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Mesures à l'analyseur de spectre

    Ham radio

Introduction
Les mesures
Emetteur Comtech 2320 MHz
Antenne 1250 MHz
Antenne bibande Comet
Antenne UHF 19 éléments H
Relais TV F5ZNZ
Relais TV F5ZOB
Bande passante sur signal pur
Effet bande passante sur filtre
Télécommande automobile 224 MHz
Ravage en télévision 23 cm par radar
Mesure de bruit du pauvre
Liens

Maj : 01/09/05

Abstract :
Various measurements made with an Advantest R3463 numerical spectrum analyzer, in my ham radio station, with comments and interpretation of pictures.
The instrument is very powerful, this page shows only a very small part of what it can do.

Résumé :
Diverses mesures faites avec un analyseur de spectre numérique Advantest R3463, dans ma station radioamateur, avec des commentaires et l'interprétation des images. L'instrument est très puissant, cette page montre seulement une très petite partie de ce qu’il peut faire.

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Introduction

L’analyseur de spectre est un instrument de mesure merveilleux aux possibilités considérables.
Cette page explique quelques possibles parmi les plus simples possibles.
L’Advantest R3463, analyseur numérique de dernière génération, est décrit dans cette autre page générale :
Mesures au laboratoire amateur

Tracking et extensions des bandes

Une autre note beaucoup plus spécifique, qui ne peut intéresser que les seuls possesseurs de ce matériel, mettra en commun les expériences d’utilisation. Les possesseurs d’Advantest sont en majorité américains, cette page sera seulement en anglais.
Advantest spectrum tricks

Advantest R3463

 

Mon deuxième analyseur HP 8595e    ( 6.5 GHz )

 

Mon troisième analyseur HP 8562a    ( 22 / 26 GHz )

 

Mon quatrième analyseur HP 8564e   ( 40 GHz )

 

HP 8595e + 8562a

Image de grande taille (500 mo !)

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Valeur du ROS en fonction des pertes en dB

Ce petit tableau donne les valeurs du ROS en fonction des écarts en dB entre direct et réfléchi.

dB
ROS
***
dB
ROS
***
dB
ROS
***
dB
ROS
***
dB
ROS
0
inf
 
10
1.92
 
20
1.22
 
30
1.065
 
40
1.020
1
17.39
11
1.78
21
1.20
31
1.058
   
2
8.72
12
1.67
22
1.17
32
1.052
   
3
5.85
13
1.58
23
1.15
33
1.046
   
4
4.42
14
1.50
24
1.13
34
1.041
   
5
3.57
15
1.43
25
1.12
35
1.036
   
6
3.01
16
1.38
26
1.11
36
1.032
   
7
2.61
17
1.33
27
1.09
37
1.029
   
8
2.32
18
1.29
28
1.08
38
1.025
   
9
2.10
19
1.25
29
1.074
39
1.023
   

Au delà de -40 dB de retour, le ROS est négligeable !

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Les mesures : Méthodes opératoires

 

Beaucoup des mesures suivantes seront faites au travers de divers coupleurs directifs adaptés aux plages de mesures. Ils sont décrits dans cette autre page sur la mesure : Mesures au laboratoire amateur

Sur les copies d’écrans suivantes, la courbe supérieure représente l’onde directe, celle inférieure l’onde réfléchie. La trace A est verte, la trace B est jaune, la couleur de la référence change suivant les écrans, dépendant du nombre d’opérations (pair ou impair) sur la référence.
Attention aux échelles, regardez bien le nombre de dB par carreau et le span et la largeur de la bande affichée. Exemple span de 200 MHz = 20 MHz par carreau.
 vers page coupleurs

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Emetteur télévision Comtech 2320 MHz

La mesure du signal de sortie d’un émetteur est simple à réaliser. Il suffit de s’assurer que la puissance prélevée est acceptable pour l’analyseur de spectre. Pour prélever un peu d’énergie près de la sortie d’émission, une petite boucle est soudée au bout d’un coaxial sur un trou du capot, Le couplage est très faible, l’émetteur sort +13 dBm, le signal envoyé à l’analyseur est de -10 dBm, le couplage est donc de -23 dB, ce qui veut dire que l’on prélève 1/200 de la puissance de sortie.
Sur ce premier écran, les entrées de modulation vidéo et son sont débranchées.
 Comtech

Emetteur Comtech 2320 MHz sans son ni vidéo
(10 dB/carreau)

Nous voyons la porteuse vidéo sur 2.320 GHz.
Elle est encadrée les sous porteuses son, comme l’indique le marqueur différentiel, à +/- 6.5 MHz et environ -16 dB de la porteuse.
Les sons 5.5 MHz ont été éliminés sur ce module.
En plus de ces trois raies normales, nous observons aussi des raies parasites.
Premiers harmoniques son à +/- 13 MHz et - 35 dB de la porteuse.
Deuxièmes harmoniques son à +/- 19.5 MHz et - 50 dB de la porteuse… Ce sont des signaux indésirables, mais peu gênants pour notre application en télévision car faibles. Un puriste filtrera pour les éliminer.
Pour la mesure, il n’est pas utile de serrer davantage les filtres, le bruit de phase de la PLL étant assez important.

 

 

Emetteur Comtech 2320 MHz modulé avec son et vidéo
(10 dB/carreau)

Les conditions sont identiques, mais nous rajoutons les modulations. L’examen du spectre semble inexploitable dans ces conditions, mais avec l’habitude, le type d’émission est facilement identifié.

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Antenne 1250 MHz au bout de 25 m de câble

Mesure de la réponse d' une antenne en émission

Le générateur ou sweeper à faible niveau est branché sur le coupleur directif avec des câbles certifiés à l'analyseur de réseau.
Les limites de bandes sont réglées, la courbe de référence est relevée avec sortie sur charge fictive quand les niveaux sont stables, elle sert de référence pour la suite.
La mesure sur l’antenne au bout de son long câble est faite par rapport à cette référence pour garantir la qualité du résultat.
Quand cela est possible, le câble est mesuré séparément sur charge pour éviter les ambiguïtés des résonances parasites de l’objet à étudier.

 

Antenne Tonna 1250 Mhz émission avec 25 m de câble 75 ohms télévision
(2 dB/carreau)

Les oscillations très prononcées montrent la résonance du mauvais câble d'installation satellite grand public, 17 VATC, mais adapté par deux tronçons quart d'onde en 50 ohms. La période est de l'ordre de 5.7 MHz. Une période représente une demi onde, donc le câble résonne sur 11.43 MHz, soit une longueur d'onde de 26 m.
Le rapport entre la longueur mesurée et la longueur de résonance représente le coefficient de vélocité du câble (aux erreurs près liées aux tronçons d'adaptation).

L'amortissement autour de 1235 MHz (le marqueur est sur 1250 MHz) correspond à la fréquence de calage de l'antenne Tonna.

 

 

Antenne Tonna 1250 Mhz émission avec 25 m de câble 75 ohms télévision
(2 dB/carreau)

Ceci est exactement la même chose, mais avec un span dix fois plus faible, un carreau représente ici 2 MHz. L'antenne n'est pas fameuse, avec seulement 6.5 à 10.5 dB sur la bande, donc un ROS très médiocre entre 3 et 1.8.
En remplaçant ce mauvais câble par un Heliax 50 Ohms faibles pertes, les résultats seraient totalement différents.

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Antenne bibande Comet au bout de 25 m de câble

 

Antenne Comet avec 25 m de câble de 0 à 500 MHz
(5 dB/carreau)

Vue générale de la réponse spectrale de l'antenne. Un carreau représente 50 MHz. Le premier pic correspond à la bande 144 MHz.
Il faut remarquer le deuxième pic vers 230 MHz, qui représente la bande US. Sur le matériel vendu en Europe, cette option n'est pas indiquée dans les documents constructeurs, mais les japonais ne fabriquant qu'un seul modèle pour le marché mondial, nos antennes ont aussi cette bande.
L'autre pic significatif représente la bande UHF . Les pics à 380 MHz et 480 MHz sont des résonances parasites.

Nous constatons qu'à la différence de l'antenne 1250 MHz, les résonances du càble sont peu marquées, cela est normal car il n'y a pas de désadaptation d'impédance.

 

 

Antenne Comet avec 25 m de câble, 140 à 150 MHz
(5 dB/carreau)

Mesure identique en zoomant sur la bande utile en VHF . Notre bande autorisée de 144 à 146 MHz est représentée par les deux carrés centraux.
Les 22 dB au centre et 17 dB en limites de bandes sont très satisfaisants, ROS de l'ordre de 1.3.

 

 

Antenne Comet avec 25 m de câble, 425 à 445 MHz
(5 dB/carreau)

Mesure identique en zoomant sur la bande utile en UHF . Notre bande autorisée de 430 à 440 MHz est représentée par les cinq carrés centraux.
Les 22 dB à 435 MHz (centre), 23 dB à 430 MHz (bas) sont très satisfaisants, ROS de l'ordre de 1.3. Cette antenne est moins bonne sur le haut de bande avec ses 15 dB à 440 MHz, ROS de l'ordre de 1.43.

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Antenne Tonna 19 éléments UHF horizontale

 

Antenne Tonna 19 éléments H TV
(5 dB/carreau)

C'est l'antenne que j'utilise pour l'émission réception télévision UHF . Cette mesure me laisse perplexe et demanderait à être commentée par des vieux habitués de la télévision.
La bande passante en télévision est très large, l'antenne idéale devrait avoir courbe de réponse plate sur les 6 MHz de la bande utilisée. Nous avons ici une antenne très pointue, centrée sur 437 MHz à plus de -30dB, ROS de l'ordre de 1.06, mais à seulement -15 dB sur les bords de la bande, ROS de l'ordre de 1.5.
Ce comportement sera très néfaste pour passer le spectre et amènera des détériorations importantes sur le signal. Cette antenne d'avère très médiocre pour l'usage prévu en télévision.
L'antenne bibande Comet vue au dessus aurait un comportement beaucoup plus adapté, mais elle est en polarisation verticale alors que la télévision se fait toujours en horizontal.

Commentaire éclairé de F3YX :
En mettant entre l'antenne et le Tx un circulateur ferrite de 100W d'origine Radiocom 2000, le retour est absorbé par une charge poubelle, donc plus d'écho, et en remplaçant la charge poubelle par un wattmètre (ou milliwattmètre) on a en permanence les variations de Tos en fonction des données climatiques ou autres.
A noter aussi qu'en déplaçant le dipôle de quelques millimètres, il est possible de centrer le minimum de tos au milieu de la bande passante utile qui va de 433 à 438,5 soit aux environs de 436. Dans ces conditions j'ai un rapport entre la puissance directe et réfléchie de 100W / 75 Milliwatts (eh oui) mesuré sur la charge poubelle du circulateur. La valeur du réfléchi varie du simple au double en fonction de l'humidité de l'air et peut monter jusqu'à plus de 70% en cas de fort givre ou de glace épaisse sur les antennes.

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Relais TV F5ZNZ

Mesure d’un spectre en réception

La mesure en réception est la plus simple possible, il suffit de brancher directement le câble d’antenne à l’analyseur (éventuellement avec un préamplificateur) ! Ici encore, si cela est possible, le câble sera testé séparément, surtout si la plage de mesure est large.

 

F5ZNZ sur 1282 MHz, en émission tv
(2 dB/carreau)

Ce relais télévision, géré par Pierre F9IU, est sur le massif du Garlaban, mais moins haut que F5ZOB, avec une couverture plus réduite sur Marseille.
Les puissantes raies parasites entourant le spectre télévision proviennent des radars nombreux dans la région. L'image est soufflée toutes les quatre secondes par le radar de piste de Marignane. Le signal n'est reçu que très faiblement à -90 dBm, derrière un amplificateur de 28 dB, les antennes ne sont pas dans ma direction.

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Relais TV F5ZOB

 

F5ZOB sur 1250 MHZ, en émission tv
(5 dB/carreau)

Ce relais télévision est implanté sur le massif du Garlaban, très bien dégagé pour Marseille. C'est le relais majeur de la région qui dispose aussi d'un extraordinaire link 10 GHz de 115 km vers le Doublier permettant la liaison avec la région de Nice.
Les raies parasites entourant le spectre télévision proviennent des radars nombreux dans la région. Les perturbations liées aux radars sont moins sensibles que sur F5ZOF car le signal est beaucoup plus puissant pour moi. L'echelle est ici de 5 dB/carreau, le signal est reçu très fort à -52 dBm, dans les mèmes conditions que le précedent.
Remarquez bien l’énorme écart avec le signal précédent, il y a presque 40 dB soit un rapport de champ d’un facteur dix mille !

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Effet de la bande passante du filtre sur un signal pur

Pour illustrer l’influence du réglage des filtres, nous allons regarder le signal le plus simple qu’il soit, le 30 MHz de calibration de l’analyseur.

 

Raie de calibration, réglage basique

Premier écran
Réglage basique comme indiqué par la notice. Le signal est un peu plus faible que les -10 dBm nominaux car l’appareil n’était pas chaud.
Nous en déduisons ici que la raie a 1 MHz de largeur à -30 dB de la crète.

 

 

Raie de calibration, filtres serrés

Deuxième écran
Les filtres sont serrés et le span réduit de 5 MHz à 20 kHz. Le temps de balayage a augmenté de 50 à 450 ms pour rester calibré.
Nous en déduisons ici que la raie a 2 KHz de largeur à -30 dB de la crète.

 

 

Raie de calibration, filtres serrés au maximum

Troisième écran
Les filtres sont serrés au maximum, le span réduit à 10 kHz. Le temps de balayage a considérablement augmenté (à 200 secondes !!!) pour rester calibré.
Nous en déduisons ici que la raie a 1 KHz de largeur à -30 dB de la crète.

Mais quelle est donc la largeur de la raie, 1 MHz ou 1 KHz ? Il y a un certain écart entre ces valeurs…
C’est moins simple qu’il n’y parait ! Il faut tout définir avec rigueur pour pouvoir donner une valeur significative.

 

 

Raie de calibration, filtres serrés au-delà des limites

Quatrième écran
Les réglages sont identiques au précédent, mais la vitesse de balayage réduite d’un facteur mille. La calibration est perdue et les filtres ne peuvent plus suivre le signal, l’affichage n’a plus aucun sens. Il ne faudra évidement jamais tomber dans un tel cas, le message « UNCAL » indique la perte de contrôle.

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Effet de la bande passante du filtre, mesures sur un coupleur

 

Les écrans suivants représentent la courbe de réponse du coupleur directif HP 774D. Les mesures sont faites entre 0 et 2 GHz.
Tous les paramètres sont identiques dans les deux séries, la seule variable est la largeur du filtre de bande.
Le but de cette manipulation très simple est de montrer l’énorme influence du filtre sur l’interprétation des résultats.

Le coupleur HP774D couvre les bandes VHF et UHF en offrant une sortie directe et une réfléchie à -20 dB à mieux que +/- 1dB.

 Vers page coupleur

 

Generatore di rumore

Pour ces trois première mesures, l’excitation est faite par le petit générateur de bruit italien (qui commence à s’écrouler vers 1.6 GHz). C'est le tracking du pauvre, parfait pour dégrossir rapidement une mesure.
Voir détails dans la page sur la mesure : Mesures au laboratoire amateur

Generatore di rumore

 Generatore di rumore

 

Spectre détaillé du générateur de bruit (- 45 dBm à 3 GHz)

 

Bande large (filtre 3 MHz) sur générateur de bruit

Le signal de référence est à -20 dBm. En sortie, le maximum est à -25 dBm, le creux à -40 dBm.
Cette mesure faite sans un générateur onéreux est très satisfaisante et parfaitement interprétable.

 

 

Bande moyenne (filtre 300 kHz) sur générateur de bruit

Le signal de référence est (plus exactement il semble être) à -30 dBm. En sortie, le maximum est à -50 dBm, le creux à -73 dBm.
Les réglages ne sont pas satisfaisants, la mesure est médiocre, exploitable en valeurs relatives mais fausse en niveaux absolus à cause des filtres trop serrés.

 

 

En bande étroite (filtre 1 kHz) sur générateur de bruit

Le signal de référence est (plus exactement il semble être) à -56 dBm. En sortie, le maximum est à -75 dBm, le creux à -93 dBm.
Il faut augmenter le temps de balayage quand la bande se resserre, les filltres ont un temps de réponse qui augmente rapidement. C’est une très mauvaise mesure qui ne signifie rien.
L’alarme « UNCAL» signale que les valeurs sont hors limites.
Comme le disait un grand philosophe chinois de la période Ming (probablement Pierre Dac ?), « Quand le barrière est franchie, il n’y a plus de limites».

 

 

 

Sweeper HP 8620 8621

 

À la différence de la mesure précedente au générateur de bruit, nous utilisons maintenant un sweeper. Le signal de sortie est plus puissant, il est sensiblement plat entre 100 kHz et 2 GHz sur la première bande et entre 1.8 GHz et 4.2 GHz sur la deuxième bande. Il est indispensable d’utiliser le lissage à la valeur maximum (Max Hold).

je me suis séparé de ce matériel en 2004. Voir détails dans la page sur la mesure :

Mesures au laboratoire amateur

 Sweeper HP

 

Bande large (filtre 5 MHz) sur sweeper HP 8620 / 8621

Le signal de référence est à -3 dBm. En sortie, le maximum est à -23 dBm, le creux à -56 dBm.
Les réglages sont bons. C'est le meilleur compromis possible pour ce type de mesure.

 

 

Bande étroite (filtre 3 kHz) sur sweeper HP 8620 / 8621

Le signal de référence est (plus exactement il semble être) à -48 dBm. En sortie, le maximum est à -66 dBm, le creux à -91 dBm.
Le filtre est beaucoup trop serré, cette mesure est totalement faussée, le balayage est trop lent.
L’alarme « UNCAL» signale que les valeurs sont hors limites.

 

 

En bande très étroite (filtre 200 Hz) sur sweeper HP 8620 / 8621

Le signal de référence est (plus exactement il semble être) à -70 dBm. En sortie, le maximum est à -85 dBm, le creux à -94 dBm.
En réalité cette mesure n’a aucun sens, les filtres beaucoup trop serrés, le balayage trop rapide, faussent tous les résultats. Une telle mauvaise interprétation laisserait croire que le signal d’excitation n’est que de -70 dBm alors qu’il est réellement de -3 dBm.
Cette erreur stupide serait fatale à bien des montages…

 

Première interprétation sommaire des écrans

Un coupleur est constitué par un tronçon de ligne coaxiale de qualité. C’est un barreau argenté qui constitue l’âme dans une cavité coaxiale usinée. Les dimensions de la section sont données par les équations classiques des lignes.
La ligne de mesure est de faible section, elle est couplée capacitivement à la ligne principale. Une extrémité est reliée à la masse, l’autre sur une prise de sortie. La géométrie de la construction détermine le coefficient de couplage. Tout coupleur à une fréquence de résonance dépendant de la longueur de la ligne de couplage. En demi onde, la sortie est au potentiel de la masse, c’est le premier creux de la courbe. Il est à 672 MHz pour ce matériel, un HP 774D.
Cela nous donne immédiatement la longueur électrique de la ligne couplée :
Longueur d’onde = Célérité de la lumière / Fréquence
Lambda = 3 108 / 672 106 = 300 / 672 = 0.44 m
La ligne résonne en demi onde, sa longueur électrique est de 22 cm
La longueur physique mesurée sera plus courte car il faut multiplier par le coefficient de vélocité de la ligne de couplage, toujours inférieur à l’unité.

Nous en déduisons quelques évidences.
Plus le coupleur sera compact, plus cette fréquence de résonance sera élevée.
Un coupleur doit être utilisé le plus loin possible de ses résonances, de préférence autour des quarts d’onde (multiples impairs) pour avoir la meilleure linéarité.
Ce coupleur sera parfait vers 672 MHz/2, soit 336 MHz, le constructeur le certifie entre 215 et 450 MHz ce qui est un peu large.
Il faut relever la courbe d’atténuation pour la plage d’utilisation.

 

Affichage direct de l'atténuation de la ligne de couplage

 

Mesure d’atténuation absolue

Cette mesure est plus subtile, elle montre directement l’atténuation du coupleur en fonction de la fréquence sur la bande 0 à 500 MHz.

Pour obtenir cela, il faut enchaîner quelques manipulations.
Tout d’abord mesurer le signal direct en branchant l’analyseur à la place de la charge de sortie.
Cette courbe de référence est copiée en trace « B ». Le niveau a été choisi autour de 0 dBm, mais il pouvait avoir une valeur quelconque, si l'on reste loin du plancher de bruit.
La charge est rebranchée, l’analyseur est maintenant branché sur la sortie couplée, le résultat visible sur la trace « A ».
Le mode mathématique permet de faire abstraction de la valeur et de la non linéarité de la source, en remplaçant la trace « A » par « B-A ». Nous sommes toujours en dBm relatifs.
Il faut soustraire maintenant le plancher (Down Line). Ici à 5 dB par carreau, la référence est amenée à -50 dBm (10 carreaux) car le haut de l’écran est calé à 0 dBm.
L’affichage est maintenant basculé sur « A - DL ». dans « A ». Nous sommes maintenant passé de dBm relatifs en dB absolus.
Le résultat est bien celui attendu, l’atténuation vraie est directement affichée, il suffit de déplacer le marqueur pour lire le résultat final.

Cette mesure montre que ce coupleur HP774D est très acceptable sur les bandes amateur, à -23.5 dB sur 145 MHz et à -20 dB sur 435 MHz.

 

Extrapolation joyeuse et farfelue

Le naïf se pose une question. Du moment que ce coupleur marche parfaitement autour du quart d’onde 336 MHz et des valeurs impaires, pourquoi ne pas l’utiliser à 3/4, 5/4 et plus, soyons fous, en 10 GHz ?
Il ne faut pas se faire d’illusions, la longueur de la ligne couplée n’est pas la seule en cause, le constructeur ne garantit que pour la première bande, et pour une puissance maximale donnée. Au-delà, les pertes d’insertion dans le circuit de mesure deviennent inacceptables, les lignes deviennent réactives. Il faut certifier le matériel pour l’utiliser sur une autre bande.
L’analyseur de réseau montrera immédiatement la plage d’exploitation possible, très facile à identifier sur l’abaque de Smith. Cela fera l’objet d’une autre page...

 

En résumé

Nous constatons que dans tous les cas de configuration de mesure que nous trouvons toujours une vingtaine de dB de couplage dans la meilleure plage d’utilisation, au quart d’onde de la ligne. La profondeur du creux en demi onde dépend énormément des réglages de l’analyseur.
Plus le filtre sera étroit, plus la vitesse de balayage sera grande, moins l’énergie reçue sera importante.
Le signal est et alors proche du plancher de bruit et devient inexploitable. Nous ferrons toujours les mesures hors de ces conditions limites. Nous voyons ici le risque d’utiliser des réglages mal maîtrisés.

La conclusion est évidement que la valeur absolue de la mesure n’a de sens que si l’on maîtrise et comprend l’influence des paramètres !

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Télécommande automobile 224 MHz

Ces petites mesures sont faites sur un porte clefs de télécommande d’alarme automobile Texalarm. Il existe aussi une autre fréquence autorisée pour les télécommandes sur 433.920 MHz.

La sonde est une palette en circuit imprimé. Le signal est puissant et très facile à trouver.
Voir détails dans la page sur la mesure : Mesures au laboratoire amateur

 Palettes

Mesure classique en span 2 MHz

La porteuse est sur 224 MHz, la modulation en tout ou rien occupe une assez large bande.

 

 

Mesure en span zéro

Cette mesure est plus inhabituelle. Le résultat et bien meilleur que celui que l’on peut espérer en branchant un oscilloscope sur la sortie d’un récepteur. En soignant les réglages il est possible de lire le code binaire utilisé. Le span zéro est très utilisé pour identifier des perturbations, en particulier les signatures très caractéristiques des radars qui perturbent nos bandes.

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Ravage en télévision 23 cm par un radar

Un nouveau type de radar, mis en service en février 2004, nous a saboté la réception télévision en 23 cm sur Marseille.
Les puissances mises en jeu sont énormes et les images des relais, pourtant en vision directe et reçus très forts, sont complètement soufflées.
Voici un petit apercu de ce nouveau désastre sur nos bandes :

Le relais sort maintenant sur 1295 MHz, mais toutes les antennes étant taillées plus bas sur 1255, la réception s'est écroulée chez tous les utilisateurs.

Le spectre TV ravagé par un radar en 23 cm

Ce premier écran est centré sur la fréquence de sortie du relais F5ZOB à 1250 MHz
La courbe verte montre le relais coupé et les énormes perturbations sur la bande.
La jaune montre le spectre du relais allumé avec vidéo.
L’antenne est orientée au mieux pour minimiser la perturbation du radar qui présente un énorme pic sur 1240, un autre sur 1230 et de nombreux autres plus petits.
Le signal est pris en sortie d'un préamplificateur de 28 dB.

 

 

Radar en span zéro, raie centrale et lobes

Ce deuxième écran montre le signal à 1240 MHz, en span zéro, le balayage étant à la période du radar de 10 secondes.
Nous constatons que l’antenne du radar n’est pas excellente et présente deux lobes parasites à +/- 2.5 secondes (un quart de la période de rotation), donc à +/- 90°, ce qui est assez curieux !
Ces lobes latéraux sont très énergiques, à une vingtaine de dB en dessous de la raie principale, ce qui explique les trois déchirements principaux par tour.

 

 

Analyse plus fine du spectre de raies

Un réglage soigneux permet d’identifier le spectre caractéristique d’un radar à impulsions, le lobe central et les deux lobes latéraux à +/- 30 kHz. Attention cela n’a aucun rapport avec le spectre précédent qui était en span zéro, ici nous sommes dans le domaine des fréquences, avec un span de 100 kHz.

Jean-François, F4DAY, m’a apporté ce complément de réflexion intéressant en m’évitant de fausses interprétations !
Le spectre visualisé découle bien évidemment de la complexité temporelle du signal reçu. Il est vain de rechercher une durée d'impulsion comme au bon vieux temps des radars à magnétrons.
Aujourd'hui des TOP de puissance au PA et des modulateurs très élaborés délivrent des séquences complexes d'impulsions très courtes et rapprochées (pour la résolution et la réduction de la zone aveugle proche), auxquelles succèdent des impulsions longues et énergétiques (pour la portée). La fréquence peut même varier légèrement pendant les impulsions longues pour améliorer la résolution À la réception l'impulsion passe dans un filtre dispersif qui réduit la durée de celle-ci.

Je ne tenterai donc pas d’interpréter les spectres mesurés, je décrirai simplement les observations objectives, faites en parallèle avec Jean-François, F1LVO qui dispose aussi d’un matériel performant et nous avons les mêmes résultats avec des mesures indépendantes.

En réduisant le span à 20 kHz et le sweep à 50 ms, marqueur différentiel sur 10 raies, nous mesurons une période de 1.354 kHz entre les raies, avec un lobe principal autour de 1.240 GHz, des lobes secondaires et un curieux trou vers 1.2365 GHz.

Un réglage en filtres larges (3 kHz, sweep 50 ms, zéro span) nous permet d’extraire une autre famille d’impulsions séparées de 3.4 ms, soit 294 Hz, avec un petit saut de fréquence de quelques Hz.


Un réglage plus complexe en mode oscilloscope permet d’estimer une largeur de ces impulsions à 1 ms en première approximation. Nous sommes aux limites de la mesure possible avec un analyseur de spectre, mais la mesure de la largeur d’impulsion se fait très facilement avec un récepteur et un simple oscilloscope. Il ne faut toutefois pas s’attendre à trouver une séquence simple.

 

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Mesure de bruit du pauvre

Pour mesurer le bruit d’un amplificateur, un matériel lourd est nécessaire avec une source de bruit étalonnée et un analyseur de bruit. La mesure est parfaite et donne un résultat absolu, gain et bruit sur toutes les fréquences. Si l’on ne dispose pas de tels bijoux, un simple analyseur de spectre peut venir en aide.

La méthode consiste à brancher la sortie du préamplificateur (chargé en entrée sur 50 ohms) sur l’entrée de l’analyseur de spectre.
Une première mesure donne le plancher de bruit de l’analyseur, préamplificateur éteint.
Une deuxième mesure se fait en alimentant le préamplificateur, ce qui produit la remontée du bruit.
Exemple mesuré sur un préamplificateur large bande du commerce, gain de environ 33 dB en VHF , décroissant régulièrement vers 24 dB à 3.4 GHz. Attention, la manipulation ne fonctionne que pour un réglage optimisé de l’analyseur :
Centré sur 1.5 GHz, span étroit de 200 kHz, filtres larges 300 kHz, atténuation 0 dB (suppression des atténuateurs de sécurité), moyennage sur 100 échantillons.
Bruit non alimenté :  - 90.8 dBm
Bruit alimenté : - 86.5 dBm

Cette remontée de bruit de 4.3 dB s'avère proche de celle mesurée avec les moyens très lourds.

 

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Conclusion

Ceci n'est qu'un échantillon des mesures que permet un analyseur de spectre performant. La référence de fréquence étant très précise, il sert aussi évidement pour régler les oscillateurs, les filtres et autres dispositifs accordés.
Attention l'analyseur de spectre associé aux générateurs et aux moyens de couplage et d'atténuation n'est pas suffisant en soi. Ce ne sont que les premières briques indispensables de la station de mesure.

Pour pousser les mesures, l'analyseur de réseau s'avèrera plus pointu et rapide à mettre en oeuvre. Il permet d'afficher en temps réel les courbes de ROS et les abaques de Smith, très explicites pour comprendre le comportement d'un dispositif en cours de réglage.

La mesure sur les préamplificateurs est facile avec l'analyseur de spectre, mais elle ne donne que le gain, ce qui n'est pas d'un grand intérêt. Le facteur de bruit est beaucoup plus intéressant, mais sa mesure demandera du matériel complémentaire, pont de bruit et sources calibrées

Ces matériels ne sont pas couverts par ce chapitre. La mesure est sans fin, tout nouveau matériel entrant au laboratoire en appellera d'autres pour progresser.

Si vous hésitez encore pour acheter un tel bijou, pensez que pour à peine le prix d’une petite voiture neuve, vous avez aussi la possibilité d’écouter la radio sur la bande FM, bien sûr cela ne vaut pas la qualité d’un petit poste à transistors, mais vous économiserez ce deuxième achat et celui là, les enfants ne vont pas vous le piquer pour écouter de la musique de crétins à bonnets…

Et pour finir, la pensée philosophique à un 1 € :

Comme pour un Stradivarius, la qualité de l’instrument n’est pas tout, celle de l’interprète est primordiale.

... à suivre...

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Hyper fréquences

Le site portail des hyperfréquences : hyper-rf.com

Réalisations amateurs

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Scotty's Spectrum Analyzer Web Site : scottyspectrumanalyzer
GBPPR 0 - 1000 MHz Spectrum Analyzer : qsl.net/n9zia/spec

Basses fréquences et Soundblaster

Pour les très basses fréquences audio, l’analyseur SHF n’est évidement plus adapté. Quand il est question de quelques kiloHertz, pensez alors à utiliser les grandes possibilités de la carte son de votre PC qui dispose d’un puissant DSP.
Il existe des logiciels très soignés d’analyseurs de spectres BF qui permettent de contrôler facilement au Hz près le 1750 Hz, les DTMF et autres, en entrant par le microphone ou les prises lignes.
Spectran et Tcube : weaksignals.com
Analyzer 2000 : brownbear.de
Les liens généraux SoundBlaster : epanorama.net/links/pc_sound

* Liens vérifiés le 21/10/09

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