Boîtes d'accord

et pertes

Par F5AD

Une boîte d'accord introduit-elle des pertes significatives?

Autant le savoir avant d'en mettre une;

d'où quelques essais.

Intérêt des boîtes d'accord

Leur intérêt principal est de faire "voir" 50 Ohms au final de l'émetteur; s'il est à transistors il vous en sera reconnaissant; quoi que maintenant les P.A. sont en général capables de supporter les ROS les plus forts et se protègent eux mêmes en limitant leur puissance. Donc l'intérêt d'un ROS ramené près de 1/1 est de permettre en fait d'obtenir la puissance maximale du final.

Autre intérêt, souvent oublié, la boîte se comporte en filtre, passe bande, ou passe bas selon les modèles, ce qui n'est pas plus mal pour la propreté générale de l'émission. Parfois elle peut se comporter en filtre passe haut, là c'est moins bien pour ce qui concerne les harmoniques de l'émetteur.

Inconvénients des boîtes d'accord

Déjà, il faut en construire une, ou l'acheter .

Ceci fait, il faut l'insérer dans la ligne alimentant l'antenne, d'où des pertes éventuelles.

Enfin et surtout, il faut la régler à chaque changement de bande, parfois même quand on se déplace dans la bande; ça prend du temps, quand on se jette sur un DX. Bien sûr on oublie de le faire, et le temps de s'en rendre compte, la meute s'est déjà installée sur la fréquence.

Bon, il y a quand même des boîtes automatiques pour les distraits.

Attention à utiliser une boîte capable d'accepter la puissance du linéaire s'il y a lieu.

Il faut savoir aussi que parfois les impédances ramenées en bas de la ligne sur certaines bandes sont trop extrêmes ou trop réactives, et que certaines boîtes ne peuvent pas les compenser.

Se méfier des boîtes d'accord placées l'une derrière l'autre, ce qui est le cas avec les P.A. à sortie en Pi; si le Pi peut accorder seul l'antenne, autant supprimer la boîte, s'il ne peut pas, il faut d'abord le régler sur charge 50 Ohms, puis insérer la boîte et la régler; ce qui n'accélère pas l'entrée en piste sur le DX convoité.

La boîte en haut ou en bas

En haut, c'est à dire au niveau de l'antenne est la solution idéale, mais en général irréalisable.

Avantage, on a un ROS de 1 sur la ligne, donc des pertes minimales.

Inconvénients, le fonctionnement est mono-bande, voire mono-fréquence, sauf pour les bons bricoleur avec CV et selfs commandés depuis la station, ou boîte automatique.

Faut-il en mettre une

On suppose en bas, au niveau de la station:

Si l'émetteur ne fonctionne pas, ou mal, sur l'impédance que ramène la ligne, la réponse est obligatoirement oui, à moins d'être adepte du QRP.

Si par contre l'émetteur accepte parfaitement l'impédance ramenée, autant au point de vue puissance que stabilité, boîte d'accord ou pas, le ROS ne sera pas modifié sur la ligne, les pertes en ligne seront inchangées, les nuisances radioélectriques éventuelles dues au ROS (TVI ou autre) seront inchangées; le seul effet de la boîte sera alors son action passe bande ou passe bas. Il faut voir si l'effet filtre "vaut" la perte d'insertion ajoutée. D'autant plus qu'a priori, on a déjà souvent un filtre passe bas en sortie de station; (ancienne règlementation, et peut-être actuelle règlementation, c'est un bon sujet pour les forums).

Mesures des pertes

Alors, mesurons cette atténuation. Malheureusement, elle doit dépendre de l'impédance à adapter, et il y a une infinité de possibilités. Pour simplifier, dans un premier temps on va mesurer une boîte chargée par une résistance pure de 50 Ohms, c'est à dire dans le cas où elle ne sert à rien!

On peut aussi supposer que c'est la situation où elle est le plus à l'aise question surtensions ou surintensités, et que c'est le cas où elle donnera le moins de pertes (?)

La manip est simple, on prend la boîte à tester, on la charge par 50 Ohms, on branche l'émetteur à l'entrée et on la règle pour un ROS de 1.

On applique 100 Watts et on regarde combien il y a sur la charge en peaufinant éventuellement les réglages pour obtenir le maximum en sortie.

On suppose que l'émetteur est propre et n'envoie pas des harmoniques exagérées, et on a vérifié que les deux wattmètres donnent le même résultat quand il n'y a pas la boîte; se méfier des boîtes qui ont la possibilité de traversée directe car l'expérience montre qu'elles apportent même là une légère atténuation due aux commutations internes.

Avec trois boîtes du commerce et une boîte de construction personnelle, les résultats ont été les suivants exprimés en décibels:

La formule utilisée est dB=10xlog(Pin/Pout).

Selon les boîtes et la fréquence, les pertes peuvent aller de 0,31 à 1,3 dB ce qui fait des rapports en puissance de 1,075 à 1,35. Pour 100 Watts en entrée, on peut se retrouver avec 93 ou 74 Watts en sortie; 26 Watts partis en chaleur dans la boîte; inquiétant, non?

Si on admet une moyenne de 0,7 dB, soit une perte en puissance de 1,17; pour 100 Watts en entrée, on obtient en moyenne à 100/1,17=86 Watts en sortie.

14 Watts partis en chaleur (ou ailleurs). En moyenne!

Cas d'une impédance élevée

Et encore, on était dans une situation présumée optimale; que se passe-t-il si on doit adapter une impédance élevée et réactive? Pour le savoir, le mieux et de faire la mesure; une méthode simple consiste à utiliser deux boîtes d'accord, si possible identiques, sinon on obtiendra la valeur moyenne des deux.

L'impédance sur laquelle va travailler la boîte d'accord va dépendre bien sûr de celle de l'antenne, mais aussi de la longueur de la ligne.

Dans une page sur les pertes des lignes coaxiales en présence de ROS, on utilise un doublet demi-onde 14 MHz à 10m du sol sur la bande des 28 MHz; l'antenne présente une impédance de 4000 Ohms réactive en plus, la ligne est voisine d'une longueur d'onde, on peut tout calculer, mais on doit se trouver dans des valeurs élevées en bas de ligne; on va raisonner pour simplifier sur une valeur moyenne avec une boîte travaillant sur 1500 Ohms non réactive; de toutes façons, on cherche des ordres de grandeur.

Pour l'expérience, on va réaliser deux belles boîtes avec du fil argenté de 2mm, sans commutateur, sans noyau, pour limiter au maximum les pertes.

On prend la première boîte, boîte A, on la charge par une résistance au carbone de 1500 Ohms, et avec un analyseur d'antenne, MFJ ou autre on la règle sur 28,5 MHz pour qu'elle présente une impédance d'entré de 50 Ohms, et donc un ROS de1; à partir de là on ne touche plus à ses réglages.

Si on n'a pas d'analyseur, souvent les radioclubs en possèdent un, justement pour le prêter à leurs membres.

En désespoir de cause, on met une résistance plus puissante capable de supporter quelques Watts, et on utilise un émetteur et un ROSmètre.

Ceci fait, on prend la deuxième boîte, boîte B, on réunit sa sortie à la sortie de la boîte A (fils courts); on met une charge 50 Ohms sur son entrée (devenue sortie), et on la règle (toujours la boîte B) pour lire 50 Ohms et un ROS de 1 à l'entrée de la boîte A.

A ce moment là, on a deux boîtes qui transforment du 50 Ohms en 1500 Ohms, dans un sens, puis dans l'autre. On met alors un émetteur à l'entrée, on retouche légèrement les réglages pour optimiser la sortie, et on note la puissance Pin en entrée et la puissance Pout en sortie.

Le rapport Pin/Pout correspond à la perte de deux boîtes, pour une seule ce sera la racine carrée de ce chiffre.

Expérience faite, on trouve 83W en sortie pour 100W en entrée, rapport 100/83=1,2 et racine de 1,2 = 1,1. Chaque boîte apporte une atténuation en puissance de 1,1 soit 0,4dB, ce qui fait neuf Watts de perdus dans une boîte.

Et avec les boîtes du commerce

La même expérience est menée avec deux boîtes du commerce, mais déception, elle ne peuvent pas adapter 1500 Ohms, bon soyons fair-plays on va essayer avec 1000 Ohms seulement; là ça marche sur 3,7 7 et 14 MHz, mais pas sur 28 MHz; tant pis, on s'en contentera.

Le tableau donne les valeurs d'atténuation obtenues, ramenées à une boîte.

Surprise, ça atténue à peu près pareil sur 1000 Ohms que sur 50; bon, tant mieux, mais ça fait toujours une atténuation de 1,16 et une perte en moyenne de 14W.

Le doute

Oui, le doute s'installe quand on trouve de pareilles atténuations dans des boîtes d'accord à la belle allure et de marques connues; n'y aurait-il pas des erreurs de mesure ?

D'où de nouveaux essais avec la même méthode de mesure mais avec la boîte minimum, dans un rapport 50/50 comme précédemment.

Deux prises SO-239 en tête bêche et un circuit accordé entre masse et âme; le rapport de transformation de 1/1 est garanti, et le facteur de surtension est ajustable par la position de la prise sur la bobine: Facteur élevé quand on se branche sur la première prise à partir de la masse et diminuant quand on monte sur la deuxième ou troisième spire.

La bobine est réalisée en fil de cuivre 2,5² dénudé, non argenté, le câblage est en l'air pour des connexions de longueurs minimales, il n'y a pas de commutateur.

Déjà, sans la bobine, pour 100 Watts en entrée, on mesure 100 Watts en sortie; c'est heureux, dira-t-on, mais on s'attend à tout, et au moins, ça dédouane les fiches UHF/SO-239 souvent décriées.

Avec bobine branchée, les résultats sont ceux du tableau ci-dessous:

Résultats logiques: On a des pertes quand on augmente le facteur de surtension, à cause des courants importants dans la bobine, pertes allant en diminuant jusqu'à devenir négligeables quand on calme la sélectivité.

Les mêmes mesures ont été faites avec un circuit en pi 50 Ohms / 50 Ohms câblé en l'air et un facteur de surtension de 4; pour 100 Watts en entrée on en retrouve 96 en sortie soit une atténuation de 0,18 dB, ce qui n'a rien de choquant, la méthode de mesure semble validée.

Comme suggéré par F2MM sur la liste antennes, les pertes dans les boîtes précédentes étaient certainement dues au fait qu'elles sont multibandes, avec commutations, mauvais contacts, longueurs de fils, parfois noyaux ferrite, couplages entre bobines, ou proximité des masses; ici, ce n'étaient pas les masses qui gênaient!

Conclusion

Sauf à construire une belle boîte d'accord monobande par bande, quoi qu'on fasse, la boîte d'accord va nous coûter en moyenne 14 Watts sur les 100 difficilement fabriqués; et ça peut aller jusqu'à 26!

Il faut donc que cela en vaille la peine; par exemple, sur la page des pertes des lignes coaxiales, on voit que le doublet 14MHz demi-onde utilisé sur 14 MHz produit un ROS de 1,5 sur la ligne ce qui produit déjà 0,44 dB de pertes (10 Watts); si l'émetteur accepte de fournir ses 100 W sur ce ROS de 1,5 on ne va pas y ajouter 14 Watts de pertes en plus en insérant une boîte d'accord; sauf à vouloir profiter de l'effet passe bande.

Donc attention à ce qu'on met entre l'émetteur et l'antenne!

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