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Power meter / Milliwattmètre . . . . 10 MHz - 18 GHz

Boonton 42B . . . 4200 RF . . . 4300

Introduction
Détails de la sonde
Comment réparer ?
Nouvelle sonde
Analogique ou numérique ?
Boonton 4200 RF
Boonton 4220 RF
Bontoon 4300
Power sensors
Liens

Maj : 09/11/09

Abstract :
A small overview of my collection of Boonton milliwatmeter, sensors and some dysfunctions..

Résumé :
Un petit aperçu de ma collection de milliwatmètres Boonton, de capteurs et de certains dysfonctionnements.

 

 

Introduction

Mon premier Boonton...

 

J’ai commandé aux USA mon premier milliwatmètre Boonton 42b.
Il est parti en état, comme le montre la photo de départ de mon vendeur sérieux, mais il est arrivé cassé…

 

J’ai ensuite acheté un Boonton 4200 RF, « sold as is », ce qui en langage eBay signifie évidement "pas cher, 100% en panne, il manque des morceaux".

Au départ, il marchait…

 

 

Détails de la sonde

Extrait de la documentation du 4200 (les sondes sont communes à toute la gamme :

Le schéma d’origine

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Nouvelle sonde

La sonde se démonte avec une très grande facilité. Il est difficile de faire un montage plus rustique.
La fixation des résistances de charge est très étonnante pour du 18 GHz.

Vue d’ensemble

Le point relais sur lequel arrive la 220 ohm de départ (marquée 10 kohms sur le schéma) est le condensateur de découplage 1 nF.

Remarquez la résistance série de linéarisation 180 ohms soudée au contact de la diode. Si l’on ne regarde pas avec soin, on confond ce barreau gris avec le fil de la diode !
Le corps verre mesure 2 mm de diamètre et 4 mm de long.

La cassure du verre (sur la cathode, boulle orange) !

Du condensateur central partent les deux 100 ohms rouges.
Les diodes sont entourées par un autocollant Kapton cuivré frippé et décollé (il était ainsi à l'ouverture). Elles sont soudées au plus court possible.

Une sonde modèle Boonton 51017, plus moderne, avec les diodes minuscules collées sur le mica. Attention ce modèle est très fragile, la métallisation à tendance à se fissurer, cela provoque une panne très caractéristique, la puissance lue s'écroule quand la fréquence baisse.

Le schéma reste identique, mais le montage est beaucoup plus professionnel.

51017

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Comment réparer ?

J'ai testé ensuite une nouvelle sonde qui fonctionne parfaitement (Merci Christian, F1DLT), puis d'autres achetées sur eBay, mais souvent en panne. J'ai aussi testé les divers modèles de milliwatmètres Boonton pour évaluer la famille. Les sondes ont le bon goût d'être compatibles avec toute la gamme.
Si vous intervenez sur la tête, la courbe d’étalonnage sera perdue, mais elle est facile à reconstituer au générateur et à l'analyseur calibré avec un splitter.

Voici le résultat surprenant du test de quelques unes de mes trois sondes à l’analyseur de réseau.
La courbe jaune et la noire représentent les deux sondes d’origine en bon état.
La courbe bleue représente celle réparée avec des diodes BAT 1503 réputées adaptées à cette application.
La mesure a permis de comprendre le résultat surprenant obtenu lors du test de la sonde réparée branchée sur le Boonton 42B.

Sonde longue 5E avec atténuateur de 10 dB (Courbe noire)
Résultat parfait, mieux que -23 dB de retour sur toute la bande !

Sonde courte 6E avec atténuateur de 20 dB (Courbe verte)
Résultat parfait, encore meilleure que la précédente en dessous de 7 GHz, un peu limite vers 12.5 GHz mais dégradation rapide à 16 GHz.

Sonde courte 4E sans atténuateur, en cours de réparation (Courbe bleue)
La courbe de réponse se dégrade très vite, elle ne passe plus en dessus du 1 GHz. J'ai testé diverses diodes hyper du marché sans trouver la bonne référence, j'ignore celle d'origine.
Un copain a réussi à monter à 10 GHz avec des diodes hyper (Voir un autre exemple en pdf plus loin, réparation jusqu'à 6 GHz, diode double). Si vous savez faire mieux, indiquez-moi le type de diode trouvé. Les petits bouts de clinquant collés sur les diodes montrent tout le savoir faire du constructeur avec ce montage qui ressemble pourtant à un affreux bricolage… Leur position est très critique pour la linéarité en fréquences élevées.

Ne tenez pas compte des artefacts de changement de bandes du sweeper Wiltron à 2, 7 et 13 Ghz et en bout de bande

Fréquence start
0.01
GHz
Fréquence stop
18.6
GHz
Fréquence centre
9.3
GHz
Span par carreau
1.9
GHz
Direct / carreau
dB
Réfléchi / carreau
5
dB

Réfléchi sur 3 sondes différentes

 

Je cherche à récupérer deux diodes appairées (meilleures que les BAT 1503 !) qui pourraient passer de 10 MHz à 18 GHz.

L'accord parfait

Voici le détail de l’accord sur une sonde en parfait état. La linéarité de la réponse a été réglée à l’analyseur de réseau par le constructeur, en tordant judicieusement le petit bout de clinquant cuivre sur une seule des diodes, bloqué ensuite par une goutte de résine.
Ce clinquant et les résistances série sont d’une extrême importance pour monter en fréquence.
Attention à l’oxydation, positions et serrages des rondelles.

Voir ici une autre belle réparation due au talent de Robert Lacoste et Yannick Avelino (PDF de 3 Mo) Reparation

 

Sonde

Une autre

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Correction sur les sondes

Les deux sondes en bon état ont été très soigneusement étalonnées avec une source de référence compensée. Toutes erreurs confondues (dont l’adaptation N vers APC 3.5), la précision de la mesure est meilleure que le dixième de dBm, la plus grande erreur étant sur la parallaxe de l’aiguille.

Le résultat surprend, surtout pour la sonde longue 5E avec atténuateur de 10 dB (courbe rouge), qui est quasiment parfaite jusqu’à 16 GHz, en pratique elle ne nécessite pas de correction.

La sonde courte 6E avec atténuateur de 20 dB (courbe bleue), est un peu moins bonne, alors que son ROS est meilleur, à 2.4 GHz, il faut retrancher 1 dBm, entre 8 et 9 Ghz, il faut retrancher 2.5 dBm.

 

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Autre panne classique sur les sondes

Nous avons constaté un problème récurent sur d’anciennes sondes. Le fonctionnement reste parfait dans les hautes fréquences au dessus de 10 GHz, mais la sonde s’écroule en basses fréquences, la perte peut être de plusieurs dizaines de dB.
Il ne s’agit pas d’un problème des diodes (écroulement en haut de bande), mais d’une apparition d’une capacité parasite entrée la pin de la N et le point commun des diodes.
C’est souvent une oxydation qui isole la liaison continue entre la pin de la N et la plaquette céramique métallisée de l’atténuateur. Un démontage permet de traquer et polir légèrement les surfaces incriminées dans la chaîne et c’est reparti.
Cette intervention est à effectuer sur toutes les sondes paresseuses en bas de bande.

 

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Vues du matériel

 

 

Vue intérieure, la construction est étonnament simple.  Boonton 42b

Les Boonton comparés à la concurrence, en particulier HP 435

Les sondes sont compatibles entre les vieux modèles analogiques et les récents logiques. Chez HP, il y a une grande diversité de sondes à diodes et thermistances réponse lente).
Les diverses sondes sont identiques, la puissance annoncée dépend d’un atténuateur fixe, installé en tête de sonde. La sonde de base sans atténuateur est une 0 dBm (1 mW).

Sur la face arrière, une sortie tension recopie la position de l’aiguille. Autrefois destinée aux tables traçantes, cette sortie est très pratique pour alimenter une carte d’acquisition à conversion analogique numérique.

ll n’y a pas de sortie calibration 0 dBm pour vérifier la sonde sur le 42b, mais elle existe sur le 4200 et au dessus.

 

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Analogique ou numérique ?

Un afficheur à aiguille s’avère inégalable pour un réglage, les mouvements de l’aiguille sont finement perceptibles. Pour une mesure absolue, comme un étalonnage des sondes, un afficheur numérique est irremplaçable.

Sur un wattmètre analogique, il faut évidement corriger les lectures en fonction de l'atténuation de la sonde.
Sur les modèles haut de gamme à microcontrôleurs, les courbes sont en mémoire et les lectures sont directes sur l'afficheur.

To be or not to be ? Devant la cruauté du dilemme, j’ai tranché, il faut les deux.

 

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Boonton 4200 RF

Il utilise les mêmes sondes que la gamme analogique.

Carte d'entrée et alimentation
 Boonton 4200 RF
Gestion clavier afficheur
 Boonton 4200 RF
Interface GPIB
 Boonton 4200 RF

 Boonton 4200 RF

Boonton 4200 RF

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Boonton 4220 RF

Le Boonton 4220 est un milliwattmètre SHF à microprocesseur. Il est capable de mesurer des niveaux de puissance de -60dBm à +20dBm et accepte les courbes de compensation de quatre sondes.
La résistance de précision et des diodes particulièrement bien choisies, permettent une très bonne linéarité de la sonde d’origine 51013 de 100 KHz à 18 GHz.
D’autres sondes montent jusqu’à 110 GHz.

 Boonton 4200 RF

Boonton 4220 RF

Comparaison entre les 4220 et 4220a

Les cartes et composants des 4220 et 4220A semblent exactement identiques.
Différences : Face avant (et peut être le contenu des proms ?).

42xx

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Boonton 4300

C'est le dernier arrivant des Boonton dans le labo.
Ce matériel, très performant et complexe, permet les mesures au centième de dB si l'on prend beaucoup de précautions.
Il est entièrement programmable en GPIB pour effectuer des relevés automatiques de précision.
Les sondes à diodes couvrent de 10 MHz à 18 GHz, mais d'autres modèles à guides d'ondes permettent d'accéder aux fréquences supérieures. La détection se fait dans la sonde et le wattmètre ne traite que des signaux continus.
Le Boonton 4300 comporte en mémoire secourue les tables d'étalonnage pour 20 sondes possibles. Une procédure d'autocalibration automatique recrée les tables à la demande pour chaque sonde (écriture protégée pas switches).En exploitation, il faut déclarer le bon numéro de série de la sonde sur le canal choisi, sinon la calibration sortira une erreur car la table vérifiée diffèrera de celle en mémoire.
Le Boonton 4300 sait faire les acquisitions simultanées sur deux voies, avec fonctions mathématiques, comme par exemple soustraire le réfléchi du direct lors de la mesure d'un coupleur directif et donner le ROS, ce qui en fait un mini analyseur salaire.
Tous les wattmètres sur le marché comportent un inconvénient. Par principe, la détection se faisant dans la tête, il est impossible de connaître la fréquence mesurée. Il faut appliquer manuellement une correction de quelques centièmes de dB d'après la table constructeur livrée avec chaque sonde.
Les cartes des sondes ont une sortie analogique de 0 à 10 V, cette plage peut être affectée à des valeurs de puissances quelconques. Cela est très pratique pour brancher un voltmètre à aiguille et chercher un réglage fin au maximum de puissance.
La version de base possède un calibrateur programmable à 50 MHz de +10 à -60 dBm.
Ma version a l'option haute précision, avec le calibrateur 30 MHz et atténuateur à piston programmable à mieux que 3 centièmes de dB.

 

Click !

Boonton 4300

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Boonton Power Sensors

Il y a une grande variété de milliwattmètres et de sondes chez Boonton...

Model
(Impedance)
(RF Connector)
Frequency Range
(GHz)
Dynamic Range
(dBm)
Overload Rating
(Watts)
(dBm)
DIODE SENSORS
51011 (4B)
50 ohm
N(M)
100 kHz to 12.4 GHz
-60 to +10
300 mW
+25 dBm
51012 (4C)
75 ohm
N(M)
100 kHz to 1 GHz
-60 to +10
300 mW
+25 dBm
51012-S/4 (4C)
75 ohm
N(M)
100 kHz to 2 GHz
-60 to +10
300 mW
+25 dBm
51013 (4E)
50 ohm
N(M)
100 kHz to 18 GHz
-60 to +10
300 mW
+25 dBm
51075
50 ohm
N(M)
100 kHz to 18 GHz
-60 to +10
300 mW
+25 dBm
51051 (4G)
50 ohm
APC 3.5 (M)
1 MHz to 26.5 GHz
-60 to +10
300 mW
+25 dBm
51015 (5E)
50 ohm
N(M)
100 kHz to 18 GHz
-50 to +20
2 W AVG.
+33 dBm
51033 (6E)
50 ohm
N(M)
100 kHz to 18 GHz
-40 to +30
2 W AVG.
+33 dBm
51071
50 ohm
K(M)
10 MHz to 26.5 GHz
-60 to +10
300 mW
+25 dBm
51072
50 ohm
K(M)
30 MHz to 40 GHz
-60 to +10
300 mW
+25 dBm
THERMOCOUPLE SENSORS
51100 (9E)
50 ohm
N(M)
10 MHz to 18 GHz
-20 to +20
300 mW
+25 dBm
51101
50 ohm
N(M)
100 kHz to 4.2 GHz
-20 to +20
300 mW
+25 dBm
51102
50 ohm
K(M)
50 MHz to 26.5 GHz
-20 to +20
300 mW
+25 dBm

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Liens Boonton 42B / 4200 RF / 4300

Rien !!! C'est le désert...

J'ai acheté tous les manuels des matériels cités, disponibles en pdf, mais il me manque encore un manuel propre du Boonton 42B

On ne trouve qu'une très mauvaise copie incomplète USArmy sur Bama.

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Liens matériels de mesure et TV ham

Autres pages sur la mesure et le radioamateurisme :

Achat et vente de matériel électronique :

Mes liens radioamateur sont regroupés dans cette page : Liens Ham

 

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