Protection entrée d’un analyseur de spectre - Jacques F6TEM –

1) Introduction

Endommager l’atténuateur d’entrée ou le mélangeur large bande d’un analyseur de spectre : c’est la tuile ! Dans le cas du HP8565A (10 MHz-22 GHz), le mélangeur est un modèle spécifique à la firme utilisant des composants exotiques…Quant à l’atténuateur variable, le démontage et la réparation ne sont pas à la portée du premier venu. Un exemple ici : http://ve2azx.net/technical/HP_StepAttenuatorRepair.pdf On pourra astucieusement remarquer les dimensions des cellules atténuateur : Les grandes valeurs d’atténuation sont très souvent composées d’un ensemble de cellules de base (ex : pad 10 dB). Il existe des composantes réactives (-J capacitives ou +J inductives) aux hyperfréquences à certaines valeurs de composants résistifs d’où ce choix de la plupart des fabricants. La technologie employée (couches épaisses, métalfilm, multicouches etc.) sera aussi à prendre en compte.

Immersion immédiate, pour le plaisir, à l’intérieur de la boite et ses composants spécifiques.

En passant sur la position 0dB de l’atténuateur d’entrée, le voyant (en haut à droite) s’allume et signale à l’utilisateur qu’il prend la responsabilité d’appliquer le signal, sans autre protection, à l’entrée du mélangeur large bande…WARNING ! A noter que le niveau de référence (ligne au sommet du display) est réglable par pas de 10 et de 1 dB.

On notera aussi à ce niveau que le connecteur N de précision, par ses dimensions et l’utilisation à minima de diélectrique pour la tenue mécanique de sa pin centrale, monte jusqu’à 22 GHz en mode Transverse Electromagnétique ou tem… En d’autres mots, il fonctionne comme un coaxial sans apparition de modes

guidés jusqu’à λ= 13mm (mm=10-3

m).

Une banale lampe de poche émet de la lumière autour de 500 à 700 nm (nm= 10-9

m) …Cela permet d’avoir toujours à l’esprit les ordres de grandeurs des choses et évite de se faire peur avec rien.

Niveaux DC

Niveaux AC

Le HP8565A supporte 0 Volt DC Le HP8565A supporte maximum 1 watt HF

Solution : couplage AC extérieur Solution : Atténuateur ou ampli extérieurs

Action : choix et montage des composants Attention à décharger les câbles sur 50Ω avant

mesure (électricité statique).

Action : choix et montage atténuateur extérieur dans un premier temps. L’utilisateur reste

responsable des niveaux.

Nb : Infos HB9MFL (Merci ARMIN) …ANRITSU™ utilise une protection de type fusible coaxial 50Ω couche mince qui semble fonctionner…. On ne la trouve pas facilement en fond de tiroirs.

2) Schéma de base C1=C2=C3 = 390pF ± x%

Input 50Ω Output to HP8565A

3) Les Composants Le principe de base est simple, le schéma aussi : recyclage et construction maison …l’expérimentation est toujours un enrichissement d’idées et de savoir-faire.

3.1 Atténuateurs

Printemps 2011 : Manifestation OM sympa à Chenove/21 ; un lot de 2 générateurs ADRET 740 achetés à prix raisonnable pour récupération des pièces. Ils ont déjà été un peu cannibalisés mais il y a quelques beaux restes dont une rampe d’atténuateurs constitués de relais miniatures TELEDYNE™ et de chips atténuateurs couche épaisse sur AL2O3 (Alumine).

Atténuateur 10 dB

Vue coté câblage …les chips atténuateurs ont été enlevés pour test

L’ensemble sera utilisable en SW-VHF avec des résistances SMD/CMS

Les relais TELEDYNE ™ vus de dessus. A noter la qualité de la mécanique et l’alimentation des bobines par

by-pass. Les fuites HF dans un générateur de labo : c’est dur à maitriser !

Les atténuateurs sont probablement des couches épaisses de carbone sur un substrat Alumine. A remarquer la similitude avec les chips utilisés dans l’atténuateur 18 GHz HP du début d’article. On peut donc en attendre un bon comportement en Fréquence mais aussi en stabilité thermique, dans la gamme qui nous intéresse.

3.2 Condensateurs

On choisira : -) petite taille -) isolation suffisante par ex. 50 ou 100V -) Diélectrique à faible perte comme la porcelaine …Une lecture des notes d’application de la firme ATC peut apporter pas mal d’information sur le sujet Ref : The RF Capacitor Handbook / American Technical Ceramics /1972. C’est un gros pavé. -) Montage sur la tranche de type Franco Rotta …lire la note sur les diodes Source de Bruit en Hyper. http://www.rfmicrowave.it/catalogue_file.php?file=A.pdf&action=v&lang=eng&pos=0

3.3 Connecteurs et microstrip (micro ruban dans la langue de Molière)

La technologie micro ruban cumule de nombreux inconvénients : -) perte par effet pelliculaire dans le plan de masse et surtout dans le micro ruban. -) pertes dans le diélectrique d’où l’obligation d’utiliser des substrats chers en hyperfréquence c’est-à-dire PTFE, Alumine, quartz etc. On notera au passage l’utilisation de plus en plus fréquente actuellement du PLEXYGLASS™ (PMMA) jusqu’aux ondes millimétriques (performances correctes à coût réduit). La constante diélectrique va ralentir la vitesse de propagation (v<c) et donc augmenter les contraintes de précision dans le design et la réalisation des circuits imprimés.

-) enfin : Les pertes par rayonnement. En effet, les lignes de champ au-dessus du microruban cherchent à se refermer dans l’espace, provoquant couplage sur les parois adjacentes des boitiers par exemple. D’où les absorbants collés à l’intérieur des boitiers. Cerise sur le gâteau : un freinage de la vitesse de propagation de l’onde qui par effet dispersif (une partie du champ dans le diélectrique et une partie dans l’espace) va devenir un paramètre variable et fonction de la fréquence de travail. C’est l’une des plus mauvaise ligne de transmission mais elle est facilement reproductible avec des moyens industriels et renforce le caractère « sacralisé » des Hyperfréquences. Le logiciel APPCAD disponible sur ce site (rubrique logiciels) vous permettra de varier les paramètres et de quantifier les effets en question.

3.4 La mécanique

Ce petit ensemble « couplage AC/Atténuateur » va s’inspirer des Test Sets utilisés par les grandes firmes

hyperfréquences pour caractériser leurs composants en série. A remarquer les astuces mécaniques et les

connecteurs APC7.

En absence de fraiseuse, les faces d’un petit bloc de laiton seront dressées au tour après fixation sur un rond Alu de 80mm. Moyennant précaution et vitesse de coupe adaptée, le PROMAC 221 chinois se sort bien de l’opération.

A noter les connecteurs N usinés au ras des flasques d’assemblage.

La plaquette atténuateur nécessitant une masse des 2 cotés du rectangle d’Alumine, le copperclad sera fendu de 2 traits de scie sur 6mm. Une feuille de clinquant cuivre épaisseur 15/100mm sera installée dessous et repliée pour soudure. Les règles de câblage hyper sont ainsi respectées aisèment. La ligne micro ruban est découpée (provisoirement) au scalpel dans du clinquant autocollant utilisé pour les développements hyperfréquences. Un petit capot CU et des entretoises (absents de la photo) terminent la réalisation.

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Fc inférieure: 1,2 MHz @ -3 dB (dépendant de l’architecture atténuateur et des chips capacités). Fc supérieure : >> 1,3 GHz

Atténuation : 10 dB ± mieux que 0,25dB entre 4 et 1300 MHz Return Loss : 30 à 35 dB entre 4-1300 MHz (VNA HP8754A actuellement disponible)

Coût : quasi nul Rapport (performances+ connaissance)/QSJ élevé

Maintenance facile. Protection raisonnable du HP8565A

Temps de réalisation : < à celui de l’article !

Le marqueur intégré 100 MHz de l’analyseur : 10dB en dessous de sa position vraie, avec la « protection »

en place.

A tous, bonne réalisation jacques