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Technique - Milliwattmètre
Le milliwattmètre


Instrument   indispensable en VHF/UHF, on en trouve rarement dans les labos OM peut être parce que l'instrument est cher, rare sur le marché de l'occasion, et fragile.
Que mesure t'on avec cet engin ?

Des milliwatts comme son nom l'indique, et pas beaucoup de plus, mais sur une large bande de fréquence puisque les sondes sont caractérisées pour la mesure entre 10 MHz et 10 GHz. Pas mal non ?
A votre droite, vous pouvez observer le modèle 432A d'Agilent ex Hewlett-Packard. Cet appareil très diffusé, est une référence. Sur cette représentation, on ne voit pas la sonde qui est l'élément fondamental d'un tel engin.
D'ailleurs, remarque au passage, si vous trouvez un milliwattmètre sans sa sonde, ce qui est très fréquent, pensez que cela revient à acquérir une valise sans poignée... Donc prudence, les sondes sont chères et sur certains appareils français, introuvables !
On appelle également cet appareil un bolomètre, nous allons voir plus loin pourquoi.

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Pourquoi est-ce si recherché ?

Parce que l'on peut faire une quantité de mesures variées avec cet engin. Voici quelques exemples :
  • Mesurer la puissance d'un amplificateur UHF/SHF. Si la gamme de mesure est insuffisant, on insère des atténuateurs.
  • Mesurer les pertes d'insertion d'un filtre (on mesure avant et après le filtre)
  • Mesurer la perte introduite par une longueur de câble. On utilise un générateur, on mesure sa puissance et on insère le câble. et on remesure.
  • Calculer le gain d'un amplificateur en mesurant la puissance d'entrée et de sortie.

La liste est loin d'être exhaustive. C'est un appareil très versatile et utile dans un laboratoire.




Principe de fonctionnement :

Nous avons affaire à un appareil de mesure d'une grande précision puisque la mesure est certifiée sur un HP432A par exemple à 1% à pleine échelle. Sachant que la gamme de mesure va de  10 µW à 10 mW, vous percevez la précision d'un tel engin qui va faire appel à des techniques relativement sophistiquées pour parvenir à un tel résultat.

Comme à chaque fois ou presque, nous allons faire appel à un pont de résistances pour effectuer la mesure de puissance, mais pas tout à fait n'importe quelles résistances car nous allons nous appuyer sur la loi de Joule aujourd'hui pour faire la mesure.

Vous vous souvenez que l'on peut calculer aisément la puissance électrique transformée en chaleur, c'est ce principe que nous allons retenir.

Reste à dénicher le capteur idoine, à savoir la thermistance. C'est ici que cela devient génial car la puissance consommée par la thermistance va échauffer celle-ci (bien sur) et cet échauffement va provoquer une variation de résistance, cela nous savons l'exploiter facilement. La variation sera proportionnelle à la puissance consommée. Nous avons le principe.

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Voici le principe de mesure tel que nous l'avons décrit ci-dessus. L'avantage d'un tel système est qu'il est large bande.
Toutefois vous imaginez bien qu'un système aussi simpliste serait entaché d'erreur et qu'il convient d'y apporter quelques améliorations.
Prenons par exemple la température ambiante.
Nous devons, qu'elles que soient les conditions ambiantes pouvoir équilibrer notre pont ce qui va nous amener à trouver une astuce pour nous affranchir des variations locales.
Voyons comment ce problème est traité chez les pros :

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Fonctionnement :

Nous trouvons un bloc noté pont RF. Il s'agit d'un classique pont de résistances, une des branches renferme la thermistance. C'est sur ce pont que l'on applique la HF à mesurer. Ceci va provoquer la variation de la résistance de la thermistance par effet Joule. On comprend immédiatement que ce processus a une limite et qu'il convient de ne pas appliquer trop de puissance sous peine de détruire la thermistance.
Derrière ce pont on trouve un amplificateur car les niveaux sont très faibles et insuffisants pour être traités.
Parallèlement on trouve un autre pont noté "pont de compensation". On n'applique pas de HF sur celui-ci car il est seulement chargé de prendre en compte la température ambiante.
Comme pour le pont précédent, celui-ci est suivi d'un ampli. C'est sur cet ampli que le système de mise à zéro agira.

Les sorties des deux ponts sont reliées à un bloc noté "Circuit sommateur". Ce circuit va élaborer deux tensions qui sont
1 - une tension Vrf + Vcomp
2 - une tension Vrf - Vcomp
Vrf étant la tension provenant du pont RF et Vcomp la tension provenant du pont de compensation

Un multivibrateur (classique oscillateur à signaux carrés) produit des créneaux de tension à la fréquence de 5 kHz.

La tension Vcomp + Vrf est appliquée à un convertisseur  repéré par "convertisseur tension/temps". Sur ce convertisseur on applique également les signaux 5 kHz issus du multivibrateur. On sortie nous obtenons des signaux carrés dont la largeur est proportionnelle à la tension Vcomp+Vrf comme indiqué sur le schéma. La tension Vcomp-Vrf  ainsi que les signaux 5 kHz sont appliqués à unbloc qui va donner en sortie un signal dont l'amplitude sera proportionnelle à Vcomp-Vrf. Ce signal passe ensuite dans un amplificateur.

La tension Vcomp-Vrf commande un commutateur électronique su lequel on applique la tension Vcom+Vrf. Nous obtenons en sortie des signaux qui intègrent les deux paramètres càd dont l'amplitude est proportionnelle à Vcomp-Vrf et dont la largeur d'impulsion est proportionnelle à Vcomp+Vrf.
Il ne reste plus qu'a envoyer ceci vers un appareil de mesure qui indiquera la puissance appliquée. Un condensateur en parallèle sur le milliampèremètre intègre les créneaux de tension.

Cette méthode permet de s'affranchir des variations de Vcomp puisqu'on la retrouve dans les deux termes des composantes des signaux.



Quelques précautions :

  • Le principe fait appel à un système de double ponts, le tout étant en équilibre au repos. Ne mettez pas votre milliwattmètre en marche sans la sonde connectée car certains appareils intègrent le deuxième pont à l'intérieur de l'engin et non pas dans la sonde. Le déséquilibre engendré par l'absence de sonde pourrait détruire la thermistance.
  • Si vous achetez d'occasion, exigez un essai car la sonde est fragile, voire très fragile et son prix est élevé. Notez également si le 0 se maintient correctement. Une dérive est normale tant qu'elle reste légère. Si vous devez courir derrière l'aiguille, vos mesures seront faussées.
  • Avant toute mesure, positionnez vous sur le calibre le plus élevé et insérer un atténuateur dans la sonde qui est munie d'une sortie coaxiale, c'est de la prudence.
  • Vous remarquerez qu'il existe un réglage de compensation en fonction de la fréquence. Si vous désirez obtenir la précision maximale, pensez à utilisez ceci. En général on trouve le facteur de correction directement sur la sonde.
  • Si vous désirez acheter d'occasion, essayez de penser au remplacement de la sonde. Il n'y a pas de problème d'approvisionnement pour les modèles HP (Agilent), ce n'est pas forcément vrai ailleurs.

Pas simple. Pensez qu'il s'agit d'un instrument de grande précision, ceci implique forcément un principe assez complexe. Si vous tombez sur un tel engin à un prix raisonnable, n'hésitez pas, vous ne le regretterez jamais, achetez.