MILLIMETRIC STORY ...SUITE

Cet article raconte environ deux ans de travail .

Le but du travail etait le remplacement des oscillateurs Gunn 82/85 GHZ
utilises comme oscillateurs locaux du recepteur millimetrique qui sont
fragiles,chers ,rares...et difficile a verrouiller.Un m'a lache sans preavis (repare apres),alors je voulais trouver une solution assez rapidement.Il me fallait 5mW aux alentours de 80GHz, la frequence n'etant pas necessairement tres precise car ce sont des recepteurs de flux , a large bande,a puissance totale.Ils sont sur 90 GHz, la fi est sur 9GHz ,alors un ol aux environs de 80 Ghz ou 100 Ghz fera l'affaire .Bien sur un oscillateur stable et precis est un plus apprecie ,sur ces frequences se trouvent de nombreuses raies d'emission de diverses molecules....


Pour ce projet j'avais des briques pll 13.3ghz (Magnum Microwave TLK 12.00 provenant d'EBAY PYROJOE) verrouillables sur un Adret 5104 .0r 13.333*3=40 ,40*2=80 (j'ai toujours ete bon en calcul!!!) , ces briques pouvaient servir de base pour generer du 80ghz . Apres un peu de retuning pour parler francais ,on les fait glisser sans probleme sur 13.3/13.4 pour un puissance de sortie mesuree de 13dbm .
Ensuite j'avais aussi des multiplicateurs:
*les multiplicateurs OS5PO de TRW Milliwave ,vendus sur Ebay par Edgar Tech, specifies pour 100mW de sortie pour une entree de 12/15dbm environ sur 6.6GHz. (cf tous les articles parus dans Hyper) Essayes avec du 13 GHZ en entree j'ai obtenu a peine 10 mw sur 39.9 GHZ ,en plus ils sont a bande relativement etroite(39.3 -40GHz),trop juste pour moi.
*je me suis donc tourne vers les CMA 382400 de DL2AM.Ils sont un peu plus difficile a alimenter (cf site de DL2AM) ,mais avec eux on obtient vraiment 20dBm (100mw minimum) sur 40GHz et presque jusqu'a 41GHz ceci avec du 13.6 GHz en entree. Avec ces element j'ai fait une base de travail qui comprent l'Adret, une alim 20V capable de tout alimenter,une brique avec led indicatrice de verrouillage et le CMA 382400 ,avec en sortie un isolateur absolument indispensable a cause des tos importants des multiplicateurs qui le suivent.Tout ca a tendance a chauffer malgre les bons radiateurs,surtout les alims du multiplicateur,un ventilateur efficace aide .
Vous voyez ca sur la photo suivante:


Comme recepteur j'ai un Scientific Atlanta 1710 ,recepteur harmonique calibre en frequence (grossierement) et en niveau (precisement) .

J'ai plusieurs melangeurs dont celui en WR 28 sur 40 ghz et un Hugues en WR 10 .Je peux donc recevoir sans probleme les frequences en jeu .Sur 40 GHz , la frequence recue = frequence de l'Adret *128 (facteur de multiplication de la brique) *3 (le tripleur) .Connaissant la largeur de bande montree sur l'ecran du SA1710 (4 MHz dans le cas du reglage utilise) ,je peux en balayant avec l'Adret, scanner le scope du rx et selon le nombre de pas de l'Adret savoir si je recois du 40GHZ,du 80, ou meme du 120GHZ (vous verrez plus loin!!!) .Je peux avec les attenuateurs du poste evaluer les signaux l'un par rapport à l'autre ,en particulier sur 80GHz ou j'ai pas de sonde pour le bolo . Un point de repere est que les oscillateurs Gunn 84 GHz m'ont ete vendus par Phil Schnabel (Western Test Systems) comme faisant 10 mW.

J'ai commence avec de simples adaptateurs WR28/WR12 faits dans une longueur de 3cm de WR28 regulierement retrecie jusqu'aux dimensions du WR12 ,on soude tous les bords et un bride a chaque bout et c'est fait.


Et la, deja ,ce fut encourageant ,a tres faible niveau ,a peine detectables,j'ai trouve les harmoniques.

Il est difficile de faire sentir combien ces manips ont ete faites,refaites des dizaines de fois ,avec recalibration du poste avec les oscillateurs Gunn.Ca a pris de mois avant de lever les doutes !!!

J'ai alors envisage la multiplication 40/80 GHz,lu beaucoup d'articles,feuillete les catalogues de fabricants habituels , ai ete effraye par les quelques tarifs que j'ai pu trouver,et je suis alle sur les sites de DB6NT et DL2AM.Phillip a bien voulu me coller une diode MA46H416 sur le circuit doubleur 40/80 GHz de DB6NT,j'ai fait un peu de mecanique ....

Ca a marche,j'ai bien recu le 80 GHZ pilote par l'Adret,une puissance equivalente de ce que me donne la diode Gunn(10mW pour 100 mW en entree correct ,donc plus que necessaire ) ,mais pas longtemps . Quelques jours plus tard en le rallumant , plus rien ,en regardant a la loupe ,plus de diode !!!! bon...j'ai jamais pu dire si elle avait degage a cause d'une dissipation thermique excessive due a une desadaptation ,ou simplement si elle avait ete mal collee.Toujours est il que tant que j'ai pas de moyen perso de coller les diodes (epotek pb:en avoir de la fraiche en tres petite quantite ,et la garder) ,cette solution me semble precaire ,j'ai cherche autre chose.

Sur Ebay ,au magasin SOVCOM ,j'ai trouve des diodes hyper fabriquees en Russie par le F.R.I.S.D . Ce sont des diodes detectrices et melangeuses schottky en boitier ceramique micro-miniature robustes (j'ai pu en souder une sur un microvis juste fer debranche),elles ont un nf faible de l'ordre de 7dB.Deux modeles m'interessent ,les 3a121 donnees pour une frequence max de 40 GHZ,et les 3A123 donnees pour 80GHz.Des modeles existent pour des frequences plus elevees.Et on verra que en fait elles montent beaucoup plus haut.Vous trouverez les specifs avec les dimensions sur le site du fabricant. J'ai fait ces detecteurs ,qui fonctionnent tres bien sur le recepteur Scientific Atlanta ,en donnant meme un courant de melange plus important et un bruit beaucoup plus faible que les melangeurs d'origine,le tout aboutissant a des melangeurs beaucoup plus sensibles.

Ces melangeurs sont assez facile a faire pour qui aime la petite mecanique, tout ca ,c'est de l'ajustage calme le soir devant la tv...basiquement c'est un morceau de guide (wr28 pour du 40GHz ,WR12 pour du 80GHz),avec d'un cote une bride ,de l'autre un piston 'backshort'. Pour les pistons des petits guides,ce qui marche bien ,c'est un simple feuillard de cuivre ,recourbe,qui fait ressort a l'interieur du guide sur les parois haut et bas,on peut le souder sur un petit fil qui ressort a l'arriere,ca facilite la manipulation.Pour le WR28 une cale bien ajustee va bien.Une petite vis peut servir de blocage.Sur un des grands cotes on soude un petit bloc de laiton pour donner un peu d'espace pour faire un trou pour passer la diode et fileter deux trous pour fixer la SMA (l'epaisseur de la paroi du guide ne le permet pas).La monture des diodes est la plus simple possible :la pinoche de la sma est prolongee par un fil du diametre de la diode ,ce fil est entoure de gaine thermo retractable qui servira d'isolant lors du passage dans le trou sur la paroi du guide .un petit excedent de gaine permet de glisser la diode ,qui est donc poussee jusqu'a ce quelle butte contre l'aute cote du guide.
NOTE:pour les savants et les puristes,je n'ai rien calcule du point de vue electromagnetique,je n'ai fait aucune simulation avec des logiciels chers que je ne peux pas emprunter ou boulot ou me payer.J'ai trouve sur le net des tas de docs avec des photos ,des schemas avec de cotes,des theses etc...
Les photos ci dessus vous eclaireront :le gros detecteur est en WR28,le petit en WR12.
Ces detecteurs marchent tres bien:le detecteur 40 ghz detecte tres bien la Gunn 84GHz,et le 80GHZ est plus sensible que le HUGHES ,ce qui m'a amene a remplacer sa diode...il y a bien gagne.Les deux detectent du 120GHZ avec le Scientific Atlanta comme on le verra.
Le WR28 se trouve sur Ebay souvent pas cher,le WR12 et le WR7 chez EISCH KAFKA ,les brides pour WR28 sur Ebay,celles pour wR12 et WR7 chez EISCH .Une ruse pour utiliser des brides Procom a trou decale ,c'est d'acheter des brides pour WR7,d'ajuster une petite piece en laiton qui bouche le trou central,de la braser,a ce moment vous avez un bride vierge sans trou et vous y faites le trou pour WR12 ,ou WR7 dans l'orientation correcte .Note :on peut etre amene a passer du WR 12 au WR 10,les transitions sont facile a faire.

Apres ce bon debroussaillage sur la possibilite d'utiliser ces diodes russes j'ai tente de faire un multiplicateur 40/80 .un premier essai sans illusion a ete de remplacer la diode disparue du circuit DB6NT ,ca n'a pas marche .Pas surprenant.
Apres j'ai tente l'objet dont vous voyez les photos ci dessous:

Il est en trois parties:un morceau de wr 28 avec bride qui recoit le 40GHz ,et est termine par un retrecissement dans le plan E du guide ,un monture de diode(3A123) avec une sma,le trou central est aux dimensions du wr12,enfin sortie sur un morceau de WR12 avec bride .ca n'a pas marche non plus , a la sortie point de 80GHZ....par contre la monture seule fait un bon detecteur sur 40GHZ et surtout 80. On jette pas ,mais c'est pas encore la bonne solution pour faire des harmoniques.A suivre!!!!

La suite c'est le multiplicateur avec deux guides en croix.Sa description est tres ancienne puisque je l'ai retrouve dans un des bouquins de la "Radiation Series" du MIT publie a la fin de la deuxieme guerre mondiale,il est decrit aussi dans les archives du NRAO que l'on peut trouver a Charlotteville (le fichier edir211.pdf qui date de 1981 decrit les multiplicateurs en croix en detail,le fichier edir145.pdf decrit des melangeurs en technologie guide d'onde aussi,vous y trouverez beaucoup d'idees de fabrication),et de nombreuses theses y font reference ,avec beaucoup de schemas cotes sur plusieurs frequences. L'article de F8IC donne aussi des references tres utiles .Avec tout ca vous aurez plein d'idees de realisations concretes ,en particulier concernant les pistons (backshort) .
Voila donc mes implementations:

D'abord la version doubleuse 40 -->80GHz.


Puis la version tripleuse 40 -->120GHZ


Elles sont tres voisines ,utilisent des diodes 3A123.Le guide d'entree est dans les deux cas en WR28 ,quelques centimetres avec une bride, au bout une cale avec un petit fil soude pour faciliter le reglage et bloquage par une vis.Le guide de sortie est du WR12 pour le doubleur et du WR7 pour le tripleur.Au croisement un petit bloc de laiton perce d'un trou pour la fixation de la diode,identique a ce qui est utilise pour les melangeurs .J'aurai du mettre a ce niveau un filtre passe bas pour eviter que l'onde de sortie ne se propage,en mode harmonique,dans le guide d'entree,occasionnant des pertes.Je l'ai pas fait ,trop petit....par contre le trou est fait le plus petit possible (1.5mm)de facon a attenuer le plus possible cette onde.Deux autres trous taraudes servent a fixer la SMA.Pour le WR12,le piston est fait en feuillard de cuivre soude sur un petit fil pour faciliter le reglage,pour le guide WR7 c'est simplement un morceau de fil argente ajuste.
J'ai commence par le doubleur ,les resultats sont excellents :le doubleur donne 10mW sur 80 GHz pour 100 mW a l'entree ,comme la diode Gunn.Donc c'est fait j'ai mon oscillateur local .
Devant ces bons resultats j'ai fait le tripleur avec lequel je mesure 0,1mW,mais j'utilise pour la mesure sur le SCIENTIFIC ATLANTA le melangeur en WR12 (donc le guide fonctionne en mode harmonique,donc pertes) et avec une diode 3A123 donnee pour 80GHz...'pour de vrai' j'ai probablement plus ,peut etre 1mW.Tout ca donnerait finalement 10dB de pertes pour le doubleur et 20 dB pour le tripleur .C'est ce que on lit...avec un preuve peut etre que les montages en guide ont moins de pertes que les montages sur circuit imprime ,en plus je n'ai eu aucun probleme avec les diodes,aucune n'a crame,elles sont directement en contact avec la paroi du guide,et dissipent mieux les calories . Autre chose , ces multiplicateurs peuvent faire des melangeurs harmoniques en prenant la FI sur la SMA , et en reglant la polarisation de la diode.

Voila deux photos :
La reception du 80GHz ,avec 40 dB d'attenuation

et du 120GHz avec 20dB d'attenuation

Des problemes restent ,en particulier le reglage des pistons,il faut mettre des micrometres,donc reconsiderer la mecanique ,

mais je trouve que c'est deja pas mal...et vous? En tout cas je m'amuse bien...