Coupleur directionnel double

 


 

     Construit sur le même principe que le coupleur-atténuateur, par ailleurs décrit sur ce site, il présente deux sorties atténuées de 30 dB avec une directivité d'environ 30 dB dans un domaine allant de 1 MHz à 50 MHz.
     C'est également le complément idéal d'un milliwattmètre à deux entrées géré par PIC dont on trouve des descriptions sur le Net et dans des revues spécialisées. Ces appareils sont en fait des voltmètres dont l'étage d'entrée est composé d'un amplificateur logarithmique AD8307 de ANALOG DEVICES. Celui-ci converti un signal allant de -75 à +17 dBm en tension de 0 à 2,5 volts (25 mV/dB), de façon linéaire (+/- 1 dB) avec une très large bande passante (0 - 500 MHz).
     Avec ce type d'appareil, on va pouvoir mesurer d'une façon très précise, les puissances directes et réfléchies et d'en déduire le ROS.
 

     PRINCIPE

 

    Un coupleur se compose d'une ligne reliant entrée et sortie avec un dispositif prélevant sans contact sur cette ligne une partie du signal avec un facteur d'atténuation connu.
     Ce facteur d'atténuation est fonction du nombre de spires et égal à la racine carrée de la valeur choisie. Comme nous désirons un facteur de 1:1000, le nombre de spires sera de 32 sur un tore FT50-61. Le primaire est constitué d'un morceau de coaxial RG58 (à la masse d'un seul côté) traversant le tore et constituant 1 spire.
     Avec un tel facteur d'atténuation de 30 dB, 100 W soit 50 dB à l'entrée donneront aux bornes de la bobine chargée sur 50 ohms : 50 dB - 30 dB = 20 dB soit 100 mW. Si le milliwattmètre utilisé comporte des AD8307, il ne faudra pas dépasser 17 dB (50 mW) sur celui-ci, soit 50 W sur le coupleur. Pour mesurer des puissances supérieures, jusqu'à 250 W, on pourra se servir d'atténuateurs calibrés fixes ou variables, dont il faudra tenir compte de la valeur dans la mesure finale.
     L'autre facteur essentiel est la directivité. Voici les valeurs relevées dans les différentes bandes décamétriques :
     1,8 MHz : -35 dBm
     3,5 MHz : -34 dBm
     7,0 MHz : -33 dBm
      14 MHz : -32 dBm
      21 MHz : -31 dBm
      29 MHz : -30 dBm
      50 MHz : -25 dBm
 

 Mesure des caractéristiques d'un coupleur Tandem Match à bobines sur tores :

     C'est un coupleur parfaitement symétrique. Si on inverse les ports TX et ANT, il y aura inversion des ports DIR et REF avec conservation des caractéristiques nominales.

     Facteur de couplage : Pour déterminer théoriquement ce facteur, on prend comme nombre de spires la racine carrée du facteur d'atténuation désiré. Un facteur de -30 dBm, soit 1:1000 conduit à bobiner 32 spires (racine carrée de 1000).
     Pour le mesurer, on va utiliser le montage suivant :


     Sur ce schéma ne figure pas l'atténuateur permettant de fournir au montage une puissance de 1 mW.
     Le milliwattmètre va nous indiquer directement la valeur du couplage, ici de -30 dBm. La précision de toutes ces mesures va dépendre des appareils utilisés et également du respect des impédances qui doivent être égales sur les quatre ports.

     Perte d'insertion : Une fraction de la puissance d'entrée est perdue dans la charge située sur le port "DIR". Plus le facteur de couplage est élevé, moins il y a de perte. Pour -30 dBm elle négligeable (théoriquement de 0,0043 dBm).

     Directivité : C'est le paramètre le plus important car il va conditionner la mesure sur la sortie REF qui sert à déterminer par exemple l'adaptation d'impédance d'une antenne. On utilise ce montage qui diffère du précédent par l'inversion des ports DIR et REF.
     En théorie nous ne devrions pas avoir de retour puisque l'impédance de 50 ohms est respectée. En pratique on va mesurer une valeur qui va permettre de connaître cette directivité. Pour la déterminer, il suffit de retrancher de la valeur mesurée, le couplage.
     Si nous lisons -50 dBm sur le wattmètre (valeur de l'isolation) cela voudra dire que la directivité est de -50 + 30 = -20 dBm. Plus ce chiffre sera élevé, meilleur sera le coupleur et donc son aptitude à mesurer de très faible valeur de ROS. En pratique un bon coupleur aura une directivité supérieure à -30 dBm
     Si nous retirons la charge de 50 ohms sur le port "OUT", nous allons lire -30 dBm puisque tout revient sur le port "REF".

REMARQUE : Pour faciliter la mesure de la directivité on pourra placer le milliwattmètre sur la sortie DIR et la charge sur la sortie REF comme dans la mesure du couplage et régler l'atténuateur (ou la puissance de l'émetteur) de façon à lire 0 dBm (environ 1 Watt pour un facteur de couplage de 30 dBm).
En inversant de nouveau ces deux sorties, on lira directement la valeur de la directivité

 

 

RÉALISATION

     Elle se résume à de la mécanique et un travail de petite tôlerie laiton. Pour l'éviter, il existe dans le commerce des boîtiers aluminium ou tôle qui feront parfaitement l'affaire.
     Les tores sont enfilés sur un morceau de coaxial RG58 dont la gaine n'est soudée qu'à une seule des extrémités. Une cloison verticale faisant office de blindage, contribue à la séparation des entrées et des sorties.
 

UTILISATION

     Il est impératif de charger les prises signal (BNC) par 50 ohms. Dans le cas d'un analyseur de spectre ou d'un milliwattmètre, l'impédance d'entrée est en général de 50 ohms mais dans le cas d'un oscilloscope il faudra veiller à faire cette adaptation par exemple avec une charge coaxiale BNC mâle / BNC femelle disponible dans le commerce ou bien encore à un atténuateur calibré dont il faudra tenir compte de la valeur si on procède à des mesures.

     Avec cette tête de mesure, un milliwattmètre à 2 voies se transformera en un ROSmètre très sensible puisqu'il s'affranchira du seuil des diodes utilisées dans les appareils classiques.


TEST

     Avec le miniVNA nous avons confirmé la mesure du couplage.

     La pratique rejoint la théorie et l'atténuation mesurée va de 30,1 à 30,3 dB sur la totalité des bandes décamétriques amateur. Cette courbe (en bleu) est pratiquement plate jusqu'à une centaine de MHz où elle remonte. On voit donc que ce type de montage n'est pas approprié pour les VHF où il faudrait utiliser des lignes de couplage à la place des bobines, bien que leur réalisation soit beaucoup plus délicate.

 

 RETOUR ACCUEIL