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Table des matières
1) - Présentation
2) - Le module sélecteur à 8 slot
3) - Les sous-modules embrochables
_3-1) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable 3 pôles
_3-2) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable 5 pôles
_3-3) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable 7 pôles
_3-4) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable pour format Minicircuit GP731
_3-5) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable pour format Minicircuit HF1139
_3-6) - Le sous-module 2 SMA pour extensions
4) - Les sous-modules embrochables spéciaux pour la FI
_4-1) - Le sous-module filtre FI embrochable SSB wide
_4-2) - Le sous-module filtre FI embrochable SSB narrow
_4-3) - Le sous-module filtre FI embrochable AM wide
_4-5) - Le sous-module filtre FI embrochable AM narrow
_4-4) - Le sous-module filtre FI embrochable CW wide
_4-6) - Le sous-module filtre FI embrochable CW narrow
_4-7) - Le sous-module filtre FI embrochable FM wide
_4-8) - Le sous-module filtre FI embrochable FM narrow
_4-9) - Le sous-module filtre FI embrochable SSTV
1) - Présentation.
Cet ensemble est constitué de 8 filtres passe-bandes HF amovibles et interchangeables connectés sur 8 slots. La carte mère qui les reçoit est chargé de sélectionner le filtre à activer.
L'objectif de ce module est qu'il soit le plus polyvalent et le plus évolutif possible. Il pourra donc être utilisé dans la construction de transceivers et de récepteurs divers.
Pour augmenter le nombre de filtres, il est prévu de pouvoir raccorder plusieurs modules en cascade, dans la limite du raisonnable (pertes d'insertion).
La première utilisation qui vient à l'esprit de ce module, est bien sur, la filtration de bandes d'émission et de réception. Mais pas seulement. En effet, il peut aussi être utilisé pour la filtration des fréquences intermédiaires (FI) d'un appareil de type transceiver ou un simple récepteur. Pour cela, les filtres devront être de type céramique, ou à quartz, ou autres, pour assurer une bande passante très étroite voulue suivant le mode utilisé (SSB wide, SSB narrow, AM wide, AM narrow, FM, CW, SSTV, ...). Avec 8 slots disponibles, il y a 8 types de filtration de FI possibles!!!
Ci-contre, quelques photos supplémentaires montrant plus de détails. Pour arrêter le défilement, cliquer sur une photo. Ensuite, vous pouvez faire défiler les photos manuellement.
Les PCBs pour réaliser ce module sont disponibles ici:
2) - Le module sélecteur à 8 slot
Ce module mesure 100x100mm. Son rôle principal est de sélectionner un filtre parmi les 8 disponibles. Chaque filtre est embroché sur un connecteur de PCB 02x12, de manière à pouvoir remplacer un ou plusieurs filtres par d'autres, si nécessaire, ce qui rend ce module très polyvalent et évolutif.
Deux connecteurs SMA assurent la connection entrée/sortie HF qui sont, bien sur, réversibles. L'ensemble est alimenté en +12V et les commandes de sélection des filtres, en 0-5V issu de sorties logiques (Arduino ou autres), ou même, en 0-12V si l'on utilise un sélecteur mécanique. Un ULN2803A assure l'alimentation des bobines des 16 relais.
Les contacts des relais miniatures G6K-2P-Y (relais HF) sont tous reliés en cascade ce qui empêche les longueurs de pistes parasites. De cette manière et même avec les 16 relais commutés, l’impédance de 50 Ohms des liaisons HF est bien respecté, avec une perte d’insertion très faible (< -1dB).
Plusieurs modules peuvent être cascader grâce à un sous-module embrochable optionnel, équipé de deux connecteur SMA (voir plus loin).
Ci-dessous, le schéma de ce module et une image de synthèse représentant le PCB avec la sérigraphie de l'implantation des composants.
Support 8 Filtres embrochables.pdfCi-contre, le document PDF téléchargeable de ce module.
Pour le télécharger, cliquer sur l’icône, en haut, à droite de l'image.
3) - Les sous-modules embrochables
Comme cet ensemble a pour vocation d'être le plus polyvalent et le plus évolutif possible, j'ai conçu plusieurs types de sous-modules embrochables et interchangeables, pour répondre à toutes les demandes et exigences imaginables.
La particularité de ceux-ci, c'est que la majorité de ces filtres sont réalisés avec des composants de valeur fixe et il n'y a donc aucun réglage à effectuer. L'avantage, c'est que si l'on ne dispose pas d'appareils de mesures spécifiques (Nano VNA, analyseur de spectres, ...), il n'y a pas à se poser de question à savoir si les filtres fonctionnent correctement, à condition, bien sur, d'utiliser les bons composants. Pour un bon fonctionnement sans mauvaise surprise, les composants devront présenter une tolérance de 5% maximum.
Comme expliqué plus loin, on peut utiliser un calculateur pour déterminer la valeur des composants à utiliser, mais on peut aussi utiliser les valeurs de composants sur des schémas d'appareils commerciaux, ce qui simplifie la tache. J'ai essayé les deux méthodes et la deuxième s'avère nettement plus simple et plus sûr. Les pistes étant très courtes et leur impédances respectées, il n'y a pas de résiduels capacitif ou inductif à compenser. Idem pour la carte mère qui les reçoit, dont l'impédance de tout le cheminement (pistes et relais) est bien respecté à 50 Ohm.
D'autres sous-modules sont conçus pour recevoir des filtres intégrés de différents formats et de différents fabricants, pour des fréquences plus élevées (VHF, UHF).
(Edit du 01/05/2025: Au moment où j'écrie ces lignes, des essais en UHF n'ont pas encore été réalisés, mais avec les analyses que j'ai pu faire des différent éléments, j'estime que l'ensemble doit être parfaitement opérationnel jusqu'à 500MHz. Bien sur cela reste à vérifier).
Dans un soucis de standardisation, tous ces sous-modules sont du même format avec une même taille standard, soit, environ 50x25mm hors tout. Ces dimensions sont ni trop petites, ni trop grandes et s'avèrent idéales pour l'expérimentation et la conception de toutes sortes de filtres (filtres à bandes étroites ajustables, filtres à bandes très étroites de type céramique ou à quartz, ...).
La liste de ces sous-modules présentée ci-dessous n'est pas exhaustive, et de ce fait, d'autre modèles seront ajoutés au fur et à mesure, en fonction des futurs besoins.
3-1) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable 3 pôles:
Ce sous-module filtre passe-bande est constitué de 3 pôles L/C montés en simple PI (parallèle - série - parallèle). C'est exactement ce l'on trouve sur beaucoup d'appareil commerciaux, tel le TS-480 et autres de chez Kenwood, par exemple.
Pour calculer la valeur des composants, on peut utiliser un calculateur en ligne, tel que celui-ci:
https://markimicrowave.com/technical-resources/tools/lc-filter-design-tool/
Une solution encore plus simple, c'est d'utiliser des valeurs reprises sur des schémas d'appareils commerciaux. Pour réaliser les 8 filtres de cet ensemble, c'est ce que j'ai fait en utilisant les mêmes valeur de composants du TS-480 déjà cité. La bande passante de chaque filtre correspond bien aux caractéristiques des filtres du TS-480. L'atténuation de la première harmonique est en moyenne de -30dB et la perte d’insertion de chaque filtre est très faible (non notée, mesures à reprendre).
Sur l'autre face, il n'y a pas de composant, ce qui permet d'inscrire au feutre indélébile ou avec une étiquette autocollante la valeur de la bande passante du filtre.
Le plan de masse qui couvre toute la surface, permet une séparation entre les différents sous-modules et empêche ainsi, une éventuelle interaction entre eux.
Ci-dessous, le schéma de ce sous-module et une image de synthèse de celui-ci montrant l'implantation des composant CMS.
Sous-module embrochable filtre passe-bande 3P.pdfCi-contre, le document PDF téléchargeable de ce module.
Pour le télécharger, cliquer sur l’icône, en haut, à droite de l'image.
3-2) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable 5 pôles:
Ce sous-module est un filtre passe-bandes 5 pôles L/C montés en double PI (parallèle - série - parallèle - série - parallèle). Il présente une fréquence de coupure plus franche avec une atténuation plus importante de la première harmonique. Il pourra donc être utilisé pour un filtre dont plusieurs bandes amateurs sont utilisées, de manière à ce que l'harmonique de la fréquence la plus basse soit suffisamment atténuée.
Voici le schéma de ce sous-module.
Il est à noter qu'un filtre 5 pôles en double PI n'est ni plus ni moins équivalent qu'à deux filtres 3 pôles en simple PI montés en série. De ce fait et avec les valeurs de composants d'un 3 pôles on peut facilement réaliser un 5 pôles, sauf pour C3 et L3. Pour les calculer, c'est très simple. Normalement, C1 = C5 et L1 = L5. Vu que C3 et L3 représentent deux pôles identiques montés en parallèle, la valeur de C3 sera donc le double de C1 ou C5, et la valeur de L3 sera la moitié de L1 ou L5.
Il est aussi à noter que ce module peut être aussi utilisé en filtre passe-bas ou filtre passe-haut. Suivant le cas, certaines inductances ne seront pas en place ou shuntées par un condensateur et idem pour certains condensateurs.
Ci-dessous, un exemple concret d'un filtre passe-bas en double PI réalisé à partir du schéma du TS-480. Les condensateurs C2 et C4 ont une valeur très élevée pour qu'ils se comportent comme des shunts HF et L3 est remplacée par un condensateur de valeur égal à C1, C3 et C5.
Sous-module embrochable filtre passe-bande 5P.pdfCi-contre, le document PDF téléchargeable de ce module.
Pour le télécharger, cliquer sur l’icône, en haut, à droite de l'image.
3-3) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable 7 pôles:
Là, c'est du chirurgical!!!
En effet, ce sous-module est un filtre passe-bandes 7 pôles L/C montés en triple T (série - parallèle - série - parallèle - série - parallèle - série). Il présente une fréquence de coupure très franche avec une atténuation très importante de la première harmonique. Il pourra donc être utilisé pour une filtration très exigeante.
Voici son schéma.
Comme pour le filtre 5 pôles, il pourra , lui aussi, être utilisé pour réaliser des filtres passe-bas ou passe-haut, mais pas seulement. En effet et vu sa structure, il pourra aussi être utilisé pour réaliser des filtres passe-bandes que l'on trouve sur certains appareils commerciaux haut de gamme de chez ICOM, par exemple, qui sont constitués d'un filtre passe-haut en T suivit d'un filtre passe-bas en T.
D'autres configurations sont possibles.
Ci-dessous, un exemple d'essai d'un filtre passe-bande 30-55MHz, 5 pôles monté sur un module 7 pôles et réalisé avec le calculateur en ligne mentionné plus haut.
Pour réaliser ce filtre 5 pôles avec ce sous-module 7 pôles, les composants L1, C1, C7 et L7 ont été remplacés par des condensateurs de 100nF. Par manque d'expérience d'utilisation de ce calculateur, la fréquence de coupure haute est trop basse de 5MHz environ, par rapport aux valeurs souhaitées. De plus, mon Nano VNA étant mal calibré, les pertes d’insertion affichées sont erronées. De souvenir, il faut retirer environ 3dB aux valeurs indiquées, ce qui fait que les pertes d’insertion ne sont pas très élevées. Comme on peut le voir et en considérant 3dB d'erreur, à 60MHz, qui correspond à la première harmonique du 30MHz, on obtient une atténuation d'environ -25dB, et à 65MHz, une atténuation d'environ -40dB. On ne voit pas l’atténuation à 100MHz qui correspond à la première harmonique du 50MHz, mais on peut imaginer que celle-ci est très importante.
Sous-module embrochable filtre passe-bande 7P.pdfCi-contre, le document PDF téléchargeable de ce module.
Pour le télécharger, cliquer sur l’icône, en haut, à droite de l'image.
3-4) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable pour format Minicircuit GP731:
Ce sous-module permet d'embarquer un filtre intégré au format GP731 pour des fréquences VHF et supérieures.
Edit du 01/05/2025; Module conçu, mais pas encore testé.
3-5) - Le sous-module filtre passe-bande embrochable pour format Minicircuit HF1139:
Ce sous-module permet d'embarquer un filtre intégré au format HF1139 pour certaines fréquences HF et pour des fréquences VHF et supérieures.
Edit du 01/05/2025; Module conçu, mais pas encore testé.
3-6) - Le sous-module 2 SMA pour extensions:
Ce sous-module n'est pas un filtre, mais un substitut de filtre qui permet de raccorder en cascade plusieurs modules de 8 filtres, ou même un filtre d'une autre conception.
Si, par exemple, 3 modules sont raccordés en cascade, le module embarquant les filtres de fréquences les plus élevées devra se trouvé le premier, c'est à dire, du côté des liaisons entrée et sortie HF principales et le modules des fréquences les plus basse en dernier, cela pour limiter les pertes d'insertion pour les fréquences les plus élevées qui sont les plus sensibles.
Contrairement aux autres modules, les deux connecteurs SMA peuvent être placés d'un côté ou de l'autre, suivant le choix du slot recevant ce sous-module (F1 ou F8) de manière à ce que ceux-ci soit tournés vers l'extérieur pour pouvoir les connecter.
Si on le souhaite, on pourra aussi envisager de souder les cables coaxiaux directement à la place des connecteurs SMA en répartissant la tresse de masse dans les 4 trous de masse des emplacements prévus pour les connecteurs SMA.
Voici un exemple de montage de 2 modules en cascade avec le sous-module SMA placé sur le slot F8.
Cette solution n'est pas forcément la meilleur, puisque cela implique que le signal du deuxième module devra passer par les contacts des 16 relais du premier.
La meilleur option sera donc de placer le sous-module SMA sur le slot F1 et non en F8, ce qui fait que le signal du deuxième module ne passera à travers les contacts que de 2 relais du premier au lieu de 16.
Les 2 connecteurs SMA devront donc être soudés sur l'autre face du sous-module SMA.
Quand plusieurs modules sont cascadés, il ne faut pas oublier d'activé la commutation du slot recevant le sous-module SMA du premier, quand l'un des filtres du deuxième est activé. Si on utilise un système programmable du genre Arduino, il faudra l'intégrer dans le programme. Sinon, il y a la solution très simple d'utiliser 8 diodes 1N4148, par exemple, pour renvoyer les tensions de commutation 0-5V des 8 entrées du deuxième module sur l'entrée de commutation du slot du sous-module SMA du premier module.
Edit du 01/05/2025: Un petit module de report de commutation recevant ces 8 diodes sera prochainement conçu.
4) - Les sous-modules embrochables spéciaux pour la FI
Dans cette section, on trouvera différents filtres spécifiques à la FI pour la conception d'appareils de construction amateur haut de gamme et haute performance.
_4-1) - Le sous-module filtre FI embrochable SSB wide
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_4-2) - Le sous-module filtre FI embrochable SSB narrow
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_4-3) - Le sous-module filtre FI embrochable AM wide
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_4-4) - Le sous-module filtre FI embrochable AM narrow
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_4-5) - Le sous-module filtre FI embrochable CW wide
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_4-6) - Le sous-module filtre FI embrochable CW narrow
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_4-7) - Le sous-module filtre FI embrochable FM wide
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_4-8) - Le sous-module filtre FI embrochable FM narrow
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_4-9) - Le sous-module filtre FI embrochable SSTV
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