Pont d'impédance alimenté par le dipmètre

Sommaire

Présentation
Un montage simple
Le transfo trifilaire
Un deuxième montage
Utilisation
Variantes

Page d'accueil

Présentation

Dans le même esprit que le pont de bruit décrit dans une autre page, ce montage propose, à partir d'éléments
déjà construits tels le dipmètre et la sonde HF, un schéma minimal en vue d'effectuer des mesures, ou plus
exactement des expériences de mesures d'impédance. Le dipmètre sert ici de générateur, la détection est
assurée par la sonde HF connectée à un voltmètre digital ordinaire. Dans le pont de bruit classique le
détecteur (la source de bruit) est apériodique et c'est le détecteur (le récepteur) qui sélectionne le
signal à mesurer. Dans ce montage, c'est le contraire, le générateur (le dipmètre) fournit un signal précis
et le détecteur (la sonde à diode) est apériodique.
Le récepteur, en l'absence de fréquencemètre sert à contrôler la fréquence du dipmètre. Ce montage n'est
donc pas 'transportable', mais n'empêche pas de faire des mesures sur une antenne déjà montée et alimentée
par un câble. Le procédé est décrit dans la page 'pont de bruit' et nécessite l'usage soit de l'abaque de
Smith, soit des formules de calcul du fichier Excel téléchargeable sur le site.
Feuilles de calculs sous Excel Omctrlw.xls Onglet Z ligne et ortho
Il est évidemment indispensable de connaître la longueur physique, le facteur de vélocité et l'impédance
caractéristique du feeder pour déterminer à distance l'impédance de l'antenne.

Hormis le mode d'alimentation et de détection, la seule différence dans la structure du pont est le
transformateur trifilaire qui remplace les deux condensateurs de 47 pf. Les explications, manipulations,
l'exploitation des résultats sont strictement les mêmes. Après avoir construit ce montage, il sera donc
indispensable de se reporter à la page pont de bruit pour en maîtriser les fonctions et les limites.
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Un montage simple

Ce pont est tout à fait classique si ce n'est le mode d'alimentation et l'éventuelle présence d'un CV
miniature en lieu et place d'un condensateur fixe dans la branche de mesure, ici la branche droite du schéma.
Le dipmètre sert de générateur. Le signal est prélevé par une inductance L1 formée par deux tours de fil
rigide. Le diamètre est tel que l'on peut y introduire la bobine du dipmètre. Un câble d'environ 1 mètre
pour éloigner le générateur du pont, relie L1 à L2. L2 fait partie d'un transformateur trifilaire (trois
fils en main) enroulés soit sur un support cylindrique, soit un tore HF ou une ferrite binoculaire en forme
de 'groin de cochon'.

pont avec transfo

L3 et L4 forment les deux branches supérieures du pont, CV et P les éléments de mesures, Cvm (ou CA) et Z,
la branche à mesurer. La détection se fait entre les points A et B à l'aide d'une sonde HF suivie d'un
multimètre sur le calibre 2V pour dégrossir la mesure, puis sur 200 mV pour affiner et si l'impédance à mesurer
n'est pas trop bruyante du point de vue radioélectrique.
Comme dans le pont de bruit, le CV est gradué en valeur de capacité, la transformation en réactance est faite
par calcul. Le potentiomètre est soit un modèle classique muni d'un large bouton de manœuvre et d'une
graduation généreuse, soit un multitour miniature. Dans ce cas, le résultat est obtenu après mesure de sa
résistance. Prévoyez alors des connexions de part et d'autre du multitour pour connecter, après les réglages
d'équilibre du pont, l'ohmmètre.
La page 'pont de bruit' explicite le choix des valeurs de P et de CA en fonction des impédances à mesurer et du
CV disponible. Si vous optez pour le potentiomètre multitour, 470 ohms, voire plus est un bon choix. La plage
de mesure s'en trouve étendue. Pour ne pas trop limiter la plage de mesure des réactances inductives, surtout aux
fréquences élevées, CA doit avoir une valeur inférieure ou égale à 1/3 de CV, et non la moitié de CV, comme on
le lit trop souvent. Un condensateur ajustable (Cvm) à la place de CA, le parti pris d'une graduation du CV de
mesure en capacité et la calibration systématique à l'aide d'une résistance connue à chaque changement de fréquence
étendent très largement la plage d'impédance réactive mesurable.
La détection du 'nul' à l'équilibre est assurée par la sonde HF qui est reliée aux points A et B. Le nul se lit sur
le voltmètre numérique réglé sur le calibre 2V ou 200 mV.

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Le transfo trifilaire

La réalisation

C'est la pièce la plus délicate. On a le choix entre trois possibilités. Du plus simple au plus compliqué.

Trois fils émaillés de 0,5 à 1 mm de diamètre enroulés sur un support cylindrique d'environ 2 cm de
diamètre. Les trois fils doivent être bobinés ensemble en spires jointives, comptez une douzaine de tours
Le schéma montre à quoi doit ressembler le composant.

Trois fils enroulés sur un tore HF. Suivant la taille du tore il sera peut être utile d'utiliser du fil émaillé
plus fin et adapter le nombre de tours. Cette solution présente un bon rendement HF et une meilleure symétrie.

La ferrite binoculaire. Les trois fils se bouclent dans les deux trous de la 'jumelle'. Les extrémités de L2
sortent d'un côté, les extrémités de L3 et L4 de l'autre. Bien que plus délicate, cette réalisation offre
l'avantage d'optimiser le rendement et la symétrie et minimise les problèmes de phase.

Les connexions

L'enroulement du milieu représente L2 et est connecté au générateur. C'est par lui que transite le signal.
Le premier et le troisième fil représentent respectivement L3 et L4. Pour respecter la phase et la symétrie
la fin du premier enroulement (2) est connectée au début du troisième (5). Cette jonction (2 et 5) correspond au
sommet du pont. Les connexions restantes (1 et 6) rejoignent les branches basses du pont.

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Un deuxième montage

Comme la détection du 'nul' se fait à l'aide de simples diodes, il peut être intéressant de rendre le dispositif
plus compact en montant les diodes directement sur le pont entre les points A et B. Le schéma montre la disposition
du détecteur composé de 2 diodes au germanium et de deux condensateurs de 1 nF, valeur non critique.

pont avec diodes

Avec ce détecteur incorporé au montage, on connecte le multimètre directement aux points indiqués sur le schéma.
On serait tenter de remplacer le voltmètre numérique par un galvanomètre directement connecté au détecteur, et
rendre ainsi le dispositif encore plus compact. Malheureusement, le signal délivré par le dipmètre n'est pas assez
puissant pour observer des déviations franches. Le 'nul' à l'équilibre, à peine perceptible, est beaucoup trop
flou pour être exploitable. En revanche, même avec un couplage du dipmètre faible, ce détecteur connecté à un
voltmètre numérique courant est très sensible et rend le 'nul' de l'équilibre net et précis, imposant pratiquement
l'utilisation d'un potentiomètre multitour.

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Utilisation

Placez la bobine du dipmètre réglé sur la fréquence voulue près et dans l'axe de L1. Connectez une impédance connue,
une résistance au pont et le voltmètre au détecteur. A l'aide de P et de CV cherchez le 'nul' sur le voltmètre.
Une fois l'équilibre obtenu, repérez la valeur du CV. C'est la position d'équilibre qui équivaut à CA (ou CVm) du
schéma et de toutes les capacités parasites du pont. Cette valeur est notée CB dans les formules et dans le fichier
Excel. La valeur de P devrait être proche de la résistance connectée au pont. Cette mesure préalable peut se faire
sur le calibre le plus faible du voltmètre, par exemple 200 mV.
Il n'est pas nécessaire d'introduire la bobine du dipmètre dans L1, un couplage trop serré provoque une distorsion
du signal. Pour les mesures courantes un écart d'un demi-centimètre est généralement suffisant. L'essentiel est
que le voltmètre indique un zéro franc lors de la manœuvre de P et de CV. On peut dont jouer sur la distance entre
le dipmètre et L1 pour adapter la sensibilité aux impédances à mesurer. Dans le cas d'une résonnance sous impédance
faible le zéro est obtenu non pas sur une position précise de P mais sur une plage de réglage. Un couplage plus
serré améliore la précision du 'nul' sur une position précise de P.
Connectez maintenant l'impédance à mesurer et reprenez les réglages de P et de CV. A l'équilibre, P représente
la valeur résistive de l'impédance ZR, la valeur réactive est obtenue par calcul.

ZX = 159155 * ( CV - CB ) / ( F * CV * CB) . ZX en ohm CV et CB en pF et F en MHz.

La formule prête à l'emploi est disponible dans Feuilles de calculs sous Excel Omctrlw.xls Onglet Mesures réf. pont Z1

La mesure d'une antenne présente quelques difficultés. En tant que collecteur d'ondes elle fournit elle aussi de
l'énergie au pont ce qui se traduit par une tension démodulée par les diodes. Pour évaluer l'ampleur des signaux
parasites éloignez ou coupez le dipmètre. Suivant les heures et la propagation ces signaux peuvent valoir de
quelques mV à 40 mV. Plus question dans ces conditions d'atteindre le 'nul' mais seulement un minimum. Le calibre
2V est alors plus approprié et un couplage serré peut faciliter les conditions de lecture.

Toutes les manipulations de prise en main, les détails d'utilisation, discussion des valeurs de composants du
pont, possibilités et limites de mesure sont déjà traités dans la page 'pont de bruit'. Il est donc vivement
conseillé de s'y reporter et tout particulièrement de consulter les paragraphes suivants:

Notations

Utilisation

Evaluation des performances du pont

Mesure sur une antenne via un feeder

Vous y trouverez de nombreux détails qui vous permettrons de maîtriser l'utilisation de ce genre d'instrument,
d'en comprendre et d'en exploiter les résultats.

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Variantes

Du classique
On peut bien sûr utiliser une autre source de signal que le dipmètre. Déjà décrit dans la page 'pont de bruit'
le générateur de bruit à transistor peut se connecter à L2 pour alimenter le pont. Comme ce générateur est
apériodique, c'est donc au détecteur qu'il convient de discriminer la fréquence. On retire donc le détecteur
à diodes et on le remplace par un récepteur calé sur la fréquence de mesure. Le récepteur est connecté aux
points A et B. On retrouve alors la configuration tout à fait classique d'un pont de bruit traditionnel.

La calibration systématique
L'absence de circuit de compensation, la graduation du CV en capacité, la présence d'un CV miniature dans la
branche de mesure et donc l'absence d'une référence 'réactance nulle' comme sur les ponts classiques, imposent
une calibration avant mesure à chaque changement de fréquence ou à toute modification de réglage de CVm. Cette
calibration se fait à l'aide d'une résistance connue, par exemple 50 ohms, en équilibrant le pont. Le réglage
obtenu sur CV indique le point origine des réactances. Le réglage du potentiomètre P peut lui aussi être pris
comme origine des résistances, origine comptée à partir de la valeur de la résistance utilisée pendant le test.
On procède ainsi à une mesure par 'delta', c'est à dire par différence par rapport à une valeur connue. Cette
façon de procéder fournit des résultats plus précis puisqu'elle élimine les composantes parasites du montage. La
variante proposée comporte donc une résistance connue et un inverseur directement implantés sur le circuit.

pont variantes

L'inverseur sert à commuter soit, la résistance de référence soit l'impédance à mesurer et évite les connexions
et déconnexions fastidieuses. L'expérience montre que les variations de P sont minimes et que sa valeur peut dans
la plupart des cas être prise pour valeur résistive de l'impédance. La présence de R et de l'inverseur permettent,
en tous cas, d'en vérifier et contrôler les écarts.

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Quelques comparaisons pour conclure

Dans le domaine de la HF on trouve principalement deux procédés de mesure d'impédance. Les dispositifs vectoriels
et les ponts. Les dispositifs vectoriels, et principalement les modèles du commerce, sont en général très précis pour
l'indication du module du vecteur d'impédance. Aux angles de phase moyens ils décomposent aussi très correctement
ZR et ZX. Lorsque cet angle, c'est à dire le rapport entre réactance et résistance augmente, la précision se
dégrade. Ce défaut, et c'est plus ennuyeux, apparaît également aux faibles angles de phase, c'est à dire en
approchant de la résonance (réactance nulle). Cette dégradation n'est pas liée à des défauts de construction mais
a pour origine des considérations purement mathématiques qu'il serait trop long à développer ici. Les modèles
récents dotés d'affichage numérique et de microprocesseur sont automatiques, ce qui explique sans doute, malgré
leur prix, leur succès.
Les ponts, plus rustiques, sont moins précis. Ils n'ont en revanche aucun mal à détecter la résonance et ont,
dans le contexte radioamateur une précision suffisante. La plage de mesure dépend des composants ( P et CV)
utilisés, le choix adapté de ces composants en font des instruments plus flexibles.
A l'usage, le pont alimenté par le dipmètre est plus précis que le pont de bruit.
Le dipmètre et le multimètre servent à bien d'autres choses, et le pont décrit dans cette page est à la portée
de tous, sa réalisation ne présente pas de difficulté insurmontable.

L'investissement est minime, la précision tout à fait honorable, c'est la solution adoptée à la station.

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