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RF Clipper

 
 RF Clipper

Faisant suite à la restauration du FT-250 et dans le but d'optimiser un peu l'émission SSB de ce transceiver, pourquoi ne pas tenter la construction d'un de ces fameux RF Clippers tels qu'il en existaient dans les années 70~80.

Le schéma est inspiré des écrits réalisés par PA0FRI d'une part et RA4NAL d'autre part. Chaque partie a fait l'objet de tests et d'une optimisation pour aboutir à un résultat somme toute très satisfaisant, compte tenu des composants bon marché utilisés.

 

 RF Clipper

En BLU, la puissance émise dépend du niveau de la parole. Celle-ci ayant une plage dynamique importante, le niveau moyen résultant est largement inférieur à la moitié du niveau crête.

On peut augmenter le niveau moyen de la parole en compressant cette plage dynamique mais cela sera au détriment de la qualité et générera des harmoniques. Cet inconvénient peut être limité en effectuant un écrêtage après avoir transposé le signal BF à une fréquence beaucoup plus élevée. Les harmoniques et les produits d'intermodulation sont alors eux aussi transposés en dehors de la plage BF.

C'est une solution externe qui s'intercale entre le microphone et le transceiver. Il en existe d'autres où l'on intervient au niveau de la FI, les transceivers modernes munis d'une technologie numérique disposant alors d'algorithmes pour cela.

RF Clipper
RF Clipper
RF Clipper

 

Le principe du montage consiste donc à générer de la DSB à l'aide d'un modulateur (NE612) dont l'oscillateur local est réglé aux environs de 453.5 kHz via un résonateur céramique ZTB455E. Le signal DSB à 455 kHz est ensuite écrêté par un étage formé de deux diodes germanium et d'un transistor. Vient ensuite le filtre de bande latérale, un filtre céramique 455 kHz, qui permettra de récupérer la bande latérale supérieure en ajustant l'oscillateur locale pour positionner celle-ci au centre de la bande passante du filtre. Il ne reste plus qu'à démoduler ce signal à l'aide d'un second NE612 qui aura pour oscillation de référence celle produite par le premier NE612. Le signal audio ainsi récupéré est filtré puis conduit à l'entrée microphone du transceiver.

Le tracé du circuit imprimé n'intègre pas le module préampli-AGC faute de place dans le boîtier. Il a finalement été collé sur les condensateurs de filtrage.

Alimentation

RF Clipper
RF Clipper

Le choix d'utiliser un accu permet de rendre l'appareil indépendant de toute source de tension externe.

Il s'agit ici d'une pile 9V rechargeable Li-Ion munie d'un port USB. Le tiroir du support de pile a été modifié pour permettre de laisser le cordon de charge en place.

Deux LED sont situées en façade : la verte est allumée tant que la tension est supérieure à 8V, laissant place à la rouge lorsque inférieure à 8V.

 

NE612AN et ZTB455E

RF Clipper

Ce résonateur céramique chinois au facteur Q très faible a nécessité d'optimiser les valeurs des capacités de l'oscillateur afin d'obtenir une belle forme sinusoïdale.

Écrêteur

Relativement classique et formé de deux diodes de signal montées tête-bêche, il est précédé d'une résistance afin de ne pas surcharger la sortie de l'AN612. Le signal écrêté est prélevé sur le collecteur du transistor BC547C.

Filtre

Le filtre céramique 455 kHz LTM455HW dispose d'une bande passante de 6 kHz et coûte moins de 3 €. Un meilleur résultat peut être obtenu en utilisant un filtre de meilleure facture ou encore à quartz sur une fréquence plus élevée (par exemple 10.7 MHz).

Préamplification

Deux raisons de faire précéder le modulateur par un étage intermédiaire de préamplification :

  • Le niveau de sortie du microphone dynamique utilisé (cellule HC-4 Heil Sound) est un peu faible à l'entrée de l'AN612.
  • Il est préférable d'avoir un niveau limité en amplitude afin de ne pas provoquer d'altération du signal DSB produit.

J'ai finalement opté pour deux solutions commutables :

  • Un module de préamplification à CAG, le MAX9814, très efficace et permettant ainsi d'avoir un niveau de sortie plafonné en amplitude quelque soit le signal d'entrée.
  • Un module de préamplification/compression, le SSM2167. Déjà utilisé dans le passé, c'est un excellent compresseur de modulation avec très peu de distorsion pour un rapport de 2 à 10:1. Donne plus de présence mais est aussi plus sensible aux bruits ambiants.

Des résistances ajustables permettent d'équilibrer les niveaux d'entrée et de sortie afin d'obtenir un signal optimal à l'entrée de l'écrêteur, ainsi qu'à la sortie du montage.

RF Clipper
RF Clipper

 

Méthode de mise au point de C20

Mesures à l'oscilloscope et utilisation d'un générateur un ton/deux tons.

Sonde sur le collecteur de T1
Appliquer le générateur deux tons sur C1 de telle sorte que le signal HF écrêté ne soit pas saturé. En principe, cela devrait correspondre à un niveau d'entrée sur C1 de 150 mV maximum.

Sonde sur la sortie L1/C16
1300 Hz sur C1, 80 mV environ.
Régler l'ajustable C20 pour la forme d'onde la plus régulière et l'amplitude la plus élevée.
Je l'avais aussi fait avec le générateur deux tons, ça fonctionne.

Sonde sur C11
On devrait mesurer à présent 453.7 kHz (cela dépend du réglage précédent et de la bande passante du filtre).
L'amplitude sortie C11 est d'environ 500 mV à 455 kHz et décroît rapidement au dessus.
Mais elle sera légèrement supérieure à 453.7.
A noter que 453.4 correspond à une fréquence audio centrée sur 1000 Hz
454 convient à une fréquence audio centrée sur 1600 Hz (la modulation sera donc aiguë).
454.7 correspond à un compromis entre les deux (1300 Hz) et convient à la plupart des modulations.

Réglage des niveaux sur les modules

Microphone à l'entrée, position compresseur
Sonde sur C1,
ajuster R14/R1 pour ne pas dépasser 150 mV (R14 est utile pour limiter la sensibilité aux bruits ambiants du microphone).

Puis microphone à l'entrée, position préampli à CAG
Sonde sur C1,
ajuster R15/R16 pour ne pas dépasser 150 mV (R15 est utile pour limiter la sensibilité aux bruits ambiants du microphone).

R6 est ajusté pour obtenir un niveau cohérent avec la position Off du montage (microphone en direct) ou en fonction du niveau souhaité à l'entrée du transceiver si ce dernier ne dispose pas de mic gain.

Quelques photos

Illustrant la construction ainsi que quelques mesures.

 

Enregistrements

En écoute locale sur un récepteur (Yupiteru MVT7100) placé de telle sorte que son s'mètre ne dévie pratiquement pas, le FT891 étant sur charge fictive.
L'enregistrement est réalisé via une boucle magnétique placée sur son HP. L'essai du microphone seul puis des deux positions du RF Clipper donne un résultat assez flagrant.

Le second a été réalisé avec des conditions plus difficiles, le bruit de réception étant plus important alors que le signal reçu est encore plus faible. Ainsi, avec le microphone seul, il est même parfois difficile de comprendre ce que je dis. On comprend mieux le potentiel de ce genre de dispositif qui s'avère être très utile lorsque le niveau de bruit est important.

Conclusion

En pratique, le résultat est assez étonnant. Le compromis entre la qualité et l'efficacité reste au service de l'intelligibilité accrue et on retrouve les 6dB de gain comme si on avait multiplié par quatre la puissance de l'émetteur.

Mais il ne faut pas perdre de vue que si la puissance moyenne augmente, l'étage final de l'émetteur est bien plus sollicité. Il est donc préférable de le soulager en évitant la pleine puissance.

J'ai personnellement adopté la méthode suivante : Sur charge fictive, je règle le gain micro du transceiver de telle sorte qu'en sifflant la puissance ne dépasse pas 70 watts avec le clipper enclenché.

Je constate alors une puissance en modulation aux alentours de 60 watts alors que l'ALC ne bouge pas du tout. En utilisation, l'émetteur ne sort alors jamais plus de 70 watts et il ne surchauffe pas.

Glossaire

DSB

DSB signifie "Double SideBand". C'est en général ce que produit un modulateur : un signal AM dont on supprime la porteuse. Il ne subsiste alors que les deux bandes latérales dont une est ensuite filtrée pour ainsi choisir la bande latérale supérieure BLS (USB Upper SideBand) ou inférieure BLI (LSB Lower SideBand). On parle alors de BLU (Bande Latérale Unique) ou SSB (Single SideBand).

Voici un article sur la modulation d'un signal (Wikipedia).

Facteur Q

Le facteur Q exprime la qualité d'un circuit RLC et est défini à sa résonnance.

Plus ce facteur sera élevé, moins le circuit sera amorti mais plus petite sera sa bande passante.

On le nomme aussi coefficient de surtension, exprimant le rapport entre les tensions mesurées sur le circuit à la résonnance et celle de la source.

Le facteur de qualité d'un résonateur peut être défini comme la fréquence du résonateur divisée par la largeur de bande du résonateur.

FT-250

Le FT-250 Sommerkamp, un transceiver HF à tubes (16). Celui-ci date de 1977, probablement un des derniers fabriqués. Sa restauration s'est faite en plusieurs étapes mais il est à présent en bonne place dans la station :

FT-250 Sommerkamp

MAX9814

Module de préamplification avec CAG :

MAX9814 module préampli à CAG

adafruit.com

MVT-7100 Yupiteru

Récepteur 53 kHz - 1650 MHz, AM/FM/WFM/SSB/CW

MVT 7100 Yupiteru

Description sur Rigpix.

RA4NAL

Son article sur le "Limiteur audio pour émetteur-récepteur HF" :

https://ra4nal.ontvtime.ru/clipper.shtml

 

SSM2167

Un module de préampli-compresseur paramétrable basé sur le circuit spécialisé SSM 2167 :

SSM2167

On le trouve assez facilement, notamment sur ebay.

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