Diplexeur 50 - 70 MHz

Ce dispositif s'inscrit dans le cadre d'un projet de surveillance simultanée des bandes 50 et 70 MHz dans le but de repérer des ouvertures via E-sporadique sur 144 MHz. Le système à l'initiative de Yannick F1NSR se compose d'une antenne bi-bande reliée à un diplexeur chargé de séparer les voies 50 et 70 MHz. Chaque voie est ensuite amplifiée et filtrée et attaque une clé SDR, le tout étant géré par un Raspberry Pi. Dans ce document nous décrirons le diplexeur ainsi que les préamplificateurs et les filtres associés.

Le diplexeur

Il est constitué de l'association d'un filtre passe-bas 50 MHz et d'un filtre passe-haut 70 MHz. L'ensemble a été dimensionné et simulé à l'aide du logiciel RFSIM99 que l'on peut télécharger gratuitement sur le web. Le schéma est le suivant (à droite la simulation de la branche 70MHz):

Ci-dessous les résultats de simulation pour les sorties 50 et 70 MHz. On voit nettement le comportement passe-bas de la sortie 50 MHz et passe-haut de la sortie 70 MHz.

La faisabilité étant acquise, passons à le réalisation.

Le calcul des selfs a été effectué avec le calculateur en ligne de ON4AA (https://hamwaves.com/inductance/en/index.html#input).
Les selfs ont été réalisées en fil émaillé de 1,25 mm de diamètre, bobinées sur une queue de forêt de 13 mm à spires jointives.
La mesure s'effectue par résonance parallèle avec une capacité de précision de 81pF, au tracking de l'analyseur de spectre. Le tableau ci-dessous montre les résultats mesurés et calculés, on constate que la précision est meilleure que 5% (la mesure des faibles inductances est difficile, ne pas oublier de compter la longueur des connexions, environ 1nH par mm).

Les capacités ont été mesurées au pont RLC et triées pour une précision meilleure que 1%. Utiliser de préférence des condensateurs mica ou céramique NPO.
L'ensemble a été monté sur un morceau d'époxy double face, gravé au cutter comme le montre la photo du prototype suivante.

La mise au point s'effectue au VNA par étirement/compression des spires de manière à obtenir le meilleur return loss à l'entrée et un bon centrage dans chaque bande.

Le tableau suivant montre les dimensions des selfs pour le meilleur compromis:

La perte d'insertion de la voie 50 MHz est de 0,2dB et celle de la voie 70 MHz de 0,4 dB.
La réjection du 70 MHz est de 13 dB sur la voie 50 MHz et celle du 50 MHz sur la voie 70 MHz de 18 dB.
Le ROS à l'entrée est de 1,3 à 50 MHz et 1,1 à 70 MHz, relevé au NanoVNA

Une petite vérification au tracking de l'analyseur de spectre permet de constater la bonne cohérence avec la simulation.

Préamplificateur 70 MHz

Le problème avec la bande 70 MHz est sa proximité avec la bande FM qui s'étend de 88 à 108 MHz. Les signaux dans cette bande sont très élevés, a titre d'exemple voici le spectre reçu sur une verticale 144 MHz.

L'atténuation de la bande FM dans la branche 70 MHz du diplexeur n'étant que de quelques dB, il nous faut donc un amplificateur sélectif.
Le schéma retenu est classique, il utilise un MOSFET double gate BF981 associé à un filtre de bande à 2 cellules couplées

L'ensemble est monté dans un boitier en fer blanc, une cloison de blindage doit être impérativement installée pour isoler l'entrée de la sortie, sinon l'étage auto-oscille. Pour améliorer la stabilité du montage, une perle ferrite est glissée sur la broche de drain du MOSFET, la résistance série est optionnelle. Le gain à 70 MHz est de 21,9 dB, la bande passante à -1dB est de 3,4 MHz et de 5,6 dB à -3 dB. La linéarité est très bonne jusqu'à environ - 10 dBm de signal d'entrée.

La réjection de la bande FM est suffisante, le gain à 88 MHz étant de -14 dB et de -31 dB à 108 MHz. A 144MHz le gain est inférieur à -40 dB ce qui permet une cohabitation tranquille.

Préamplificateur 50 MHz

Le diplexeur étant passe-bas pour la voie 50 MHz, il n'est pas nécessaire de filtrer à nouveau avant le pré-ampli. Nous avons donc utilisé un ampli large bande de fabrication chinoise équipé d'un MMIC INA21084. Son gain est d'environ 30 dB, il est suivi d'un filtre de bande en kit design DC8RI dont la bande passante à -3 dB est d'environ 4 MHz.

Assemblage du système

Le diplexeur et les deux pré-amplis sont fixés sur un morceau d'époxy double face de manière à former un ensemble compact en vue de son intégration dans le système, comme le montre la photo suivante:

L'ensemble consomme 50 mA sous 12V. La voie 50MHz possède un gain de 29,2 dB, une bande passante à -1 dB de 2,88 MHz et de 4,33 MHz à -3dB.
La voie 70 MHz a un gain de 21,6 dB, une bande passante à -1dB de 3,18 MHz et de 4,63 MHz à -3 dB.
La réjection du 144 MHz est supérieure à 40 dB sur les deux voies.
Les photos suivantes montrent la bande passante relevée au tracking de l'analyseur de spectre.

A suivre...

Dernière mise à jour le 28 avril 2022

73 de Joël F6CSX