MISE A JOUR TRANSVERTER 76 GHZ - CJ 2003

1 - Généralités

Après l’article paru dans le proceeding de CJ2003 [1] et lors de la finalisation des équipements , certains problèmes ou besoins de précision ont été découverts .

Cet article a pour but de faire une mise à jour sur ces différents points , ils concernent principalement l’OCXO G8ACE .

2 - OCXO

Montage

- Bien nettoyer le CI ( flux , gouttelettes de soudure )

- Démarrer avec CV1 à mi-course

- Modification des valeurs de composants

C3 = 12 pF ( suivant F quartz , jouer avec 8,2pF , 10 pF , 12pF… )

Eventuellement C8 ( devenu C11 si les varicaps ont été ôtées ) de 22pF à 33 pF

L3 = 12 spires à 99 Mhz au lieu de 11

( Note L3 = 7 sp à 126 Mhz )

La valeur de ces selfs L5 et L7 est très importante pour obtenir un niveau de sortie conforme aux spécifications de G8ACE

En général Pout = +3,5 à +4 dBm

Ne juger une modification qu’après 2 ou 3 jours de fonctionnement

Polarisations relevées ( si nécessaire pour les recherches de pannes )

Point de relevé Tension Montage 1 Tension Montage 2

Sortie LP2951 10,47 10,52

R17/L3 10,37 10,39

R1/R4 10,32 10,37

R1/R2 9,86 9,86

C1/D1 9,19 9,27

R6/C4/TR2 1,61 1,78

C4/Y1 0,23 0,02

Y1/L4 0,23 0,02

C8/D2 0,02 0,01

C10/R13/TR4 1,82 1,78

R10/R9 2,32 2,42

TR3/TR4 5,28 5,45

R8/R11 6,02 6,15

R12/L5 10,42 10,46

Courants consommés

Boîte Alu chauffée à 40°C ( + OCXO chauffé ) = 410 mA

Boîte Alu chauffée à 40°C ( + OCXO chauffé ) le tout en boîte contreplaqué isolé = 140 mA

Note : Le boîtier Alu a été placé dans une boîte en contreplaqué de 10 mm , isolé des parois par 2cms de polystyrène ( ou autre isolant ) afin d’améliorer l’isolation par rapport à la température ambiante :

Turnover point ( en fait Inflection point )

Ce point est particulièrement important , nous avions déjà insisté sur ce réglage

dans l’article de CJ :

Exemple de courbe

On voit qu’a une certaine température ( abscisse ) , en l’occurrence dans cet exemple 70°C , une variation de température entraîne seulement

une très faible variation de fréquence ( moins de 1 ppm sur +/- 5°C dans cet exemple ) . En comparaison , l’écart est de 5ppm pour +/- 5°C à 50°C !!

Voir aussi les explications de G8ACE et nos tests à :

http://www.microwaves.dsl.pipex.com/mk2/advanced.pdf

Performances

On peut atteindre de très bonnes performances , par exemple l’OCXO de notre balise

( Quartz 99 Mhz )

Sur 600 heures , l’écart maximum par rapport à la fréquence nominale a été de +2,01 Hz et –1,69 Hz , Note : sur la courbe ci-après apparaît la courbe de la température ambiante correspondante

La stabilité sur cet OCXO 99 Mhz après plusieurs mois de fonctionnement est de :

0,001Hz / heure - 0,025 Hz / jour

Cela fait quand même du 2,5 10-10 / jour !!! , mais cet oscillateur est vraiment le meilleur que nous avons .

L’OCXO 98,8125 Mhz dans les mêmes conditions est à 1,3 10-7 / jour ( 1,26 Hz / jour ) ce qui est nettement moins bon ( encore un petite retouche de point de turnover ??? )

Echelle : 10 Hz / div sur 916 jours

Mais nous restons quand même dans des limites raisonnables pour notre application , puisque cela nous donne 1 Khz à 76 Ghz…

Moyens de mesure : Fréquencemètre RACAL 1992

Portable Rubidium Frequency Standart PRFS Datum

Choix des quartzs

Les quartz sont des HC45 de chez Klove [2]

PA0EHG :

If you want to order a quartz from Klove like this one, ask for low jitter performance, a surface roughness off 1 micron, 5ppm stability and an oven temperature of 60 degrees. Normal specification I order is HC49u with 5th overtone, serie resonant and then offcourse the wanted frequency.

CL = 30 pF

Nous nous sommes aperçu que certains quartzs étaient ² très bons ² mais que d’autres vieillissaient très très mal .

Voici par exemple le S21 d’un quartz à 98,8125 Mhz , d’abord à l’origine puis après quelques semaines

S21 - Quartz de départ MARKER 1 – 98,8125 Mhz

Le même quartz après quelques semaines de fonctionnement en OCXO :

MARKER 1 – 98,8109 Mhz

Note : KLOVE nous a remplacé sans problèmes les quartzs défectueux

Il est aussi très important de ne pas couper l’OCXO ( pas toujours facile ) mais les phénomènes de ² retrace ² très bien expliqués par F9HX sont évidents .

Exemple de retrace ( cas d’un oscillateur Off/On puis cas du chauffage (Oven) Off/On )

Alimentation de l’OCXO et des multiplicateurs

Déjà abordé dans l’article de CJ , les points notés concernant les alimentations ont été :

Alimentation OCXO

Pour limiter les variations de fréquence dues aux variations de température , il faut très bien réguler la tension d’alimentation de l’OCXO G8ACE . C’est un LDO LT1764 qui a été choisi.

Schéma :

Alimentation multiplicateurs

MAX667 chauffe

idem pour le LT

Il faut donc limiter l’alimentation du module en 8V et non 11 v

Schéma :

Circuit imprimé :

Taille réelle 73 x 60 mmm

Platine terminée :

Montage sur coffret bois de l’OCXO

Ampli tampon

Un autre problème sur l’OCXO de G8ACE a été mis en évidence :

L’OCXO de G8ACE est assez sensible aux variations de charge en sortie . Un ensemble Ampli Tampon a donc été rajouté en sortie d’oscillateur dans un coffret séparé :

Synoptique

L’atténuateur permet de faire le premier tampon , suivi d’un MMIC pour rattraper le niveau perdu , filtre passe bande 100 Mhz et splitter permettant une mesure de fréquence en fonctionnement .

L’atténuateur est un 6 dB ( suivant table suivante ) , les résistances sont des 150 ohms et

33 ohms

Le MMIC retenu est un MSA0435 ( dispo dans les tiroirs ) qui ne dégrade pas le bruit de phase de l’OCXO

Les specifications HP donnent un VMSA = 5,25V @ 50mA .

La résistance Rbias est une 68 ohms pour une tension d’alimentation de 8 V, ce qui donne 4,84 V sur la pin 3 du MMIC . Avec cette valeur , le Gain est d’environ 8 dB .

La tension de 8V est fournie par un régulateur LT1085:

R1 = 110 ohms

R2 = 620 ohms

RFC est une self CMS de 1µH , les 2 capas C sont des 10nF CMS 0803 , la tension d’alimentation est découplée avec un 10nF CMS

Un filtre a été ajouté en sortie :

Simulation sous Serenade ã Test réel ( Merci à F5EFD )

Insertion loss à 125 Mhz estimé à 2 dB

Test de l’ensemble

Avec + 6dBm en entrée , + 6dBm en sortie , cqfd….

Circuit imprimé et mise en boîte ont été faits avec ce qu’il y avait de dispo ( petits boîtiers MITEQ de récupération )

Le splitter en sortie , qui permettra une mesure de l’OL en charge au fréquencemètre , est un module de récupération de chez Mini Circuits :

ZFSC-2-1-75

C’est une version 75 Ohms mais la différence est très faible à 50 ohms ( enfin… l’impédance de l’entrée du multiplicateur qui suit , de l’ampli tampon et de l’éventuel fréquencemètre )

Autre possibilité :

Il y a parfois également sur Ebay des petits amplis connectorisés Mini circuits ainsi que des splitters .

Exemples :