Jean-François FOURCADIER
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Découverte de l'analyseur de réseau HP 8410

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On trouve aujourd'hui facilement sur le marché, à des prix relativement modérés, des analyseurs vectoriels de réseaux type HP 8410. Ils existent en trois versions successives, HP 8410A, HP 8410 B et HP 8410C. Il s'agit du premier analyseur de réseau moderne, apparu au début des années 1970 et qui a révolutionné les mesures en hyperfréquences. Cet appareil permet de mesurer les impédances complexes entre 110 MHz et 18 GHz. Il en fournit les modules et arguments. C'est aujourd'hui l'instrument de choix pour l'amateur éclairé qui souhaite mettre au point des antennes, des amplificateurs, des filtres, dans la bande de fréquences comprise entre 110 MHz et 18 GHz. Avec un tel outil, les adaptations d'impédances deviennent très faciles !

Une configuration type

L'analyseur de réseau HP 8410C et son écran de visualisation polaire HP 8414A:

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Il existe par ailleurs une visu rectangulaire HP 8412A, présentant l'amplitude et la phase en fonction de la fréquence, et une visu équipée d'un galvanomètre HP 8413A, pour des mesures précises à une fréquence fixe.

Le convertisseur 110 MHz - 18 GHz, HP 8411 opt 18:

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Le pont de paramètres S, 0,5 GHz - 12,4 GHz.

 

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Le convertisseur HP 8411 se place dans une alvéole prévue à cet effet. Les connexions vers le quadripôle à mesurer se font en face avant du pont, sur des connecteurs de précision APC-7. Ne pas oublier de se procurer le câble de liaison semi-rigide, à connecter à l'arrière de l'appareil. Il est indispensable au fonctionnement du pont:

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Noter au passage, entre les prises coaxiales, les 4 bornes qui permettent d'appliquer des tensions de polarisation sur les connecteurs coaxiaux de mesure situés en face avant: ceci est utile pour mesurer les caractéristiques RF de composants actifs !

Le wobulateur

L'ensemble ci-dessus fonctionne parfaitement avec un simple générateur RF. Cependant pour une étude de comportement des circuits en fréquence, il est préférable de pouvoir effectuer un balayage en fréquence. Pour ce faire, l'appareil de choix est le wobulateur HP 8620C:

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Le banc complet:

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Côté prix, on trouve d'occasion des bases d'analyse de réseaux HP 8410C complètes et en état de marche, avec leur visu polaire ou rectangulaire, pour environ 200 euros. Il faut ajouter le même prix pour un convertisseur 18 GHz HP 8411A. Avec de la chance, on trouve pour moins cher de bonnes occasions aux enchères sur Ebay. Attention, le convertisseur est fragile (il craint les surcharges RF et l'électricité statique sur ses entrées) ! Il est pratiquement irréparable. Attention également aux frais de port.
On trouve des ponts de paramètre S, HP 8746B pour environ 500 euros. Il existe d'autres ensembles moins performants et moins chers, comme le HP 8743A, qui permet d'effectuer des mesures en transmission et en réflexion, mais qui ne permet pas un accès aussi facile aux paramètres S. Eviter les modèles anciens HP 8740 et HP 8742 qui sont limités dans leur fonctionnalités, et finalement peu pratiques à l'usage.

L'abaque de Smith

Il s'agit tout simplement d'un graphique en forme de cercle sur lequel une impédance complexe (partie résistive et partie réactive) est représentée par un point. Le centre de ce graphique représente l'impédance de travail recherchée, généralement 50 ohms. Le rapport d'onde stationnaire (ROS) observé est directement fonction de la distance au centre du cercle.

La forme du graphique a été étudiée pour rendre très simple l'étude des lignes. Plutôt qu'un long discours théorique constellé d'équations mathématiques, il est proposé de télécharger le logiciel smith.exe (voir plus bas). Quelques manipulations avec ce logiciel vous rendrons le principe de l'abaque de Smith lumineux!

Le jeu habituel consiste à partir d'une impédance complexe quelconque, à placer celle-ci dans le plan du graphique, puis par des combinaisons d'éléments série ou parallèle, à atteindre le centre du cercle. Ludique et très pédagogique !

Vous serez ensuite capable, grâce à cet outil, de réaliser une adaptation parfaite de n'importe quel dispositif.

Un exemple d'utilisation

Nous allons tenter de transformer une résistance 1/4 W classique de 33 ohms, en une résistance pure de 50 ohms utilisable à 2,3 GHz !
Etalonnons tout d'abord notre système en effectuant un zéro sur un petit morceau de câble coaxial semi-rigide court-circuité. La manivelle "reference plane extension" est tournée jusqu'à obtenir un petit dessin très localisé sur l'écran. Les boutons "phase vernier" et "amplitude vernier" sont réglés pour lire une impédance nulle sur l'écran. Otons le court-circuit, puis soudons une résistance de 33 ohms 1/4 W ordinaire au bout du câble semi-rigide,

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Branchons et examinons à l'analyseur le comportement de notre résistance entre 2 et 3 GHz (surbrillance à 2,3 GHz):

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Téléchargeons le logiciel gratuit smith.exe (voir plus bas) et reportons le résultat de notre mesure à 2,3 GHz (surbrillance) sur l'abaque (point 1). Jouons avec la boîte à outils du logiciel pour trouver une combinaison qui permette une adaptation à 50 ohms. Nous avons ici de la chance: une simple capacité série de 1,3 pF nous amène au point 2, avec une adaptation presque parfaite !

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Essayons de mettre en oeuvre cette solution. A défaut de condensateur de 1,3 pF dans la réserve, torsadons deux brins de fil émaillé, coupés court et disposons les en série avec notre résistance:

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En ajustant la torsade avec une pince plate, nous parvenons à une adaptation presque parfaite à 2300 MHz (surbrillance):

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Lorsqu'on a moins de chance, l'ajout d'une ligne, d'un condensateur ou d'une inductance, en série ou en parallèle, permet toujours d'obtenir une solution.

Quelques liens intéressants

Très utile et convivial, le logiciel smith.exe V1.91 réalisé par une école d'ingénieurs de Berne:

http://www.isbe.ch/~wwwel/projekte/cae/smith_v191.zip (fichier zippé, 350 ko)

Une description de la famille d'analyseurs de réseaux HP 8410 et de ses accessoires, écrite par un professeur finlandais, Mark Kahrs:

http://www.caip.rutgers.edu/~kahrs/testeq/NA.html

et par Brooke Clarke, N6GCE, un radioamateur américain:

http://www.pacificsites.com/~brooke/MWTE.shtml

Pour acheter on peut se risquer dans les achats aux enchères:

Ebay: http://listings.ebay.com/aw/listings/list/all/category4676/index.html

SSS on line fournit des informations intéressantes sur l'abaque de Smith et les paramètres S:

abaque de Smith:
http://www.sss-mag.com/smith.html
Paramètres S:
http://www.sss-mag.com/spara.html

Chez Agilent, la célèbre note d'application HP 95-1:

http://www.tm.agilent.com/data/static/downloads/eng/Notes/interactive/an-95-1/an-95-1.zip
(1 Mo zippé)

et "imatch", un outil de simulation pédagogique:
http://www.tm.agilent.com/data/static/eng/tmo/Notes/interactive/an-95-1/classes/imatch.html

Conclusion

L'analyse de réseaux a la réputation de faire appel à des matériels très coûteux et d'être complexe à mettre en oeuvre: bref d'être hors de portée de l'amateur !

L'arrivée sur le marché de l'occasion d'équipements, certes anciens, mais très performants et relativement peu coûteux, ouvre de nouveaux champs à l'expérimentation et au développement des connaissances personnelles.

Bonne chance dans vos recherches et excellentes réalisations en hyper !

 

 

73 de Jean-François FOURCADIER, F4DAY

 

 

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