André Jamet F9HX

Les mesures sur des circuits à haute fréquence en fonctionnement sont souvent erronées car le raccordement de l’appareil de mesure perturbe ces circuits.

Il est courant d’utiliser des sondes prévues pour être raccordées à l’entrée d’un oscilloscope. Malheureusement, même si leur fréquence d’utilisation est possible jusqu’à 100 et même 400 MHz, leur impédance d’entrée, due principalement à la capacité qu’elles imposent au circuit mesuré, est insuffisante pour être considérée comme négligeable (1).

Voici par exemple les caractéristiques de sondes passives de marques réputées (2):

• Sch : 1/10 10 M 12,5 pF 200 MHz

• 1/100 9,1 M 4 pF 400 MHz

• Tek : 1/10 10 M 12,5 pF 100 MHz

Des sondes dites actives comprenant un préamplificateur Fet ou similaire incorporé permettent d’obtenir des performances supérieures pour un coût évidemment plus élevé :

• Ag : 1 M 0,7 pF 500 MHz

• Rh : 9 M 3 pF 3 GHz

• Tek : 1 M 1 pF 1,5 Ghz 100 k 0,4 pF 4 GHz

Pour une utilisation correcte d’une sonde, il faut respecter la valeur de la résistance d’entrée de l’appareil de mesure auquel elle doit être raccordée. Celles destinées à un oscilloscope sont prévues pour une charge de 1 mégohm ; leur raccordement à un analyseur de spectre ou tout autre appareil de mesure faisant 50 ohms, conduirait à des erreurs grossières. Au contraire celles prévues pour 50 ohms ne doivent pas être utilisées directement avec un oscilloscope classique.

Si les sondes professionnelles ont pour but de mesurer qualitativement (la forme d’onde) et quantitativement (l’amplitude) d’un signal, il est possible de réaliser soi même des sondes ayant moins d’ambition mais répondant à nos besoins. Par exemple, pour un multiplicateur de fréquence à plusieurs étages, il est seulement nécessaire de régler les étages successifs pour le maximum de l’harmonique désiré, étage par étage, sans pour autant connaître les niveaux réels des signaux. Par contre, le moyen utilisé ne doit pas trop perturber le fonctionnement des étages durant le réglage des polarisations et l’accord des circuits oscillants.

Les trois sondes présentées ici répondent à ce besoin.

Ce type de sonde, dite de Moebius, est utilisé couramment pour les mesures en Compatibilité Electromagnétique (3). Il s’agit d’une simple boucle permettant de capter un champ magnétique. Il n’y a qu’un pas pour l’utiliser dans nos montages et mettre en évidence les endroits où se promène de la HF, en connaître la fréquence et régler des éléments ajustables (circuits accordés par des noyaux et/ou des condensateurs ajustables).

Il n’est pas question ici de mesurer le niveau mais de visualiser ses variations.

La version présentée ici est très simple : une longueur de 50 cm à un mètre de câble coaxial de petit diamètre RG 174 U avec une fiche BNC à une extrémité et une spire fermée à l’autre. Cette boucle d’environ un centimètre est réalisée en ôtant la tresse sur trois centimètres et en la court-circuitant avec l’extrémité de l’âme, préalablement dégagée

de son isolant sur quelques millimètres. Pour éviter des courts-circuits lors de l’utilisation, cette boucle et la soudure avec la tresse sont enrobées avec de la colle à deux composants. La photographie montre la réalisation qui est des plus simples. On peut aussi réaliser la sonde avec du coaxial semi-rigide et une mini-boucle pour atteindre les fréquences les plus élevées.

Quelle facilité pour « renifler » le champ sous le boîtier d’un filtre Neosid et de pouvoir régler chacun des noyaux pour un maximum de sortie ou la bande passante requise sans crainte de perturber le filtre!

La sonde peut être reliée à un analyseur de spectre ou un oscilloscope, éventuellement en parallèle avec un fréquencemètre. Si l’impédance d’entrée de l’appareil est de 50 ohms, le raccordement sera direct ; dans le cas d’une entrée à haute impédance, une charge de 50 ohms sera intercalée sous la forme d’une charge de passage ou d’un ensemble T plus charge (à voir sur la photographie). La charge de la sonde réduit le risque de captation de signaux par un coaxial non adapté et faisant « antenne ».

Voici un exemple d’observations faites sur un montage utilisant un pilote à quartz sur 106,5 MHz suivi de multiplicateurs pour délivrer du 10 224 MHz. Avec un oscilloscope 100 MHz, on peut aisément voir la sinusoïde produite par l’oscillateur. Avec un oscilloscope à échantillonnage montant à 1 GHz, le 1278 MHz est visible ainsi que les ondes chargées d’harmoniques des étages précédents.

Pour aller plus loin, il est aisé avec un analyseur montant à 18 GHz, de visualiser le 5 112 et le 10 224 MHz avec la sonde décrite plus haut.

3. Sonde capacitive

Avec une sonde inductive, il est quelquefois difficile de bien localiser l’endroit où l’on veut agir ; le champ est diffus et l’on n’est pas certain de visualiser le bon signal. Alors, une sonde capacitive raccordée au point exact est la solution. Comme les sondes classiques ne conviennent pas, il faut en réaliser une présentant une très faible capacité :

Prenons un coaxial identique à celui utilisé précédemment et comportant aussi une fiche BNC à une extrémité. A l’autre extrémité on dénude la tresse pour dégager l’âme sur quelques millimètres. Un condensateur CMS de 0,5 pF (ou deux de 1 pF en série) est soudé à l’âme du coaxial. L’autre extrémité du condensateur est soudée à une épingle dont la longueur a été réduite à 8 mm. Un fil est soudé à la tresse pour réaliser la connexion de masse. Cet ensemble est introduit dans le corps en plastique d’un crayon à bille de sorte que seule l’extrémité de l’épingle dépasse. De la colle à deux composants

est coulée dans le corps pour immobiliser les éléments de la sonde On dispose ainsi d’une sorte de pointe de touche qui peut être appliquée à tout endroit d’un circuit pour mesurer le signal s’y trouvant. Le fil de masse est à relier au plus

court à la masse du montage en essai, par soudure ou par une pince. Le câble coaxial doit être chargé par 50 ohms comme pour la sonde inductive.

Le comportement en fréquence d’une telle sonde, comme pour la précédente, est difficilement calculable car la réalisation joue beaucoup sur les paramètres influents. On ne peut prétendre faire des mesures précises de tension; on peut cependant étalonner la sonde à l’aide d’un générateur.

De toute façon, le but principal recherché est atteint puisque le circuit mesuré n’est perturbé que par 0,5 pF en série avec 50 ohms ce qui est négligeable dans la plupart des cas, au moins jusqu’en VHF. Au delà, la perturbation est possible selon l’impédance du circuit où l’on effectue la mesure.

Les mêmes essais que ceux effectués avec la sonde inductive l’ont été avec succès jusqu’à 10 GHz.

Il est à remarquer que si l’on ne cherche qu’une indication de niveau et non sa mesure, il n’est pas nécessaire de connecter le fil de masse de la sonde. Cela facilite beaucoup la manipulation pour régler un circuit au maximum de sortie.

Il est possible de réaliser une sonde comportant deux diodes comme déjà abondamment décrit. Les diodes utilisées déterminent la fréquence limite d’emploi de la sonde.

Les condensateurs sont du type CMS. Ces éléments sont montés « en l’air » ou sur un petit circuit imprimé et sont logés dans une enveloppe métallique. Elle peut être réalisée avec du clinquant de cuivre 0,2 mm aisément mis en forme. Un isolant recouvre cette enveloppe et la prolonge pour faciliter la prise en main.

La sonde peut être utilisée sans fil de masse, la capacité apportée par la main qui tient la sonde suffit pour assurer la mise à la masse en HF. Un simple voltmètre pour tensions continues est utilisé comme indicateur. Un appareil analogique à aiguille permet de trouver une valeur maximale plus aisément qu’avec un appareil numérique à moins qu’il ne soit muni d’un bargraphe.

Ce type de sonde, comme les précédentes, est quasi apériodique. Avec celle-ci, il existe un risque de lire une tension continue qui n’est pas l’image de la fréquence que l’on veut visualiser car la lecture est fonction de l’amplitude de

toutes les raies du spectre de fréquence. Si l’onde mesurée est très chargée en harmoniques, on peut ainsi trouver un maximum d’amplitude qui ne coïncide pas avec celui du fondamental

Ces sondes sont très faciles à réaliser ; elles doivent faire partie des outils à disposition de l’amateur qui réalise ses montages et/ou modifie et dépanne du matériel professionnel.

Pour tout renseignement complémentaire : F9HX nomenclature et agit@wanadoo.fr

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Mise à jour : 21.01.2009 21:54 | Une erreur ? Contacter le webmaster