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3° Partie : Mise en oeuvre de la mesure de puissance.
Nous allons à présent passer à la mesure de puissance de notre émetteur BLU.
Dans la première partie de cet article, nous avons précisé des aspects de l'Arrêté Ministériel qui régit nos activités, et qui stipule que les recommandations de l'Union Internationale des Télécommunications sont d'application.
Ce qui revient à dire que la puissance PEP se mesure avec un wattmètre de crête ( PEP ), en modulant l'émetteur par une combinaison de deux tonalités basse fréquence ( two-tone test ) et en surveillant les niveaux d'intermodulation d'ordre 3 et 5 qui ne peuvent pas dépasser un certain niveau par rapport à la puissance de crête des raies qui correspondent aux deux tonalités BF.
Dans la deuxième partie, nous avons rappelé ce qu'est l'intermodulation ( IMD ) et expliqué pourquoi il faut la surveiller. Nous avons aussi abordé le sujet des tonalités BF servant à attaquer l'émetteur en lieu et place du microphone.
Matériel / appareils de mesure nécessaires pour effectuer la mesure :
1- Un générateur BF à deux tonalités.
Il doit pouvoir délivrer deux tonalités distinctes, à faible distorsion, à des fréquences telles qu'expliqué dans la deuxième partie, p.ex. 900 Hz et 1900 Hz.
On doit pouvoir enclencher séparément l'une ou l'autre tonalité pour effectuer une mesure intermédiaire à 1 ton.
Le niveau global des deux tonalités doit pouvoir être réglé pour atteindre le niveau d'attaque préconisé par la notice de l'émetteur ( niveau de sortie du micro qu'il remplace).
ll faut aussi pouvoir régler le niveau d'une tonalité par rapport à l'autre, nous verrons pourquoi dans la mise en oeuvre de la mesure.
La réalisation d'un tel générateur deux tons est décrite dans les ouvrages pour radioamateurs ( ARRL Handbook p.ex.). On en trouve aussi des exemples de réalisation sur l' Internet. Une telle réalisation a également été décrite sur le site du GDV.
2- Un analyseur de spectre capable de faire des mesures à la fréquence désirée ( HF / VHF ).
Cet appareil, peu courant et fort coûteux il y a de nombreuses années, s'est fortement démocratisé depuis et on en trouve d'excellents sur le marché de seconde main. Un des premiers appareils, destiné aux radioamateurs principalement, a été produit par Heathkit, il s'agissait du Spectrum Analyzer SB-620. C'est cet appareil que j'utilise personnellement toujours à l'heure actuelle. Ce n'est pas un appareil " professionnel " mais il permet de faire pas mal de mesures au niveau radioamateur ( en HF ).
3- Un wattmètre de crête ( PEP wattmeter ).
Un wattmètre PEP permet de mesurer instantanément la puissance en crête de modulation et d'afficher directement cette valeur. Il ne s'agit donc pas d'un wattmètre ordinaire qui réagit lui à la puissance " moyenne ". A ma connaissance, le premier wattmètre sérieux de ce type a été commercialisé vers 1970 par la célèbre société Bird Electronics. Cette société produisait déjà depuis de nombreuses années le légendaire Bird 43. Ces wattmètres PEP portaient la référence Bird 4313 ( version sur secteur ) et Bird 4311 ( version sur piles ). Il s'agit en réalité tout simplement d'un Bird 43 auquel un détecteur de tension + amplificateur à mémoire ont été ajoutés ( en bref ! ). Ces premiers wattmètres de crête étaient très coûteux, mais heureusement, Bird commercialise depuis plusieurs années déjà un kit permettant de transformer facilement un Bird 43 en wattmètre de crête ( voir site internet de cette société). Un gros avantage de cette solution, outre le fait qu'il ne faut pas acheter un nouvel appareil, est que tous les bouchons de mesure du Bird 43 restent utilisables pour des mesures de crête. Il a existé des bouchons spéciaux ne nécessitant pas de wattmètre adapté mais ils étaient hors de prix, surtout pour les radioamateurs; ils sont marqués de la mention " peak mode " et étaient destinés entre autres aux mesures en impulsions.
Il existe bien-sûr d'autres marques de wattmètres PEP, la marque Bird est citée sans publicité aucune.
Petit commentaire " en extra " pour les utilisateurs éventuels d'un wattmètre Bird, et ils sont nombreux.
Bird annonce une précision de mesure de 5% pour un Bird 43 et de 7 % pour un Bird 4313 ( en bon état de même que ses éléments de mesure appelés communément bouchons de mesure ).
Il faut comprendre cette mention de la façon suivante : la mesure lue + / - 5% de la valeur fond d'échelle correspondant au bouchon de mesure utilisé, et non-pas de la mesure réalisée. Donc si on utilise un bouchon de 1.000 W et qu'on lit 300 W, la puissance mesurée est garantie comme se trouvant entre 300 - 50 = 250 W et 300 + 50 = 350 W; ( 50 = 5% de 1000 ).
Il est donc normal, soit dit en passant, que deux bouchons de mesure du même calibre donnent des résultats un peu différents sur un même wattmètre pour une même mesure.
Ceci dit, la mesure de puissance ( surtout HF ), est une des plus délicates à effectuer, ce qui explique les 5 ou 7% annoncés par Bird et qui sont parmi les meilleurs sur le marché ( amateur surtout ).
Lors d'une mesure, il faut donc utiliser un bouchon dont le calibre se rapproche le plus de la valeur attendue. Ne pas utiliser p.ex. un bouchon de 1.000 W pour mesurer 50 W, et surtout pas l'inverse non-plus sous peine de griller ou à tout le moins risquer d'endommager le bouchon de mesure !
Maintenant, il faut remarquer une chose de plus. Comme tous les wattmètres de ce genre, l'échelle de mesure du galvanomètre est logarithmique; les indications sont beaucoup plus comprimées à droite ( fond d'échelle; FSD - full scale deviation ) qu'à gauche. Ce qui a pour effet qu'une lecture précise est moins aisée à droite, l'aiguille étant à peine plus mince qu'une demi-division de l'échelle. Mon avis tout personnel est qu'il vaut mieux utiliser un bouchon de mesure amenant l'aiguille aux environs des 2/3 de l'échelle. On combine alors une lecture assez aisée avec une bonne précision de mesure.
Il existe aussi des modèles de wattmètres à affichage digital qui contournent le problème d'incertitude éventuelle de lecture.
C'est à leur convertisseur de mesure Analogique / Digital à se débrouiller !
Dans tous les cas et/ou modèles d'appareil, cherchez ou demandez toujours la précision garantie. C'est l'arbitre du débat pour choisir un bon appareil.
4- Une charge résistive ( antenne fictive - dummy load ) avec sortie HF atténuée.
Une antenne fictive d'impédance et de puissance correspondant à celle de sortie de l'émetteur à mesurer ( quasi toujours 50 ohms ) est indispensable comme charge pour l'émetteur dont on veut mesurer la puissance. Ne jamais faire de telles mesures sur antenne réelle !
Une sortie atténuée est très utile pour obtenir un signal d'un niveau adapté au niveau d'entrée du spectrum analyzer. A défaut d'une telle sortie, il faudra construire un atténuateur branché en parallèle sur la charge résistive.
Une autre solution consiste à brancher à la sortie de l'émetteur une ligne de mesure comportant un " renifleur " ( snifer) qui prélève une partie du signal à destination de l'analyseur de spectre. De telles lignes de mesure existent comme accessoire chez Bird Electronics et d'autres firmes.
Comme déjà signalé auparavant, la marque Bird est citée sans publicité aucune, d'autres marques fournissent aussi le matériel voulu.
Mise en oeuvre de la mesure.
L'assemblage des appareils ou accessoires a lieu de la façon schématisée ci-après :
( des flèches indiquent la direction des signaux ).
- mesure 1.jpg (36.79 Kio) Consulté 44 fois
- vérifier que la tension d'alimentation de l'émetteur corresponde à celle préconisée par le fabricant et qu'elle peut délivrer le courant nécessaire en pointe de modulation ( ou en télégraphie, clé abaissée ).
- régler l'émetteur sur une fréquence choisie environ au milieu d'une bande ( 14.200 kHz p.ex. pour le 20 m ).
- si l'émetteur comporte des réglages ( driver, PA, ... ), effectuer ceux-ci comme prescrit par le fabricant.
- attaquer l'entrée microphone de l'émetteur par le générateur 2 tons réglé pour délivré 1 seule tonalité ( au choix, 900 Hz p.ex. ) à un niveau de sortie égal à celui préconisé par le fabricant comme niveau délivré par le micro ( 300 mV p.ex.).
- vérifier les réglages de l'émetteur et noter la puissance de sortie.
- couper l'émetteur.
- effectuer les mêmes manoeuvres avec le générateur 2 tons réglé pour donner 1 seule tonalité, mais en choisissant cette fois la seconde ( 1900 Hz p.ex.), ceci sans toucher aux réglages de l'émetteur.
- la puissance de sortie obtenue avec cette seconde tonalité doit être la même que celle obtenue avec la première; si ce n'est pas le cas, jouer sur le potentiomètre d'équilibrage des niveaux de sortie du générateur 2 tons pour atteindre ce but.
- couper l'émetteur.
Note: le wattmètre indique lors de ces deux mesures, une puissance comparable à celle obtenue en CW et comparable à celle qu'indiquerait un wattmètre normal ( non PEP ). Ne pas prolonger trop longtemps ces mesures pour ne pas dépasser la dissipation maximum permise par le PA !
- une fois le bon réglage d'équilibre trouvé pour les deux tonalités, régler le générateur 2 tons sur " deux tonalités simultanées " et enclencher l'émetteur.
- le wattmètre indique la puissance de crête délivrée à la charge.
- observer l'analyseur de spectre, les deux raies de plus grande amplitude correspondent aux deux tonalités du générateur 2 tons; les autres raies plus petites ( espérons-le du moins ! ), correspondent aux produits d'intermodulations comme décrit dans la deuxième partie de cet article.
-ici aussi: veiller à ne pas prolonger trop longtemps la mesure car l'émetteur travaille à haut niveau de sortie !
Notes :
- régler la sensibilité de l'analyseur de spectre et le cadrage de l'image pour pouvoir mesurer la différence de niveau en dB entre les raies correspondant aux deux tonalités de base et les produits d'intermodulation. Ces réglages diffèrent d'un appareil à l'autre; il est souvent intéressant d'utiliser le mode d'affichage " logarithmique " de l'analyseur au lieu du mode " linéaire ".
- le niveau des raies d'ordre 5 est habituellement ( normalement ) plus petit que celui des produits d'ordre 3.
Interprétation des mesures.
J'aurais voulu insérer une photo montrant l' écran de l'analyseur de spectre en cours de mesure, mais les moyens photographiques pour ce faire me font défaut.
Nous nous contenterons de ce que l'on appelle communément " une vue d'artiste " de ce que l'analyseur de spectre affichera.
- mesure 2.jpg (28.74 Kio) Consulté 44 fois
On distingue deux grandes raies verticales générées par les tonalités de 900 Hz et 1900 Hz et qui servent de repère
0 dB pour l'axe des Y donnant en dB l'atténuation des autres raies ( IMD parasite ).
Les raies d'ordre 3 sont ( dans cet exemple ) à environ -40 dB par rapport à la puissance PEP et les raies d'ordre 5 à un niveau de -50 dB.
En pratique, chaque appareil a son mode d'affichage propre, mais l'image obtenue se rapprochera très fort de notre vue d'artiste. L'étalement tant vertical qu' horizontal ( surtout ), dépendra des réglages de sensibilité de l'analyseur.
Si l'analyseur affiche des IMD catastrophiques ( -20 dB en ordre 3 p.ex, ou pire encore ), il faut revoir le point de fonctionnement, les tensions d'alimentation, les niveaux d'attaque, etc. des différents étages de l'émetteur ou amplificateur faisant l'objet des mesures.
Conclusions.
- Il a fallu un long exposé pour expliquer et justifier une mesure de puissance en BLU.
- Ce n'est pas une mesure simple à réaliser, du fait des appareils de mesure mis en jeu. C'est pourquoi, beaucoup la remplacent par des " vocalises " devant leur micro, mais ce n'est pas une mesure au sens strict et scientifique du terme !
- En résumé, on ne peut pas dire qu'on mesure la puissance d'un émetteur BLU ( ou d'un amplificateur ), mais plutôt :
. . . . " quelle est la puissance qu'il peut délivrer en ne dépassant pas des niveaux d'intermodulation convenus ".
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Cette troisième partie termine l'exposé de la mesure de puissance en BLU. Cet exposé ne se veut pas un cours de niveau universitaire ou une référence en la matière, mais simplement un résumé succinct qui, je l'espère, vous aura intéressé un tant soit peu.
ON5TM
