STANDARD DE FREQUENCE
1MHz - 5MHz - 10MHz
Connaître sa fréquence avec précision est une nécessité. Si un simple oscillateur à quartz peut suffire comme référence sur les bandes décamétriques, il n'en est plus de même en UHF ou en hyperfréquences. On doit alors avoir recours à un oscillateur à quartz compensé en température (TCXO) ou thermostaté (OCXO). Pour le calage précis, on peut faire appel à un OM équipé d'un pilote au rubidium ou utiliser les signaux GPS (10MHz).
Beaucoup de systèmes utilisés en hyperfréquences nécessitent une fréquence de référence de 10MHz, certains générateurs ou fréquencemètres fonctionnent avec des oscillateurs de référence à 1MHz ou 5MHz.
Disposant d'un pilote thermostaté 5MHz MATRA, provenant de démontage de stations de base radiocom 2000, j'ai donc conçu un circuit capable de délivrer simultanément des signaux sinusoïdaux de grande pureté à 5MHz et 10MHz et des signaux niveau TTL à 1MHz, 5MHz et 10MHz.
Principe
La sortie de l'oscillateur 5MHz (+10dBm) est appliquée:
Le signal sinusoïdal 10MHz est à son tour mis en forme et envoyé d'une part à un buffer niveau TTL et d'autre part à un diviseur par 10 délivrant un signal à1MHz niveau TTL.
On dispose donc des signaux suivants:
Pilote 5MHz thermostaté MATRA
Ce pilote était utilisé dans les bases Radiocom 2000, il servait de référence pour 8 émetteurs.
Il se compose d'un OCXO de fabrication CEPE, monté sur un circuit imprimé comportant le régulateur de tension (12V), un amplificateur et un buffer. Le signal de sortie est sinusoïdal, l'amplitude est réglable et deux potentiomètres (réglage gros - réglage fin) permettent une calibration très précise de la fréquence. Le niveau de l'harmonique 2 est à -30dBc. Le schéma de cette platine est ici.
L'intérieur de l'OCXO montre une électronique complexe avec d'une part la partie oscillateur à quartz et d'autre part la régulation de température. En période de chauffe, la consommation est d'environ 600mA et tombe à 200mA en régulation. On peut mettre à profit cette différence de consommation pour alimenter un voyant de chauffe grâce au petit circuit suivant.
Le courant alimentant le pilote traverse la résistance R1. La chute de tension dans cette résistance est appliquée à la jonction émetteur-base d'un transistor PNP. Lorsqu'elle dépasse 0,7V environ, le transistor devient conducteur et la LED s'allume (période de chauffe = fréquence non stabilisée). Lorsque la température est stabilisée, la consommation baisse et le transistor se bloque, la LED s'éteint.
Description du circuit
Le schéma du circuit est disponible au format pdf. Il se compose de deux grandes parties: la partie analogique permettant d'obtenir le signal 10MHz sinusoïdal et la partie numérique permettant l'élaboration des signaux niveau TTL.
Doubleur de fréquence 5 ---> 10 MHz
Il existe plusieurs solutions pour multiplier la fréquence par un nombre entier. Par exemple un amplificateur amené à saturation génère de nombreuses harmoniques, il suffit ensuite d'en sélectionner une par filtrage. Dans le cas d'un doubleur, on peut aussi utiliser un redresseur double alternance. J'ai choisi une autre solution, celle d'utiliser un mélangeur équilibré à diodes (DBM). On sait qu'un tel mélangeur peut en première approximation être assimilé à un multiplieur analogique. Si l'on entre sur deux ports le même signal sinusoïdal on obtiendra en sortie le signal élevé au carré. Or nos souvenirs de trigonométrie nous rappellent que l'on peut transformer cos²a en cos 2a...
J'ai utilisé un mélangeur très courant le SBL1 de MiniCircuits. Dans une note d'application, le fabriquant conseille d'entrer les signaux sur les ports RF et IF et de sortir sur LO. J'ai essayé diverses configurations, toutes fonctionnent mais la sortie sur IF donne une composante continue et un moins bon rendement.
Le mélangeur doit être attaqué à basse impédance et son fonctionnement ne doit pas perturber le signal issu du pilote 5 MHz. J'ai donc tout naturellement utilisé un étage séparateur en émetteur suiveur qui procure en BF une forte impédance d'entrée et une faible impédance de sortie. Mais à 5MHz, l'effet de séparation d'un seul étage est insuffisant et j'ai du prélever le signal à travers une résistance de 1k.
Le signal en sortie du mélangeur est filtré passe bas puis amplifié par un étage accordé sur 10 MHz (L2-C8). Un réjecteur sur 5MHz (L1-C7) permet d'éliminer toute trace du signal original.
Je n'ai pas prévu de réglage du réjecteur et du circuit accordé dans un but de simplification. Sans réglage, la réjection du 5MHz sur la sortie 10MHz est de 30 dB. Un ajustage fin permet de dépasser les 40dB.
Sorties TTL
Beaucoup d'appareils de mesure (générateurs, fréquencemètres, ...) possèdent une entrée auxiliaire pour une référence externe, très souvent niveau TTL. C'est la raison pour laquelle j'ai prévu ces sorties. Pour transformer un signal sinusoïdal d'environ 1V crête en niveau TTL (5V), il suffit d'amplifier fortement au moyen d'un étage à transistor. On peut aussi utiliser un inverseur TTL (74LS04) linéarisé par une résistance (environ 1k) connectée entre entrée et sortie, ou d'autres dispositifs. J'ai choisi la simplicité en optant pour un étage à transistor. Cependant, comme indiqué précédemment, la connexion de cet étage ne doit pas perturber le signal analogique, d'où la présence d'un étage séparateur en émetteur suiveur. Les sorties se font par l'intermédiaire d'une porte inverseuse 74LS04 (les amateurs de fronts raides pourront utiliser un 74F04).
L'élaboration du signal à 1MHz s'effectue à partir du 10MHz à l'aide d'un 74LS90 dans sa configuration 1/5 puis 1/2, ce qui permet d'obtenir un signal avec un rapport cyclique de 50%.
Réalisation
Le circuit est réalisé sur un circuit imprimé simple face de 110 x 55 mm.
Le typon est disponible au format ARES ou PDF (typon et implantation).
Tous les composants sont classiques et peu critiques. Le potentiomètre permet d'ajuster le niveau de sortie du 10MHz à 10dBm (si le niveau est trop bas, les circuits de mise en forme ne fonctionnent pas et il n'y a rien sur les sorties TTL).
Le circuit peut bien sur être utilisé avec d'autres pilotes ou adapté à d'autres fréquences.
Mesures
Oscillogrammes numérique et analogique des sorties 5MHz et 10MHz
Sur la sortie 10MHz à +10dBm on relève:
5MHz: -45dBc 15MHz: -37dBc 20MHz: -30dBc
73 de Joël F6CSX
dernière mise à jour le 24 février 2009