Comprendre les performances des transceivers ?· Comprendre les performances des transceivers radioamateurs…

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    12-Sep-2018

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  • ON4IJ : Jean-Franois FLAME ; UBA Lige ON5VL ; 2018. Page 1 de 97

    Comprendre les performances des transceivers radioamateurs

    tests au laboratoire de lARRL (American Radio Relay League)

    Introduction :

    Depuis que quelques grands constructeurs de matriel de tlcommunication lusage des radioamateurs se sont implants sur les marchs mondiaux des appareils lectroniques en radiofrquences, les radioamateurs disposent dun large ventail de transceivers pour quiper leur station dans leur shack.

    Quel transceiver choisir en fonction des QSO que lon vise ? Comment choisir

    un transceiver en fonction de son QTH et de ses ariens ? Comment sy

    retrouver dans toutes ces mesures aux units diverses ? Comment faire parler

    ces mesures dans le concret ?

    Rtrospective :

    Il est bien loin le temps o les radioamateurs construisaient de toutes pices leur rcepteur et leur metteur ondes courtes lpoque hroque des tubes radio puis plus tard avec les premiers transistors disponibles. Toutefois, les OM actifs en SHF et microondes doivent encore tre capables aujourdhui en 2018 de monter leur station eux-mmes, parfois laide de modules ddis ou de matriel de rcupration qui doit tre adapt sur les bandes de frquences radioamateurs. En effet, peu de matriel (pratiquement aucun) nexiste tout fait clef sur porte dans ces gammes de frquences.

    Il y a eu une priode de transition vers les annes 70 et 80 o les OM pouvaient disposer de rcepteurs et dmetteurs en kit. Nombreux sont les OM parmi nos ans qui ont construit leur premire station partir du matriel Heathkit, un constructeur trs clbre en matire de kits performants, trs bien documents, avec des composants tris par sous-ensembles lectroniques, et montages qui ont toujours fonctionn du premier coup. Rien nest donc perdu dans la matrise technique et lectronique chez les radioamateurs car il y a devant nous un nouveau dfi : celui de comprendre intimement les performances dun transceiver.

    Tant vaut lantenne, tant vaut lmetteur ! Oui, cest vrai et chaque OM devrait commencer par le choix de ses ariens, mais aussi par choix du QTH, pour bien faire en altitude, dans des conditions de dgagement des ariens et dans une zone o il y a le moins possible de QRM. Tout le monde nest pas log la mme enseigne au point de vue du QTH, des ariens, du QRM, etc., ainsi, dans la situation relle dun OM, il y a moyen de choisir un transceiver adapt en fonction du contexte dans lequel cet OM se trouve.

    Comprendre les mesures, cest dabord comprendre dans les grandes lignes les fonctionnalits des diffrents appareils de mesure qui sont utiliss pour relever les performances dun transceiver. Comprendre les mesures, cest aussi comprendre le fonctionnement dun rcepteur et celui dun metteur. Il y a donc lieu de bien avoir lesprit le schma-bloc dun rcepteur superhtrodyne ou SDR (Software Defined Radio) et celui dun metteur AM, SSB, FM, et mme modulation numrique.

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    Les donnes du constructeur et les mesures releves par le laboratoire de l ARRL :

    Lorsquon veut sattaquer au domaine des mesures, il y a lieu de dfinir un protocole de mesure. Celui-ci est indispensable pour dfinir les conditions dans lesquelles les mesures ont t effectues de faon ce que celles-ci soient reproductibles quels que soient les appareils de mesure et quels que soient les transceivers qui sont tests.

    Les donnes des mesures fournies par les constructeurs ont certes t releves dans les rgles de lart, ceci nest pas mettre en doute, mais le protocole de mesure ou conditions de mesures sont rarement explicites dans les caractristiques fournies par un constructeur. En outre, les donnes de certaines caractristiques parfois particulirement intressantes pour nous, dans notre contexte de radioamateurs, ne sont pas toujours mentionnes par le constructeur. Ces donnes peuvent ainsi apparatre comme lacunaires et il devient ardu de comparer des caractristiques de mesures qui nont pas t effectues sous le mme protocole ou bien de comparer des mesures de types diffrents ; en dautre mots, il devient difficile de dresser un synoptique des caractristiques entre des transceivers de constructeurs diffrents.

    Le laboratoire de lARRL a tabli un protocole de mesure particulirement complet et strict pour relever les performances dun transceiver, en particulier dans des conditions qui sont similaires celles qui sont prsentes dans la ralit de lutilisation des stations dmission-rception par les radioamateurs. Lorsquun type de transceiver a t test dans les laboratoires de lARRL, les rsultats sont non seulement publis dans la revue QST mais sont aussi accompagns dune analyse complte de lappareil qui est agrmente de nombreux commentaires utiles pour clairer au mieux tous les radioamateurs dans le choix dun transceiver ou pour que ces OM puissent tablir un comparatif le plus objectif possible en vue dun investissement potentiel pour leur station radio.

    Le ARRL lab :

    Derrire cette appellation, il y a des OM particulirement dvous qui se rendent

    utiles pour tous les radioamateurs du monde entier. Leur travail est apprci par les diffrents constructeurs de matriel lusage des radioamateurs et il arrive parfois quun dialogue stablisse entre lARRL Lab et un constructeur qui reoit ainsi quelques remarques constructives si un dfaut majeur de performance est constat sur un de leurs produits.

    La renomme de lARRL Lab a atteint ces dernires annes une certaine notorit telle enseigne que certains constructeurs dappareils de mesure ont mis disposition du laboratoire de lARRL [probablement sous la forme de sponsoring], des instruments de mesure ultra modernes et des logiciels ddis aux mesures. Cest ainsi quen 2015, la socit Keysight (anciennement Agilent et lorigine Hewlett Packard) a mis disposition des nouveaux gnrateurs radiofrquences avec des capacits de modulations numriques et a dlivr aussi un logiciel de gestion et de communication avec les appareils de mesure permettant ainsi de raliser un banc de mesure virtuel gr partir dun ordinateur. On peut ainsi imaginer le grand pas en avant technologique de lARRL Lab pour se tenir la pointe du progrs des tl-communications des radioamateurs. Il y aura de nouveaux protocoles en perspective.

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    Fig. 1 : Bob Allison, WB1GCM, ingnieur responsable des tests lARRL Lab occup tester un nouveau modle de transceiver. Source : ARRL.org, ARRL Lab.

    Fig. 2 : Bob Allison, WB1GCM, ingnieur responsable des tests lARRL Lab devant le banc des appareils de mesures radiofrquences du laboratoire de lARRL. Source : ARRL.org, ARRL Lab.

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    Les appareils de mesure ncessaires aux tests dun transceiver :

    Il y a lieu de distinguer les appareils de mesures qui sont ncessaires pour tester les performances de la partie rceptrice dun transceiver et ceux destins aux tests de la partie mettrice de celui-ci. Tous les manuels de service dappareils lectroniques comportent en gnral un chapitre consacr aux quipements recommands pour les tests et mesures des performances dun dispositif sous test et pour les rglages qui doivent tre effectus lors dun calibrage ou lors de la maintenance de ce dispositif sous test, cest--dire ici un transceiver radioamateur. Les quipements de mesure qui sont recommands peuvent souvent tre substitus par dautres appareils condition quils soient pourvus des capacits de mesure quivalentes ou suprieures. Il arrive parfois que lARRL Lab doive crer de toute pice certains dispositifs (Setup) pour des mesures particulires comme par exemple un gnrateur substituant un manipulateur dune clef morse avec une cadence de 60 mots par minutes, ce qui nexiste videmment pas dans le commerce. Ces dispositifs sont parfois trs simples : dans le cas dun gnrateur de code morse avec des Did 60 mots par minute, il suffit dun gnrateur de fonction carre rgl une frquence de 25 Hz et avec un circuit externe Open Collector pour substituer le contact de la clef morse.

    Voici donc les instruments de mesure ncessaires un laboratoire de test. Ceux-ci sont lists succinctement.

    - Alimentation robuste 13,8 V (25 A) ; - Multimtre utilis en voltmtre ; - Multimtre utilis en ampremtre, ventuellement avec un shunt externe ; - 3 Gnrateurs de signaux radiofrquences ; - 2 Amplificateurs HF large bande et faible bruit ; - 2 coupleurs hybrides 3 dB ; - Attnuateur par pas de 10 dB ; - Attnuateur par pas de 1 dB ; - Analyseur audio, distorsiomtre, SINAD-mtre ; - Analyseur de signaux (analyseur de spectre BF) ; - Amplificateur audio haute impdance et haut-parleur pour le monitorage BF ; - Oscillateur HF quartz et faible bruit de phase ; - Oscilloscope double trace (500 MHz) ; - Analyseur de spectre radiofrquence ; - Gnrateur de bruit large bande HF ; - Gnrateur audio deux tons ; - Wattmtre / SWR-mtre avec coupleur directionnel double ; - Attnuateur HF de puissance et charge fictive talon ; - Gnrateur simulant une clef morse avec Did 60 mots par minute (25 Hz) ; - Dispositif radiofrquence de mesure du bruit de phase (Phase Noise Test Set) ; - Oscillateur variable radiofrquence faible bruit de phase.

    Rares sont les OM qui disposent dun tel parc dquipements de mesure ! Rassembler les lments dun tel laboratoire nest accessible quaux professionnels ou des grandes associations nationales de radioamateurs.

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    Les tests des performances en trois parties :

    1. Lalimentation ; 2. Les performances de la partie rceptrice ; 3. Les performances de la partie mettrice.

    Les explications qui vont suivre dans cet article sont en partie inspires du livre