Préamplificateurs et filtres passe-bande

Avec 10 m de diamètre le réflecteur parabolique du radiotélescope possède un gain théorique de +40 dB dans la bande 1,4 GHz. Au foyer de la parabole à 4 mètres du réflecteur se trouve une cavité contenant deux dipôles qui constituent l’antenne réceptrice proprement dite. Les signaux radioélectriques reçus par les dipôles sont acheminés au récepteur SDR par un câble coaxial. Ce câble à faible perte atténue cependant le signal en raison de sa grande longueur. L’idéal est donc d’amplifier le signal le plus prêt possible de la source pour compenser les pertes dans le câble coaxial. C’est ce qui a été fait dès l’origine en insérant un préamplificateur à transistor MOS-FET possédant un gain d’environ 20 dB à 1400 MHz et un facteur de bruit de 1.5 dB. Nos informations indiquent une température du système de 150°K. Le calcul donne cependant une équivalence de 1.8 dB de facteur de bruit. Ces valeurs peuvent paraître peu impressionnantes, mais il faut se souvenir que ce préamplificateur a été conçu et installé dans les années 80. Récemment nous avons eu la grande surprise en injectant une tension de 12-15 V dans le câble coaxial en provenance de la source via un bias-tee (injecteur) de constater le réveil du préamplificateur après 33 ans ! Au moyen d’un analyseur de spectre RIGOL DSA815 9KHz-1,5 GHz nous avons estimé le gain du préamplificateur autour de 20 dB. Toutefois la mesure n’a pas été faite dans les règles de l’art puisque le préamplificateur n’a pas pu être débranché, étant fixé en haut du mat porteur du dipôle source !

Niveau de bruit à -64 dB en provenance de la source préamplificateur éteint
Gain du préamplificateur estimé à 20 dB par l’augmentation du signal mesuré vers 1400 MHz
IMG_1893

Provisoirement un autre préamplificateur KU LNA 133BH est installé juste devant le récepteur SDR à 15 mètres de la source.  Ces caractéristiques sont donnés dans les figures suivantes.

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Le facteur de bruit est indiqué sur l’échelle de gauche tandis que le gain est indiqué sur l’échelle de droite.

Gain&Facteur_Bruit
Deuxième_preampli

Caractéristiques du filtre passe bande placé avant le deuxième préamplificateur.

filtre-passe-bande

Ce préamplificateur sera placé derrière un filtre passe-bande 1350-1450 MHz à 7 mètres de la source afin de compenser les pertes dans le câble coaxial. Il permet d’améliorer très nettement les performances de réception récepteur SDR à la fréquence 1420 MHz de la raie hydrogène.

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Un nouveau préamplificateur spécialement conçu pour la radioastronomie remplacera à terme l’amplificateur à transistor MOS-FET directement à la source, quand celle-ci sera accessible, une fois le moteur de déclinaison réparé.

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Préamplificateur à faible bruit (LNA) avec cavité passe-bande 1420 MHz.

Spécifications du préamplificateur SKU: RAS-1420LNA-CBPF à cavité passe-bande : La partie filtre donne à l’observateur une meilleure sélectivité (Q élevé) et rejette les interférences ennuyeuses tels que les radars. Le filtre laisse passer le signal 1420 MHz et atténue efficacement les signaux indésirables. Le LNA, Facteur de Bruit 0.29 +/- 0.15 dB, gain 35 dB +/- 3 dB.

Patrick F1EBK a procédé avec Marcel F5DQK à des mesures sur ce préamplificateur qui sont illustrées sur les images suivantes.

Les constatations de Patrick sont les suivantes : le gain maximum se situe vers 1395MHz, rien d’étonnant car le minimum de Nf ne correspond pas au maxi de gain (confirmé par Marcel). Le préampli a quand même un gain maxi de 36.5 dB : c’est pas de la rigolade ! Le S11 est assez moyen (comme sur tous les préamplis), mais comme il est négatif, pas de risque d’accrochage ! Il est inconditionnellement stable sur toute la plage de mesure ! Deuxième mesure de gain/Nf : à 1240 MHz, le gain relevé n’est plus que de 33.4 dB ce qui reste très important, mais le Nf n’est que de 0.6 dB, soit nettement moins bien que ce qui est annoncé. En dressant les courbes Gain / Nf en fonction de la fréquence, on s’aperçoit que le meilleur facteur de bruit (0,4 dB) est sur 1405 MHz, soit sensiblement en dessous de la fréquence de travail. Bref, encore une fois, Marcel, et ses appareils de mesures ont encore frappés ! Il a pu montrer que le préampli est centré sur une fréquence plus basse que celle sur laquelle nous allons travailler, mais rien de bien méchant. Ne voulant pas risquer de dégrader les réglages actuels, nous n’avons pas cherché à améliorer les réglages. Ce préampli sera toujours nettement plus performant que le préampli actuel dont le facteur de bruit est estimé à 1,5dB !

IMG_2951

Nous avons ajouté un répartiteur coaxial à quatre directions de manière à pouvoir faire des enregistrements avec plusieurs récepteurs SDR en parallèle. Des mesures ont été faites sur la chaîne de réception.

Voici la configuration radio au 1/10/2019 ainsi que la réponse des deux filtres. Le niveau de bruit en sortie du répartiteur 4 voies est de -138.4 dBm dans une bande de 1Hz. Les 220K sont une estimation de Jean-Jacques Maintoux et F6CNB/N5CNB basée sur les mesures de la Galaxie. Les pertes dues aux connecteurs sont des estimations. Les grandes inconnues sont le gain du préamplificateur à la source et l’atténuation du RG213 qui le suit. Une estimation par réflectométrie du câble coaxial était de -5dB. Le facteur de bruit du préamplificateur est probablement supérieur aux 1.8 dB d’origine à cause du vieillissement. Le température de bruit de l’antenne est aussi une inconnue.

Voici la description par Rémi F6CNB/N5CNB de la chaîne de réception du radiotélescope mise à jour à la date du 30 octobre 2019 :

Avec l’aide d’Henri, mise en service du tiroir rack dans l’armoire radio de la plate-forme.

-Capteur de température extérieure.

-Standardisation des fichiers températures

YYYY-MM-DD-hh-mm,temp en degC   (tt.ttt) avec une acquisition toutes les minutes.

Les températures en temps réel sont sur www.f4klo.ampr.org

Mise en service de la chaîne radio avec l’alimentation 12V de Patrick F1EBK au lieu de l’alimentation interne à la suite d’une mauvaise soudure sur le pont de diode.

La nouvelle chaîne est :

T-BIAS perte 0.5dB

Filtre ZX75BP1450-S+ perte 0.8 dB

Préampli 2 Gain 17.7dB ,  NF 0.4 dB

Filtre ZX75BP1450-S+ perte 0.8 dB

Gain global à 1420 MHz 15.6 dB

Le T-Bias dans l’Algeco est supprimé.

Réduction du gain des SDR MiniLimeSDR et RSP2DUO

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