Milliwattmètre SHF 0.1 à 18 GHz.   - 40 dBm à + 20 dBm


De nombreux  milliwattmètres  on déja été décrits , sur ce site , et sur d'autres . La particularité de celui ci est sa large plage de fréquence qui est tout simplement dûe à la tête de détection .Celle ci à été achetée sur " ebay " pour un prix modique .Ce detecteur affiche une variation de moins de 0.5dB sur toute sa plage de fonctionnement (  0.1 à 18 GHz ) Ces variations sont d'ailleurs , comme sur la plus part de ces detecteurs, poinçonnées sur le corps du detecteur. Il s'agira donc d'un milliwattmètre à détecteur , et non pas d'un bolomètre .Le risque en achetant un détecteur par la dite " voie ", est de se retrouver avec un spécimen défectueux .............L'appareil décrit ci dessous à également le mérite d'être trés simple , mais je me dois de mettre d'éventuels intéressés en garde , car la mise au point n'est pas évidente . je parlerai plus loin des problêmes que l'on rencontre et la façon de les aborder afin de les maîtriser.Cett appareil à déja été construit en plusieurs exemplaires il y à quelques années ,mais j'hésitais à en parler, au vu de la mise au point délicate .
Il fonctionne à la station avec un detecteur " home made " équipé d'une diode BAT 15 03W. Aprés avoir déniché un détecteur large bande  en bon état de marque "Wavetek "( Pacific Mesurement ) , j'ai décidé de reconstruire un tel appareil . Sur le web on trouve peu d'articles sur ce genre d'appareil . Une réalisation identique à cependant été trouvée à l'adresse suivante : http://f5lgj.chez-alice.fr/DBmeter.html
Le schéma est assez ancien car le montage avait été décrit par DJ4GC dans " UKW  Berichte " 4 - 1987 .La plage dynamique totale peut couvrir 70 dB  (  - 50 à + 20 dBm ) Je rajoute de suite qu'entre - 40 et - 50 la précision laisse à désirer .Pour cette raison je me suis limité cette fois- ci à 60 dB de dynamique (  - 40 à + 20 ) Une précision de mesure de 0.3 dB peut être atteinte si on limite la plage dynamique à 40 dB , c'est à dire de - 40 à 0 dBm. En couvrant de - 40 à + 20 , la précision  atteint le " dB " ce qui est honnête pour des mesures " amateurs " Pour parler du schéma , l'étage d'entrée est un  amplificateur  de type " OP177 " retenu pour sa faible dérive en température et sa grande précision .L'auteur de l'article avait utilisé des " OP07 " dans les trois premiers étages , mais aprés de nombreux essais j'ai mis un OP177 ( à ne pas mettre sur un support , mais à souder impérativement ) en étage d'entrée et tous les autres étages avec des OP07. La linéarité en est nettement améliorée. Ce premier étage est donc un convertisseur " tension - courant " Vient ensuite un étage double ( 2 ci + 2 transistors ) qui est le " logarithmeur ". En sortie de ce dernier on trouve un étage " offset " et ensuite l'étage de sortie I5 qui à une fonction spéciale dont je parlerai sous " mise au point "
Ci dessous le schéma .


A l'entrée on aperçoit un inverseur qui permet d'utiliser des détecteurs à sortie positive ou négative .Pour ma part je l'ai supprimé car il est source d'ennuis pour la mesure de trés faibles niveaux . Il faut donc entrer sur " PT3 " avec une sonde à sortie négative .Le potentiomètre " P1 " est un modèle " 10 tours " Il sert à faire le " zéro "  en l'absence de signal sur le détecteur qui doit être branché pour cette opération . Ce potentiomètre demande une attention particulière car la moindre tension de défaut à ce niveau rendra la mise au point impossible .Ce potentiomètre pourrait avantageusement être placé dans le boitier blindé abritant le montage .Cependant , si pour des raisons pratiques, on choisit de ne pas l'inclure dans le boitier , il sera impératif d'utiliser 3 fils blindés pour rejoindre le montage .  Le montage est réalisé sur une platine FR4 simple face de 116 x 50 mm, enfermée dans un boitier métallique blindé et ne demande pas de commentaire particulier.Toutes les liaisons sont réalisées au travers de condensateurs de découplage dits " by pas " de 1000 pf. ( entrée , sorties ,alim et potard )
Parlons à présent de la mise au point qui se relève quelque peu " critique " ............Brancher un "DVM " en sortie car pendant la mise au point il arrive souvent que la polarité en sortie s'inverse, principalement sur des signaux faibles .
En utilisant un OP177 dans le premier étage , il suffit provisoirement de mettre " P1 et P2 " à mi course pour démarrer . Le potentiomètre " P1" n'influence pas la mesure pour des signaux audessus de - 20 dBm et ne sera à retoucher que pour la mise au point " signaux faibles ". Ensuite, avec un signal de 0 dBm ( 1 mW ) sur le detecteur, jouer sur  " P3 et P4  " afin d'obtenir une variation identique pour 1 dB de variation de signal ( par ex , la variation doit être la même  entre - 2 dBm et - 3 dBm qu'entre  - 10 et - 11dBm .Au besoin retoucher P2. En principe, on y arrive aprés plusieurs tentatives , Se prendre le temps , se prendre beaucoup de temps................Lorsqu'on diminue progressivement le niveau du signal à l'entrée, il arrive que l'on soit obligé de retoucher  le potentiomètre " P1 " ,  à ce moment on en profite pour éventuellement inverser les 2 fils de ce potard, de façon à ce que l'aiguille du galva se déplace dans le même sens que le potard , faute de quoi on risque de ne plus savoir dans quel sens tourner pour faire le " zéro "  Arrivé à un stade ou la variation entre , par ex 0 dBm et - 10 dBm est la même qu'entre -10 et -20 dBm, le plus " gros " est fait .J'oubliais, pour ce faire il faut disposer d'un atténuateur réglable par pas de10 dB , ou mieux , par pas de 1 dB .Ensuite il faut bien entendu , régler " P6 " pour faire correspondre approximativement l'affichage du galva . Le potentiomètre " P5 " sert uniquement à adapter la linéarité dans la plage  au dessus de 0 dBm. Sa réaction est trés lente, à tel point que l'on peut penser qu'il n'y à aucun effet. En fait le réglage de ce potentiomètre déplace simplement le point ou la diode bascule entre linéarité tension et linéarité puissance . ( voir croquis ci dessous  ) En principe, lorsque la linéarité est bonne entre 0 et - 40 dBm, il suffit de retoucher uniquement " P5 " afin de rendre linéaire les variations au dessus de 0 dBm.Le tout peut prendre beaucoup de temps car sur les niveaux trés faibles, on constatera également des variations dûes à des dérives thermiques .Cette procédure " de base " peut sembler bizzarre, mais c'est la façon dont j'ai procédé pour en venir à bout ............
Note sur la liaison " detecteur - milliwattmètre "
Cette liaison doit bien entendu être réalisée avec du câble blindé de bonne qualité . Le diamètre de ce câble est important car dans certains cas il apparait la réaction suivante : lorsque l'on bouge le câble de liaison , celui ci est l'objet de courants " induits " qui perturbent la mesure essentiellement sur les niveaux faibles. Pour ma part j'ai constaté que cette réaction était plus faible en utilisant du câble blindé de faible diamètre ( 2 mm env. )  Avec un coax RG58 c'était catastrophique .................
Donc , pendant la mesure de signaux trés faibles , ne pas " gesticuler " avec le câble de liaison .



Ci dessous un tableau ou j'ai regroupé les tensions relevées sur le montage en état de foctionnement .Celui ci aidera sans aucun doute , à en venir à bout avec la mise au point . Les tensions relevées ne donnent qu'une indication car elles varierons en fonction du galva et du detecteur utilisé.




On s'aperçoit que l' OP177 " est nettement meilleur .

La réalisation peut se faire avec affichage digital comme l'à fait  F5LGJ dans sa description .Cela permet également de pouvoir lire des variations de 0.1 dB et l'appareil sera moins encombrant qu'avec un galvanomètre.Les deux transistors sont accouplés thermiquement. A cet endroit on pourrait mettre avantageusement un LM394 afin d'améliorer la dérive themique. Si l'on n'arrive pas à faire la mise au point pour des niveaux élevés ( +10 à + 20 ), il peut être necessaire de rajouter une quatrieme diode dans le dernier étage.

Cii dessous la réalisation en cours .
Le galvanomètre est un type " zéro à droite "et à donc necessité un inverseur  de signal pour la mesure.






Ci dessous des mesures effectuées en se limitant à 40 dB de dynamique .
( relevée dB par dB ) On observe qu'il reste encore " un Volt " à exploiter pour descendre à env - 50 dBm.


Ci dessous les premiers résultats jusqu'à 1000MHz
Cetableau ne tient pas compte des corrections poinçonnées sur la sonde   (  0.5 dB ) .

Pour réaliser ces mesures j'utilise un simple thermomètre digital de chez Conrad branché sur la sortie " DC Out "
( ref  11 54 52 59    ) via un diviseur de tension .
Ce thermomètre est doté de 2 ajustables 10 tours permettant de calibrer l'appareil  ( seuil bas à - 40 , et seuil haut à 20 )
Cet accessoire n'est pas incorporé au milliwattmètre car il sert également sur d'autres appareils .



Platine format LYT

Platine format JPG

Implantation des composants .



Le condensateur chimique de 22 µF qui se trouve sur la ligne " + 12 V " est à déplacer légèrement car il gêne le réglage de " P2 "

Utilisation
Ce milliwattmètre pourra rendre bien des services, non seulement pour mesurer des niveaux, mais aussi pour des travaux de vobulation , en se servant de la sortie " Pt 7 " qui dans ce cas pourrait être reliée à l'entrée " Y " d'un oscilloscope .
 Son prix de revient est simplement représenté par le prix du detecteur.
En recherchant sur ebay on peut en trouver pour 30 à 60 Euros , ceux de la marque citée plus haut  semblent être beaucoup moins chers par rapport à d'autres marques réputées . Pour faire des mesures de puissances trés faibles ( - 30 dBm par ex ) il faut naturellement faire le " zéro "  de l'appareil avant d'injecter le signal à mesurer.
Bonne chance aux OMs qui en tenterons la réalisation .

Notes sur les detecteurs
Tous les detecteurs n'ont pas la même sensibilité . Ainsi, il est seuleument possible de mesurer des niveaux  faibles avec des diodes " Schottky - low barrier, ou germagnium . Certains detecteurs descendent encore plus bas en sensibilté, mais souvent au détriment des niveaux élevés comme par ex le" hp 8481 D " qui permet des mesures entre - 70 et - 20 dBm . Le" Hp 8481A" couvre de - 30 à + 20 dBm, alors que le type " hp 8481 B couvre de 0 à +44 dBm , Il existe bien entendu d'autres marques de detecteurs pouvant être utilisés, l'important étant de trouver un spécimen ayant trés peu de variation de tension de sortie en fonction de la fréquence .Pour le detecteurs " sérieux " cette variation est de l'ordre de 0.1 à 0.6 dB .Trés important: en règle générale,un tel detecteur ne supporte AUCUNE tension continue à l'entrée .
Il faut donc être prudent pour pratiquer des mesures . Prendre l'habitude de ranger ces detecteurs aprés usage , car on risque également de " claquer " ces detecteurs à diodes par contact entre la masse du detecteur et un fil sous tension " traînant " sur la table de travail , donc toujours prudence !!!!!!!!!   Prudence également lorsque l'on travaille sur des équipements qui ne seraient pas , ou mal , reliés à une bonne prise de terre car dans ces cas on à souvent des tensions " de défaut " présentes sur les masses et celles ci pourraient , dans certaines conditions, également être fatales pour un detecteur à diode .Pour les personnes intéressées par cette réalisation qui ne voudraient pas dépenser une certaine somme pour le detecteur, il reste toujours la solution du detecteur " home made " Pour ma part j'ai longtemps utilisé un detecteur " maison " doté d'une " BAT15 03W  " qui donne satisfation jusqu'à environ 3 - 4 GHz, avec des tolérances moins bonnes dûes au manque d'adaptation en impédances de ces detecteurs "maison " .

Voici d'autres detecteurs pouvant être utilisés .
A noter , le modèle " hp 33330 " est excellent pour cet usage et couvre de 10 MHz  à 18 GHz
avec peu d'ondulation dans sa bande passante  .



Une amélioration serait possible en intercalant un " chopper " entre le detecteur et le montage .
De cette façon il serait possible d'exploiter de 10 à 15 dB supplémentaires dans la plage
des niveaux les plus faibles et descendre ainsi à - 55 dBm ou plus selon le detecteur utilisé.
Plusieurs circuits intéressants sont disponibles actuellement , dont LTC 1043 pour les
detecteurs à 2 diodes , ou TLC2652 pour les detecteurs à une seule diode .
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Remarque importante , si à l'usage vous n'arrivez pas à faire le " zéro " , cela est dû à des problêmes de masses
ou à de courants "telluriques" circulant dans les liaisons de masse .Ce phénomène apparait surtout lorsqu'on alimente
beaucoup d'appareils en mettant des triplettes en cascade ( montées en  série)  !!  alors que des triplettes  " montées en dérivation  " affecteront moins le montage , simplement du fait que les résistances des contact ( quelques milli ohms ) ne s'additionneront pas , mais au contraire , se diviseront.