Watt mètre, ROS mètre HF (Arduino)

Cette réalisation est basée sur un projet trouvé sur le Blog de G0MGX. Elle fait appel à un ATMega328P programmé sous Arduino.

C'est un afficheur LCD rétroéclairé de 4 lignes qui va indiquer la puissance directe et réfléchie en dBm et le ROS. Il n'y a pas de bargraphe, ce rôle étant dévolu à un petit galvanomètre qui servira essentiellement lors du réglage d'une boite de couplage, la valeur précise étant indiquée sur l'afficheur. De plus une sortie est allouée à une alarme visuelle et sonore quand le ROS dépasse une valeur fixée à l'avance.

     Un coupleur directionnel 2 voies (celui décrit par ailleurs sur ce site) fournit deux tensions HF représentatives du courant direct et réfléchi dans la ligne alimentant l'antenne. Contrairement à un montage classique qui redresse ces tensions avec une diode, on fait appel à un détecteur logarithmique (AD8307) qui va fournir une tension continue proportionnelle à la puissance détectée à l'entrée. Il est alors ensuite facile de traiter ces valeurs pour calculer et afficher les puissances et le ROS.
     Au lieu d'effectuer directement le traitement de ces données dans le µ-contrôleur, on fait appel à des échantillonneurs bloqueurs (LF398N) qui vont éviter un décalage d'acquisition et de calcul. On va donc acquérir un certain nombre d'échantillons, les moyenner et ensuite faire le calcul et l'affichage. Grâce à un inverseur, on peut choisir de modifier le délai d'échantillonnage.
     Une référence externe (LM336-2.5) de 2,5 Volts permet d'exploiter toute la gamme de tension de sortie des AD8307 qui est précisément de 2,5 Volts maximum.

Tête de mesure :

Courbe donnant la tension de sortie en fonction de la puissance d'entrée
(Extrait de la fiche de caractéristiques de l'AD8307)

SCHÉMA et CIRCUIT IMPRIMÉ

(Côté cuivre sur double face)

A l'entrée nous trouvons un atténuateur en Pi de 20 dBm. Avec cette atténuation plus l'atténuation de 30 dBm du coupleur décrit par ailleurs sur ce site, l'ensemble permet de couvrir une puissance d'émission d'un peu plus de 100 Watts.
La résistance de 64,9 ohms tient compte de la résistance d'entrée de 1,1 kohms de l'AD8307. L'alimentation 5 volts est fortement filtrée et les condensateurs de 1,5 nF sont des traversées de cloison capacitives. Les valeurs des résistances sont les plus approchantes dans la série 1% des CMS 1206.
Pour éviter toute interférence, les têtes sont enfermées dans un blindage constitué de morceaux d'époxy double face soudés entre eux.

Watt-ROS mètre :

SCHÉMA

Remarque : La sortie 10 est destinée à brancher un buzzer piézo dont la fréquence de résonance est propre à chaque modèle. C'est à cette fréquence que le son émis est le plus fort. Il conviendra, avec un générateur basse fréquence sortant un signal carré de 5 volts, de déterminer la fréquence où le son est maximum. C'est cette valeur qu'il faudra modifier au début du sketch (ici 2800 Hz).

CIRCUIT IMPRIMÉ
(Côté composants, cuivre en transparence)

(Ne pas oublier les quatre straps soudés côté cuivre)

Calibration :

     Idéalement il faudra disposer d'un émetteur capable de faire varier la puissance de sortie d'une façon continue de 10 à 100 W. Certains transceiveurs ne permettant qu'une seule réduction de puissance, on se contentera alors de faire la calibration sur deux points seulement.
     Il sera également nécessaire d'avoir un wattmètre HF précis et une charge résistive de 50 Ohms capable d'absorber la puissance maximum au moins pendant quelques secondes.
     Dans un premier temps on branchera l'ensemble TX + wattmètre sur l'entrée du coupleur, la charge sur la sortie et les deux ports DIR et REF sur les entrées correspondantes. Après avoir mis sous tension le ROS mètre tout en appuyant sur le bouton CAL, on accède à la mesure du signal HF sur les deux ports libellés DIR et REF. On notera les valeurs correspondantes aux différentes puissances de l'émetteur, ces valeurs seront à reporter plus tard sur la feuille EXCEL (calibration.xls).
     On va ensuite faire de même mais en inversant le branchement TX et charge résistive. Cette fois on notera les valeurs sur la ligne REF.
     Après avoir chargé la feuille EXCEL, on reportera les valeurs trouvées précédemment et on notera les coefficients de l'équation qui apparaît sur la courbe.

Le fichier d'origine a été modifié pour le simplifier, étant donné que les vingt mesures à effectuer sur la bande médiane des 14 MHz représentent grosso modo la moyenne des mesures sur toute la gamme allant de 1,8 à 28 MHz. C'est donc ce fichier que nous présentons ici mais il est toujours possible de télécharger l'original sur le Blog de l'auteur. Dans ce cas il y aura lieu de faire 180 mesures au lieu de 20 !

calibration.xls :

PROGRAMMATION

Voici le fichier modifié avec ajout d'un écran d'accueil et d'une sortie alarme ROS élevé.
Pour le fonctionnement du programme, il n'y a pas de librairies à télécharger.

power_meter.ino :

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