Un générateur de calibration pour S-mètre et

Un générateur de calibration pour S-mètre et
réflectomètre pour câbles II
Après avoir vu comment fonctionne le générateur de calibration et comment le monter,
cette fois on s’occupe de comment l’utiliser pour qualifier la sensibilité d’un récepteur,
étalonner son S-mètre et faire d’autres mesures encore.
L’échelle S
L’S-mètre est un instrument présent sur la majorité des récepteurs radio (non seulement
ceux pour les radioamateurs) qui mesure la force du signal reçu et utilise sa propre unité
de mesure : les points S. Les point S sont souvent utilisés pour passer les rapports
d’écoute RST.
Les points S vont de S1 à S9 et chaque point S est défini comme un changement de 6 dB
dans le niveau du signal. Ceci veut dire que chaque fois que la tension du signal baisse de
moitié (–6 dB), la force du signal baisse d’un point S. S9 est déjà un signal très fort, mais
pour décrire des signaux encore plus forts, on utilise des incréments de 10 dB au lieu de
6, comme « S9+20 » qui signifie 20 dB plus fort que S9.
Aujourd’hui deux niveaux de référence sont définis : pour les fréquences en dessous de
30 MHz, S9 est défini comme une tension de 50 µV efficaces d’une porteuse non
modulée (N0N) au connecteur d’antenne du récepteur. Pour les fréquences en dessus de
30 MHz, on défini S9 à 5 µV plutôt qu’à 50 µV.
Cette définition a deux inconvénients : le premier est qu’elle ne spécifie pas la
l’impédance sur la quelle la tension est mesurée, mais la majorité semble unanime dans
l’accepter une impédance de 50 Ω, en tout cas pour les radioamateurs. Il se pourrait, par
contre, qu’un récepteur en bande FM (88–108 MHz) adopte plutôt 5 µV sur 75 Ω, mais
ça, c’est un autre discours.
Il y a un deuxième inconvénient : une porteuse non modulée n’utilise presque pas de
largeur de bande (théoriquement aucune), mais la sensibilité d’un récepteur dépends
beaucoup de sa bande passante. Plus celle-ci est large, plus le niveau de bruit reçu est
élevé et moins le récepteur est sensible (parce qu’il faut un signal plus fort pour émerger
d’un bruit plus intense).
Par exemple, supposons qu’en mode CW la bande passante d’un récepteur est de l’ordre
de 500 Hz, qu’en mode SSB celle-ci passe à 2.4 kHz, et qu’elle devient 9 kHz en AM. Si
on prend la sensibilité en AM comme référence, en SSB (3.75 fois moins de bande
passante) le récepteur devient 5.7 dB plus sensible (presque un point S) et en CW (18 fois
moins de bande passante) le récepteur gagne 12.6 dB (un peu plus que deux points S).
En général on peut dire que la variation de sensibilité en fonction de la variation de bande
passante s’exprime par :
∆S = 10 ⋅ log10
B1
B2
[dB]
Lorsqu’on compare la sensibilité de différents récepteurs il faut tenir compte de leur
largeur de bande et, si celle-ci n’est pas la même, il faut corriger les mesures avec le
formule ci-dessus.
Ceci dit, les ponts S restent un bon moyen de comparer la force des signaux reçus.
Echelle S pour les fréquences inferieurs à 30 MHz :
Force du
Intensité
Voltage reçu
signal
relative
S1
–48 dB
0.20 µV
–14 dBµV
S2
–42 dB
0.40 µV
–8 dBµV
S3
–36 dB
0.79 µV
–2 dBµV
S4
–30 dB
1.6 µV
4 dBµV
S5
–24 dB
3.2 µV
10 dBµV
S6
–18 dB
6.3 µV
16 dBµV
S7
–12 dB
13 µV
22 dBµV
S8
–6 dB
25 µV
28 dBµV
0 dB
34 dBµV
S9
50 µV
S9+10
10 dB
160 µV
44 dBµV
S9+20
20 dB
500 µV
54 dBµV
S9+30
30 dB
1.6 mV
64 dBµV
S9+40
40 dB
5.0 mV
74 dBµV
S9+50
50 dB
16 mV
84 dBµV
S9+60
60 dB
50 mV
94 dBµV
Puissance reçue
(Zc = 50 Ω)
790 aW
–121 dBm
3.2 fW
–115 dBm
13 fW
–109 dBm
50 fW
–103 dBm
200 fW
–97 dBm
790 fW
–91 dBm
3.2 pW
–85 dBm
13 pW
–79 dBm
50 pW
–73 dBm
500 pW
–63 dBm
5.0 nW
–53 dBm
50 nW
–43 dBm
500 nW
–33 dBm
5.0 µW
–23 dBm
50 µW
–13 dBm
Echelle S pour les fréquences supérieures à 30 MHz :
Force du
Intensité
Voltage reçu
signal
relative
S1
–48 dB
20 nV
–34 dBµV
S2
–42 dB
40 nV
–28 dBµV
S3
–36 dB
79 nV
–22 dBµV
S4
–30 dB
160 nV
–16 dBµV
S5
–24 dB
320 nV
–10 dBµV
S6
–18 dB
630 nV
–4 dBµV
S7
–12 dB
1.3 µV
2 dBµV
S8
–6 dB
2.5 µV
8 dBµV
0 dB
14 dBµV
S9
5.0 µV
S9+10
10 dB
16 µV
24 dBµV
S9+20
20 dB
50 µV
34 dBµV
S9+30
30 dB
160 µV
44 dBµV
S9+40
40 dB
500 µV
54 dBµV
S9+50
50 dB
1.6 mV
64 dBµV
S9+60
60 dB
5.0 mV
74 dBµV
Puissance reçue
(Zc = 50 Ω)
7.9 aW
–141 dBm
32 aW
–135 dBm
130 aW
–129 dBm
500 aW
–123 dBm
2.0 fW
–117 dBm
7.9 fW
–111 dBm
32 fW
–105 dBm
130 fW
–99 dBm
500 fW
–93 dBm
5.0 pW
–83 dBm
50 pW
–73 dBm
500 pW
–63 dBm
5.0 nW
–53 dBm
50 nW
–43 dBm
500 nW
–33 dBm
Dans notre cas, nous avons calibré le générateur sur 50 µV et on ne considérera que le
premier tableau. Dans le cas ou on souhaite tester aussi dans la bande des 6 m, il faudra
corriger les mesures de 20 dB, car notre signal à 50 µV aurait une force S9+20 dans cette
bande.
Vérification de l’amplitude des harmoniques
On a dit dans l’article précédent que l’amplitude des harmonique est constante jusqu’à
50 MHz, voire 70 MHz ; les mesures suivantes montrent l’amplitude de certaines
harmoniques dans nos bandes décamétriques, et on voit qu’on a bien le –73 dBm requis.
Sensibilité en fonction de la fréquence
La première mesure qu’on peut faire est contrôler si la sensibilité d’un récepteur est la
même dans toute la plage de fréquence qu’il couvre. Pour le faire, il suffit de brancher la
sortie des impulsions (CN2) du générateur à la prise d’antenne du récepteur avec un câble
coaxial court et les connecteurs qui vont bien (éviter de bricoler des fils pour ne pas
perdre du signal dans les connexions). Il suffit ensuite de relever l’intensité en points S du
signal reçu à chaque multiple de 100 kHz et le la représenter sur un graphique. Si la
bande passante du récepteur est étroite, il est bien de vérifier que l’harmonique est bien
syntonisée, car l’échelle de fréquences de l’appareil et la fréquence généré par le quartz
ne sont pas forcement alignées (à 30 MHz on écoute la 300-ème harmonique et une
erreur de 2Hz sur la fondamentale nous mènerait 600 Hz à coté ; suffisamment pour ne
plus traverser un filtre CW étroit).
La figure ci dessous montre la sensibilité de deux transcievers : le Kenwood TS-870 et le
Yaesu FT-817. Les deux ont été réglés en mode CW, sans préamplificateurs ni
affaiblisseurs. La largeur de bande du premier est de 600 Hz, celle du deuxième de
500°Hz. La influence sur la sensibilité est de seulement 0.8 dB et on n’en tiendra pas
compte.
Les S-mètres ont une graduation assez grossière (on peut difficilement lire les fractions
de points S) et donc les courbes ont de marches, mais le résultat est assez parlant.
La première chose qu’on remarque est que l’FT-817 est sourd à 100 kHz. A cette
fréquence on ne reçoit aucun signal. A 200 kHz le signal S9 est reçu comme S3, ensuite,
à partir de 300 kHz les choses vont mieux et on est entre S8 et S9+10 jusqu’à 30 MHz. Il
n’est donc pas question d’écouter un QSO en 137 kHz avec cet appareil : même avec la
meilleure antenne possible, aucun son n’atteindra l’hautparleur.
La deuxième chose qu’on remarque est que le TS-870 est excellent en ondes longues,
mais qu’entre 400 kHz et 1600 kHz sa sensibilité baisse entre 2 et 3 points S. Cette
propriété et peut-être faite exprès pour éviter que le récepteur puisse saturer avec les
signaux monstrueux émis en ondes moyennes par certaines broadcast.
Le graphique suivant monte un agrandissement de la plage entre 100 kHz et 1.9 MHz :
Linéarité de l’S-mètre
Vérifier qu’un signal de 50 µV donne bien S9 sur toute la plage qu’on peut recevoir est
une chose, mais il faut encore vérifier que pour chaque diminution de 6 dB on a bien un
point S de moins. Pour faire cette mesure il faut disposer d’un affaiblisseur réglable, ou
de plusieurs affaiblisseurs de 6 dB qu’on branche entre le générateur et le connecteur
d’antenne.
Pour ceux qui n’ont pas un affaiblisseur réglable les schémas suivants montre comment
s’en fabriquer avec quelques résistances.
Ici, pour des raisons de place, je ne présente que les mesures faites sur un Kenwood TS870 en mode CW dans la plupart des bandes décamétriques. En dessinant sur un
graphique l’erreur de l’S-mètre par rapport à l’amplitude du signal fourni on obtient le
résultat suivant :
Le résultat est assez décevant : si l’indication est assez correcte pour les signaux forts,
l’erreur augmente considérablement dès que le signal s’affaibli. Par exemple, un signal
S5 à 21 MHz (obtenu en affaiblissant de 24 dB le signal S9) est affiché comme étant S7
(12 dB d’erreur). La morale et qu’on ne peut pas se fier aux indications fourni par ce
transciever pour faire des mesures de signaux faibles. Le pire est que parmi tous les
transcievers que j’ai mesuré, aucun était linéaire ; dommage (il faut dire que je n’ai pas
mesuré de Rohde & Schwarz...).
Autres mesures
D’autres mesures possibles avec ce générateur sont, par exemple le gain d’un
préamplificateur d’antenne ou d’un affaiblisseur (peu importe s’ils sont internes ou
externes au récepteur). Il suffit d’observer la variation de l’S-mètre en le mettant ou en
les excluant du câble d’antenne. On peut aussi vérifier la bande passante d’un
présélecteur au aller vérifier la réponse d’un filtre.
Souvent on aimerait qualifier un certain préamplificateur ou un certain filtre, mais si on
se base uniquement sur ce que l’on reçoit à travers notre antenne il est très difficile
d’arriver à une conclusion correcte, car la propagation peut faire varier énormément (et
très rapidement) l’intensité des signaux. La résolution de 100 kHz est certes un peu
grossière, mais le fait de disposer des signaux d’amplitude connue et constante permet de
comparer en connaissance de cause.
Pour faire des mesures fiables, il vaut mieux avoir d’abord mesuré la linéarité de l’Smètre. Comme ça, en connaissant l’erreur de chaque mesure on peut corriger les résultats.
Sur le prochain numéro du SKED, un troisième (et dernier) article, sur comment utiliser
ce générateur comme réflectomètre pour mesurer les câbles d’antenne.
HB9DUL