Un ROSmètre à tores de ferrite de 1 à 170 MHz simple et économique

Le ROSmètre simple à lignes imprimées que nous vous avons proposé dans la revue numéro 6, page 26 et suivantes, a le défaut de son avantage : il est peu sensible aux fréquences se trouvant en dessous de 30 MHz mais, par contre, il peut effectuer des mesures jusqu’à 300 MHz. Pour mesurer les ondes stationnaires sur une gamme de fréquences comprise entre 1 et 170 MHz, il faut utiliser un ROSmètre à tores de ferrite.
C’est de cet appareil que nous vous proposons la description dans cet article.


De nombreux transceivers modernes couvrent des bandes basses (1,6 MHz) jusqu’aux VHF (50/144 MHz). Disposer d’un seul transceiver toutes bandes et devoir changer de ROSmètre lorsque l’on passe des bandes décamétriques aux bandes VHF est fort désagréable. Par ailleurs, les passionnés de CB étaient exclus du champ d’utilisation de notre précédente description. Pour ces deux raisons, entre autres, nous vous proposons la réalisation d’un ROSmètre simple, couvrant de 1 à 170 MHz avec une excellente précision.

Figure 1 : Photo du ROSmètre de 1 à 170 MHz, qui utilise trois tores de ferrite de type FT50.43.

Figure 2 : Le ROSmètre dans son boîtier, vu du côté des prises SO239.

Schéma électrique
Comme vous pouvez le voir sur la figure 3, le schéma électrique de ce ROSmètre est très simple. Sa réalisation pratique est un peu plus compliquée ! Nous sommes toutefois certains que si vous suivez attentivement cet article tout en regardant avec soin les figures, photos et dessins, vous ne rencontrerez aucune difficulté.
Le signal HF appliqué sur la self “Entrée” rejoint la self “Sortie” grâce à un morceau de fil de cuivre qui passe à l’intérieur du tore de ferrite T1.
Ce tore de ferrite T1 est réalisé par un double enroulement, obtenu en utilisant deux fils de cuivre, recouverts d’un isolant plastique, reliés en opposition de phase (figure 4).
L’extrémité “A” (début) est reliée aux résistances R1 et R2 ainsi qu’au condensateur C1 par l’intermédiaire du plot “A”.
L’extrémité “D” (fin) est reliée aux résistances R3 et R4 ainsi qu’au condensateur C2 par l’intermédiaire du plot “D” du circuit imprimé. La jonction “B+C” est assurée par l’intermédiaire du plot “B+C” du circuit imprimé.
Un morceau de fil d’un diamètre d’environ 1 mm sort des résistances R1 et R2 et passe à l’intérieur du tore de ferrite T2, tandis qu’un fil identique sort des résistances R3 et R4 et passe à l’intérieur du tore de ferrite T3. Ces fils assurent la liaison avec les diodes DS1 et DS2 mais participent également au maintien des tores sur le circuit imprimé.
Les diodes schottky DS1 et DS2 permettent de redresser le signal HF.
On prélève de la sortie des deux diodes la tension continue à appliquer, grâce à l’inverseur S1, sur le potentiomètre R5 qui permet de régler la sensibilité de l’instrument.
Comme instrument de mesure on peut utiliser n’importe quel multimètre, ou bien un galvanomètre pouvant afficher 100 à 250 µA à fond d’échelle.

Figure 3 : Schéma électrique du ROSmètre LX.1395. Pour bobiner le transformateur T1, suivez attentivement les instructions de la figure 4, et pour bobiner les transformateurs T2 et T3, suivez les instructions de la figure 5.

Réalisation pratique
Vous pouvez commencer le montage en insérant sur le circuit imprimé double face à trous métallisés LX.1395 toutes les résistances, les condensateurs céramiques, les deux petites selfs sur ferrite JAF1 et JAF2, ainsi que les diodes DS1 et DS2, en dirigeant la partie de leur corps entourée d’une bague noire vers JAF1 et JAF2 (voir figure 7).
Une fois cette opération effectuée, insérez dans le boîtier métallique les deux sorties des prises “Entrée” et “Sortie” (voir figure 8), en fixant chacune d’elles à l’aide de trois vis munies d’écrous, dont vous vous servirez également pour fixer le circuit imprimé à l’intérieur du boîtier.
Vous devez ensuite bobiner les transformateurs T1, T2 et T3 en utilisant des tores de ferrite de type FT50.43.
Nous vous conseillons de ne pas utiliser d’autres types de tores car le ROSmètre risquerait de ne pas fonctionner.
Pour réaliser le transformateur T1, prenez deux morceaux de fil de cuivre gainé plastique de couleurs différentes et bobinez 10 spires réparties sur le tore (figure 4).
Prenez ensuite un morceau de fil de cuivre nu de 1,5 mm de diamètre et d’une longueur de 45 mm, et faites-le passer à l’intérieur du tore de ferrite T1 (voir figure 10). Soudez-le alors sur les deux broches des prises “Entrée” et “Sortie”.
Comme nous l’avons déjà vu, l’extrémité “A” (début) du fil du premier enroulement bifilaire doit être soudée sur le plot de cuivre de droite où se trouvent les résistances R1 et R2 et le condensateur C1, tandis que l’extrémité B (fin) doit être soudée sur le plot de cuivre placé sous T1 (voir figure 10).
L’extrémité C (début) du second enroulement bifilaire doit être soudée sur le plot de cuivre auquel est déjà reliée l’extrémité B du premier enroulement, tandis que l’extrémité D (fin) doit être soudée sur le plot de cuivre sur lequel se trouvent les résistances R3 et R4, ainsi que le condensateur C2 (voir figure 10).
Poursuivez en prenant les deux autres tores de ferrite et en bobinant 20 spires.
Utilisez du fil émaillé ou bien du fil gainé de 0,3 ou 0,4 mm (voir figure 5).
L’extrémité (début) du transformateur T3 est soudée sur la prise “Sortie”, tandis que l’autre extrémité (fin) est soudée sur la piste de masse du circuit imprimé. L’extrémité (début) du transformateur T2 est soudée sur la prise “Entrée”, tandis que l’autre extrémité (fin) est soudée sur la piste de masse du circuit imprimé (voir figure 10).
Les deux fils devant être reliés à la masse sont plus longs car, il n’est pas exclu de devoir les inverser pendant l’essai, c’est-à-dire de relier à la masse le fil qui est à présent relié aux prises “Sortie” ou “Entrée”.
Une fois ceci terminé, prenez deux morceaux de fil de cuivre de 1 mm de diamètre, long d’environ 18 mm, et insérez-les à l’intérieur des tores de ferrite des transformateurs T2 et T3, comme vous pouvez le voir sur la figure 10.
Une extrémité de ces fils est soudée sur les pistes en cuivre des résistances R1 et R2 ainsi que sur celles de R3 et R4, et l’extrémité opposée sur les pistes en cuivre auxquelles sont reliées les diodes DS1 et DS2.
Après avoir fixé l’inverseur S1 sur la face avant, le potentiomètre R5 et les douilles de sortie pour le multimètre, reliez leurs broches à l’aide de petits morceaux de fils, comme il apparaît sur la figure 10.

Figure 4 : Le transformateur T1 s’obtient en enroulant 10 spires 2 fils, gainés plastique, en mains sur un tore de ferrite FT50.43.

Figure 5 : Les transformateurs T2 et T3 s’obtiennent en enroulant 20 spires sur un tore de ferrite FT50.43, en utilisant du fil émaillé ou gainé de plastique de 0,3 ou 0,4 mm.

Figure 6 : Avant de fixer le circuit imprimé à l’intérieur du boîtier métallique, vous devez d’abord monter tous les composants représentés sur le dessin. La bague entourant le corps de la diode DS1 doit être dirigée vers l’impédance JAF1 et celle de la diode DS2 vers l’impédance JAF2.

Figure 7 : Après avoir monté tous les composants sur le circuit imprimé comme sur la figure 6, vous pouvez l’insérer et le fixer à l’intérieur du boîtier métallique à l’aide des vis utilisées pour fixer les prises d’entrée et de sortie.

Figure 8 : Une fois les deux prises “Entrée” et “Sortie” insérées dans le boîtier, fixez-les à l’aide de trois vis et de trois écrous, puis placez le circuit imprimé dessus et fixez-le à son tour.

Figure 9a : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1, côté pistes.

Figure 9b : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1, côté composants.
Tous les plots, à l’exception du plot B+C, doivent être raccordés à l’autre face en soudant la patte du composant ou le fil des deux côtés.


Figure 10 : Schéma d’implantation du ROSmètre LX.1395.
Une fois le montage terminé, il est nécessaire de vérifier si les enroulements des deux transformateurs T2 et T3 sont en phase (voir texte).


Figure 11 : Avant d’insérer les deux douilles banane dans le boîtier métallique, vous devez retirer la rondelle isolante en plastique et la placer à l’intérieur afin d’assurer l’isolation et éviter un court-circuit avec le métal du boîtier.

Liste des composants du ROSmètre LX.1395
R1 = 100 Ω
R2 = 100 Ω
R3 = 100 Ω
R4 = 100 Ω
R5 = 47 kΩ pot. lin.
C1 = 8,2 pF céramique
C2 = 8,2 pF céramique
C3 = 10 nF céramique
C4 = 10 nF céramique
C5 = 10 nF céramique
C6 = 10 nF céramique
JAF1 = Self 10 µH
JAF2 = Self 10 µH
T1 = Tore de ferrite FT50.43
T2 = Tore de ferrite FT50.43
T3 = Tore de ferrite FT50.43
DS1 = Diode schottky 1N5711
DS2 = Diode schottky 1N5711
S1 = Inverseur


Essai du ROSmètre
Une fois le ROSmètre terminé, il peut arriver qu’en déplaçant l’inverseur S1 sur la position “ondes directes” et “ondes réfléchies”, l’aiguille de l’instrument reste immobile sur la valeur maximale ou sur la valeur minimale.
Si vous remarquez cette anomalie, vous devez inverser les deux fils des deux transformateurs T3 et T2, et pour cela vous devez procéder ainsi :
- Reliez la sortie d’un émetteur à la prise “Entrée” du ROSmètre et connectez, sur la prise “Sortie”, une résistance de charge non inductive de 52 ohms (charge fictive), ou bien le câble coaxial raccordé à l’antenne émettrice.
- Positionnez l’inverseur S1 sur la position “ondes directes”, puis tournez le potentiomètre R5 de façon à faire dévier l’aiguille du multimètre sur 1/4 d’échelle.
- Coupez l’émetteur, puis essayez d’inverser les deux fils du transformateur T3, c’est-à-dire reliez à la prise “Sortie” le fil qui était relié à la masse et reliez à la masse le fil qui était relié à la prise “Sortie”.
- Remettez l’émetteur en fonctionnement et, si vous remarquez que l’aiguille du multimètre dévie vers le fond d’échelle, laissez les deux fils ainsi.
- Si vous remarquez que l’aiguille du multimètre retourne sur 1/4 d’échelle, vous devez à nouveau inverser les deux fils.
- A présent, tournez le potentiomètre R5 jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre dévie à fond d’échelle (voir figure 12), puis positionnez l’inverseur S1 sur “ondes réfléchies”.
- Si l’aiguille du multimètre retourne à fond d’échelle, vous devez inverser les deux fils du transformateur T2, c’est-à-dire relier le fil qui allait à la masse à la prise “Entrée”, et vice-versa.
- Si au contraire l’aiguille du multimètre se positionne en début d’échelle (voir figure 13), les deux fils sont correctement reliés.
Le fonctionnement du ROSmètre est correct si, en plaçant l’inverseur S1 sur la position “ondes directes” et en tournant le potentiomètre R5, on parvient à faire dévier l’aiguille du multimètre à fond d’échelle et si, en plaçant l’inverseur S1 sur la position “ondes réfléchies”, l’aiguille de l’instrument se positionne pratiquement en début d’échelle.

Figure 12 : Pour mesurer la valeur du rapport des ondes stationnaires, commutez S1 sur “ondes directes”, puis tournez le potentiomètre R5 jusqu’à faire dévier l’aiguille à fond d’échelle.

Figure 13 : Sans toucher au potentiomètre R5, commutez l’inverseur S1 sur “ondes réfléchies”, puis lisez la position sur laquelle s’arrête l’aiguille du multimètre.

Figure 14 : Si vous avez utilisé un multimètre réglé sur l’échelle 100 µA, vous devez commencer par basculer l’inverseur S1 sur la position “ondes directes”, puis tourner le potentiomètre R5, de façon à placer l’aiguille de l’instrument de mesure à fond d’échelle.
Sans toucher au potentiomètre R5, basculez l’inverseur S1 sur “ondes réfléchies” et lisez la position sur laquelle s’arrête l’aiguille.
Sur le tableau 1, vous trouverez le rapport d’ondes stationnaires (ROS) ainsi que le rendement de l’antenne.


Figure 15 : Si vous avez utilisé un multimètre réglé sur l’échelle 250 µA, vous devez commencer par basculer l’inverseur S1 sur la position “ondes directes”, puis tourner le potentiomètre R5, de façon à placer l’aiguille de l’instrument de mesure à fond d’échelle.
Sans toucher au potentiomètre R5, basculez l’inverseur S1 sur “ondes réfléchies” et lisez la position sur laquelle s’arrête l’aiguille.
Sur le tableau 2, vous trouverez le rapport d’ondes stationnaires (ROS) ainsi que le rendement de l’antenne.


Utilisation du ROSmètre
Il faut, tout d’abord, relier un multimètre réglé sur le calibre 100 µA aux bornes de mesure du ROSmètre (voir photo en début d’article). Il faut ensuite relier le ROSmètre à l’émetteur d’une part et à l’antenne d’autre part, ou mieux à une charge fictive 52 Ω. Ceci fait, l’émetteur doit être placé en émission de porteuse (CW ou FM). Si la puissance et réglable, inutile d’envoyer “toute la gomme”. Quelques watts suffisent aux réglages.
Le ROSmètre est prêt à la mesure. Placez l’inverseur S1 sur la position “ondes directes” et tournez le potentiomètre R5, jusqu’à ce que l’aiguille de l’instrument de mesure se place à fond d’échelle (voir figure 12).
Déplacez alors l’inverseur S1 sur la position “ondes réfléchies” et vérifiez la position sur laquelle l’aiguille de l’instrument de mesure s’arrête (voir figure 13).
Pour calculer le rapport des ondes stationnaires, vous pouvez utiliser cette formule :

       µA ondes directes + µA ondes réfléchies
SWR* = ———————————————————————————————————————
µA ondes directes – µA ondes réfléchies

Exemple 1 : Vous avez commuté le multimètre sur 100 µA, positionné l’inverseur S1 sur “ondes directes” et tourné le potentiomètre R5 de façon à faire dévier l’aiguille de l’instrument de mesure à fond d’échelle. Vous avez ensuite déplacé l’inverseur S1 sur la position “ondes réfléchies” et l’aiguille s’est positionnée sur 20 µA. Pour calculer le rapport des ondes stationnaires, vous devez effectuer cette simple opération :
Rapport SWR = (100 + 20) : (100 – 20)

Voici le résultat que vous obtenez :
(100 + 20) : (100 – 20) = rapport 1,5

Exemple 2 : Vous avez commuté le multimètre sur 250 µA, positionné l’inverseur S1 sur “ondes directes” et tourné le potentiomètre R5 de façon à faire dévier l’aiguille de l’instrument de mesure à fond d’échelle. Vous avez ensuite déplacé l’inverseur S1 sur la position “ondes réfléchies” et l’aiguille s’est positionnée sur 15 µA. Pour calculer le rapport des ondes stationnaires, vous devez effectuer cette simple opération :
Rapport SWR = (250 + 15) : (250 – 15)

Voici le résultat que vous obtenez :
(250 + 15) : (250 – 15) = rapport 1,12

En utilisant les tableaux 1 et 2, vous pouvez connaître, non seulement le rapport des ondes stationnaires, mais également le rendement de l’antenne, en fonction des valeurs en microampères relevés sur le multimètre lorsque l’inverseur S1 est positionné sur “ondes réfléchies”.
Sur la figure 14, vous trouverez le rapport des ondes stationnaires que vous lirez sur un multimètre réglé sur une échelle de 100 µA.
Sur la figure 15, vous trouverez le rapport des ondes stationnaires que vous lirez sur un multimètre réglé sur une échelle de 250 µA.

* (SWR – Standing-Wave ratio – ou ROS – Rapport d’Ondes Stationnaires)


TABLEAU 1


TABLEAU 2

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