Lorsqu'ils utilisent des antennes de réception spéciales sur les bandes HF basses, les radioamateurs rencontrent souvent le problème de la faiblesse du signal reçu. Les antennes Beverage, Flag, Pennant, EWE ou K9AY offrent d'excellentes propriétés directionnelles et réduisent considérablement les interférences, mais leur niveau de sortie est nettement inférieur à celui des antennes d'émission classiques. Le préamplificateur W7IUV de Larry Molitor a été conçu pour ces applications et est devenu, au fil des ans, l'un des préamplificateurs basse fréquence les plus réputés pour la réception DX sur les bandes 160 m et 80 m.
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Pourquoi utilise-t-on des préamplificateurs en HF ?
De nombreux radioamateurs se demandent si un préamplificateur est vraiment nécessaire en ondes courtes. Les émetteurs-récepteurs modernes sont généralement suffisamment sensibles et leur propre bruit est généralement inférieur au bruit extérieur capté par l'antenne. Cependant, la situation est différente lorsqu'on utilise des antennes de réception à très faible gain ou de longues lignes électriques.
Dans ce cas précis, le préamplificateur ne crée pas de nouveaux signaux. Son rôle est d'amplifier le signal reçu avant les pertes dans la ligne coaxiale ou avant son entrée dans le récepteur. Parallèlement, il doit présenter un facteur de bruit suffisamment faible pour ne pas dégrader le rapport signal/bruit. Plus important encore que le facteur de bruit lui-même est sa capacité à traiter des signaux très forts à basses fréquences sans intermodulation. Le bruit atmosphérique, les interférences industrielles et les puissants émetteurs radio peuvent, à l'entrée du récepteur, saturer un préamplificateur de mauvaise qualité.
C’est pourquoi Larry W7IUV souligne dans la documentation originale que le paramètre le plus important d’un préamplificateur pour la bande des 160 m n’est pas le facteur de bruit, mais la valeur OIP3, c’est-à-dire l’interception de sortie du troisième ordre. Celle-ci détermine la résistance aux produits d’intermodulation qui apparaissent en présence de signaux hors bande importants.
Caractéristiques uniques du concept W7IUV
Le préamplificateur W7IUV est le fruit de nombreuses années de développement destinées aux communications DX sur la bande des 160 mètres. Son auteur a progressivement abandonné les solutions utilisant des transistors JFET, des amplificateurs MMIC et d'autres concepts courants, car elles n'offraient pas la plage dynamique souhaitée. Il a opté pour un transistor de puissance bipolaire 2N5109 fonctionnant en mode linéaire avec une contre-réaction importante.
La rétroaction est l'une des principales raisons de l'excellente linéarité du circuit. Le préamplificateur n'est pas conçu comme un amplificateur de laboratoire à très faible bruit. La priorité est son fonctionnement optimal dans un système d'antenne réel, sans formation de produits indésirables, tout en conservant une sensibilité suffisante.
Un autre avantage réside dans sa construction simple. La partie active se compose d'un seul transistor, de quelques résistances, de condensateurs et d'un transformateur sur un noyau toroïdal en ferrite. Malgré sa simplicité, ses performances en font encore aujourd'hui l'un des préamplificateurs les plus utilisés pour les antennes Beverage et similaires.
Paramètres techniques
| Transistor | 2N5109 (ou 2N3866 ou DCP68) |
| Alimentation électrique | 12,6 à 13,6 V |
| Profit | environ 18 à 21 dB |
| Plage de travail | environ 1 à 30 MHz |
| facteur de bruit | mieux que 4 dB, généralement autour de 2 dB |
| OIP3 | environ +42 dBm |
Mesures publiées par Karel OK2ZI Un gain d'environ 18 dB et une très bonne adaptation d'impédance ont été confirmés. En pratique, ces valeurs sont largement suffisantes pour la plupart des antennes de réception utilisées sur les bandes HF.
Schéma de câblage
Le circuit est basé sur un transistor 2N5109 en configuration émetteur commun. Le collecteur est relié à l'alimentation via un autotransformateur et constitue également le circuit de sortie. Les résistances R2 et R3 assurent la contre-réaction, ce qui améliore significativement la linéarité et l'impédance d'entrée. L'association des résistances de 4,7 Ω et 10 Ω au niveau de l'émetteur stabilise le point de fonctionnement du transistor.
Le transformateur T1 assure une transformation d'impédance de 1:4. Les versions originales utilisaient un noyau toroïdal FT50-43 à 10 spires bifilaires. Des modifications ultérieures, apportées par l'auteur, préconisent un noyau de type 75, offrant de meilleures propriétés d'intermodulation.
Le schéma publié par OK2ZI utilise un FT50-43 à dix spires bifilaires, ce qui correspond à la version originale du modèle. Cette version est encore utilisée aujourd'hui par les radioamateurs et offre d'excellents résultats, notamment avec les antennes Flag et Beverage.
Cartes de circuits imprimés de OK2ZI
Karel OK2ZI a contribué à la faisabilité du préamplificateur en concevant des circuits imprimés de conception professionnelle. Ceux-ci simplifient considérablement la construction et minimisent les risques d'erreurs de placement des composants.
J'ai réalisé le préamplificateur sur un circuit imprimé fourni par Karel OK2ZI. J'ai commencé par installer les résistances, les condensateurs et une diode de protection. Le plus difficile a été le bobinage du transformateur sur un noyau toroïdal. Un débutant pourrait rencontrer des difficultés avec le bobinage bifilaire au départ, mais un concepteur expérimenté peut le réaliser sans problème majeur.
J'ai installé en dernier lieu le relais et le transistor avec un dissipateur thermique. Le refroidissement est primordial. Le préamplificateur est souvent placé dans un boîtier extérieur près de l'antenne et, en été, il peut être exposé directement au soleil. Le transistor doit donc impérativement être équipé d'un dissipateur thermique adéquat.
La connexion a fonctionné du premier coup. Il m'a juste fallu vérifier la consommation de courant, puis la mesurer à l'aide d'un appareil. nanoVNA. Nameraný zisk v KV pásmach zodpovedal hodnotám publikovaným ďalšími autormi. Predzosilňovač som navyše doplnil o inductance de sortie selon la conception de Honza OK2ZAW pour supprimer le courant commun le long de la ligne coaxiale.
Je l'utilise actuellement avec une antenne de réception Flag et les résultats sont très bons, notamment sur les bandes 160 m et 80 m.
Mesures et expérience pratique
Karel OK2ZI a publié deux séries de mesures. Les résultats confirment une très faible perte d'insertion en mode bypass et un gain d'environ 18 dB en mode actif. Par ailleurs, de bonnes propriétés d'impédance et une bonne stabilité de la connexion ont été vérifiées.
Des résultats similaires ont également été publiés par Tobias DH1TW, qui a mesuré un gain d'environ 20 dB dans la gamme de 1 à 30 MHz avec une très bonne adaptation d'entrée à l'aide d'un analyseur VNWA.
Vidéos YouTube
Pour ceux qui s'intéressent aux mesures pratiques et à la construction, les vidéos suivantes pourraient vous intéresser :
La vidéo présente une mesure de gain effectuée à l'aide d'un nanoVNA, l'auteur faisant état d'un gain d'environ 21 dB.
La deuxième vidéo montre l'utilisation du préamplificateur W7IUV avec une antenne à boucle magnétique en mode réception.
Où acheter et à quel prix
Le préamplificateur d'origine n'est généralement vendu en kit que de façon exceptionnelle, cependant Cartes de circuits imprimés de OK2ZI Elles sont disponibles sur eBay depuis longtemps. Le prix du circuit imprimé seul est d'environ 4,70 $, plus les frais de port.
Ensemble complet comprenant transistor, relais et connecteurs. Le boîtier coûte généralement plusieurs dizaines d'euros, selon les composants utilisés. Le composant le plus problématique est le transistor 2N5109 d'origine, moins courant aujourd'hui qu'à l'époque de sa conception.
Conclusion
Le préamplificateur W7IUV est une conception éprouvée pour la réception DX en bande basse. Son principal atout réside non pas dans son facteur de bruit extrêmement faible, mais dans sa large plage dynamique et son excellente résistance à l'intermodulation. C'est précisément pourquoi il est devenu la référence pour les antennes. BoissonDrapeau, fanion ou K9AY.
Même plus de vingt ans après sa création, ce circuit reste très utile aux radioamateurs modernes. Grâce à un circuit imprimé de qualité d'OK2ZI et en suivant les instructions de montage, la plupart des concepteurs de niveau intermédiaire peuvent réaliser ce projet, qui permet d'améliorer significativement les performances de réception sur les bandes HF basses.