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Ampli SAGEM 400 MHz ‘’200 W ‘’ f6bki@orange.fr Mai 2019

Merci à Philippe F6DPH pour la fourniture de ces amplis.

Cet amplificateur a été conçu pour fonctionner dans la bande TV (470 – 860 MHz). Il se

compose de 4 étages : Final avec 2x BLF861A + un driver avec 2x MRF 373AL + un pré-driver avec 2x

RF 2317 et un CI RF non identifié. Avec quelques modifications Il fonctionne aussi sur la bande

Amateur 430 à 440 MHz, il y a quelques limitations qui seront discutées plus loin. De par sa

conception il est parfaitement adapté pour les signaux DATV autour de 437 MHz et aussi pour les

autres modes SSB et CW sur 432 MHz. Les transistors RF de puissance BLF861A sont des LDMOS, les

MRF373A des ‘’N–Channel Enhancement–Mode Lateral MOSFETs ‘’.

https://www.ampleon.com/documents/data-sheet/BLF861A.pdf

https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/MRF373.pdf

Ces transistors peuvent être alimentés sous 32 Volts, je préconise de les alimenter sous 28

Volts pour améliorer la fiabilité et rendre l’amplificateur compatible avec les alimentations 28 Volts

plus faciles à trouver. ATTENTION les quatre condensateurs chimique 2200µF 25 Volts sur l’étage

Final doivent être remplacés par des condensateurs chimique de 35 Volts minimum.

Le coupleur de sortie 3dB 90° Wireline est du type BJC*2 taillé pour couvrir 470 à 860 MHz,

il fonctionne sur 432 MHz en bout de bande, il y a certainement un déséquilibre entre les deux côtés

de l’étage final. La puissance maximale autorisée pour ce type de coupleur est de 200W moyen et

2000 W crête. http://micro.apitech.com/pdf/wireline/DesignGuide.pdf

Que peut-on espérer obtenir de cet ampli au niveau de la puissance de sortie ?

Il y a deux transistors 150 Watts sous 32 Volts, si on fonctionne sous 28 Volts on va perdre

autour d’un dB de puissance. On va perdre autour de 0.5 dB à cause du déséquilibre entre les voies

du coupleur 3 dB de puissance à la sortie car on fonctionne hors de la bande 470-860 MHz pour

laquelle ils sont taillés. On va perdre aussi un peu si on considère la contribution des drivers.

Un objectif de 200 Watts au dB de compression semble raisonnable.

Bien que l’étage final soit un Push-Pull, l’harmonique 2 tombe dans la bande où l’ampli a

son gain nominal, il est donc recommandé d’ajouter un filtre à la sortie, voir paragraphe Réjection

Harmonique 2. Il est aussi recommandé d’utiliser un circulateur à la sortie.

La rigidité mécanique du connecteur N de sortie laisse un peu à désirer, sur plusieurs amplis

j’ai trouvé une cassure au niveau de la soudure de l’âme du connecteur N et du circuit imprimé.

Entre la sortie de l’étage Final et le connecteur N de sortie il y a un coupleur directif qui

sort sur un connecteur SMA, le coulage est autour de – 20 dB, le signal à la sortie de ce coupleur

allait vraisemblablement vers le circuit de pré-distortion à l’entrée de l’amplificateur. Dans nos

applications cette sortie pourra être utilisée pour visualiser le spectre RF par exemple sur un

analyseur de spectre via un atténuateur.

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A) Etages amplificateurs, définition , câble d’alimentation:

A)1 Définition des étages : (Photo N°2) ,Final, Driver et Pré-Driver.

Final 2xBLF861A Coupleur de sortie Sortie N Entrée N

Driver 2xMRF373 Pré-driver 2xRF2317 + Ci RF ?? Circuit à déconnecter

Photo N°2

La photo ci-dessus est celle d’un amplificateur déjà modifié au niveau du Pré-Driver. Avant les

modifications il n’y a pas de câble coaxial.

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A)2 Câble d’alimentation : Photo N°1

+28Volts 2x BLF861A + 28 Volts driver 2x MRF373 +28 Volts Pré-Driver

P Out, V détectée Capteur temp Masse (fil noir)

Photo N°1

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B) Etage Pré-DRIVER :

B1) Convertisseur DC- DC 12 Volts DATEL BWR-12/380-D12A :

On peut alimenter le convertisseur DC/DC par la même tension que le Driver et le Final

soit 28 Volts (spécification ci-dessous : input range 9 à 36 Volts).

B2) Premier étage du Pré-driver :

Un câble coaxial 50 Ohm est utilisé pour ‘’ by-passer ‘’une partie de l’ampli qui n’est pas

utile. Cette partie à déconnecter était vraisemblablement un circuit de ‘’pré-distortion’’. Les deux

nappes et le connecteur DB 15 ne sont pas utilisés non plus. Dans cette configuration le connecteur

RF SMA à côté du connecteur N d’entrée ne sert à rien.

Attention : il faut mettre une capacité de liaison en série avec l’âme du câble coaxial, la capacité

de liaison est au ras du Circuit Intégré RF qui est le premier étage du pré-driver. Photo N° 4 On

utilisera la capacité de liaison d’origine sur le circuit.

Le Circuit Intégré RF d’origine qui est le premier étage du pré-driver a une puissance de

sortie de +10dBm a 1dB de compression, cela n’est pas suffisant dans cette nouvelle configuration,

je l’ai remplacé par un SKY65014, n’importe quel CI RF dans un boitier SOT89 qui a une puissance

de sortie autour de 20 dBm au dB de compression fera l’affaire. La tension d’alimentation se fait à

partir du 12Volts via des résistances série qu’il faudra ajuster en fonction du CI RF choisit.

A l’entrée de ce CI RF il y a un atténuateur RF de 10dB dont la valeur peut être ajustée en

fonction de la valeur du signal d’entrée disponible.

B3) Etage final du Pré-driver : il est constitué de 2x RF2317, il est préférable de conserver

les atténuateurs de 3dB à l’entrée des RF2317, le gain de cet étage est de 11 dB (3dB compris), la

puissance au dB de compression est autour de 27 dBm.

B4) Pré-driver complet : CI RF + 2x RF2317 avec câble coaxial

Sous 28 Volts à l’entrée du convertisseur DC-DC la consommation de l’étage Pré-Driver

complet est de l’ordre de 210 mA. Avec un SKY65014 (+16dB gain) le Pré-Driver a un gain faible

signal de 27 dB.

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2x RF2317 Atténuateur 3dB Capa liaison Atténuateur 10 dB

Photo N°3

Coupleur 3 dB 90° Ci RF 1er étage

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Circuit ouvert Capacité liaison

Photo N°4

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C) Etage DRIVER 2x MRF373Al :

C1) Courant de repos : 700 mA par transistor, courant choisit pour assurer une bonne

linéarité dans les niveaux de puissance où le transistor sera utilisé.

Pour régler les courants de repos on peut mettre les courants à zéro avec les deux

potentiomètres ensuite régler le premier à 700mA et ensuite le second pour mesurer 1400 mA.

C2) Gain étage Driver : avant modifications le gain de cet étage est de l’ordre de 13.87 dB,

photo N°5, il passe à 15.5 dB en ajoutant 2 capacités de 12 pF sur le circuit de sortie, voir

photo N°6. A noter que sur cet étage le gain en dessous de 430/440 MHz diminue

rapidement. On pourra utiliser les capacités variables à l’entrée pour maximiser le gain

entre 430 et 440 MHz tout en maintenant une bonne adaptation d’entrée. Le fait d’avoir

plus de gain sur cet étage permet de diminuer la puissance à la sortie de l’étage précédent.

Photo N°5

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Capacité 12 pF ajoutée Capacité 12 pF ajoutée

Photo N°6 Capacité 4.7 µF Self VK200 supprimées

C3) Linéarité étage Driver :

Sans modifications cet étage a un niveau d’intermodulation très élevé,

avec des IMD ordre 3 de l’ordre de -30 dBc même à des niveaux de sortie faible de 2 à 30 W. En

particulier avec un signal DATV de 1 MHz de large les épaules étaient constantes à -30dB quelque-

soit le niveau de puissance, c’est très surprenant pour un ampli destiné à l’amplification de signaux

TV. De ce fait l’intermodulation à la sortie de l’étage final était essentiellement due au driver.

Ce problème peut être corrigé facilement en supprimant les Selfs

VK200 et les résistances de 22 Ohms en série avec l’alimentation des Drains des MRF373. Une

capacité céramique optionnelle de 4.7 µF a aussi été ajoutée .Photo N°6. Une fois cette

modification réalisée l’intermodulation au niveau de cet étage redevient normale avec des valeurs

de l’ordre de -40 dBc au niveau de puissance nécessaire pour sortir 200Watts à la sortie de l’étage

final.

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D) Etage FINAL 2x BLF861A :

D1) Courant de repos : 1 Amp par transistor.

Régler de la même façon que pour les transistors du Driver. Les valeurs de courant

de repos varient avec la tension d’alimentation, il n’y a pas de régulateurs de tension au

niveau du circuit de polarisation, c’est une faiblesse de ce design.

Les courants de repos bougent aussi en fonction de la température.

D2) Gain étage Final :

Avant modifications le gain de cet étage est de l’ordre de 13 dB, (photo N°7), il

passe à 15.9 dB en ajoutant 2 capacités de 12 pF sur le circuit d’entrée, voir photo N°8.

Comme sur l’étage précédent le fait d’avoir plus de gain sur cet étage permet au

Driver de fonctionner à un niveau de puissance plus bas et de moins générer d’intermodulation.

Photo N°7

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Capacité 12 pF ajoutée Capacité 12 pF ajoutée

Photo N°8

E) Driver +Final :

Après modification le gain de l’étage final plus le Driver est autour de 32 dB.

Pour une puissance de sortie de 200 Watts (53 dBm) le niveau de puissance nécessaire à l’entrée

est de 21 dBm. L’étage pré-driver peut sortir 27 dBm au dB de compression donc à 21 dBm il aura

une très bonne linéarité.

Sans les modifications pour augmenter le gain du Driver et du Final la puissance de sortie du

Pré-Driver aurait été de 25.6dBm c.a.d 1dB en dessous du niveau où il atteint le dB de compression.

L’intermodulation crée à ce niveau aurait impacté gravement les performances de l’ampli complet.

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F) Amplificateur complet :

F1) Gain faible signal:

Si le gain du premier étage du Pré-Driver que vous avez choisi d’utiliser est par exemple de

16dB le gain de l’amplificateur complet sera de 16 +11(final Pré-Driver) +32 (Driver + Final) soit

59 dB. On peut ajuster le gain avec l’atténuateur résistif en T câblé juste après le connecteur N

d’entrée.

Etant donné le gain important de cet ampli il est recommandé de faire un contact

électrique entre le capot du Pré-Driver et le capot principal (Photo N° 8) ou bien de blinder

l’entrée de l’ampli juste derrière la prise N d’entrée.

F2) Puissance, courant consommé, linéarité: F : 437 MHz idem à 432 MHz

P Out (Watts moyen) Courant (Amp) /28Volts Linéarité * Epaules en dB

200 14.5 -29 (Photo N° 9)

160 13.4 33

110 11.8 -38

75 9.0 -45

50 7.6 -48

Courant de repos sous 28Volts : 3.5 Amp

Linéarité : Puissance au dB de compression en CW : 230 Watts

Puissance de sortie : mesurée avec un Bird et un milliwatmètre HP432.

Harmonique 2 : H2 mesurée à -40 dB à 200 W Out.

Photo N°9 Signal DATV mode S, SR=1000, fréquence 437 MHz.

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Photo N°8

G) Filtre réjecteur hamonique 2 , Circulateur :

Ensemble Circulateur + réjecteur H2 (Photo N° 10 )

Le réjecteur H2 est un coaxial 50 Ohms semi rigide taillé pour être un lambda/4 sur 437 MHz

et donc un lambda/2 sur 874 MHz, comme son extrémité est en court-circuit l’impédance ramenée

sur la ligne de sortie est de zéro Ohms sur 874 MHz et très élevée sur 437 MHz. A noter que le

circulateur atténue aussi les signaux harmoniques.

Réjecteur H2

Photo N° 10