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Catégorie : Accessoires
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Filtres 144Mhz et 50 Mhz pour amplificateurs de puissance.

 

 

Nous avons en temps que radioamateurs des obligations (morales) de moyens à mettre en œuvre pour avoir une émission aussi exempte que possible de fréquences non désirées.

Et ce, avant que cette obligation ne devienne une obligation de résultat sous peine de sanction.

Nous pouvons donc être emmenés à réaliser des filtres d’harmoniques dès que la puissance de sortie prévue dépasse certains niveaux mais aussi pour être parfaitement tranquille et réduire au minimum les risques de QRM dans le voisinage.

 

Le trafic EME par exemple nécessite une puissance rayonnée (PAR) importante.

Cette PAR s’obtient bien sûr par un gain d’antenne le plus élevé possible mais aussi par une puissance HF  importante. Dans ces conditions, il est nécessaire de rayonner un signal le plus propre possible pour éviter toute interférence sur les bandes VHF et UHF.

 

Selon la conception de l’amplificateur, son couplage de sortie, sa technologie à transistors ou à tubes, simple ou push-pull, les niveaux d’harmoniques peuvent varier dans de très grandes proportions et en général pas dans un sens favorable.

Il est donc indispensable de placer un filtre d’harmoniques en sortie des amplificateurs.

Les caractéristiques de ce filtre doivent, au moins, répondrent aux critères suivants :

• Faible perte d’insertion dans la bande de façon à ne pas provoquer d’échauffement à la puissance maximum utilisée. Il serait souhaitable de descendre en dessous de 0.1 dB.

• Rejection de l’harmonique 2 et au delà supérieure à 40dB de façon à ce qu’aucune fréquence harmonique ne se trouve à moins de 60dB une fois le filtre installé.

En augmentant le nombre de cellules du filtre il est possible d’obtenir une réjection plus importante mais les pertes augmentent elles aussi.

Sur 50 MHz, bien que nos puissances PAR autorisées soient assez réduites, l’harmonique 2 tombe dans la bande FM et des niveaux mêmes faibles peuvent provoquer des interférences.

 

Filtre 144 MHz

Le schéma retenu est celui d’un filtre en PI classique de type Chebyshev à 5 pôles.

L’étude et la simulation ont été faites avec le logiciel RFSIM99.

 

http://www.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/RFSim99.exe

 

Les selfs en entrée et sortie de filtre, simulées ici à 1nH, représentent les connexions aux fiches. Elles seront le plus court possible.

 

 

 

Figure-01

 

Comme on peut le voir sur les courbes théoriques ci-dessous, les pertes dans la bande sont infimes, la réjection H2 est de plus de 40dB et la H3 à plus de 60dB.

 

 

 

Figure-02

 

 

 

Figure-03

 

Ce logiciel dispose d’un outil permettant le calcul des surfaces pour les capacités du filtre.

 

 

 

Figure-04

 

Pour le condensateur de 53,21 pF par exemple, il faut une superficie de cuivre de 5460 mm2 pour une épaisseur de téflon de 2 mm. A cette superficie, il faut rajouter la surface des deux trous de fixation soit 78 mm2 par trou de 10 mm de diamètre.

Vous pouvez alors fixer les dimensions des plaques de cuivre en fonction des dimensions de votre boîte.

Réalisation pratique.

J’ai monté le filtre dans un boîtier en aluminium moulé de 165 X 120 X 55 mm disponible chez Radiospares.

L’isolant utilisé pour les capacités est du téflon de 1 mm d’épaisseur.

N’utiliser que du cuivre « rouge » pour les parties conductrices.

Les plaques capacitives sont en cuivre de 2 mm d’épaisseur.

Elles sont percées par deux trous de 10 mm espacés de 50 mm pour assurer la fixation isolée sur le fond de la boîte.

Les dimensions des plaques de cuivre sont les suivantes : 76X30 mm pour les deux capacités de 40 pF et 86X35 mm pour la capacité du milieu. Leur planéité doit être parfaite pour éviter des dispersions dans les valeurs des capacités.

L’écartement entre les axes des capacités est de 55mm.

Des rondelles de téflon servent à assurer le centrage et le blocage par des vis de 4 mm en laiton ou laiton nickelé.

Ne pas utiliser de visserie et rondelles magnétiques, fer ou inox.

N’utiliser que du téflon, le nylon par exemple provoque des pertes et brûle.

Les selfs sont réalisées en feuillard de cuivre de 8/10 de mm par 7 mm de large, 3 spires bobinées sur un diamètre de 11mm.

La fixation des selfs sur les plaques capacitives est assurée par des vis laiton têtes fraisées de 3 mm car il est très difficile de souder une masse de cuivre aussi importante.

Le fraisage à 90° de la vis est situé sur la face de cuivre contre l’isolant téflon.

Bien s’assurer le la planéité de chaque armature des condensateurs  une fois les vis en place dans leurs fraisages.

 

 

 

Figure-05_

Mesures.

 

 

 

Figure-06

Adaptation

 

 

 Figure-07

Courbe de réponse

 

L’ajustement optimum du filtre ne peut se faire qu’avec un analyseur de réseau en jouant sur l’écartement inter spire de chaque self.

Il peut s’avérer nécessaire d’ajouter de petites capacités additionnelles sur les deux capacités situées aux extrémités du filtre. Utiliser des petits morceaux de feuillard de cuivre reliés à la masse du boîtier et placés sous un écrou de fixation. Ajuster alors sa surface et la distance par rapport à la plaque de cuivre pour obtenir à l’analyseur les adaptations, pertes d’insertion et réjections optimales.

 

La première figure montre les pertes inférieures à 0.1dB et l’adaptation supérieure à 30dB.

La deuxième figure montre les atténuations des harmoniques conformes aux critères fixés.

Le capot de la boîte n’est pas sans influence sur la courbe de réponse.

En tenir compte lors des réglages.

 

 

Filtre 50 Mhz

Ce filtre reprend la description de K8CU

 

 

 

Figure-08

 

Il permet de réjecter l’harmonique 2 du 50 MHz à plus de 80 dB.

 

 

 

Figure-09 

Courbe de réponse théorique

 

Il est réalisé selon les mêmes principes de construction que le filtre 144 MHz.

La capacité de 9 pF est ajustable. Elle est réalisée avec du feuillard de laiton et sa surface est calculée avec l’outil de RFSIM.

Chaque armature est fixée par vis de 3 mm tête fraisée. Une feuille de téflon assure l’isolement.

Un poussoir téflon ou fibre fixé sur une tige filetée M4 permet grâce à l’élasticité du laiton de faire varier le condensateur ainsi formé et de déplacer la zone de réjection maximum pour l’harmonique 2, soit 100,4 MHz

J’ai utilisé un insert M4 taraudé monté sur le boîtier pour le passage et le guidage de la tige filetée.

Pour la réalisation des inductances, utiliser l’outil de RFSIM.

 

 

Figure-010 

Calcul des inductances

 

 Figure-011_

 

Réalisation

 

Voici la courbe de réponse du filtre mesurée avec un mini VNA (Virtual Network Analyzer)

Figure-012

 

 

 

Courbe de réponse

 

La dynamique de ce VNA ne permet pas de mesurer la réjection au delà de 60 dB ce qui est déjà pas si mal.

Les pertes à 50 Mhz de 1,03 dB sont essentiellement dues aux câbles de mesure qui faisaient 0.97 dB dans ce cas. Les pertes du filtre sont de 0.06 dB, de 0 à 52 Mhz.

Conclusion.

La connectique peut être facilement adaptée aux fiches 7/16.

La réalisation mécanique ne pose aucune difficulté et ne nécessite qu’une simple perceuse, une scie et quelques limes. Pas de soudures compliquées ni d’outillage particulier.

Une fois que la simulation vous donne les résultats escomptés, les points à respecter dans la réalisation sont essentiellement les surfaces des condensateurs ainsi que les valeurs des inductances. RFSIM permet une approche pratique très précise de ces éléments.

Les positions des points de fixation des inductances sur les plaques de cuivre ne sont pas critiques. S’inspirer des photos pour votre réalisation personnelle.

Le filtre 144 Mhz est plus compact et beaucoup plus simple que les réalisations coaxiales souvent proposées pour cette fonction et pour des performances équivalentes.

Bonne réalisation.