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La mémorisation de la courbe d'un filtre HF (2ème Partie et fin)

Voici la fin de l’article commencé dans le précédent numéro. A la dernière page, vous trouverez un glossaire qui vous permettra de vous remémorer rapidement une fonction.


Comment éliminer les harmoniques
Sur la sortie d'un étage oscillateur, et de tous les étages amplificateurs de puissance d'un émetteur, outre à la fréquence fondamentale, on trouve de nombreuses fréquences harmoniques qu'il est préférable d'atténuer car, une fois qu'elles rejoignent l'antenne, elles rayonnent une grande quantité de fréquences parasites.

En admettant que vous ayez réalisé un émetteur accordé sur 100 MHz, vous trouverez aussi des signaux HF sur 200, 300, 400 et 500 MHz (voir figure 24). Si vous parvenez à atténuer toutes ces harmoniques avant qu'elles ne rejoignent l'antenne, la fréquence fondamentale sera la seule à être rayonnée et les transistors débiteront la même puissance mais consommeront moins de courant.

Pour atténuer toutes ces harmoniques, il faut utiliser un filtre passe-bas composé d'une inductance et de deux condensateurs (voir figure 23). Avec ce filtre, vous parviendrez à atténuer toutes les harmoniques de 18 dB. Si vous en montez deux en série (voir figure 30), vous les atténuerez de 36 dB.

Pour connaître la fréquence sur laquelle vous devez calculer ce filtre passe-bas, multipliez la fréquence fondamentale par 1,5. Donc, si la fréquence de travail est de 100 MHz, vous devez calculer la fréquence de coupure sur :

100 x 1,5 = 150 MHz

Si la fréquence de travail est de 27 MHz, vous devez calculer la fréquence de coupure sur :

27 x 1,5 = 40,5 MHz

Si la fréquence de travail est de 145 MHz, vous devez calculer la fréquence de coupure sur :

145 x 1,5 = 217,5 MHz

Figure 23 : Si vous voulez éliminer toutes les fréquences harmoniques sur les sorties d'un émetteur, vous devez relier un filtre passe-bas entre la sortie et le câble coaxial d'antenne. Vous trouverez dans l'article les formules servant à calculer la valeur de L1 et des condensateurs C1.

Figure 24 : Pour visualiser les harmoniques générées par un émetteur, il est nécessaire de toujours démarrer avec une valeur de SPAN de 1 000.

Comment calculer le filtre passe-bas
Pour calculer un filtre passe-bas, vous pouvez utiliser ces formules :

L1 microhenry = 15,9 : MHz
C1 picofarad = 3 180 : MHz
Fréquence de coupure = 318 : √[L1 x (C1 + C1)]

En admettant que vous vouliez calculer un filtre passe-bas pour une fréquence de 100 MHz, commencez par calculer la fréquence de coupure :

100 x 1,5 = 150 MHz

calculez ensuite la valeur de l'impédance à utiliser :

15,9 : 150 = 0,1 microhenry

puis calculez la valeur des condensateurs :

3180 : 150 = 21,2 picofarads

Pour connaître la fréquence sur laquelle ce filtre commence à atténuer de 18 dB, vous pouvez effectuer cette opération :

318 : √[0,1 x (21,2 + 21,2)] = 154 MHz

Même en utilisant des condensateurs ayant une valeur standard de 22 pF, vous obtiendrez une fréquence de coupure de 151 MHz.

Comment contrôler les harmoniques avec l'analyseur
Puisque le calcul théorique ne correspond jamais à ce que l'on obtient en pratique en raison de la tolérance des composants et des capacités parasites du circuit, la solution la plus adéquate est toujours de contrôler l'amplitude des signaux HF à l'aide de l'analyseur de spectre.

Important : ne reliez jamais la sortie de l'émetteur à l'entrée de l'analyseur car vous détruiriez son étage d'entrée.

Comme nous l'avons déjà indiqué dans le tableau des caractéristiques techniques de l'analyseur, paru dans le numéro 2 de notre revue, celui-ci n'accepte que des puissances inférieures à 0,2 watt.

Pour faire vos mesures, il vous faudra monter une petite antenne sur la prise INPUT de l'analyseur (voir figure 31).

Par exemple, si l'on considère une fréquence de 100 MHz, pour voir toutes les harmoniques vous devrez effectuer les opérations suivantes.

Appuyez sur les touches F1 et 1 pour aller sur la ligne SPAN, tapez 1 000 et appuyez sur ENTER : "1 M" apparaîtra alors automatiquement sur la ligne RBW, c'est-à-dire 1 MHz, et sur la ligne SWP apparaîtra ".5 Sec.", c'est-à-dire 0,5 seconde. Une fois toutes ces opérations effectuées, vous verrez apparaître à l'écran la fréquence fondamentale ainsi que toutes les harmoniques générées (voir figure 24).

Si la fréquence fondamentale des 100 MHz devait dépasser le bord supérieur de l'écran, il faudra réduire la sensibilité.

Pour ce faire, appuyez sur les touches F1 et 7 de façon à aller sur la ligne 0 dBm, puis sur la touche "–" jusqu'à faire apparaître le chiffre 20 : ainsi, vous verrez que le tracé de la fréquence fondamentale s'affichera à nouveau entièrement à l'écran (voir figure 25).

A présent, vous devez réduire la valeur de SPAN en appuyant sur les touches F1 et 1, puis en tapant 400 et en appuyant sur ENTER.

La valeur du Sweep (SWP) changera automatiquement de .5 Sec. à 200 ms (200 millisecondes).

Puisque la fréquence du signal fondamental est de 100 MHz, vous devez appuyer sur les touches F1 et 0 de façon à vous positionner sur la ligne CENTER pour ensuite taper 200 et enfin appuyer sur ENTER.

Nous avons choisi une fréquence centrale de 200 MHz pour obtenir la fréquence fondamentale sur la gauche et la première harmonique à atténuer, au centre (voir figure 26).

Activez maintenant le Marker 1 en appuyant sur les touches F2 et 0, puis sur la touche ENTER et ensuite, à l'aide du bouton de l'encodeur, positionnez le petit triangle sur le sommet de la fréquence fondamentale.

Activez alors le Marker 2 en appuyant sur les touches F2 et 1, puis ENTER et à l'aide du bouton de l'encodeur, positionnez le petit triangle sur la première harmonique des 200 MHz (voir figure 27).

Comme vous le remarquerez, ces trois données apparaîtront à l'écran :

Marker 1 = 11 dB 100 000 kHz
Marker 2 = –4 dB 201 000 kHz
M Delta = –15 dB 101 000 kHz

La ligne M Delta nous indique que la distance entre le Marker 1 et le Marker 2 est égale à environ 101000 kHz, soit 101 MHz, et que l'amplitude de la fréquence fondamentale est de +11 dB tandis que celle de l'harmonique est d'environ –4 dB. Dans cet exemple, l'atténuation totale sera donc de –15 dB.

Nous vous signalons qu'avec une valeur de SPAN de 400 MHz, les valeurs des fréquences qui apparaissent sur les deux marqueurs sont très approximatives et qu'il ne faudra donc pas vous étonner si, au lieu de lire 100000, vous lisez 101.000 ou 99.000.

Pour obtenir une plus grande précision, vous devez réduire la valeur de SPAN de 400 à 200 MHz, puis choisir une fréquence centrale de 150 MHz pour pouvoir afficher aussi bien la fréquence fondamentale que la fréquence harmonique de 200 MHz (voir figure 28).

Chaque fois que vous modifierez la valeur de SPAN ou de la fréquence centrale, vous devrez toujours repositionner les deux curseurs des marqueurs sur les deux tracés.

Si vous reliez à présent sur la sor tie de cet émetteur un filtre passe-bas qui atténue de 18 dB, vous verrez apparaître ces données (voir figure 29) :

Marker 1 = 11 dB 100000 kHz
Marker 2 = –22 dB 200000 kHz
M Delta = –33 dB 100000 kHz

En voyant ces chiffres, on pourrait penser que l'analyseur a affiché des données erronées, alors que bien souvent c'est nous qui commettons des erreurs en remplaçant un chiffre positif par un chiffre négatif.

C'est, par exemple, le cas du thermomètre : si la colonne de mercure passe de +11 degrés à –5 degrés, la différence entre les deux extrêmes ne sera pas de 6 degrés mais de 16 degrés.

En comparant les données reportées sur la figure 28, où il apparaît sur le Marker 2 :

Marker 2 = –4 dB 200000 kHz

à celles de la figure 29, où il apparaît sur le Marker 2 :

Marker 2 = –22 dB 200000 kHz

soustrayons –4 dB à –22 dB, et obtenons ainsi –18 dB.

Figure 25 : Si vous remarquez que la fréquence fondamentale sort de l'écran, vous devez réduire la sensibilité de 0 à 20 dB.

Figure 26 : Pour mieux voir la fréquence fondamentale ainsi que ses harmoniques, il est préférable de réduire le CENTER (fréquence centrale) à environ 200000 kHz.

Figure 27 : En positionnant les curseurs des marqueurs sur les sommets des deux signaux, vous pouvez lire l'atténuation en dB entre les deux fréquences.

Figure 28 : Si vous voulez obtenir des mesures plus précises, vous pouvez régler le CENTER sur environ 150000 kHz.

Figure 29 : En reliant le filtre de la figure 23 sur la sortie de l'émetteur, vous verrez l'amplitude de toutes les harmoniques se réduire de 18 dB.

Figure 30 : Pour atténuer encore plus toutes les fréquences harmoniques, il suffit de relier en série deux filtres de 18 dB : de cette façon, on obtient une atténuation totale de 36 dB qui réduit de 18 dB supplémentaires la fréquence harmonique de 200 000 kHz de la figure 29.

Figure 31 : Pour visualiser le signal rayonné par un émetteur, ne le reliez jamais sur l'entrée de l'analyseur pour ne pas endommager son étage d'entrée. Pour capter ce signal, il suffit de monter une petite antenne sur l'entrée de l'analyseur.

Comment mémoriser les différents SETUP
Notre analyseur de spectre est capable de mémoriser en plus des 4 différentes courbes, plusieurs SETUP, de façon à pouvoir les rappeler au besoin.

En effet, il pourrait être utile de pouvoir afficher ce SETUP à l'écran (voir figure 32) :

SPAN         50.0
CENTER   150.000
RBW          100 K
SWP           200 ms
dBm            20

Remarque : quand vous allumerez l'analyseur, le SETUP mémorisé sur STORE 1 (placé à gauche) apparaîtra toujours à l'écran. Donc, pour faire apparaître un autre SETUP, vous devez rappeler les STORE 2, 3, 4, etc., placés sur la gauche, à condition, bien sûr, que vous les ayez précédemment mémorisés.

Pour ce faire, appuyez sur les touches en croix du CURSOR et positionnez-vous sur la ligne MEM, puis sur ENTER et vous verrez alors apparaître à l'écran le menu de la figure 11.

Toujours en utilisant les touches du CURSOR, allez sur la ligne STORE 1 placée sur la gauche et appuyez sur ENTER. Le mot "STORED" apparaîtra immédiatement car la mémorisation des données de ces paramètres est très rapide (voir figure 33).

Si vous voulez mémoriser un nouveau SETUP, retournez à l'aide des touches en croix du CURSOR sur la ligne MEM, puis appuyez sur ENTER. Toujours en utilisant ces touches, allez sur la ligne STORE 1, puis appuyez sur la touche "+" de façon à faire apparaître STORE 2 et enfin, appuyez sur ENTER.

Pour rappeler ces SETUP, il suffit de se positionner sur la ligne MEM, d'appuyer sur la touche ENTER, puis d'aller sur la ligne RECALL 1, placée à gauche de l'écran (voir figure 34) et, au lieu d'appuyer sur ENTER, appuyez sur la touche "+" de façon à faire apparaître RECALL 2, RECALL 3 ou RECALL 4 et enfin sur ENTER.

Figure 32 : Si vous voulez mémoriser des données de SETUP, pour ensuite les rappeler lorsque vous en aurez besoin, vous devez d'abord les entrer dans le menu.

Figure 33 : Une fois les données entrées, allez sur la ligne STORE 1, placée sous "SETUP", puis appuyez sur la touche ENTER.

Figure 34 : Pour rappeler ce SETUP, il suffit de positionner le curseur sur RECALL 1, placé à gauche, puis d'appuyer sur ENTER.

Conclusion
Vous ayant fourni dans les détails tous les éléments nécessaires pour mémoriser des courbes ou bien le SETUP, certains d'entre-vous penseront peut être encore, en lisant cet article, que l'utilisation de cet instrument est très complexe.

Nous pouvons toutefois vous assurer que lorsque vous aurez l'analyseur sur le plan de travail de votre atelier, il vous suffira d'effectuer ces opérations quelquefois seulement pour ne plus avoir besoin de lire les instructions !

En fait, l'auteur de cet article se retrouve dans les mêmes conditions qu'un instructeur d'auto-école qui devrait expliquer à un élève désireux d'obtenir le permis de conduire, comment effectuer les premières opérations pour que la voiture démarre sans pour autant être au volant de ladite voiture !

Mais, comme vous le savez par expérience, il suffit de passer à la pratique, c'est-à-dire de s'asseoir au volant pour que tout devienne extrêmement simple et intuitif.


Glossaire

CENTER (fréquence centrale) – Pour modifier la valeur de la fréquence, appuyez sur les touches F1 et 0, puis numérotez la valeur de la fréquence et appuyez sur ENTER.

CLEAR – Cette touche sert à effacer des chiffres numérotés par erreur.

CURSOR – En appuyant sur les 4 touches en croix présentes sur le clavier, vous pouvez déplacer le curseur sur les différentes lignes du menu.
Pour activer la fonction sélectionnée, il faut toujours appuyer sur la touche ENTER.

dB par carré – Pour modifier la sensibilité en vertical de 10 dB par carré à 5 dB par carré ou vice-versa, appuyez sur les touches F1 et 9, puis sur les touches avec les symboles "+" et "–".

dBm – Pour passer de la lecture dBm à dBμV ou vice-versa, appuyez sur les touches F1 et 8.

ENCODER – Le bouton de l'encodeur sert à positionner les deux curseurs des marqueurs et à modifier les valeurs de SPAN et du CENTER, une fois positionnés sur les lignes correspondantes.

ENTER – Cette touche sert à activer la fonction sélectionnée ou à confirmer la valeur de la fréquence sur la ligne >********.

FILTER VF – Cette touche active un filtre qui réduit le bruit sur le tracé apparaissant en bas, en horizontal. Ce filtre passe-bas peut être réglé sur 100, 10, 1 et 0,1 MHz.

LEVEL – Pour modifier la sensibilité indiquée par la colonne de gauche des dBm, appuyez sur les touches F1 et 7, puis sur "+" et "–".
Pour obtenir 5 dB par carré, appuyez sur les touches F1 et 9 et pour obtenir 2 dB par carré, tournez le bouton de l'encodeur.

Marker 1 – Pour activer la fonction du Marker 1, appuyez sur les touches F2 et 0, puis ENTER. Pour le désactiver, appuyez à nouveau sur ENTER.

Marker 2 – Pour activer la fonction du Marker 2, appuyez sur les touches F2 et 1, puis ENTER. Pour le désactiver, appuyez à nouveau sur ENTER.

M. Delta – Vous lirez sur cette ligne la différence en kHz entre le Marker 1 et le Marker 2 ainsi que la différence en dB ou en dBμV entre les deux points sur lesquels sont positionnés les deux marqueurs.

MEM – En positionnant le curseur sur cette ligne et en appuyant sur ENTER, on passe sur le menu de la figure 11 et cette fonction se transforme automatiquement en MAIN. En appuyant à nouveau sur ENTER, on retourne sur le menu de la figure 10.

MAIN – En positionnant le curseur sur cette ligne et en appuyant sur ENTER, on passe sur le menu de la figure 10 et cette fonction se transforme automatiquement en MEM.
En appuyant à nouveau sur ENTER, on retourne sur le menu de la figure 11.

MAXHOLD – Cette touche mémorise le niveau maximum du signal et le corrige automatiquement lorsque cette valeur est dépassée.

STORE (mémoriser) – Pour mémoriser une courbe, allez sur cette ligne et appuyez sur F2 et 2 (lire le texte).

PEAK scr – Pour positionner le signal avec l'amplitude la plus grande au centre de l'écran, appuyez sur les touches F1 et 4.

RBW – Pour changer la valeur de la ligne SPAN, appuyez sur les touches F1 et 2, puis sur "+" et "–".
Il est possible de sélectionner 1 MHz, 100 kHz ou 10 kHz.

RUN – Pour immobiliser les tracés sur l'écran, appuyez sur les touches F1 et 6.
Sensibilité – Pour modifier la sensibilité en vertical des dBm ou des dBμV, appuyez sur les touches F1 et 9, puis sur "+" et "–".

SPAN – Pour changer la valeur de la ligne SPAN, appuyez sur les touches F1 et 1, puis sur "+" et "–" ou tournez le bouton de l'encodeur, ou bien encore, tapez directement sur le clavier la valeur SPAN qui vous intéresse.

SWP – Pour changer la valeur de la ligne SWP, appuyez sur les touches F1 et 3, puis sur "+" et "–". Les temps de Sweep sont : 50, 100 et 200 millisecondes et 0,5, 1, 2 et 5 secondes.

Touches "+" et "–" – Ces deux touches servent à augmenter ou à réduire les valeurs qui apparaissent sur les lignes CENTER, SPAN, RBW et SWP.

Clavier numérique – Il ser t à entrer la valeur d'une fréquence sur la ligne >******** qui sera transféréesur la ligne CENTER seulement après avoir appuyé sur la touche ENTER.

Tracking – Pour activer le tracking, appuyez sur les touches F2 et 3. Pour le désactiver, appuyez sur les touches F2 et 4.


1ère partie.
2ème partie.
3ème partie.
Comment utiliser le TRACKING sur l'analyseur de spectre.
La mémorisation de la courbe d'un filtre HF (1ère partie).

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