Le wattmètre


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 Instrument indispensable dans toute bonne station radioamateur cet appareil se trouve sur le marché à tous les prix. Comment fonctionne t'il, ses indications sont elles fiables, quelles sont les références en la matière, quelle puissance mesure t'on ?
Le principe de la mesure :

On va retrouver dans tous les modèles le même principe de mesure, à savoir prélever un échantillon de l'énergie HF transitant dans l'appareil. Cette énergie sous forme de tension alternative sera ensuite redressée par une diode, filtrée par un condensateur et appliquée à un appareil à cadre mobile gradué en Watt.
Autant le principe est simple, autant la réalisation, qui n'est pas compliquée, est délicate.

Deux choix possibles :


Où l'on utilise un wattmètre muni de sa charge, dans ce cas on relèvera la tension aux bornes et par un judicieux montage on s'attachera à justifier P=U2/R où l'on utilise un wattmètre de traversée, càd que celui-ci pourra être relié en permanence à la charge et indiquera continûment la puissance délivrée.
Le premier cas vous est connu, nous avions donné un exemple pour l'étude des charges fictives :



En revanche le second cas qui est le plus fréquent fait appel à une technique légèrement différente car il vaut éviter que le wattmètre ne vienne perturber l'installation soit en introduisant une impédance différence de celle de la ligne, soit en introduisant des pertes, soit les deux à la fois.

Le principe consistera donc à réaliser une ligne d'impédance généralement de 50W, susceptible de supporter la puissance fournie et d'introduire un système fonctionnant en général par induction pour prélever un pourcentage connu de HF. Il ne restera plus qu'à redresser, filtrer et afficher sur un appareil à cadre mobile gradué en Watt.
C'est en général ici que le bât blesse car cette ligne doit avoir une impédance stabilisée sur une large plage de fréquence, des connecteurs entrée-sortie 50 W, la captation d'énergie doit toujours répondre au même critère, si elle est inductive, elle ne doit pas être perturbée par de l'énergie ramenée par les capacités parasites du montage. Bref ce n'est pas si simple que cela. Voyons schématiquement ce que cela donne :

Une ligne 50W (représentée en bleue) permet la traversée de HF. Une ligne couplée, courte devant la longueur d'onde (représentée en rouge) capte par induction la HF. Celle-ci est redressée et filtrée puis la tension continue attaque le galvanomètre.
Comment Bird Electronic traite t'il le problème ?

Dans le petit monde de l'émission d'amateur qui de temps en temps présente des similitudes avec le petit monde de Don Camillo, vos interlocuteurs vous présenteront un argument jugé décisif qui sera du genre :"Mesuré au Bird". Alors là vous n'avez plus qu'à remballer votre argumentation et vous faire humble car la Bird Electronic s'est taillée une réputation enviable et incontestée.

Voici comment cela se présente un "Bird". Le boîtier seul coûte aux environs de 2000 F, pour que l'engin fonctionne il faut y adjoindre un "bouchon" adapté à la bande de fréquence et à la puissance. L'ensemble est assez cher mais fiable et précis à 5% (donnée constructeur) sur un signal CW. (je précise que CW ne signifie pas Morse mais Continus Wave). Un bouchon comme le modèle 100-250 MHz 500W coûte 600 F. Ce n'est pas donné !
La technique :

L'idée Bird consiste à réaliser une ligne coaxiale d'impédance stabilisée très courte devant la longueur d'onde du signal transitant. Ensuite un bouchon comprenant une boucle de couplage une résistance et une diode est approché de la ligne. Regardez à droite, schématiquement cela se passe comme ceci.

Un troisième composant invisible existe, il s'agit de la capacité de couplage de la boucle. La mathématique de fonctionnement pour ce wattmètre (comme pour les autres) est très complexe et dépasse ce dont nous avons besoin. Voici une idée des tensions induite dans le bouchon (c'est pour le plaisir et votre culture personnelle).

 

C et R forment un pont diviseur de tension, Em est la tension couplée par mutuelle inductance, E la tension du générateur (l'émetteur) qui se trouve entre le conducteur interne et externe, I est le courant dans la ligne. 
Nous obtenons une tension alternative "e" entre la résistance R et la boucle (M) proportionnelle à la puissance absorbée par la charge.
et à l'intérieur cela donne ce que vous voyez à droite. Un boîtier en fonte d'alu avec un appareil à cadre mobile dont il convient de prendre soin, relié à la ligne.
On insère la bouchon convenable en fonction de la fréquence d'utilisation et de la puissance requise sur la face avant. Ce bouchon est rotatif est vous indique la puissance "réfléchie" quand vous lui faite effectuer une rotation de 180°.watt
Si vous positionnez le bouchon en position verticale, cela amortit le cadre mobile est permet un transport plus sécurisé (astuce !)

Quelle puissance mesurons-nous ?

C'est quand même la bonne question à se poser. La majorité des appareils sauf spécifications particulières sont des wattmètres prévus pour afficher la puissance efficace (que les radioamateurs s'obstinent à nommer de HF) en régime continu comme en CW. Dès que vous modulez le signal et vous l'aurez constaté, cela ne veux plus dire grand-chose et vous amène parfois à des conclusions erronées. Vous vous souvenez de la détection AM avec une diode, il s'agit du même principe avec le système présent sur les wattmètres. La diode ne fait que détecter une enveloppe. Quand celle-ci est constante comme dans le cas de la FM ou de la CW, la tension fournie est bien une tension continue stable, dès que vous moduler (sauf cas particulier en un ou deux tons), l'indication est fausse.
Pour lire une puissance sur un signal modulé, on fait appel à un wattmètre de crête. Tous les radioamateurs devraient utiliser un tel wattmètre cela leur éviterai de pousser les boutons de gain micro à fond. D'autant qu'à ce qui vient d'être écrit, se rajoute le phénomène d'inertie de l'aiguille qui n'a pas le temps de monter sur les crêtes de modulation.

A titre indicatif, je vous livre un document en provenance de la Bird Electronic et qui vous indique, en fonction du type de modulation appliqué, la valeur que vous indiquera un wattmètre type 43 qui est une référence dans la mesure de puissance.

Quelles sont les caractéristiques des wattmètres ?

  • La fréquence d'utilisation. 
  • L'impédance caractéristique de l'appareil. Aujourd'hui pratiquement tout est normalisé 50W donc pas de souci mais...
  • les gammes de puissance et la puissance max
  • La précision affichée par le constructeur (vous l'avez vu, Bird réclame 5%)
  • La perte d'insertion. Dans la mesure ou vous insérez quelque chose dans une ligne, des pertes apparaissent, celle-ci doivent rester à un niveau acceptable.
  • Le ROS introduit (par l'éventuelle désadaptation d'insertion)
  • La connectique (SO239 ou N)
  • Et le superfétatoire comme les dimensions, le poids etc.
 
 Nous avions déjà abordé le thème de la mesure de puissance en parlant du ROS-mètre. Le tour d'horizon, loin d'être exhaustif est toutefois suffisant pour construire ou acheter un tel appareil en toute connaissance de cause.



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