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Ligne de mesure coaxiale

 Ligne

Maj : 23/11/05

Introduction

Ce petit document est présenté sous forme de note et non d'une page classique car ce n'est pour le moment qu'un premier brouillon, uniquement destiné à exposer un concept qui sera ultérieurement développé dans une vraie page documentée (à suivre….)

Cette ligne de mesure est utilisée dans le projet du Tosmètre automatique

Un tos mètre est un morceau de ligne terminé par deux prises coaxiales. Le long de cette ligne, deux fils parallèles récupèrent un peu d'énergie par couplage électromagnétique.
Chacun de ces fils a une extrémité à la masse via une résistance, l'autre sur une diode de redressement et condensateur de filtrage. La tension aux bornes de ce condensateur représente la puissance reçue (après étalonnage). La puissance directe sera lue du côté de la prise de sortie, la puissance réfléchie du côté entrée. Les tos mètres commerciaux ont soit un galvanomètre double aiguilles, soit deux galvanomètres, soit un commutateur vers un seul galvanomètre.
Pe est la puissance émise directe, Pr est la puissance réfléchie (indésirable). Ce taux est le meilleur à 1, ce qui signifie qu'il n'y a aucune puissance réfléchie et monte quand l'adaptation est mauvaise.

Plusieurs modes de calculs sont utilisés, mais il vaut mieux éviter la plus simple :
TOS = (Pe + Pr) / (Pe - Pr)

Exemple : Puissance émise 30 watts, et puissance réfléchie 10 watts.
TOS = (30+10)/(30-10) = 40/20 = 2

Une meilleure définition du VSWR (voltage Standing Wave Ratio) utilise les racines (par simplification, WSWR est souvent noté simplement SWR) :

 

Dans l'exemple précedent, SWR = (5.5 + 3) / (5.5 - 3) = 3.73

Je préfère cette méthode qui donne un résultat augmentant plus rapidement que la précédente. Le programme permettra de choisir une quelconque formule.

Cet exemple est un mauvais résultat montrant une anomalie dans l'installation (antenne désaccordée, câble abîmé, prises mal montées…).
Ce montage montrera les irrégularités de la courbe et permettra d'identifier finement la cause du défaut en particulier si la longueur du coaxial résonne avec une charge mal adaptée. C'est un outil très précieux pour optimiser son installation.choisir la formule préférée.

La réalisation de la ligne coaxiale de mesure dépend de la bande visée.
En décamétrique (moins de 30 mHz), la ligne est rustique et facile à réaliser, nous en verrons quelques exemples (puissance d'une centaine de watts).
En VHF (144 à 146 mHz), un bout de circuit imprimé suffit (puissance de quelques dizaines de watts).
En UHF (430 à 146 440 mHz), il faudra prendre plus de précautions (puissance de quelques dizaines de watts).
En SHF (1.2 et 2.4 gHz), la construction est très délicate (puissance de quelques watts).
Au-delà (10 gHz) cela devient une affaire de spécialistes.
Il faudra donc plusieurs lignes suivant la bande voulue avec des diodes adaptées aux bandes et puissances.

Les plus chanceux ont dans leur tiroir un tos mètre avec ligne déportée, la réalisation est déjà toute faite. Pour les autres, il faudra bricoler. Je reviendrai ultérieurement sur la réalisation pratique.

Il faudra évidemment étalonner les lignes pour chaque bande, déterminer la puissance maximale tolérable (avant de griller la diode) et la sensibilité pour les tr-ès petites puissances, indispensables pour le réfléchi.
Un étalonnage sommaire est facile pour les puissances moyennes de quelques watts ou dizaines de watts, en comparant avec un tos-mètre commercial considéré comme bon. Il est plus difficile d'étalonner les très petites puissances, les appareils commerciaux simples ne sont pas prévus pour cela. Un choix d'atténuateurs rendra bien des services pour ces mesures à la limite.

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Réalisations

Une solution très simple fonctionnant bien en VHF et UHF consiste à utiliser un morceau de coaxial en enfonçant deux fils isolés de 2.5 cm (avec une aiguille à tricoter). Ces lignes fonctionnent très bien avec une résistance de 100 ohms à la masse et une diode Schottky UHF et condensateur de 1 nF à l'autre extrémité. Ce n'est pas un problème si les deux lignes sont différentes, une table d'étalonnage compensera les écarts. La plus sensible sera évidemment utilisée pour la mesure réfléchie.

La réalisation sur circuit imprimée marche parfaitement en décamétrique, est médiocre en VHF et amène trop de TOS en UHF .

Par facilité, la mesure du TOS d'une antenne se fait en bas, à la station, l'antenne étant au bout de quelques dizaines de mètres de câble. Il est évident que cette mesure est entachée d'erreur si le câble a une perte notable à la fréquence considérée. Un mauvais TOS en bas correspondra à un TOS catastrophique au pied de l'antenne. Il faut toujours prendre en compte ces pertes. Si le TOS est très faible (proche de 1) sur toute la bande, il sera du même ordre à l'antenne (mais avec moins de puissance). Si un Tos important est trouvé en bas avec divers pics (non, pas le microcontrôleur, la montagne…), il faudra refaire une mesure en rajoutant des longueurs de câbles coaxiaux variables. Les courbes seront toujours aussi catastrophiques mais très différentes. L'analyse de ces courbes permettra de caractériser finement les défauts de l'installation.

Pour une des réalisations, j'utilise une excellente ligne trouvée pour une dizaine d'Euros dans une brocante ham. Elle passe bien du décamétrique en 2.4 GHz. La photo montre une des diodes démontées. Le calage est évidemment très critique, il sera fait par comparaison avec un tosmètre de référence. Après un point de peinture, après blocage de la vis pointeau, sert de scellées pour s'assurer que l'ensemble n'a pas tourné. la ligne passe le 2.4 GHz.  Ligne
Voici une autre récupération provenant du démontage de racks des vieux relais de téléphonie analogique. Elle fonctionne en VHF et UHF .
 Ligne

Cette ligne de mesure est utilisée dans le projet du Tosmètre automatique

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Matériels commerciaux non automatiques

Il existe évidemment sur le marché de multiples et excellents matériels, simple ou doubles aiguilles. Voici un de ceux que j'utilise, il en est question en page :

Réalisation d'une antenne VHF de secours

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Liens

Incorrections simplificatrices

Il est évident qu'écrire "TOS " ou "WSWR " par exemple est incorrect, il faudrait toujours noter "T.O.S. " et "W.S.W.R. ". Je m'autorise cette faute pour simplifier l'écriture, mais toutes mes pages techniques sont truffées de ce genre d'anomalies et d'un yaourt mélangeant anglais et français, il est impossible de traduire beaucoup d'acronymes passés dans l'usage courant.

 

Interprétation de la mesure

Le ROS résulte d'une combinaison vectorielle des ondes incidentes et réfléchies, la phase est plus importante que l'amplitude.
Un bon ROS en un point ne signifie rien, il faut faire varier la longueur de la ligne sur une demi longueur d'onde pour être certain que le ROS reste constant et faible, alors et seulement alors, l'adaptation sera déclarée bonne.
Le luxe est de disposer d'une ligne "trombone à coulisse" pour faire une vérification rapide.
Un câble en court circuit ou coupé peut apparaître parfait si le câble tombe sur un multiple malencontreux de lambda/4.

 

Liens lignes de mesure

Une réalisation à circuit imprimé : qsl.net/n9zia/wireless/pwr-mtr-pics

Il est évidemment impossible de parler de ligne de mesure et de tosmètre sans parler de l'increvable référence, le Bird 43, il est ancien mais a fait ses preuves. Un de défauts de cette pièce de musée est le prix exorbitant de la collection de bouchons nécessaires.
Il existe des modèles bien mieux adaptés, cherchez "swr meter " et vous trouverez de très bons produits : Daiwa, Diamond, Kenwood...

Cette page n'est qu'un premier brouillon qui sera complété ultérieurement par de nombreux documents...
Si vous connaissez de bonnes descriptions de ces réalisations, merci de m'en informer pour que je les mette dans les liens.

à suivre...

* Liens vérifiés le 21/10/09

© Christian Couderc 1999-2019     Toute reproduction interdite sans mon autorisation


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