Découverte de
l'analyseur de réseau HP 8410
On trouve
aujourd'hui facilement sur le marché, à des prix relativement
modérés, des analyseurs vectoriels de réseaux type
HP 8410. Ils existent en trois versions successives, HP 8410A, HP 8410 B
et HP 8410C. Il s'agit du premier analyseur de réseau moderne, apparu
au début des années 1970 et qui a révolutionné
les mesures en hyperfréquences. Cet appareil permet de mesurer les
impédances complexes entre 110 MHz et 18 GHz. Il en fournit les modules
et arguments. C'est aujourd'hui l'instrument de choix pour l'amateur éclairé
qui souhaite mettre au point des antennes, des amplificateurs, des filtres,
dans la bande de fréquences comprise entre 110 MHz et 18 GHz. Avec
un tel outil, les adaptations d'impédances deviennent très
faciles !
Une configuration type
L'analyseur
de réseau HP 8410C et son écran de visualisation polaire
HP 8414A:
Il
existe par ailleurs une visu rectangulaire HP 8412A, présentant
l'amplitude et la phase en fonction de la fréquence, et une visu
équipée d'un galvanomètre HP 8413A, pour des mesures
précises à une fréquence fixe.
Le
convertisseur 110 MHz - 18 GHz, HP 8411 opt 18:
Le
pont de paramètres S, 0,5 GHz - 12,4 GHz.
Le
convertisseur HP 8411 se place dans une alvéole prévue
à cet effet. Les connexions vers le quadripôle à
mesurer se font en face avant du pont, sur des connecteurs de précision
APC-7. Ne pas oublier de se procurer le câble de liaison semi-rigide,
à connecter à l'arrière de l'appareil. Il est indispensable
au fonctionnement du pont:
Noter
au passage, entre les prises coaxiales, les 4 bornes qui permettent
d'appliquer des tensions de polarisation sur les connecteurs coaxiaux
de mesure situés en face avant: ceci est utile pour mesurer les
caractéristiques RF de composants actifs !
Le
wobulateur
L'ensemble
ci-dessus fonctionne parfaitement avec un simple générateur
RF. Cependant pour une étude de comportement des circuits en
fréquence, il est préférable de pouvoir effectuer
un balayage en fréquence. Pour ce faire, l'appareil de choix
est le wobulateur HP 8620C:
Le
banc complet:
Côté
prix, on trouve d'occasion des bases d'analyse de réseaux HP 8410C
complètes et en état de marche, avec leur visu polaire ou
rectangulaire, pour environ 200 euros. Il faut ajouter le même prix
pour un convertisseur 18 GHz HP 8411A. Avec de la chance, on trouve
pour moins cher de bonnes occasions aux enchères sur Ebay.
Attention, le convertisseur est fragile (il craint les surcharges RF et
l'électricité statique sur ses entrées) ! Il est
pratiquement irréparable. Attention également aux frais
de port.
On trouve des ponts de paramètre S, HP 8746B pour environ 500 euros.
Il existe d'autres ensembles moins performants et moins chers, comme le
HP 8743A, qui permet d'effectuer des mesures en transmission et en réflexion,
mais qui ne permet pas un accès aussi facile aux paramètres
S. Eviter les modèles anciens HP 8740 et HP 8742 qui sont limités
dans leur fonctionnalités, et finalement peu pratiques à
l'usage.
L'abaque de Smith
Il s'agit
tout simplement d'un graphique en forme de cercle sur lequel une impédance
complexe (partie résistive et partie réactive) est représentée
par un point. Le centre de ce graphique représente l'impédance
de travail recherchée, généralement 50 ohms. Le rapport
d'onde stationnaire (ROS) observé est directement fonction de la
distance au centre du cercle.
La forme
du graphique a été étudiée pour rendre très
simple l'étude des lignes. Plutôt qu'un long discours théorique
constellé d'équations mathématiques, il est proposé
de télécharger le logiciel smith.exe (voir plus bas). Quelques
manipulations avec ce logiciel vous rendrons le principe de l'abaque de
Smith lumineux!
Le jeu
habituel consiste à partir d'une impédance complexe quelconque,
à placer celle-ci dans le plan du graphique, puis par des combinaisons
d'éléments série ou parallèle, à atteindre
le centre du cercle. Ludique et très pédagogique !
Vous
serez ensuite capable, grâce à cet outil, de réaliser
une adaptation parfaite de n'importe quel dispositif.
Un exemple d'utilisation
Nous
allons tenter de transformer une résistance 1/4 W classique de
33 ohms, en une résistance pure de 50 ohms utilisable à
2,3 GHz !
Etalonnons tout d'abord notre système en effectuant un zéro
sur un petit morceau de câble coaxial semi-rigide court-circuité.
La manivelle "reference plane extension" est tournée
jusqu'à obtenir un petit dessin très localisé sur
l'écran. Les boutons "phase vernier" et "amplitude
vernier" sont réglés pour lire une impédance
nulle sur l'écran. Otons le court-circuit, puis soudons une résistance
de 33 ohms 1/4 W ordinaire au bout du câble semi-rigide,
Branchons
et examinons à l'analyseur le comportement de notre résistance
entre 2 et 3 GHz (surbrillance à 2,3 GHz):
Téléchargeons
le logiciel gratuit smith.exe (voir plus bas) et reportons le résultat
de notre mesure à 2,3 GHz (surbrillance) sur l'abaque (point 1).
Jouons avec la boîte à outils du logiciel pour trouver une
combinaison qui permette une adaptation à 50 ohms. Nous avons ici
de la chance: une simple capacité série de 1,3 pF nous amène
au point 2, avec une adaptation presque parfaite !
Essayons
de mettre en oeuvre cette solution. A défaut de condensateur de
1,3 pF dans la réserve, torsadons deux brins de fil émaillé,
coupés court et disposons les en série avec notre résistance:
En ajustant
la torsade avec une pince plate, nous parvenons à une adaptation
presque parfaite à 2300 MHz (surbrillance):
Lorsqu'on
a moins de chance, l'ajout d'une ligne, d'un condensateur ou d'une inductance,
en série ou en parallèle, permet toujours d'obtenir une
solution.
Quelques liens intéressants
Très
utile et convivial, le logiciel smith.exe V1.91 réalisé
par une école d'ingénieurs de Berne:
http://www.isbe.ch/~wwwel/projekte/cae/smith_v191.zip
(fichier zippé, 350 ko)
Une
description de la famille d'analyseurs de réseaux HP 8410 et de
ses accessoires, écrite par un professeur finlandais, Mark Kahrs:
http://www.caip.rutgers.edu/~kahrs/testeq/NA.html
et
par Brooke Clarke, N6GCE, un radioamateur américain:
http://www.pacificsites.com/~brooke/MWTE.shtml
Pour
acheter on peut se risquer dans les achats aux enchères:
Ebay:
http://listings.ebay.com/aw/listings/list/all/category4676/index.html
SSS
on line fournit des informations intéressantes sur l'abaque de
Smith et les paramètres S:
abaque
de Smith:
http://www.sss-mag.com/smith.html
Paramètres S:
http://www.sss-mag.com/spara.html
Chez
Agilent, la célèbre note d'application HP 95-1:
http://www.tm.agilent.com/data/static/downloads/eng/Notes/interactive/an-95-1/an-95-1.zip
(1 Mo zippé)
et "imatch", un outil de simulation pédagogique:
http://www.tm.agilent.com/data/static/eng/tmo/Notes/interactive/an-95-1/classes/imatch.html
Conclusion
L'analyse de réseaux
a la réputation de faire appel à des matériels
très coûteux et d'être complexe à mettre en
oeuvre: bref d'être hors de portée de l'amateur !
L'arrivée
sur le marché de l'occasion d'équipements, certes anciens,
mais très performants et relativement peu coûteux, ouvre
de nouveaux champs à l'expérimentation et au développement
des connaissances personnelles.
Bonne
chance dans vos recherches et excellentes réalisations en hyper
!
