Un amplificateur VHF et UHF 30 watts facile à faire

Un article de Jean-Luc Levant, F4GSC

Présentation du projet

Beaucoup d'OMs possèdent des émetteurs/récepteurs portatifs dont la puissance est limitée à quelques watts. Cet article décrit comment réaliser un amplificateur de puissance capable de délivrer plusieurs dizaines de watts, à moindre coût et avec une grande simplicité de mise en œuvre.

Rien de plus facile que de se construire un amplificateur de puissance pour les bandes VHF et UHF à partir de deux éléments très faciles à trouver sur les sites marchands asiatiques :

• Un hybride de puissance, disponible entre quelques watts et 40 watts, pour un coût de 20 à 30 €
• Une carte de pilotage assurant le passage automatique RX/TX et la polarisation, pour moins de 10 €

Avec ces deux composants, la réalisation devient accessible à tous les radioamateurs, même débutants. Quelques soudures suffisent pour obtenir un amplificateur performant et parfaitement adapté aux portatifs.

Le boîtier et l’intégration mécanique

Le boîtier constitue un élément essentiel de la réalisation de cet amplificateur. Il assure non seulement la protection mécanique de l’ensemble, mais joue également un rôle déterminant dans la dissipation thermique et la stabilité du montage.

Un petit coffret aluminium suffit largement pour accueillir l’hybride de puissance, la carte de pilotage et les connecteurs RF. L’aluminium présente l’avantage d’être léger, facile à usiner et surtout très efficace pour évacuer la chaleur produite lors de l’émission.

L’hybride doit être fixé directement sur la paroi du boîtier afin d’assurer un contact thermique optimal. Une fine couche de graisse thermique améliore encore la conduction et garantit un fonctionnement fiable même en utilisation prolongée.

L’intégration des connecteurs, du potentiomètre éventuel de réglage de puissance et de la prise d’alimentation ne présente aucune difficulté particulière. L’ensemble reste compact, robuste et parfaitement adapté à une utilisation portable ou en station fixe.

Mitsubishi M557729

Figure 2 – Vue de l'hybride Mitsubishi M557729, 430–440 MHz, 30 watts

L'hybride Mitsubishi M557729 n'est pas un composant récent : il équipait autrefois de nombreux équipements radio professionnels et amateurs. Malgré son âge, il reste encore disponible sur le marché et constitue une excellente base pour la réalisation d'un amplificateur UHF simple et performant.

Sa mise en œuvre est particulièrement facile, ce qui en fait un choix idéal pour un montage home-made. Le module est robuste, fiable, et sa structure interne en fait un amplificateur complet prêt à l'emploi.

Le M557729 est constitué des éléments suivants :

• Broche 1 : entrée RF
• Broche 2 : polarisation (VCC1)
• Broches 3 et 4 : alimentation principale (VCC2 et VCC3)
• Broche 5 : sortie RF
• Masse : assurée par la semelle métallique, à fixer impérativement sur un radiateur

Cette disposition simple et logique permet une intégration rapide sur la carte de pilotage, tout en assurant une excellente dissipation thermique grâce à la semelle métallique.

Architecture interne du M557729

L'hybride de puissance M557729 intègre en interne plusieurs étages d'amplification qui assurent une montée progressive du signal RF. Cette architecture compacte et efficace explique la facilité d'utilisation de ce module dans un amplificateur UHF amateur.

Figure 3 – Structure de l'hybride de puissance

La figure ci-dessus montre que l'hybride est constitué de trois amplificateurs montés en cascade. Chaque étage possède sa propre alimentation, ce qui garantit un gain stable et une amplification progressive du signal. Cette conception interne contribue à la robustesse et à la linéarité du module.

Figure 4 – Principales caractéristiques électriques de l'hybride

Le M557729 fonctionne dans la bande 430 à 440 MHz. Les harmoniques se situent autour de –30 dBc sous la fréquence fondamentale. Pour respecter les normes radioamateurs, il sera nécessaire d'ajouter un filtre passe-bas afin d'abaisser ces niveaux en dessous de –60 dBc.

Figure 5 – Caractéristiques électriques de l'hybride

La puissance de sortie atteint au minimum 30 watts sous une tension d'alimentation de 12,5 volts, pour une puissance d'entrée d'environ 0,3 watt (+24,8 dBm). Ces performances en font un composant particulièrement adapté à la réalisation d'un amplificateur compact et efficace.

Comportement en fonctionnement

La figure ci-dessous illustre l'évolution de la puissance de sortie en fonction de la tension appliquée sur VCC1 ainsi que de la puissance d'entrée. Cette relation est essentielle pour comprendre le comportement réel de l'hybride en situation d'utilisation.

Figure 6 – Puissance de sortie en fonction de la puissance d'entrée (Pin) et de la tension de polarisation (VCC1)

Ces recommandations concernent l'hybride seul. Pour le module complet, la puissance appliquée à l'entrée doit être comprise entre 1 watt minimum et 5 watts maximum. La puissance de sortie reste néanmoins fortement dépendante de la tension de polarisation VCC1.

La perte d'insertion est inférieure à –1,5 dB, ce qui garantit un rendement correct pour ce type de module. Une tension de polarisation inférieure à 4 volts entraîne une coupure totale de la puissance de sortie : le M57729 délivre alors 0 watt.

Cette caractéristique peut être exploitée pour mettre en place une protection automatique de l'amplificateur en cas de ROS trop élevé, en réduisant ou coupant la polarisation lorsque la charge devient défavorable.

Réalisation et essais

J'ai testé cette approche en me procurant deux hybrides Mitsubishi de 30 watts : l'un destiné à la bande VHF et l'autre à la bande UHF. Les deux modules se montent de manière similaire, mais la réalisation présentée ici concerne la version UHF.

Voici les étapes de la réalisation pour la bande UHF :

• Souder l'hybride sur les cinq plots prévus à cet effet.
• Brancher une charge ou une antenne via un wattmètre.
• Connecter l'émetteur/récepteur portatif au connecteur SMA du module amplificateur.
• Alimenter l'ensemble avec une alimentation de +12 V à 13,6 V capable de fournir au moins 5 A. À la mise sous tension, la LED rouge de la carte s'allume.
• Appuyer sur la commande PTT : la LED verte s'allume, confirmant le passage en émission. Le wattmètre indique alors la puissance fournie à la charge ainsi que le ROS.
• Régler la résistance ajustable ou le potentiomètre pour obtenir la puissance de sortie souhaitée.

Il n'y a rien d'autre à faire : ce petit montage home-made fonctionne immédiatement et permet d'obtenir une puissance confortable à partir d'un simple portatif.

Conclusions

N'importe quel OM peut se lancer dans cette réalisation, car toute la complexité est déjà prise en charge par la carte de pilotage et l'hybride de puissance. Il ne reste que quelques soudures à effectuer et un peu de mécanique pour intégrer l'ensemble dans un boîtier afin d'obtenir un amplificateur de puissance parfaitement fonctionnel.

Dans une prochaine publication, nous verrons comment mesurer et afficher la puissance, la tension et le courant absorbé. Une petite carte Arduino, un afficheur et un circuit INA219 permettront de compléter cet amplificateur de puissance avec un système de mesure intégré.

Une autre évolution consistera à ajouter un coupleur directif afin de mesurer la puissance rayonnée, la puissance réfléchie et finalement le ROS. Nous aborderons également la réalisation d'un filtre passe-bas pour éliminer les harmoniques de sortie non désirées.

Pour aller plus loin