Filtre coupe bande FM (88 à 108MHz) : de la conception à la réalisation

Première publication le sam. 16 octobre 2021

Le week-end dernier, j'ai réalisé le bricolage (totalement à l'arrache je dois l'avouer) d'un petit filtre coupe-bande FM ... Le filtre est assez simple, c'est la méthodologie des différentes étapes suivies depuis la conception jusqu'à la réalisation en terminant par les simulations et les tests avec les appareils de mesures.

Création du filtre

La conception du filtre a été réalisé il y a quelques temps déjà en réalisant les étapes suivantes. Dans un premier temps, le site RF-tools.com m'a permis de définir la base du filtre : la réponse (passe-haut, passe-bas, coupe-bande, passe-bande), le type de filtre (Tchebyshev, Butterworth, Bessel, ...), l'ordre et d'autres paramètres du filtre.

Je cherche à filtrer la radio FM; il me faut donc un filtre coupe bande de type Tchebyshev de 3ème ordre. Vous noterez que plus l'ordre est grand, plus la pente sera raide. L'outil m'a permis également d'utiliser des composants normées, notamment pour les condenseurs que j'utiliserais. L'outil permet de bidouiller, tester différents filtres et faire un premier ajustement.

Une fois la base disponible depuis RF-tools, j'ai créé le montage sur LTSpice. Voici donc mon filtre coupe bande FM.

Schéma électronique filtre coupe bande FM

Simulation avec LTSpice

LTSpice est un logiciel de simulation de circuits électroniques analogiques. Il permet donc une fois le schéma disponible d'effectuer des simulations des montages réalisés avec le logiciel. Comme tout logiciels et notamment outil de simulation, il ne faut pas hésiter à tester / ajuster / analyser. J'avais certains condensateurs en stock des 100pF et 20pF que je voulais utiliser, j'ai donc fixé ces valeurs dans LTSpice.

Après une première simulation, je n'étais plus dans la bande de fréquence voulu pour la coupure. Il fallait donc ajuster les valeurs des bobines... Je suis rapidement arrivé au résultat suivant; on peut voir que le signal est coupé entre 80Mhz et 115Mhz.

Simulation du filtre avec LTSpice

La bande de fréquence est plus large que celle théorique du départ, cependant on reste centré sur la bande des 88 à 108MHz qui est la bande à couper et l'objectif initial fixé.

Méthode de réalisation des bobines

J'ai donc trouvé les bons paramétrages. Je me retrouve ainsi avec trois bobines à faire, deux de 30nH et une de 130nH... Je n'ai aucune bobine en stock et je souhaite de toute manière les faire maison. Je dois donc trouver la bonne configuration pour ces bobines. Je suis passé par deux méthodes, la première j'ai utilisé Mini Tore Calculator.

Bobine 30nH avec miniTore Calculator Bobine 130nH avec miniTore Calculator

J'ai ensuite utilisé un autre outil sur le site www.carnets-tsf.fr pour valider mes bobines en fonction du type de fil utilisable afin de trouver le bon format (diamètre des spires, du fil, largeur des spires).

Je dois donc créer 2 bobines de 30nH :

Bobine 30nH via Carnet TSF

et une bobine de 130nH suivant les spécificités suivantes :

Bobine 130nH via Carnet TSF

Fabrication du filtre ou plutôt bidouillage du filtre

Maintenant la partie fun de l'histoire : la fabrication du filtre ! La méthode est celle utilisé régulièrement par David F4HTQ et que je voulais tenter également. La méthode est simple : on utilise pour cela un scotch cuivré que l'on colle sur le carton, ensuite on "façonne" les pistes électroniques et on soude les composants dessus. Je me retrouve ainsi avec les 3 bobines réalisées, les 3 condensateurs céramiques, 2 connecteurs SMA femelles, le scotch cuivré et le bout de carton... Très simple, n'est-ce pas ? Attelons-nous à la tâche !

Filtre sur plaque en carton

Résultat et ajustements du filtre

Mon SNA a actuellement des problèmes et je ne peux pas faire de mesure. Je me suis donc rabattu sur mon nanoVNA pour effectuer les mesures finales. On connecte les deux côtés du filtre aux deux fiches S1 et S2 du VNA. Ensuite pour le mesure (après calibration bien entendu), on sélectionne l'affichage du S21 Gain en dB. On obtient alors ce graphique pour la gamme de fréquence 70 à 140MHz.

Sur la toute première mesure, le filtrage était centrée sur des fréquences plus basses (autour de 85Mhz). Il est possible d'ajuster cela, après léger écartement des spires, je me suis retrouvé avec le résultat suivant :

Mesure avec NanoVNA

Me voilà donc avec un filtre coupe bande maison très facile à réaliser et qui fonctionne !

Pour résumer, je trouve cela super funky de faire du prototype avec littéralement les moyens du bord puis de tester le résultat. Je recommande d'essayer ! La seule difficulté rencontrée était au niveau des connecteurs SMA. Cependant David m'a partagé une astuce lors d'un échange sur Twitter

Oui c'est problématique. Quand le montage doit vraiment perdurer au delà de quelques heures je soude les SMA sur un petit carré de PCB et je colle le carré sur le carton. On peut aussi utiliser du carton un peu plus épais "plein" plutôt que du carton à alvéoles.

Catégories: Bidouilles Tags: filtre

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