Ampificateur RF 2.4Ghz

[JP]

Hello,

J'ai un signal RF de 2.4Ghz que je souhaiterais amplifier pour augmenter sa portée.
Je mesure sa puissance à 7dbm max. Il me semble que normativement, je peux monter jusqu'à 20dBm max
Je me suis acheté un amplificateur LNA sur amazon +15db mais je viens de me rendre compte qu'il n’acceptait que 0dbm max en entrée.

J'ai ajouté un atténuateur pour être inférieur à 0dbm à l'entrée du LNA:
7dbm - 10dbm (Atténuateur) + 15 db (LNA) = 12dbm

mais je ne vois pas de différence de portée. J'ai même l'impression qu'on c'est moins bon.

Avez-vous des conseils à me donner ? (Je suis novice en RF)
La prochaine étape, si je n'arrive à rien en augmentant la puissance, est d'essayer une antenne Yagi pour avoir plus de puissance dans la direction qui m’intéresse.

Merci
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[Vincent PETIT]

Bonjour,
Tu as peut être aussi un problème d'adaptation d'impédance, elle cause une réflexion donc une perte de puissance.

Il y a des experts en RF ici (pro et radioamateur) ils t'expliqueront plus en détails ce que je viens d'écrire. Il y aura certainement des choses à mesurer et peut-être des appareils à acheter pour résoudre ton problème.

[titijoy3]

Bonjour,

peut être tenir compte de la législation, il peut y avoir des limitations de puissance pour les applications en radiofréquence

"La puissance maximale autorisée (à l'intérieur et à l'extérieur des bâtiments) ou PIRE (puissance isotrope rayonnée équivalente) est de 100 mW en France dans la bande des 2,4 GHz3.

Cohabitation avec d'autres équipements
Le spectre hertzien de 2 400 à 2 450 MHz (canaux 1 à 8) est partagé avec les radioamateurs, ce qui peut éventuellement perturber l'exploitation du Wi-Fi, ces derniers disposant d'un droit d'usage de ces fréquences à des puissances plus élevées, de l'ordre de quelques dizaines de watts (120 watts au maximum) 4. Les canaux 1, 5, 9 et 13 sont utilisés par les transmetteurs et les Webcams analogiques et depuis peu numériques. La fréquence 2,45 GHz est celle des fours à micro-ondes 5 pouvant perturber, plus ou moins, les canaux Wi-Fi 7 à 10.

Cohabitation avec le ministère de la Défense en France
Jusqu'en 2007 la bande 2 400 à 2 446,50 MHz était partagée avec le ministère de la Défense. Les forces armées utilisaient cette bande pour les radars de la défense anti-aérienne et pour les radars de poursuite des rampes des missiles Crotale. Le ministère a libéré totalement la bande ISM (Industrie, Scientifique et Médical) des 2,4 GHz depuis 2011.

Bande 5 GHz
Utilisation des fréquences
Les fréquences utilisables dans cette bande sont définies par l’IEEE dans les normes IEEE 802.11n et IEEE 802.11ac. Elles occupent 2 larges sous-bandes allant respectivement de 5,150 à 5,350 GHz et de 5,470 à 5,850 GHz6. Certaines de ces fréquences peuvent, dans certains pays, être en conflit avec d’autres usages, notamment militaires ou avec des radars météo. L’IEEE préconise une sélection dynamique des canaux par le hotspot, plutôt que l’affectation statique habituellement utilisée dans la bande des 2,4 GHz."

https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_...%202%2C4%20GHz.

[Vincent PETIT]

"[I]La puissance maximale autorisée (à l'intérieur et à l'extérieur des bâtiments) ou PIRE (puissance isotrope rayonnée équivalente) est de 100 mW en France dans la bande des 2,4 GHz3.

Il peut donc monter à +20dBm (100mW) à l'aide d'amplificateur mais l'antenne ne pourra pas être directive sinon le PIRE va être dépasser. Avec une Yagi (~+5dBi) il faudra baisser d'autant l'amplification du LNA.

[A voir en vidéo sur Futura]

[JP]

Tu as peut être aussi un problème d'adaptation d'impédance, elle cause une réflexion donc une perte de puissance.

Sur la carte que j'utilise, il y a :
- un filtre 2.4Ghz (avec une impédance de sortie de 50 Ohms)
- une adaptation d'impédance pour l'antenne
- l'ancienne antenne

J'ai dessoudé les composants de l'adaptation d'impédance de l'ancienne antenne et je l'ai remplacé par un connecteur SMA avec un cable 50 ohms.
Donc filtre 50 ohms, câble 50 ohms, antenne SMA 50 ohms. On doit pas être trop mauvais même si ca peut toujours être optimisé.

Et au VNA, j'ai bien 50 ohms à 2.4Ghz (câble + connecteur + antenne et sans ampli, j'ai la même portée qu'avec l'antenne d'origine)

J'ai aussi testé l'ampli au VNA et j'ai environ +15db et 50ohms aussi.

peut être tenir compte de la législation

J'en tiens compte, c'est pour ca que je disais "je peux monter jusqu'à 20dBm max "

[JP]

Il peut donc monter à +20dBm (100mW) à l'aide d'amplificateur mais l'antenne ne pourra pas être directive sinon le PIRE va être dépasser. Avec une Yagi (~+5dBi) il faudra baisser d'autant l'amplification du LNA.

J'attends la Yagi que j'ai commandé pour tester son gain mais oui l'idée est de rester sous les 20dBm au total.
Même si elle va être dirigée vers mon jardin où il n'y a personne on va rester dans les clous

[Gwinver]

Bonjour.

Le WIFI est un système bidirectionnel, une partie du temps en émission, une partie en réception.
Un amplificateur type LNA est-lui directionnel, s'il améliore l'émission, il empêche la réception.

Il faut aussi relativiser la mesure de puissance émise.
La mesure de la puissance émise est délicate:
d'une part l'émission n'est pas continue, la mesure donne une moyenne par principe inférieure à la puissance maximale émise.
De plus, connecter un appareil de mesure empêche la réception, il n'y a donc pas de trafic, la mesure ne représente plus que les signaux utilitaires.

En supposant une mesure sans perturber la réception, le signal ne sera émis à pleine puissance que s'il y a un besoin de transmettre des données à capacité maximale du wifi.

Le mieux est sans doute de se référer à la data sheet du module.

Enfin, un LNA (Low Noise Amplifier) n'est pas approprié pour une amplification de puissance, il faut préférer un amplificateur à usage général.
Le WIFI étant un signal à large bande, il faut choisir un amplificateur avec de la marge, faute de quoi, les produits d'intermodulation vont dégrader la qualité du signal.

[JP]

Le WIFI est un système bidirectionnel

Ce n'est pas du WIFI et un unidirectionnel

Enfin, un LNA (Low Noise Amplifier) n'est pas approprié pour une amplification de puissance, il faut préférer un amplificateur à usage général.

Aurais-tu une référence a préconiser que je pourrais trouver facilement ? Amazon, Farnell, Digikey, RS etc ...

[Gwinver]

Oups, autant pour moi, mauvais réflexe : 2.4 GHz = WIFI

De quel type de signal s'agit-il?
En général, les amplificateurs indiquent la puissance à 1 dB de compression, mais, il est possible que certains fournisseurs annoncent la puissance à saturation.

Un signal bande étroite, type audio AM pourrait se contenter d'un ampli avec une puissance à 1 dB comprise entre 3 et 6 dB au-delà du niveau requis.
Un signal bande large pourrait nécessiter un recul supérieur à 10 dB, voire plus s'il est très large et avec des modulations complexes.

[JP]

De quel type de signal s'agit-il?

Il s'agit d'une transmission audio numérique (protocole Kleer) qui a été ensuite racheté par Microchip.
Je n'ai pas le détail du type de modulation ni du protocole. Je sais juste que c'est de la transmission numérique, que ça saute de fréquence de temps en temps (entre 2400 à 2470Mhz) et que j'ai deux lobes sur l'analyseur de spectre (modulation FSK ?)

[Gwinver]

Bonsoir.

D'après ce doc :
https://ww1.microchip.com/downloads/..._BlueTooth.pdf

Ce serait donc du saut de fréquence :


Avec un protocole pour choisir l'une des 16 bandes libres entre les canaux WLAN, ce qui implique de passer en mode réception. Il faut donc à priori aussi une négociation avec les récepteurs pour les informer de la bande choisie.
Il est indiqué ailleurs qu'il est possible d'avoir jusqu'à 4 liaisons, ce qui implique aussi un dialogue d'échange avec les récepteurs.

Ici :
https://www.eejournal.com/article/20091222-kleer/

Il est confirmé qu c'est du saut de fréquence

Because the KLR3012 uses the same 2.4-GHz band as Wi-Fi, cordless phones, and almost everything else, Kleer had to make it play nicely with other devices. This it does, by sensing chatter on the relevant frequencies and adjusting its band usage accordingly. The concept is akin to Wi-Fi’s separate data channels, which Kleer is careful to avoid. This frequency-hopping is all transparent to the user, and even to developers, so there’s no black magic required to make it coexist with other 2.4-GHz wireless devices. It just works.

Et qu'il y a un canal retour :

This Goes Both Ways

There’s a sideband data channel to Kleer Steam as well. In addition to broadcasting audio to your wireless headphones, speakers, et al., it also supports command streams back to the audio source. In other words, your remote control can use the same wireless network. This is handy if you want to equip said wireless headphones with a tuning knob, pause/rewind buttons, a keypad, or other gizmo.

Au final, c'est bidirectionnel. Le saut de fréquence est assez robuste aux défauts de linéarité d'un amplificateur.

Il apparaît donc que le mieux est d'améliorer le gain d'antenne, dans la limite de la PIRE tolérée dans cette bande de fréquence (voir le post de Vincent Petit).
Que dit la notice sur la puissance émise?

[JP]

This is handy if you want to equip said wireless headphones with a tuning knob, pause/rewind buttons, a keypad, or other gizmo.

Ce n'est pas mon cas.

Au final, c'est bidirectionnel.

Le protocole le permet mais dans mon cas c'est unidirectionnel.

Avec le LNA ça fonctionne sauf que la portée est limitée.

Il apparaît donc que le mieux est d'améliorer le gain d'antenne, dans la limite de la PIRE tolérée dans cette bande de fréquence (voir le post de Vincent Petit).

Je vais essayer avec une Yagi mais, comme je le disais plus haut, je mesure 7dbm max avant l'antenne. Il reste donc encore de la marge jusqu'au 20dbm max.

[Gwinver]

Plus d'info sur la techno:

https://ww1.microchip.com/downloads/...c/jp567242.pdf

Pour ce circuit : KLR3012, la puissance émise est de 1,5 dBm.

Les fonctions de télécommande ne sont que l'une des raisons du besoin de la réception, il y a aussi la recherche de canaux libres et l'appariement avec les récepteurs: acceptation (4 maximum) et rejet des autres.

Un article pour en savoir plus sur cette techno:
https://www.researchgate.net/publica...aging_and_WLAN

La modulation est MSK : Minimum Shift Keying, de la modulation de fréquence à deux états et continuité de phase au saut de fréquence, donc un indice de modulation de 0.5. Le débit vaut 2.37 Mb/s, l'écart ente les deux fréquences et donc ~ 1.2 MHz. La bande passante vaut 3 MHz (à 20 dB).
Ici aussi, la puissance annoncée est de 1.5 dBm.


Et le rapport de test FCC (agence de certification radio aux US) pour un module complet NR-207 de voiture (pas seulement la puce).
https://fcc.report/FCC-ID/UJHNR207UHD/1876562.pdf
En section 3.3 la puissance émise vaut 2.7 dBm en mode 1 (canal le plus bas), 2.0 en mode 2 (canal central) et 1.1 dBm en mode 3 (canal le plus haut en fréquence).
La bande mesurée à 6 dB vaut ~ 1.9 MHz (compatible avec une bande de 3 MHz à 20 dB).

Curieusement, la mesure donne 7 dBm.
Pour arriver à 20 dBm, il faudrait une antenne d'un gain de 13 dB, ceci est possible, mais signifie une certaine directivité, il faudra donc vérifier la compatibilité de la directivité avec le but recherché.

[JP]

Curieusement, la mesure donne 7 dBm.

.
C'est du crête que je vous ai donné. Peut-être que les tests en labo sont fait en quasi-peak ou en moyen ?

il y a aussi la recherche de canaux libres et l'appariement avec les récepteurs

Comme dit, ca fonctionne. L'appairage est fait une fois lors de la mise en service et ensuite on a plus besoin de le faire. Et par défaut, il doit prendre un canal et ce n'est pas bloquant.

Je devrais recevoir la Yagi la semaine prochaine. On verra ce que ça donne. Elle est donnée à 10dbi (dbi aliexpress)

[f6bes]

10 dbi c'est en rayonnement isotropique ...donc ta yagi fait 7 dm.......sur le papier. En gros tu multiplies ta puissance par 4 ( 6 db )
Les dbi ça fait bien pour faire de la pub !
A+

[Gwinver]

Bonjour.

Apparemment, le 1er lien de mon post #13 ne fonctionne pas.
Je pense qu'il s'agit de ce document sur le CI KLR3012, indiquant que la puissance émise vaut 1.5 dBm et qui donne aussi le synoptique du CI.

https://ww1.microchip.com/downloads/...c/jp567242.pdf

[micka_ch]

Bonjour,

Je suis d'avis que le LNA n'est pas optimale pour amplifier des signaux de l'ordre du dBm. Dans ce sens là (TX) on utilise plutôt un PA (Power Amplifier). Si je devais le faire j'éssayerait avec un RF Front End intégré. Peut-être ceci: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc2595.pdf

Au sinon j'irais chercher chez MiniCircuit : https://www.minicircuits.com/WebStor...&interface=Die

[JP]

Bonjour,

Peut-être ceci: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc2595.pdf

Merci pour l'info, je vais regarder si j'arrive à me procurer le kit d'évaluation.

[Gwinver]

Bonjour.

Peut-être un peu juste.
Cet ampli est donné pour 20.7 dBm avec un rendement de puissance ajoutée de 40%, donc déjà avec de la compression de gain.
La courbe de la figure 2 indique une compression de l'ordre de 3 dB pour 20 dBm en sortie.
La courbe 4 indique un gain petit signal de l'ordre de 24 dB.
Le P1dB vaut 17 dBm.
Un signal MSK ne devrait pas être trop altéré, mais il y aurait production d'harmoniques dans les bandes non ISM, la bande ISM 5 GHz n'est pas l'harmonique du 2.4 GHz.
Il vaudrait mieux s'orienter vers un composant capable de délivrer environ 30 dBm à 1 dB de compression pour délivrer 18 dBm linéaire.

[micka_ch]

Effectivement je n'ai pas regarder si le composant en question était adapté aux besoins mais Gwinver l'a fait pour toi. On sent l'expérience et la maitrise de la RF. C'était plus pour orienter vers un type de solution que je trouve "simple" à mettre en oeuvre plutôt qu'un dimensionnement. Si tu veux regarder dans les RF Front End intégré tu peux aller voir chez Skyworks, Qorvo, TI. Sinon une recherche Google avec "2.45GHz RF Front End" marche aussi très bien.

[f6bes]

Chez Mr Ali on trouve aussi "amplidier 2.4 ghz 20,30,40 dbm"
Le lien ne passe pas.
A+

[JP]

Chez Mr Ali on trouve aussi "amplidier 2.4 ghz 20,30,40 dbm"

Oui, je me suis commandé un Szm2166. Les autres avaient pas mal de commentaires négatifs.

[f6bes]

Ben tu seras à l'aise !Une charge 50 ohms pourrait suffire comme antenne !
Bonne bidouille