AMPLIFICATEUR 2400 MHz À BASE DE MMIC

VERSION 2

Dans Radio-REF N° 933 de Juillet-août 2019, je décrivais un premier amplificateur à base de MMIC pour placer derrière un transceiver SDR de type ADALM-PLUTO ou LIME-MINI dans le cadre d'une station pour trafic satellite en phonie ou DATV.

Réalisé avec deux étages d'amplification, il utilisait deux circuits intégrés, un SKY65017 et un AH102.

Il s'avère que l'approvisionnement de ce dernier circuit est problématique car obsolète et plus fabriqué depuis de nombreuses années. Les stocks que l'on trouve encore ne sont pas fiables du tout, aussi je me suis tourné sur un second étage utilisant un circuit actuellement fabriqué.

L'objectif de cette nouvelle version est le suivant :

• Un gain égal ou supérieur à 30 dB.

• Une puissance de sortie d'environ 1 W soit +30 dBm pour 1dB de compression.

   

Ceci impliquait de refaire un circuit imprimé et revoir la conception de l'ampli.

En effet, les deux composants actifs ne fonctionnent pas forcément avec la même tension.

Le SKY65017, s'il à besoin de +5 V sur son drain, nécessite une résistance en série de limitation du courant.

Il faut l'alimenter avec une tension supérieure et placer une résistance série fonction de cette tension.

Comme vous pouvez le lire dans la note, en 5 V, il faut une alimentation limitée en courant, donc une résistance série de 10 Ohms et un régulateur +6 V par exemple sont préférables. Si vous choisissez une autre tension pour le régulateur du premier étage, respectez la valeur de la résistance série R1.

Le second étage choisi est un QORVO TQP7M9103.

Ses caractéristiques sont intéressantes :

Fonctionne de 400 à 4000 MHz

• +29.5 dBm P1dB

• +45 dBm Output IP3

• 16.5 dB Gain at 2140 MHz

• +5 V Single Supply, 235 mA Current

• Internal RF Overdrive Protection

• Internal DC Overvoltage Protection

• On chip ESD Protection

• RF Power Handling 10:1 VSWR, VCC=+5 V, 2.14 GHz

• Pout=+29.5 dBm CW

• SOT−89 Package

Avec une puissance de sortie de +29,5 dBm nous sommes donc très proche de l'objectif.

Mais ce composant doit être alimenté en +5 V directement.

Ces considérations nous amènent au schéma ci-dessous.

On peut voir les deux régulateurs, un pour chaque étage.

Il est prévu deux résistances en série pour pouvoir faire des groupements si nécessaire.

Dans le cas de l'étage final, une résistance de zéro ohm est utilisée.

Les pads JH4 et JH5 non câblés peuvent être utilisés pour injecter ou récupérer une tension sur les entrées ou sorties coaxiales, une self de choc de valeur appropriée doit alors être raccordée sur la prise coaxiale correspondante.

Tous les composants sont de type CMS

Liste des composants

Les capacités CMS, exceptés les fortes valeurs, sont toutes des MURATA en format 0603 utilisant un diélectrique COG dans la série GRM1885C1Hxxx. La céramique C0G (NP0) offre l'un des diélectriques de condensateur les plus stables disponibles.

Un prototype utilisant des capacités HQ de type ATC présentait un gain à peine supérieur et ne justifiait pas la différence de prix.

Les selfs sont aussi des MURATA de type LQG18HH22NJ00D toujours en format 0603 et supportant un courant de 500 mA.

Réalisation.

Une fois les composants soudés, le circuit imprimé est monté sur un radiateur car alimenté sous 12V, globalement en comptant les régulateurs, environ 6W sont à dissiper pour un watt de sortie en classe A linéaire.

Il faut reporter les trous de fixation sur un radiateur convenablement dimensionné, puis pointer et percer les trous à 2 mm. Puis tarauder à 2, 5 mm pour une fixation finale.

Ce petit radiateur aux bonne dimensions est disponible chez Ali-express peut convenir :

Deux petits trais de scie seront nécessaires sur les extrémité du radiateur pour inserrer les èrgots de masse de la prise SMA afin que le circuit imprimé soit bien plaqué sur le radiateur.

On trouve aussi sur Ebay ce type de radiateur ventilé pour CPU AMD754 939 940 qui puet aussi convenir parfaitement.

Le circuit imprimé mesure 52 X 72 mm correspondant à une taille des boîtiers Schubert bien connus.

Pour m'assurer de la reproductibilité du montage j'ai réalisé au moins 4 prototypes ayant tous donnés des résultats similaires.

Il est judicieux, lors de la mise en boîtier, de rajouter une diode en série dans l'alimentation +12 V, une 1N4001 fait parfaitement l'affaire.

Mesures.

Elles ont été réalisées par F5AUW sur une analyseur HP8753C.

Le gain (S21) est supérieur à 33 dB pour une puissance de sortie de +29,5 dBm à 1 dB de compression ce qui tout à fait conforme aux spécifications.

• Marqueur 1 : 2300 MHz, S11 = -16,5 dB, S21 = 33,3 dB.

• Marqueur 2 : 2450 Mhz, S11 = -12,8 dB, S21 = 31,9 dB.

• Marqueur 3 : 2410 MHz, S11 = -14,2 dB, S21 = 32,6 dB

   

L'adaptation d'entrée S11 est en moyenne autour de 15 dB ce qui est suffisant.

Disponibilité.

Dans un premier temps, j'ai fait tirer une dizaine de circuits imprimés pour faire ces prototypes.

La personnalisation de l'adaptation a montré que les capacités sur la ligne sont à positionner à des endroits bien précis, mais qu'une fois ces positions déterminées, la reproductibilité est bonne.

Il est possible de faire fabriquer une certaine quantité de kits tout assemblés car il est évident que, même si nous comptons dans notre communauté beaucoup de spécialistes, pas mal d'OM sont rebutés par le montage des CMS ou ne sont pas équipés pour cette technologie.

Avec l'aide du service fourniture du REF nous pouvons envisager la production de cet ampli et mettre à disposition un kit comportant le circuit imprimé câblé et deux prises SMA. Il ne resterait à se procurer que le radiateur et éventuellement le boîtier Schubert.

Le prix proposé serait au environ de 40 €. (à confirmer)

Il est aussi possible de produire un certains nombre de circuits imprimés nus, ils reviennent à moins de 5€ pièce.

Si vous êtes intéressé par cet ampli, il est disponible en ligne à la boutique du REF: https://boutique.r-e-f.org/kits-et-composants/277-amplificateur-24-ghz.html

Références :

SKY65017 : http://urls.r-e-f.org/ne301cd

TQP7M9103 : http://urls.r-e-f.org/kz202hb