FILTRES PASSE-BAS POUR GÉNÉRATEUR ADF4351

L'ADF4351 d'Analog Devices est un circuit très populaire chez les amateurs car il permet de réaliser des oscillateurs synthétisés dans une bande de fréquences qui s'étends de 35 MHz à 4,4 GHz. De très nombreuses descriptions existent sur le web, rappelons juste que ce circuit contient un VCO oscillant entre 2 et 4 GHz, un synthétiseur fractionnaire et une série de diviseurs de fréquence qui permettent de couvrir les bandes inférieures. Il en résulte que le signal de sortie sur les fréquences inférieures à 2GHz est un signal rectangulaire de rapport cyclique 50%. On sait que la décomposition en série de Fourier d'un signal carré symétrique fait apparaître un grand nombre d'harmoniques, essentiellement des harmoniques impaires. Si le signal est à la fréquence f0, nous retrouverons en sortie des termes en 3f0, 5f0, 7f0 et ainsi de suite, avec des niveaux qui vont en décroissant lentement. Il est donc impératif de faire suivre le circuit par un filtre passe-bas de manière à éliminer les harmoniques indésirables.

Cas de la bande 50MHz

Le cas de la bande 50 MHz est intéressant, car avec un analyseur de spectre il est possible de voir un très grand nombre d'harmoniques. Par exemple, avec un niveau de fondamentale d'environ -15dBm à 50 MHz, on voit que l'harmonique 2 (100MHz) est atténuée de 40dB, mais que l'harmonique 3 (150MHz) n'est qu'à moins de 2dBc et l'harmonique 7 (350MHz) est à -8dBc.

En profitant de cette faiblesse des harmoniques paires, on peut concevoir un filtre passe-bas en PI de type Cauer, avec une crevasse centrée sur 150MHz. J'utilise pour cela le logiciel ELSIE de James L. Tonne W4ENE, que l'on peut télécharger gratuitement sur le web.
Un premier prototype d'ordre 3 montre une excellente réjection des harmoniques basses mais insuffisante pour les harmoniques hautes comme le montre la figure suivante.

Cette remontée vers les très hautes fréquences est dû à la "fuite" à travers le condensateur série, j'ai donc recalculé un filtre en associant une cellule passe bas en PI classique à une cellule de type Cauer. J'ai cherché à obtenir une bonne adaptation à 50MHz (faible RL), une atténuation importante de l'harmonique 3 tout en n'utilisant que des valeurs de capacités normalisées. Le schéma obtenu est le suivant:

Le condensateur en parallèle avec la self de 180nH n'existe pas en réalité, mais pour la simulation il faut lui mettre une valeur (0,0001pF par exemple)

La simulation donne le résultat suivant:

Il ne restait plus qu'à réaliser le filtre et à le tester...
Le prototype est monté sur un petit morceau de circuit imprimé en époxy double face de 1,6mm d'épaisseur. Une ligne de 3mm de largeur (50 Ohms) est taillée au cutter et découpée pour former 3 plots. De chaque coté on monte une fiche SMA spécialement prévue pour être montée sur le bord d'une carte (disponible sur ebay pour quelques euros). Les condensateurs sont des céramiques classiques, l'utilisation de CMS n'étant pas justifiée à cette fréquence. Ne pas oublier de relier les deux faces par quelques traversées.

Pour le calcul des selfs, j'utilise le calculateur en ligne de ON4AA:
http://www.hamwaves.com/antennas/inductance.html
 

Les inductances sont réalisées en fil émaillé de 0,6mm de diamètre, bobiné sur la queue d'un forêt.
    Pour la 180nH: 8 spires jointives sur un diamètre de 5mm.
    Pour la 134 nH: 7 spires jointives sur une diamètre de 5mm

Le réglage s'effectue à l'analyseur de spectre équipé d'un générateur de tracking, ou à défaut à l'aide d'un générateur de bruit.
On écarte ou on resserre légèrement les spires de la bobine de 134nH pour obtenir une crevasse bien centrée sur 150MHz.
La réjection du 150MHz atteint les 70dB. En observant le spectre on ne décèle plus qu'une seule petite raie à 650MHz, 40dB au dessous de la fondamentale, les autres raies sont dans le bruit de l'analyseur. Une petite cloison de blindage entre les deux cellules permet d'améliorer encore la suppression des raies parasites.
La perte d'insertion du filtre est inférieure à 0,6dB. La photo ci dessous montre le spectre de sortie après filtrage.

Cas des bandes 145 MHz et 435 MHz

On utilise exactement la même méthodologie.
La photo suivante montre les 3 prototypes réalisés pour les bandes 50, 144 et 432 MHz.

Les valeurs des composants pour le filtre 144MHz sont :
C1=10pF, L2=56nH, 7 spires de fil de 0,6mm sur un diamètre de 3mm, longueur 8mm, C3=27pF, L4=47nH, 6 spires jointives de fil de 0,6mm sur un diamètre de 3mm, C4=2,2pF, C5=10pF.
La perte d'insertion est d'environ 0,1dB.

Pour le filtre 432 MHz les valeurs sont:
C1=2,2 pF, L2=15nH, 4 spires de fil de 0,6mm sur un diamètre de 3mm, longueur 10mm, C3=6,6pF (2 fois 3,3pF en //), L4=8,2nH, 3 spires de fil de 0,6mm sur un diamètre de 3mm, longueur 7mm, la capacité d'accord C4 étant très faible, j'ai utilisé une "queue de cochon", deux fils isolés rigides torsadés ensemble. Le réglage s'effectue à la pince coupante jusqu'à obtenir une crevasse centrée sur 1296 MHz.
C5=1pF (capacité de la queue de cochon par rapport au plan de masse). Les capacités utilisées sont des CMS 805.
La perte d'insertion est d'environ 0,3dB.

Cas de la bande 1296 MHz

Les valeurs des inductances deviennent extrêmement faibles et difficiles à réaliser. Un essai avec des inductances cms 805 achetées sur ebay s'est soldé par un échec. Je me suis donc rabattu sur un filtre passe bas 1,4GHz trouvé sur ebay qui convient, sa perte d'insertion est d'environ 2,5 à 3dB dans la bande 23cm.

Dernière mise à jour le 21 avril 2017

73 de Joël F6CSX