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TECHNIQUE

Page 3

SOMMAIRE:
puce Code couleurs des résistances.
puce Code couleurs des condensateurs.
puce R.O.S.   ou  T.O.S. ?
puce Réglage d'une antenne
puce Calcul de l'impédance d'une ligne coaxiale.
puce Câblage des prises micros.
Prise DIN 4 broches - Prise DIN 5 broches - Prise DIN 6 broches - Prise DIN 7 broches - Prise DIN 8 broches - Prise micro de type modulaire.   
Groupement d'antennes. (construction d'un coupleur).
Construisez vos antennes  (VHF et UHF) TOPFKREIS.
Construisez votre récepteur, bande des 40 métres.
Branchez votre modem Packet sur un TX portable.
Modif en fréquence du YAESU FT411E.
Construisez votre antenne Yagi 2,4 GHz (Wi-Fi)
Réglage antenne satellite.

R.O.S  ou  T.O.S  
On entends dire : " J'ai 1,2 de T.O.S " ou " J'ai moins de 1 de R.O.S " A tort, car cela est impossible .
Le ROS est un déséquilibre de l'impédance de la charge (antenne) par rapport à celle de la source (émetteur).
Le TOS est la conséquence de cette désadaptation.  
Le R.O.S :
C'est le Rapport d'Ondes Stationnaires.

Formule théorique:

Za Zc  

 R.O.S. = 

_________

ou

_________   
 Zc  Za  
 
Za =  impédance de l'antenne .
Zc = impédance de la ligne.

Formule Pratique ou de Mesure:

Cette formule serait celle qu'emploierait le R.O.S mètre dans le calcul de sa mesure, en tenant compte que la "ligne-antenne" qui est indissociable dans le cas ou le R.O.S Mètre est placé après l'émetteur. (Il ne pourra pas faire la différence entre l'impédance de l'antenne et celle de la ligne).

 

 

Ze

  Zs  

R.O.S =

______

ou

_____  
 

Zs

  Ze  
 
Ze = impédance émetteur (générateur)
Zs = impédance sortie (ligne - antenne)
 

Exemples:

I- Impédance de l'émetteur = 50 ohms

II- Impédance de l'émetteur = 50 ohms
Impédance de la l'antenne-ligne = 75 ohms Impédance de la l'antenne-ligne = 36 ohms
75 / 50 = un R.O.S  de  1,5 50 / 36 = un R.O.S  de  1, 4
 
Dans ces 2 cas, l'utilisateur ne connait pas l'impédance de l'antenne-ligne, mais il connait l'impédance de l'émetteur 50 ohms et sa mesure du R.O.S = 1,5  ou 1,4, en appliquant la formule inverse il aura l'impédance de sa ligne-antenne 50x1,5 = 75 ohms ou 50:1,4 = 36 ohms.

Mais on ne sera  à aucun moment (dans le premier cas par exemple) si c'est la ligne (coax) qui fait 75 ohms et la charge (antenne)  50 ohms ou l'inverse, si la ligne fait 50 ohms et la charge 75 ohms. Le R.O.S Mètre placé à la sortie du TX fait la mesure entre la valeur d'impédance en aval (émetteur) et celle en amont (ligne-antenne indissociable) Le R.O.S mesuré sera l'impédance de la ligne-antenne. On peut en tirer les conclusions que le R.O.S et bien la désadaptation entre la ligne et la charge comme montré ci-dessus et conforme à la formule théorique.

 
 

On constate que le R.O.S. est  "un chiffre sans unité toujours supérieur ou égal  à 1" , c'est le résultat d'un rapport (division) ou le diviseur est toujours inférieur au dividende. C'est ce chiffre que  les appareils "R.O.S mètres" indique.( S.W.R. = Standing Waves Ratio).

 


Le T.O.S :

 

C'est le Taux d'Ondes Stationnaires.

 

T.O.S. % = 100 x k
k = coefficient de réflexion.

 

            R.O.S - 1

k   =      ______

            R.O.S + 1

 

Exemple:

 

Une installation qui à un R.O.S de 1,5 aura un T.O.S de:

 

k = 1,5 - 1 / 1,5 + 1 = 0,5 / 2,5 = 0,2
100 x 0,2 =  un T.O.S de 20 %  

 

On constate que le T.O.S. se calcule mais ne se mesure pas. Il s'exprime en pourcentage.

Puissance Réfléchie:

 

Connaissant le coefficient de réflexion k (Voir ci-dessus)  nous pouvons  calculer la puissance réfléchie (Pr), en pourcentage de la puissance incidente.

 

Pr % = 100 x k² 

Pr = 100 x 0,2x 0,2= 4%

Pour un R.O.S de 1,5 on aura une puissance réfléchi de 4% de la valeur incidente.
C'est ce que l'on peut lire sur certains appareils de mesure sur l'échelle des %.

Nota:
Bien que liés, il faut distinguer l'aspect "Propagation-réflexion" (Ondes progressive DIRECTE et REFLECHIE, COEF. DE REFLEXION) de l'aspect INTERFERENCES et ONDES STATIONNAIRES (ROS, TOS, SWR) donnant lieu à des minima et des maxima de tension (ou de courant) situés à des positions fixes le long de la ligne.

Il existe une confusion entre le TOS et le coefficient de réflexion. Les radioamateurs anglophones n'ont pas ces soucis de sémantique. Ils utilisent uniquement le terme SWR (Standing Waves Ratio) ou (V)SWR (Voltage Standing Waves Ratio) afin de préciser que la mesure du niveau d'ondes stationnaires le long de la ligne fait référence à l' AMPLITUDE des tensions.

 

Comprendre le R.O.S.

 

   Il faut se rappeler que plus le R.O.S est important, plus la puissance réfléchie, (C'est à dire, non utilisée pour la transmission du signal), est importante. Cette puissance réfléchie, retournant vers l'émetteur doit impérativement se transformer, c'est souvent en chaleur que cela se fait. Gare aux transistors de puissance de l'appareil (P.A), gare aussi aux interférences perturbant la réception radio ou télévision. Pour éviter cela adapter bien à la bonne impédance votre antenne / ligne à votre émetteur.

En conclusion:

J'ai voulu sans rentrer dans les détails, ni m'approfondir pour des néophytes avoir :
cette démonstration:

Le transfert de puissance entre un générateur alternatif (TX) et une ligne-charge (Coax-Antenne) est maximal lorsque l’impédance de la ligne est égale  à celle de la charge. Les impédances sont alors conjuguées. Pour simplifier les calculs, il n’y a pas de réactance. En ajoutant des capacitances ou des inductances, la démonstration est plus complexe mais aboutit au même résultat. Si les termes réactifs sont nuls et que les résistances sont égales, le transfert de puissance est maximum.

Et cette conclusion:

"Le R.O.S et le T.O.S sont deux valeurs (L'une se mesure, l'autre se calcule) du même phénomène : la désadaptation des impédances d’une ligne et de sa charge. Le R.O.S est mesuré entre le générateur et  la ligne-charge. Cette désadaptation entraîne qu’une partie de la puissance émise, la puissance réfléchie, retourne au générateur. Le fait d’insérer une « boîte de couplage » entre la ligne et l’émetteur protège l’amplificateur final mais ne solutionne pas les problèmes liés à la désadaptation (pertes supplémentaires liées au R.O.S, mode commun, …). Une boîte de couplage peut être constituée d’un filtre en Pi  permettant d’accorder l’impédance de la ligne."

Ce n'était pas le but de cet article de faire compliqué. Le but rechercher étant d'adapter l'antenne au TX en considérant que l'impédance du TX est, ce qu'elle est (50 ohms en général), celle du coax également (50 ohms) on ne peut que régler l'impédance de l'antenne. On règle alors la longueur du brin d'antenne (Pour une verticale) pour qu'elle rayonne toute l'énergie au lieu que celle-ci retourne vers l'émetteur. C'est surement simpliste, mais suffisant pour la compréhension d'un débutant.

Pour les plus techniques voir aussi:

L'abaque de Smith

Le théorème de Thévenin et de Norton.

Les lignes fermées et les lignes ouvertes

Lignes en régime sinusoïdal

Le lien entre la théorie des équations de Maxwell et la réalité des champs rayonnés par une antenne.

Les signaux en phase (Ventre) et en contre phase (nœud).

Etc.

Vous trouverez tous ça sans problème sur le Web.

 


Réglage d'une antenne mobile.
      Prenons par exemple une antenne CB pour un TX 40 canaux:

Montage du R.O.S METRE:

Contrôle du R.O.S:

Contrôlons l'antenne: sélecteur de canaux sur le canal central 20. Un pression sur le contact micro le S-mètre voit son aiguille monter, mettre l'inverseur du r.o.s mètre sur DIR (ou FWD) puis amenons l'aiguille sur le repère Cal ou Set (Le dernier trait le plus à droite après la zone rouge)

Basculons le switch ensuite sur REF et nous lisons par exemple 1.5 . Refaisons une calibration et une mesure sur le canal 1 et 40. 

Nous obtenons par exemple les mesures suivantes: 1.3 sur le canal 1 et 2.0 sur le canal 40. Que pouvons-nous en déduire? Si l'antenne a un ROS moindre sur le canal 1 c'est qu'elle raisonne mieux sur cette fréquence, donc elle est trop longue pour la fréquence du canal 40, il faut la raccourcir. Le cas peut être bien sur être inversé... Le résultat escompté est une courbe symétrique centré sur le canal du milieu (ici le 20) pour obtenir par exemple: 1.3 sur le canal 1 - 1.1 sur le canal 20 - 1.3 pour le canal 40.


 
Groupement d'antennes:
Groupement de 2 antennes avec une descente:

 

Pour réaliser le couplage on utilise les propriétés du transformateur quart d'ondes.

Pourquoi mettre un coupleur ? :
 

Si l'on couple 2 antennes d'impédance 50 ohms chacune (antennes du commerce) avec un câble coaxial, de 50 ohms, sans coupleur, l'impédance résultante sera la moitié de l'impédance d'une antenne  soit Z = 50 / 2 = 25 ohms c'est ce que nous aurons à la réunion des 3 coax. pour avoir l'impédance de la ligne après la réunion des antennes il faut calculer  ZL= racine de ZAxZC  soit pour ce cas
ZL= Racine de 25 x 50 = 35 ohms  

 

- Coupleur rigide:

 

Grâce à ce coupleur (figure 1) la résultante des impédances donnera une impédance de la ligne égale à celle des antennes soit  ZL= 50 ohms
   

Figure 1

   

Figure 2

 

   

Figure 3

 

   
   
Dimensions :
Rappel: la longueur d'onde Lambda en mètre et égale à la vitesse de la lumière ( Environ 300 000 000 m/s. ) divisé par la fréquence en MHz.
La longueur  L  (figure2):
 
  300

   Lambda= 

( _________  ) divisé par 4
Fréquence en MHz  

 

     
Exemple:  2 antennes VHF:

300

2,06

 Lambda= 

______

=   2,069 m  et   L=  ____ = 0,517 m

145 

   4
 
Le coté du carré "D" ( figure 3) sera = 1,666 x diamètre du tube "d"                    Nota: L'extérieur peut être réalisé en tube de diamètre D, mais PL plus difficiles à souder.
ou, le diamètre "d" sera =  D / 1,666

 

Expl.:         si D= 5 cm        d= 5 / 1,666       d= 3 cm
 

- Coupleur coaxial:

On peut aussi utiliser des lignes : pour obtenir 50 W , on doit mettre 2 impédances de 100  W en parallèle, il faut donc une ligne quart d'onde de Racine carré de 50 x 100 = 70,7 ohms, un coax de 75 ohms convient très bien. (Coax de télévision)
Mêmes calculs que ci-dessus: Pour 145 MHz, ce coax aura une longueur de  (300/145) / 4 = 0,517 m , mais il faut aussi tenir compte d'un coefficient de vélocité en général 0,66,
on a 0,517
m x 0,66 = 0,341 m
C'est très certainement trop court pour arriver aux connexions de l'antenne, mais on peut utiliser des multiples impairs de cette longueur.
(1,023 m ou 1,705 m pour cet exemple)

 

But de coupler les antennes ?
 

1 antenne de Gain = x dBi

--------> 2 antennes Gain =  x dBi + 3 dBi   
--------> 4 antennes Gain =  x dBi + 6 dB i

 

 
dBi = décibel par rapport à l'antenne isotrope. ( Référence universelle)
dBd = décibel par rapport au dipôle

L'antenne est un dispositif réversible, on bénéficie de ses performances à la fois en émission et en réception. Le fait d'utiliser une antenne présentant un gain de 6 dBd a un double avantage :
- en émission : effet équivalent à quadrupler la puissance de l'émission ( PER et PIRE)
- en réception : tous les signaux provenant de la direction du lobe principal de l'antenne seront amplifiés de 6dBd.
 

Sans commentaire pour le rajout d'un gain supplémentaire !


 
 

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