Radio club de CAEN

 

Un ampli 250 Watts pour l'émission DATV 2400-2410 vers Es'Hail2

par JIM SMITH G7NTG

email : thebigclunk [arobase] virginmedia.com

 

Crédit photos : G7NTG

 

Philippe, F6FZU, désirant construire un amplificateur 2400 MHz pour le trafic sur le satellite Oscar 100, a trouvé sur Internet le montage proposé par Jim, G7NTG.

Philippe, a traduit avec l'accord de Jim la description afin de la partager avec les OM francophones.

Nous remercions Jim pour son autorisation.

   
 

Après avoir construit un amplificateur basé sur une carte d'amplificateur Spectrian 60W de Pyrojosef et compris que j'étais limité à un débit-symbole de transmission (SR) maximal de 500 KS, j'ai effectué des recherches et découvert qu'un dispositif Ampleon conçu pour les fours à micro-ondes à 2400 - 2500 MHz conviendrait probablement au projet.

Bien que des modules tout faits soient disponibles chez Digi-key avec 18dB de gain et coûtent 213 £ plus frais de port, etc., et une version double étage avec beaucoup plus de gain pour environ 400 £.

J'ai décidé de simplement acheter le transistor et faire mon propre PCB en utilisant le montage de test indiqué sur la datasheet pour le transistor de Ampleon BLC2425M9LS250  qui est disponible chez Digi-Key pour environ £ 65.

J'ai aussi entendu dire qu'il y avait des problèmes de stabilité des modules prêts à l'emploi. Je possédais un peu de matériau de PCB approprié, du Arlon 25FR de 0,762 mm d'épaisseur avec un revêtement en cuivre de 38 µm des deux côtés, ce qui correspond pratiquement au ROGERS 6035HTC (mêmes dimensions) recommandé par Ampleon. 

 

 

 

J'ai imprimé le dessin du circuit imprimé et ajusté l'échelle d'impression jusqu'à ce que les dimensions soient correctes, puis imprimé sur une étiquette en papier adhésif.

Fig. 1 : L'étiquette auto-adhésive collée au PCB

 
 

Fig.2 : Après avoir marqué les lignes à travers l'étiquette avec un scalpel très coupant guidé par une règle en acier.

J'ai ensuite collé l'étiquette en papier sur le matériau du circuit imprimé et coupé soigneusement le long des lignes avec un scalpel tranchant.

J'ai ensuite décollé le papier puis, encore une fois à l'aide du scalpel, j'ai décollé le cuivre indésirable.

 
 

Les circuits imprimés coupés ont ensuite été montés sur un morceau de plaque de cuivre de 3 mm avec une autre plaque de cuivre de 0,5 mm sous chaque circuit imprimé pour relever la piste supérieure jusqu’au niveau des languettes du transistor afin d'éviter l'écrasement de la plaque de base / du dissipateur de chaleur.

Fig.3 : Peler le cuivre du plateau après soulever les extrémités avec un scalpel.

 
 

Fig.4 : Le PCB coupé et percé, répartiteur de chaleur et intercalaires en cuivre de 0,5 mm

 

 

L’ensemble a ensuite été soigneusement percé et quatre des trous ont été taraudés pour maintenir les circuits imprimés dans le bon alignement, tandis que les autres trous étaient percés de 3 mm pour permettre le montage de boulons de fixation sur le radiateur. Un morceau d’aluminium de 2 mm de la même taille a été percé en même temps pour constituer un gabarit de perçage pour le dissipateur thermique.

    Fig.5 : Les composants soudés au PCB assemblé  
 

Fig.6 : Le transistor de puissance soudé au répartiteur de chaleur et PCB

Les composants ont ensuite été montés comme indiqué sur la fiche technique du transistor avec l’ajout d’une résistance de 100 kΩ à la terre à partir des deux plots d’entrée d’alimentation de la gate afin de se protéger des charges statiques. Les électrolytiques ont été remplacés par des 10µf 50v CMS en céramique car les électrolytiques deviennent très chaud en utilisation.

 
 

J'ai aussi ajouté des condensateurs de découplage supplémentaires sur les plots d'alimentation principale à la masse. Ce sont des ATC de 270pf. Notez que je n'ai utilisé aucune traversée donc placé des vis à peu près aux mêmes positions

Le transistor de puissance a été soudé au dissipateur thermique en utilisant un peu de pâte à braser en le fixant dans un étau, puis chauffé EN DESSOUS à l'aide d'une lampe à souder jusqu'à ce que la pâte à souder soit fondue et brillante, puis laisser refroidir lentement.

 
 

Une petite goutte de pâte à braser a été placée sur le dissipateur de chaleur près du transistor pour indiquer quand c'était assez chaud.

Une fois que le module est suffisamment froid pour être touché, soudez les languettes du transistor au circuit imprimé. Dès que cela est fait, vérifiez les languettes à la masse avec un testeur de continuité pour vous assurer qu'il n'y a pas de court-circuit.

Fig.7 : La plaque vissée au radiateur avec 18 vis M3 et équipé avec les blocs de connexion.

 
 

La résistance de 47kΩ affichera une lecture sur le testeur mais pas un court-circuit, si tout va bien. NE PAS UTILISER D'OHMMETRE - TROP DE TENSION SUR CERTAINS !

 
 

Fig.8 : L'amplificateur de commande installé sur le radiateur.

Les cartes de circuit imprimé situées en haut de l’amplificateur sont de gauche à droite; L'alimentation du ventilateur 24 volts, L'alimentation de polarisation du conducteur, L'alimentation de polarisation de l'amplificateur principal et l'alimentation du voyant.

 

 
  Le module pourra désormais être manipulé sans crainte de dommages statiques. Je n'ai jamais eu une panne de transistor en utilisant une lampe à souder, mais vous pouvez utiliser une plaque chauffante à la place si vous préférez. J'avais une petite goutte de soudure qui causait un court-circuit à la masse sur la gate. J'ai donc dessoudé le Mosfet en utilisant la même méthode, nettoyé l'excès et re-soudé. Les blocs de connexion ont ensuite été fabriqués à partir d'aluminium carré de 3/8” et percés avec soin de sorte que la broche centrale de la SMA repose juste sur la piste de circuit imprimé.

Un radiateur de grande taille a ensuite été sélectionné (le mien mesure 310 mm x 120mm x 90mm) et un gabarit en aluminium a été utilisé pour le percer et le tarauder. Le diffuseur de chaleur doit être situé près du centre du dissipateur thermique. D'autres trous ont été forés et taraudés pour le circuit imprimé d'alimentation du ventilateur et le circuit imprimé de polarisation de grille.

 
 

Le radiateur a besoin d’un grand ventilateur bruyant et puissant pour le maintenir au frais, car il doit dissiper jusqu’à 250 watts et constitue un appareil de chauffage agréable!

J'ai utilisé un ancien module Andrew 2.2GHz réaccordé comme pilote qui donnait un gain d'environ 13 dB et une sortie maximale de 20 W bien que l'amplificateur de puissance puisse être utilisé avec un amplificateur de pilote externe.

 

Fig.9 : L'unité installée dans un boîtier avec une prise de sortie 7.16.

 
 

Fig.10 : L'alimentation

Une alimentation électrique a été réalisée à l’aide de trois alims bon marché 12 volts 30 ampères d’Ebay, chacune étant abaissée à 10,67 volts et câblée en série avec une diode Schottky de 20 ampères polarisée en inverse sur la sortie de chaque bloc d’alimentation afin de les protéger des courts-circuits. Notez que la polarisation de la grille est externe à la platine, vous devez donc fournir une simple tension variable de 0 à environ 5 volts.

 
 

J'ai utilisé une carte de régulateur LM317 telle que fournie sur Ebay, mais j'ai constaté que l'hystérésis était un petit problème.

Nous avons donc opté pour un petit circuit de type Veroboard utilisant une résistance chûtrice, une résistance Zener et un 20 tours d'environ 5k, qui fonctionnaient mieux. Je règle le courant à vide à 1 ampère.

 
 

Lors des tests, l’amplificateur a été réglé pour la première fois avec l’ajout et le déplacement de petits morceaux de feuille de cuivre, à faible puissance, ce qui ne m’a apporté qu’un supplément de 0,5 dB, car chaque petit geste compte ! À fond, l'amplificateur m'a donné 330 watts saturés et 250 watts dans la région plus linéaire pour une consommation de 432 watts (efficacité de 58%). La carte de l’amplificateur principal a un gain d’environ 17,5 dB à 200 watts, puis commence à baisser à mesure que l'appareil approche de la saturation.

Fig.11 : Configuration de la mesure de la puissance utilisant un coupleur directionnel de 30 dB et un atténuateur de 20 dB, ce qui donne 1 kW FSS sur la plage de 10 mW d’un wattmètre HP432A.

 
 

L'ampli que j'ai construit, avec un driver, a un gain global de 31 dB jusqu'à 200 watts.

J'ai utilisé un câble semi-rigide RG402 et un connecteur soudé Radiall SMA de très bonne qualité (cher) pour relier la sortie à la prise de boîtier 7/16 que j'ai utilisée et ce câble RG402 a chauffé ! Même le câble LDF2-50 Heliax reliant la charge était chaud, n’utilisez donc rien de plus petit, il brûlerait !

 
 

Fig.12 : Le connecteur coudé 7.16 du réflecteur de 3 mm de l’antenne patch pour permettre l’utilisation de câbles à très faibles pertes (LDF7-50).

Pour les tests, j'ai utilisé une antenne Patch suspendue à la fenêtre et un coupleur directionnel de 30 dB avec un atténuateur supplémentaire de 20 dB pour le connecter à mon wattmètre HP432A. Je n’ai pas une charge fictive de cette puissance qui fonctionnerait à 2,4 GHz et je ne pense pas que beaucoup de gens en auraient les moyens! En conclusion, l’amplificateur a très bien fonctionné via Es’Hail à des vitesses de symbole jusqu’à 2000 sur DVBS2 QPSK et FEC 2/3.

 
 

À ce débit-symboles, il délivre environ 210 watts à mon antenne parabolique de 1,2 prime focus pour égaler le niveau de puissance de la balise.

Il est difficile de dire combien le projet m'a coûté, les seuls coûts significatifs étant le transistor et les alimentations. Le reste provenait de "groupirs", de récupération, de ma boîte à lettres, de dons d'amis et d'articles tels que le dissipateur de chaleur en cuivre et la visserie, d'Ebay. Le circuit imprimé constituera le plus gros défi pour tout constructeur potentiel, alors bonne chance !

 
   
 

Afin de permettre aux OMs intéressés de faire exécuter des circuits par un fabricant, Jim G7NTG, a gentiment fourni les fichiers Gerber disponibles sous CE LIEN

L'implantation, les valeurs des composants et le circuit imprimé sont sur le datasheet du BLC2425M9LS250 mais quelques modifications ont été apportées.

 

 
 

C1        10µf 50v Low ESR Céramique multicouches

C2        10µf 50v Low ESR Céramique multicouches

C3        15pF  500v       ATC100B150JW500XT

C4        270pF 200v     ATC100B271JTN200XT

C5        270pF 200v     ATC100B271JTN200XT

C6        1µF 50v           0845    Céramique multicouches

C7        1µF 50v           0845    Céramique multicouches

C8        15pF 500v       ATC100B150JW500XT

C9        15pF 500v       ATC100B150JW500XT

C10      15pF 500v       ATC100B150JW500XT

C11      270pF 200v     ATC100B271JTN200XT

C12      1µF 50v           0845    Céramique multicouches

C13      15pF 500v       ATC100B150JW500XT

C14      270pF 200v     ATC100B271JTN200XT

C15      1µF 50v           0845    Céramique multicouches

C16      15pF 500v       ATC100B150JW500XT

R1        2 Ohm 0845    Résistance 1/4W

R2        2 Ohm 0845    Résistance 1/4W

R3        100K    0845   Résistance 1/4W

R4        100K    0845   Résistance 1/4W

Fig 13 : L'implantation des composants

Cliquer l'image pour l'agrandir

 
 

 

Le matériau permettant de faire le circuit peut être trouvé en Chine en suivant CE LIEN

https://www.alibaba.com/product-detail/High-permittivity-0-762mm-ptfe-copper_62084755573.html?spm=a2700.7724857.normalList.96.734f6b70jfy8Ec

ou en Europe

https://www.rf-microwave.com/en/rogers-corp/ro4350b-0300-1e-1e/double-side-laminate-with-polyester-ceramic-dielectric/ro4350-30-1-305x228/

 

Le circuit de polarisation a aussi été décrit par Jim

 

 
   
 

Un driver, pour cet ampli a été décrit par DJ0ABR et visible ici : https://www.helitron.de/dj0abr/english/technik/sat/sat_pa_stage1.htm

 

L'implantation, les valeurs des composants et le circuit imprimé sont sur le datasheet du BLC2425M9LS250

 Concernant la semelle en cuivre et le radiateur, Il y a plusieurs pistes : ce peut être le ferrailleur du coin ou le systeme "cooling" pour ordinateur. Le très français "système D" vous aidera.

Il existe un groupe très riche en informations dédié à cet ampli : https://groups.io/g/DATVPA

 

Je précise que je n'ai pas encore construit cet ampli et que je ne suis encore qu'à la collecte des composants.

Merci à Jim G7NTG pour sa disponibilité et sa réactivité.

 

Lien vers la version PDF de l'article original (G7NTG_250_Watt_amplifier_for_EsHail.pdf)

ICI

Lien vers la version PDF de l'article traduit (Ampli G7NTG.pdf)

 ICI

Traduction et compléments de Philippe F6FZU - 21 octobre 2019

 

 

 

 

 

Mis à jour le 28/10/2019