,
c'est à dire la relation de proportionnalité entre la puissance
de sortie et la puissance d'entrée, du montage. Il
existe deux méthodes pour cela: on peut injecter sur l'entrée
deux signaux de niveaux égaux et de fréquences voisines
(par exemple 1265 MHz et 1275 MHz) et examiner à l'analyseur de
spectre les raies parasites d'intermodulation produites à 1255
MHz et 1285 MHz. L'autre méthode consiste simplement à
tracer la courbe donnant la puissance de sortie en fonction de la puissance
d'entrée. On utilise pour cela un générateur et un
milliwattmètre. Pour des raisons de simplicité, nous mettrons
en oeuvre cette deuxième méthode et vérifierons que
la courbe ne s'écarte sensiblement pas d'une droite.
la
courbe de transfert obtenue
On observe
que l'écart de niveau de sortie, par rapport à la droite
de référence, est inférieur à 0,2 dB dans
toute la plage de puissances de sortie jusqu'à + 20 dBm, ce qui
est très satisfaisant. Le gain de puissance obtenu dans les deux
montages qui ont été réalisés s'établit
à 23,6 dB. Le point de compression à - 1 dB est atteint
pour une puissance de sortie de + 22,6 dBm (180 mW).
NB:
Si on augmente encore la puissance d'entrée, on quitte un régime
de fonctionnement linéaire, et on constate que la puissance de
sortie peut facilement dépasser + 25 dBm (300 mW). Ce
mode de fonctionnement peut être intéressant lorsqu'on utilise
des modulations de type FM, mais pour une bonne fiabilité il faudra
veiller au respect des données constructeur du transistor de sortie
(courant collecteur, dissipation). Un ROS excessif peut également
entraîner une destruction du transistor.
Conclusion
Ce petit
montage faisant appel à quelques composants peu coûteux ou
de récupération permet facilement d'obtenir dans la bande
1200 MHz la puissance nécéssaire à l'attaque d'un
amplificateur de puissance. L'excellente linéarité obtenue
autorise l'amplification de signaux numériques DPSK ou QPSK, mais
aussi de signaux AM ou SSB.
allumons nos
fers à souder !
