dimanche, 20 janvier 2019
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Christian Couderc

Christian Couderc

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Analyseur de spectre HP 8564E

Publié dans Electronique lundi, 06 février 2017 05:09 0

Analyseur de spectre HP 8564E

0 à 40 GHz

HP 8564 E

Maj : 18/12/12

 

 Introduction

Retour à la page radioamateur  
Mon premier analyseur : Advantest R3463 _(3 GHz) . . . . Mesures au laboratoire amateur  
Mon deuxième analyseur HP 8595e    ( 6.5 GHz ). . . . . . . . . . . . . . . . .  
Mon troisième analyseur HP 8562a   (22 GHz ) . . . . . . 

Mon quatrième analyseur (cette page) Agilent / HP 8564E    

 

En service depuis décembre 2006

Matériel plus récent, utilisable de quelques kHz à 40 GHz en une seule bande. Menus plus complets, performances exceptionelles.
Avec le générateur de tracking associé HP 85645a , le tracking fonctionne en continu de 100 kHz à 26 GHz.

HP 8564 E

Filtre en test

(image 160 ko)

 

 Relevé de la fréquence LO

Fichier Excel

Courbe fréquence LO fonction de la fréquence affichée

 

Lecture directe à l'écran de la valeur de la fréquence LO : Span zéro, menus : Calibration, page 2, Freq diagnose, LO
La vérification est faite avec un autre analyseur sur la sortie LO du tracking (recopie du signal)

Fichier de calcul Excel en cliquant sur l'image pour les détails 

Résumé :

Plage fréquence

Bande

Calcul fréquence LO
0 - 2.9 GHz
0
F + 3.9107 GHz
2.9 - 6.4 GHz
1
F + 310.7 MHz
6.4 - 13.2 GHz
2
(F + 310.7 MHz) / 2
13.2 - 26.9 GHz
3
(F + 310.7 MHz) / 4
26.9 - 31.1 GHz
4
(F - 3.84 GHz) / 4
31.1 - 40 GHz
5
(F + 4 GHz) / 8

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 Synoptique du HP 8564E

Les 310.7 MHz et 3.9107 GHz sont faciles à comprendre en lisant le synoptique.

HP 8564 E / EC

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 Relevé des sorties

Prise configurée en "sweep 0 - 10V" pour 0 - 40 GHz

 

 

Prise configurée en " 0.5 V/GHz" pour 0 - 40 GHz

 

Mesures précises au voltmètre en span zéro : Ces valeurs sont conformes aux spécifications

Fréquence

Lecture rampe
0.5V/ GHz 

20 GHz
10.01 V
10 GHz
5.01 V
1 GHz
0.509 V
10 MHz
0.013 V

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 Compatibilité du HP 8564E avec le tracking source HP 85645A

Le menu du tracking source n'offre pas le choix du 8564E, mais seulement celui du 8563E (la version 0-20 GHz), car ce modèle de spectro est plus récent (1996) que le tracking source (1992), l’EPROM n’ayant pas été remise à jour.

Cela fonctionne toutefois parfaitement en se configurant en 8563E, en effet les deux matériels sont identiques en dessous de 20 GHz.
La rampe du sweeper est réglée à 0.5 V/GHz pour accorder les matériels. 
Le tracking fonctionne sans trou de 100 kHz à 26 GHz.

 Versions des EPROMs :

 920427 sur le tracking source HP 85645A
 970326 sur le spectro HP 8564E

 Informations issues du support Agilent :

La dernière Révision pour le 8564E est 990108 ; cependant elle n’apporte rien de très nouveau ( Fixes FADC bug – Fixes SIG ID On/Off  and zero span amplitude jump – Year 2000 bug fixed ) ; la référence du kit est : 08560-60090 ; attention, le status de ce part est en "UTG" ; ceci signifie que ce sont les derniers kits disponibles en stock et qu’il n’y aura plus d’approvisionnement après.

 Le 85645A est "Fin de Support" donc aucune pièce disponible ; de plus, il ne semble pas qu’il y ait eu de changement de firmware. 

Les analyseurs de spectre de la série HP 8560E étaient présents au catalogue HP de 1996 (?) jusqu'en 1999. 
En 2000, à la transformation de HP en Agilent, la série E est devenue EC, le matériel est identique mais le tube cathodique a été remplacé par un LCD, au détriment d'une perte de résolution, le tube de la série HP 8560E était d'une finesse exceptionnelle.

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 Caractéristiques particulières

Valeur minimale du temps de balayage en span zéro : Sweep = 50 µS

Largeur de bande minimale : BW= 1 Hz

HP 8564 E

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 Liens

Retour à la page radioamateur 

Premier analyseur : Advantest R3463 _ (3 GHz)_ Mesures au laboratoire amateur 

Deuxième analyseur HP 8595e    ( 6.5 GHz ) 

Troisième analyseur HP 8562a   (22 GHz ) 

Lien vers le tracking source HP 85645a 

Catalogues des matériels de mesure du laboratoire SHF 

L'indispensable page Agilent avec les documentations de base : Agilent HP 8464E

Ma documentation disponible / My documentation available :

Documents pdf disponibles / Available pdf documents
Taille en Mo /Size in Mb
HP_8560ec_pwr+display_08563-90249.pdf
1 315 404
HP_8560e_Cal_guide_2002_1+2_08560-90171.pdf 
28 569 483
HP_8560e_catalogue_1996.pdf 
2 087 898
HP_8560e_Data_sheet_5965-8078e.pdf 
130 432
HP_8560e_Firm_Upgr_kit_ 08560-60090.pdf 
294 761
HP_8560e_Quick_ref_Guide_08560-90159.pdf 
938 010
HP_8560e_tech_spec.pdf 
129 053
HP_8560e_User_guide_08560-90158.pdf 
11 744 508
HP_8562e_service_guide_sup_08562-srvsup.pdf 
420 565
HP_8564e+65e_Service_Guide_Sup_08564-srvsup.pdf
431 568
(obsolete) HP_8560e_Cal_guide_2000_08560-90160.pdf
27 846 849

CLIPS : All big sized schematics (read details)

465 big pages

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Analyseur de spectre Agilent / HP 8562a

Publié dans Electronique lundi, 06 février 2017 05:08 0

Analyseur de spectre

Agilent / HP 8562a        22 / 26.5 GHz

HP 8595e + 8562a

Maj : 14/07/09

 

 Introduction

Retour à la page radioamateur 

 

Mon premier analyseur : Advantest R3463 : Mesures au laboratoire amateur 

Mon deuxième analyseur HP 8595e    ( 6.5 GHz ) 

Le troisième (cette page) Agilent / HP 8562a    

 

En service de novembre 2005 à novembre 2006

Ce matériel a réservé une très bonne surprise. HP le certifie jusqu’à 22 GHz, mais il fonctionne très bien jusqu’à 26.5 GHz, avec une perte progressive. Il est donc très utilisable hors bande en tenant compte de l’erreur.

Mon quatrième analyseur HP 8564e   ( 40 GHz ) 

HP 8595e + 8562a

HP 8562a

 

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 Tracking sur analyseur large bande

 

Sur un monobande, c’est simple, entre 0 et 3 Ghz, le sortie de premier oscillateur suit la fréquence centrale avec un décalage de l’ordre de 4 GHz.

Sur un multibande, le problème est bien plus compliqué. Nous prenons le cas du HP8562a, donné par HP à 22 GHz, mais qui reste exploitable jusqu’à 29 GHz avec une perte de linéarité liée aux bords des filtres.

 Relevé des fréquences « First lo »

La documentation n’étant pas explicite, il faut réfléchir pour comprendre la logique utilisée par HP. Cette approche est indispensable pour concevoir un tracking. Pour connaître le fréquence de sortie du « first lo » , même sans aucun appareil externe, pour une fréquence donnée, il suffit de passer en span zéro, puis : 
Recall / More/ Freq Diagnose / Lo Freq. 
La fréquence du premier oscillateur apparaît alors en clair.

Cliquez pour charger

Feuille Excel des fréquences du premier oscillateur 

En bande basse, en dessous de 3 GHz, fonctionnement identique à un monobande : F ol1 = F + 3.9107 GHz


En bande 3-6 GHz, fonctionnement curieux avec un décalage correspondant à la fréquence de la deuxième FI de 310.7 MHz :  : F ol1 = F + 310 MHz
En bande 6-13 GHz : F ol1 = F / 2 + 100 kHz 
En bande 13-19 GHz : F ol1 = F / 3 + 100 kHz 
En bande 19-26 GHz : F ol1 = F / 4 + 100 kHz

 

 Générateurs de tracking simples, mono bande

Tous les générateurs de tracking se verrouillent sur le signal de sortie de l’analyseur « First Lo ». 
Cette page développe le Principe des générateurs de tracking

 Générateurs de tracking multibandes haut de gamme

Les générateurs de tracking haut de gamme sont capables de balayer sur une plage quelconque de fréquences. Ils détectent la bande en cours grâce à une rampe de tension proportionnelle à la fréquence.

Cette page montre le fonctionnement du HP 85645a 
C'est la solution luxueuse pour des mesures très confortables, avec une très grande dynamique sur toutes les bandes.

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 Signaux sur connecteurs arrière

 

 J1 : Earphone

Simple jack pour haut parleur extérieur de la BF démodulée.

 

 J4 : Video Output

Sortie très décevante. Le signal apparaît bien entre des tops de synchro, en gamme 10 dB par carreau comme indiqué, mais une trace sur deux est parasitée par des niveaux aberrants. Quasiment inexploitable sauf en sweep single après quelques essais. 
Le signal n'est valide que pendant les rampes. Les trous interbamdes diminuent en diminuant la vitesse de balayage.

Rouge : Sortie J8 du HP8562a = 0.5 V/GHz pour 3 à 26 GHz
Bleue : Sortie J4 du HP8562a = Video pour 3 à 22 GHz

 

 J5 : Ext Trig Input

... à suivre ...

 

 J6 : Blanking Output

En liaison avec le tracking source HP85645A, ce créneau permet d’éviter le flash systématique de l’alarme « unleveled » en retour de balayage.

 

 J8 : LO SWP ||||| 0.5 V / GHz

Pour utiliser le tracking, il faut paramétrer sur l’analyseur la rampe à 0.5 V/GHz. Par défaut, c'est la rampe de balayage 10 V qui est sélectionnée.

Ce choix de la fonction de la prise pose un problème ennuyeux quand on a besoin des deux simultanément, pour exploiter le tracking source avec un analyseur de réseau. Dans ce cas la rampe de balayage est perdue, pais elle est indispensable pour synchroniser le balayage de l’analyseur de réseau ! 
Il n’est pas intéressant de bricoler à l’intérieur pour sortir la rampe 0/10 V, car elle n’est pas l’image attendue du balayage. Il y a une rampe par bande, c’est donc inexploitable en bande large.
Il faut donc fabriquer par une électronique externe, et un générateur de tops synchro pour déclencher le balayage de l’analyseur de spectre et une rampe 0 à 10 V propre pour l’analyseur de réseau.
Il plus compliqué d’essayer d’exploiter les impulsions de blanking et la rampe 0.5 V/GHz en sortie de l’analyseur de spectre, car en plus du top début de balayage attendu, il y a aussi les impulsions aux changements de bandes.

La courbe suivante montre la sortie pour un sweep entre 3 et 26 GHz de 1 à 13 V environ. Les impulsions repèrent le changement de bande pour éviter toute hystérésis à la frontière et permettre un tracking sans le moindre trou avec le sweeper haut de gamme HP85645A.

HP8562A

Rouge : Sortie J8 du HP8562a = 0.5 V/GHz pour 3 à 26 GHz
Bleue : Sortie HP85645a = Hi Sweep

 

 J9 : LO/SWP | 0.5 V / GHzVideo Output . . . MHz REF IN/OUT

Le sens du signal est à choisir dans le menu de configuration, en sortie par défaut, en entrée pour un 10 GHz externe (Rubidium).

 

HP - IB

La page GPIB parle en détail des liaisons par le bus 

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 Informations HP (Famille 8560)

 Date de fabrication

Astuce sur les numéros de série HP. Il est possible de connaître la date de fabrication.
Numéro de série 2909xxx : Ajouter 60 (1960, année zéro du calendrier HP) = Septembre 1989

 

 Heures d’exploitation

Lors de l’achat, mon matériel indiquait 2227 heures d’utilisation, ce qui correspond à 92 jours de fonctionnement continu. La valeur est obtenue par :
Recall / Elapsed time

 

 Dépliage en éventail

Pour faciliter les tests et réglages, toutes les cartes se déplient sur charnières, il est possible de faire fonctionner l’analyseur avec toutes ses cartes déployées, sans rallonge.

Partie inférieure (2 cartes)
 HP 8562a
Partie supérieure (3 cartes)
 HP 8562a

 Cours de ce matériel sur le marché de l'occasion

Ce matériel est très recherché, un HP 8562a propre se négocie auprès d’un dealer sérieux aux environ de $ 15k.

Attention aux annonces bidon sur eBay pour du matériel grillé ou inexistant. 
Lire la page avant de se lancer : Arnaques sur eBay

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 Mesure du bruit suivant la procédure HP de vérification

Suivant la procédure de calibrage HP :
100 Hz bandwith, 1 Hz Vidéo résolution, 0dB input attenuation, bonne charge sur l'entrée. Le sweep est très lent (100 secondes), marqueur au centre. 
Résultat excellent

Fréquence

Valeur attendue par HP
dbm

Valeur mesurée
dBm

Meilleur de
10 kHz
-90
-105.3
15 dB
100 kHz
-100
-105.7
5 dB
1 MHz à 2.9 GHz
-121
129.5
8 dB
2.9 à 6.46 GHz
-121
-126.3
5 dB
6.46 à 13 GHz
-110
-119.8
10 dB
13 à 19.7 Ghz
-105
-129.7
15 dB
19.7 à 22 GHz
-100
-109
9 dB

 

Relevé du bruit bande basse large

 

Relevé du bruit bande haute large

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 Mesures spécifiques

 Détermination simple du bruit de phase d’un oscillateur

Régler la fréquence centrale sur celle de l’oscillateur à mesurer, exemple, sur le marqueur de calibration, CF = 300 MHz
Span 25 kHz (par exemple, pour voir le pied).
Serrer les filtres en manuel : RBW = 300Hz. Attention de ne pas trop serrer le filtre vidéo sous peine de voir le pic s’écrouler (hors calibration) 
VBW = 300Hz > Pic = 10.33dBm (Valeur raisonnable) / VBW = 100Hz > Pic = 10.5 dBm / VBW = 30Hz > Pic = 10.83 dBm
Peak search : Marker high level 
Marker delta : 10 kHz 
Marker noise ON 
La valeur du bruit est alors affichée directement en dB/Hz. Exemple du résultat magique  : Delta MKR = -101 dB/Hz

L’utilisation des commandes GPIB permet d’obtenir beaucoup plus d’information et de tracer directement la fonction bruit/fréquence. 
Voir le programme PN.exe ici : La page GPIB parle en détail des liaisons par le bus 

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 Documents

For other manuals and electronic catalogues read this list: 

 Documents HP 8562a disponibles :

Manuels PDF d’excellente qualité :

 Operating and Programming Manual = Manual part No. -08562-90086 (377 pages A4)
Mail me for donnload. You can get an evaluation sample of this hgh quality scan here : 
There is a, a world of difference with very bad ”Micromanual scans” sold on eBay, with 50% not readable and 10% missing pages. I first bought these poor quality scans from Micromanuals, they go directly to the garbage can! I spend many times so scan the original document, but every 377 pages is perfect and verified. You can’t found an equivalent on the Network.

 Calibration procedure for 8562A = US Army manual TB 9-6625-2351 (38 pages A4) 
 Installation and Support Manual = Manual part No. -08562-90007 (271 pages A4, original HP) + Manual updating supplement No: -08562-90060

 

Clips collection :

Je dispose des collections de CLIP pour le HP 8562a  (schémas papier très détaillés de toutes les cartes, de grande taille A0). 
La numérisation a été faite professionnellement au format PDF. Document complémentaire : notes de service 8562a. 
Example des 204 pages numérisées ici : 8562a_clip_204_pages_sample.pdf 
Autres clips originaux papier disponibles aussi pour toute la famille HP 856x. (pas encore numérisés, trop de pages, épaisseur 5 cm, trop cher)

I have HP 8562a CLIP collection (big size A0 schematics, high details for every card). 
Professional quality digitalisation was made to PDF files. Complementary document: 8562a service notes. 
Sample of the 204 pages digitized here : 8562a_clip_204_pages_sample.pdf 
Other original paper clips are also available for all the HP 856x family (not yet digitalised, too much pages, 5 cm thickness, too much expensive).

Me contacter pour la mise à disposition de la collection / Mail me to request how to transfer this collection.

Analyseur de spectre Agilent / HP 8595e

Publié dans Electronique lundi, 06 février 2017 05:06 0

Analyseur de spectre

Agilent / HP 8595e        6.5GHz

HP 8595 e

Maj : 22/05/06

 

 Introduction

 

Retour à la page radioamateur 

 

Mon premier analyseur : Advantest R3463 : Mesures au laboratoire amateur 

Advantest R3463

Le deuxième (cette page) Agilent / HP 8595e   

J’ai eu ce deuxième analyseur de juin à novembre 2005, mais je n’ai eu très peu de temps pour l’exploiter à cause d’une charge professionnelle déraisonnable…
Malgré ma faible expérience sur ce matériel, j’ai pu apprécier ses très bonnes possibilités et son ergonomie.
Il fait maintenant le bonheur de Jean-Pierre, F5FFN. Je l’ai remplacé en 11/2005 par un troisième modèle montant plus haut en fréquence.

 

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

Mon quatrième analyseur HP 8564e   ( 40 GHz ) 

HP 8595e + 8562a

Points positifs du Agilent / HP 8595e   

 La qualité HP bien connue…
 Très bons menus marqueurs
 Sortie vidéo sur un moniteur classique.

Cette petite page ne montre que quelques images et n’a aucun contenu technique.

 

 Options installées

 004 - Precision Frequency Reference 
 041 - GPIB Interface and Parallel Printer interface 
 101 - Fast Time-domain sweeps and Analog + display 
 105 - Time gated Spectrum Analysis

 

 Cours de ce matériel sur le marché de l'occasion

Un HP 8562a propre se négocie auprès d’un dealer sérieux aux environ de $ 8k. Attention aux annonces bidon sur eBay pour du matériel grillé ou inexistant. 
Lire la page avant de se lancer : Arnaques sur eBay

 

 

HP 8595E

 Haut de page

 

 Quelques écrans

 

HP 8595E

Mesure de ligne couplée au générateur de bruit

 

HP 8595E

Raie de calibrage interne

 

HP 8595E

Un point fort, la gestion automatique des marqueurs

 

HP 8595E

HP 8595E

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 Tracking

Le First Lo n’est pas sorti d’origine sur le HP8595e, mais il se récupère très facilement sur la charge fictive du coupleur directif bleu avec un niveau entre -15 et -20 dBm, sans aucunement altérer le matériel.
Une chaîne d’amplification soignée permet de le remonter à près de 10 dBm, valeur parfaite pour attaquer un mixer.

Sur ce matériel, en bande basse au dessous de 3 GHz, le first Lo est à 3.9214 GHz au dessus de la fréquence centrale (= 3.6+ 0.300 + 0.0214 GHz).

Sur la bande haute, le décalage n’est que 350 MHz, ce qui rend la réalisation du tracking bande haute beaucoup plus délicate qu’en bande basse.

Voir les pages HP 8562a    ( 22 / 26.5 GHz )  et Principe des générateurs de tracking pour plus de détails.

Jean-Pierre, F5FFN a réalisé un excellent tracking 0 à 6 Ghz pour son HP8595e. La difficulté inattendue a été de réaliser un bon pilote 3.9214 GHz, verrouillé sur le 10 MHz, avec un bruit de phase acceptable et une stabilité meilleure que le kHz.

 Haut de page

 

 Disposition

 

La disposition interne est totalement différente de celle du HP8562a qui lui se déplie totalement éventail sur charnières. Ici nous trouvons le principe de blocs indépendants et de fond de panier.

Détail des blocs basses fréquences. HP 8595e
Bloc SHF HP 8595e

 

HP 8595e ouvert pour recherche first Lo

 

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 Documents disponibles

Petite plaquette 200 ko :  . . . . . . . Manuel basique 4 Mo : 

 

Liste de tous les manuels disponibles de la famille Agilent / HP 8590 :

8590 & 8591C TV Analyzer Firmware Note -08590-90324.pdf
139.234
8590 E&L-Series & 8591C Cable AnlzrProgram.Guide -08590-90235.pdf
7.540.634
8590 E&LSeries User's Guide -08590-90301.pdf
3.828.756
8590-8591C-8594Q-QAMFirmware ReplacemntKit -08590-90323.pdf
141.311
8590-ESA Programming Conversion Guide -E4401-90408.pdf
595.270
8590L Spectrum Analyzer Calibration Guide -08590-90269.pdf
1.598.571
HP8590 Assembly Level Repair.pdf
32.917.503
HP8590 Programming code compatibility.pdf
192.128
HP8590 serie Calibration guide.pdf
28.400.389
HP8590C Configuration Guide.pdf
157.702
HP8590E Datasheet.pdf
183.651
HP8590E serie Brochure.pdf
1.217.427
HP8590E-L serie User Guide.pdf
3.828.756

 

HP8595E Users Guide -08590-90234.pdf
3. 828.756
HP8595E Programming Guide -08590-90235- Jun95.pdf
7.540.634
HP8595E Calibration Guide -08594-90183- Jun97.pdf
7.715.685

 

 

Clips collection :

Je dispose des collections de CLIP pour la famille HP 8590  (schémas papier très détaillés de toutes les cartes, de grande taille A0).
La numérisation a été faite professionnellement au format PDF. Example des 342 pages numérisées ici : 8590_clip_342_pages_sample.pdf 

I have HP HP 8590 family CLIP collection (big sized A0 schematics, high details for every card). 
Professional quality digitalisation was made to PDF files. Sample of the 342 pages digitized here : 8590_clip_342_pages_sample.pdf 

Me contacter pour la mise à disposition de la collection / Mail me to request how to transfer this collection.

 

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 Liens

Tous les liens HP seront maintenus sur la page suivante : HP 8562a    ( 22 / 26.5 GHz ) 

Analyse de spectre

Publié dans Electronique lundi, 06 février 2017 05:03 0

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.

Retour à la page radioamateur 

 

 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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 Liens

Page tracking analyseur de spectre :: 

Hyper fréquences

Le site portail des hyperfréquences : hyper-rf.com

Réalisations amateurs

Poor Man’s Spectrum Analyzer main page : science-workshop
and the good list of links : nitehawk
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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Matériel de mesure Amateur

Publié dans Electronique lundi, 06 février 2017 04:54 0

Mesures au laboratoire amateur

"Le sage cherche la vérité, l'imbécile l'a déjà trouvée."

    Ham radio

 

Introduction
Oscilloscope Tektronix TDS 3012
Analyseur de spectre Advantest R3463
Analyseur de réseau scalaire
Sweeper HP 8620A 8621B
Générateur de bruit
Les coupleurs
Tableau de ROS
Sondes de mesure
Liens

Maj : 08/03/13

 Abstract :
Various measurements made with various numerical spectrum analyzers, in my ham radio station, with comments and interpretation of pictures.
These instruments are very powerful, this page shows only a very small part of what that they can do.

 Résumé :
Diverses mesures faites avec divers analyseurs de spectre numériques, dans ma station radioamateur, avec des commentaires et l'interprétation des images.
Ces instruments sont très puissants, cette page montre seulement une très petite partie de ce qu’ils peuvent faire.

 

 Introduction

Je dispose de divers matériels de mesure pour lesquels je désirerai échanger des informations avec les autres utilisateurs. C'est le coté mesure fine qui m'intéresse, bien plus que les montages ayant une finalité pour l'exploitation. Si vous avez envie de couper les décibels en quatre, nous en discuterons. Je dispose d'une collection très importante de documents sur la mesure HF et hyper, mais malheureusement bien plus que je n'ai le temps d'en lire car se sont souvent de gros pavés lourds à digérer, et il y en a beaucoup…
Les chapitres suivants évoqueront quelques-uns uns des matériels de mesure que j'exploite, ce n'est qu'un début de laboratoire de mesure.
J'ai la chance de bénéficier de l'expérience d'un ami et voisin vétéran de la mesure, Jean-François F1LVO, qui dispose d'un matériel bien plus évolué et sait l'exploiter avec talent pour améliorer en permanence la finesse des mesures.

Cette page décrira quelques matériels de mesure de base pour débuter dans la mesure amateur. Ils seront développés peu à peu.
Sur la tour à roulettes, vous voyez une partie, de haut en bas, le matériel des débuts :

 Matériels du début (2004)

4A: Clavier de l’analyseur 
4B : Oscilloscope Tektronix TDS 3012
4C : Analyseur de spectre 3 GHz : Advantest R3463 
4D : Sweeper HP 8620 et 8621b (0.1 à 2 et 1.8 à 4.3 Ghz) (vendu 12/2004, remplacé par le Wiltron 6647a) 
4E : Une alimentation et un sweeper Telonic (1 à 1.5 GHz)
4F : Voltmètre Keytkey et "generatore di rumore"
4G : Amplificateur de mesure HP 8447F 1.3 GHz et tiroir supplémentaire 8621b (3.2 à 6.5 GHz)

 

 Evolution des matériels

Le laboratoire évolue rapidement. Quelques uns des matériels à un moment donné :

08/2005 : Analyseur de spectre 6 GHz . . . . . : HP8595E 
08/2005 : Référence 10 MHz Rubidium Efratom  (page à venir) 
11/2005 : Analyseur de spectre 26 GHz . . . . . . . . : HP 8562A 
12/2005 : Tracking source 26.5 GHz. . . : HP 85645A 
02/2006 : Milliwattmètre 18 GHz numérique Boonton 4300RF 
02/2006 : Fréquencemètre locking source 18 GHz . . . . . . . . . . : EIP 575A  (page à venir) 
03/2006 : Oscilloscope numérique 4*100 MHz, HP 54501A
11/2006 : Analyseur de spectre 40 GHz : HP 8564E  et tracking HP8645A
01/2007 : Générateur synthétisé 20 GHz : Wiltron 68147A  et scalaire Wiltron 561
12/2007 : Oscilloscope 200 MHZ Tektronics 2445B

2010 ------------ Abandon de tout le matériel ancien, passage en instrumentation sur USB et PC ----------

10/2011 : Oscilloscope USB 200 MHZ Atten ADS 1202CL

12/2012 : Analyseur et tracking 12.4 GHz Signalhound

 Matériel début 2004
Début du labo 2004

 

 

 Matériel début 2006
Labo 2006

 

2008
Labo 2008

 

sh
Labo 2013

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 Oscilloscope numérique Tektronix TDS 3012

Oscilloscope à mémoire numérique phosphore. C'est un matériel superbe à affichage couleur VGA, mais évidemment d'utilisation beaucoup moins complexe que l'analyseur de spectre.
Il n'est plus fabriqué depuis 2002. Matériel revendu en 2006.

 Tranfert des données vers le PC

La sauvegarde des écrans se fait très facilement au format BMP par disquettes compatibles PC. Les paramètres et les mesures sont aussi sauvegardables.
Les interfaces optionnelles permettent aussi de sortir en série, parallèle, VGA, HPIB…

J’utilise la sortie VGA pour envoyer l’image temps réel sur le réseau télévision amateur par l’intermédiaire du convertisseur “VGA TV show”.

 Modules additionnels

Je possède deux modules additionnels particulièrement intéressants :
 Module télévision qui ajoute un vectorscope et des fonctions pointues.
 Module FFT

La nuisance du ventilateur

Le ventilateur est très bruyant d'origine mais il est très facile de baisser par une carte de régulation en fonction de la température pour gagner en silence tout en conservant un refroidissement acceptable. Il chauffe peu.

Une autre page est consacrée à l'oscilloscope portable Tektronix TH 720 

 

 TDS 3012
TDS 3012

 TDS 3012
Module additionnel

 TDS 3012

Exemple de saisie d'écran sur le TDS 3012

La disquette est très pratique pour saisir les écrans. Il faut paramétrer le format en BMP couleur, les images occupent 30 ko, la sauvegarde prend 10 secondes. 
En réduisant ensuite les couleurs et en sauvant en GIF, l’image finale occupe moins de 10 ko.
Le matériel ne permet pas de sauver directement en GIF. Les fichiers BMP couleur sont dix fois plus gros que des GIF, tous les points vides sont inutilement sauvés, il est préférable de convertir a posteriori pour archivage.

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 Analyseur de spectre Advantest R3463

L’analyseur de spectre est un instrument de mesure merveilleux aux possibilités considérables. Il faut manier ce bijou onéreux avec prudence, il ne supporte pas plus de 30 dBm en entrée, mais surtout ne tolère aucun signal continu. Par sécurité un isolateur supplémentaire soigneusement peaufiné à l’analyseur de réseau protégera l’entrée du continu pour les mesures courantes. Il ne sera enlevé pour des mesures fines qu’avec de grandes précautions, car le condensateur d'isolation n’est pas parfait. Une étourderie serait fatale et entraînerait des coûts de réparations élevés s’il faut renvoyer le matériel au constructeur pour dépanner l’étage d’entrée et refaire la calibration usine.

Advantest R3463

Ce matériel a été distribué par Tektronix et depuis 2002 directement par Advantest. Il existe aussi en version 8 GHz Advantest R3465. Matériel revendu en 2005

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 

 Tranfert des données vers le PC

L'analyseur communique (sans option) avec le monde extérieur, par ports série, parallèle, HPIB et par cartes mémoires SRAM PCMCIA. J'utilise principalement les cartes PCMCIA pour transférer les copies d'écran VGA vers un PC portable et la sortie VGA via un convertisseur vidéo pour envoyer l'image temps réeel sur le réseau télévison local et discuter en direct au sujet des mesures avec les copains.
J’utilise la sortie VGA pour envoyer l’image temps réel sur le réseau télévision amateur par l’intermédiaire du convertisseur “VGA TV show”.

 Les possibilités des matériels

La plage d'utilisaton de l'Advantest 3463 est entre 9 kHz et 3 GHz
La plage d'utilisaton de l'Advantest 3465 est entre 9 kHz et 8 GHz

 Exemple d'écrans

Vous trouverez de nombreux exemples d'utilisation dans la page complémentaire : Mesures à l'analyseur de spectre 

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 Analyseur de réseau scalaire : HP 182T + HP 8755C

Ce matériel, bien qu'ancien, offre un nouveau champ d’investigation, en complément de l’analyseur de spectre. Il étend les mesures dans le domaine du réfléchi et s’avère précieux pour tester rapidement les éléments passifs en particulier, jusquà 18 GHz. Matériel revendu en 2006.

Une page spéciale lui est consacrée : Mesures à l'analyseur de réseau scalaire 

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 Sweeper HP 8620A 8621B

C'est un matériel ancien de 1970, un "boat anchor ", sweepant sur deux bandes, 0.1 à 2 GHz et 1.8 à 4.3 GHz. Un autre tiroir donne 3.2 à 6.5 GHz. 
Sur cet ancètre, l'ondulation sur la bande est de l'ordre du dB, il est chaud en une demi heure. 
Matériel revendu en 2004, remplacé par le Sweeper Wiltron 6647A (10 MHz-18.6 GHz) décrit ic i 

La nuisance du ventilateur

Le ventilateur est puissant et bruyant, mais l’appareil est de technologie ancienne et chauffe, il semble très imprudent de réduire sa vitesse.

 

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 Générateur de bruit

"Generatore de Rumore ". C'est un petit matériel de début, d'un excellent rapport qualité/prix.
Il est sensiblement plat jusqu'à 1.5 GHz (voir le spectre entre 0 et 3 GHz) mais reste utilisable à 3 GHz avec une chute rapide du niveau. Il a été décrit dans la revue "Nouvelle Electronique numéro 6 de 12/1994 ". 
(document PDF disponible par mail sur demande)

C'est le tracking du pauvre, très complémentaire du générateur pour voir d'un coup d'œil la réponse en fréquence d'un dispositif. Il est intéressant de l'associer avec un amplificateur linéaire car le niveau est très faible à -20 dBm jusqu'à 1.5 GHz, plongeant à -45 dBm pour 3 GHz.

Generatore di rumore

 Generatore di rumore

Très curieusement, les schémas montrent trois MMIC en cascade, mais en observant la photo, vous remarquerez que le premier amplificateur après la jonction de bruit est remplacé par un simple starp (marqué 0) plus économique !
Vous verrez un exemple de l’excellente courbe de réponse, quasiment plate à -20 dBm jusqu’à 1.6 GHz, qui descend ensuite doucement et régulièrement, -30 dBm à 2 GHz.
Mesure à l'analyseur de spectre 

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 Les diviseurs de signal

La mesure exige de disposer de matériels permettant de séparer un signal en deux parties.

 Coupleur directif

Un coupleur directif permet de ne prélever qu’une très faible partie de la puissance, quasiment sans altérer le transfert, le prélèvement n‘étant que de quelques dizaines de dB. 
Un coupleur directif est constitué de lignes, un modèle économique n’a qu’une bande passante limitée et un couplage variable suivant la fréquence, mais le prix explose avec la largeur de bande.

Voir exemples chapitre suivant.

 Splitter de Wilkinson

Le splitter de puissance de Wilkinson est constitué par deux lignes accordées quart d’onde, d’impédance racine de deux de l’impédance caractéristique, en partant de l’entrée vers les deux sorties reliées par une résistance au double de l’impédance caractéristique.

Ce montage est excellent mais n’est utilisable que sur une plage étroite. C’est un diviseur sans perte, chaque sortie étant à 3 dB de l’entrée. Il en faut un par bande de travail.

 

L'image du haut représente un splitter commercial "Mini-circuits 15542 ZN2PD-920W ", parfaitement efficace comme l’indique son datasheet en bande étroite 900 MHz, donc inutile pour nos applications amateurs.

L’image inférieure représente la ligne modifiée, réalisée en clinquant laiton, en conservant le circuit téflon avec son plan de masse adaptée à l’analyseur de réseau pour la bande 2.4 GHz.

Wilkinson power splitter

 

 Splitter résistif

Un splitter résistif passif (6 dB passive power splitter) présente l’énorme avantage d’être apériodique mais a une perte d’insertion plus grande de 6 dB sur chaque port et seulement 6 dB d’isolation entre les ports de sortie.

Il n’est constitué que de trois résistances de R/3 avec point central. Par construction, les 3 entrées sont rigoureusement identiques. Il passe évidement le continu et peut monter très haut en shf s’il est réalisé

Il existe un autre type de coupleur résistif simplement avec deux résistances de valeur égale à l’impédance. Les trois voies ne sont plus banalisées, il y a alors un commun et deux branches.


Les coupleurs montant à 18 GHz et plus se négocient très cher, bien que ne contenant que deux simples résistances, deux bouts de lignes et trois prises.

Splitter résistif passif 6 dB

La suite montrera les résultats des réalisations.

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 Quelques coupleurs

 Coupleur HP 774D

Les mesures sur antennes s’effectuent avec un coupleur directif vérifié au préalable à l’analyseur de réseau et dont on connaît les courbes de réponse en fonction de la fréquence. Je dispose de divers coupleurs pour couvrir toutes les bandes, par exemple :
Le coupleur HP774D couvre les bandes VHF et UHF en offrant des sortie directe et réfléchie à -20 dB à mieux que +/- 1dB.

Réponse de 0 à 500 MHz (Advantest)

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.

 

 Coupleur MECA KS-21603L7

Le coupleur MECA KS-21603L7 est donné pour 50W entre 750 et 950 MHz, mais reste utilisable jusqu'à 3 GHz, la courbe de réponse est évidement moins plate que celle du HP car la plage de mesure est très grande.
La sortie est à -15.5 dB pour 145 MHz, -8 dB pour 435 MHz, -13.5 dB pour 1255 MHz et -20 dB pour 2300 MHz.
Ces variations ne posent aucun problème car elles sont connues, la mesure se fait en deux temps, d’abord en remplaçant l’objet à mesurer par une charge 50 Ohms pour obtenir une référence de la vraie mesure. Ce coupleur est équipé de prises SMA et ne possède qu'une sortie, il faut donc le retourner pour passer du direct au réfléchi.

 

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 Valeur du ROS en fonction des pertes en dB

Ce petit tableau donne les valeurs du ROS (rapport d'ondes stationnaires)

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 et non mesurable !

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 Sondes de mesure

Il faut disposer de diverses sondes pour s’adapter aux situations de mesure.
Palette
Voici un dispositif très pratique, c’est une simple palette en circuit imprimé avec une résistance CMS en parallèle pour le haut du spectre et en série pour les fréquences basses.

Boucles en coaxial
Des boucles plus petites et souples sont faites avec un simple coaxial fin permettent de se faufiler dans les montages denses.

Antenne
Une sonde type antenne courte est constituée par un bout de coaxial à la gaine dénudée sur quelques centimètres.

Pointe de touche
Une sonde à pointe de touche est parfois utile. N’oubliez pas l’indispensable condensateur d’isolement. Attention l'analyseur ne supporte pas plus de 30 dBm soit 1 watt sous 50 ohms. P = V2/R, la tension limite est donc de racine de P*R soit 7 volts. Il faut être extrêmement prudent. Une résistance en série de 50 kohms, avec la pointe et le condensateur d'isolement, soit mille fois l’impédance d’entrée, atténuera le signal direct de 30 dB, ce qui ne pose pas de problème (sauf pour des signaux proches du bruit). Cela offrira une sécurité acceptable. Cette résistance CMS sera de la puissance la plus faible possible pour servir de fusible. Il faut utiliser ces pointes avec prudence, pour les fréquences basses, dans des cas exceptionnels.

Toutes ces sondes sont bouclées sur une résistance de 50 ohms en extrémité chaude pour casser les résonances parasites du coaxial de mesure.

Attention de bien isoler les sondes,
la masse du coaxial ne doit pas pouvoir
faire un court circuit sur le montage en test
et l’analyseur ne peut accepter la moindre tension continue.

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 Pages à venir

 

 Frequencemètres EIP "locking source"

 

 Standard de fréquence à Rubidium.

Ce petit bijou introduit dans le laboratoite en mars 2005 a une précision absolue meilleure que 10-11, soit le dixième de Hertz sur 10 GHz.
Il sort un 10 MHz ultra stable sous 7 dBm et sert de pilote pour tout le laboratoire.
Il s’alimente en 24 volts (alimentation linaire, le découpage est interdit). L’électronique a une consommation permanente de 275 mA, le chauffage est de 1.2 A pendant les deux premières minutes et se régule ensuite vers 300 mA.

 Rubidium

Il est chaud et verrouillé en 4 minutes avec une précision 5 * 10-12 et s'améliore encore en chauffant, il fait mieux que 1 * 10-12 après 20 jours de chauffe.
Il est contrôlé périodiquement par battement de phase (mesure de la fraction de degré sur longue période) avec des signaux étalons. Un premier contrôle sur un étalon verrouillé sur le GPS s'est avéré de précision très insuffisante, le bruit de phase du GPS pompait trop pour de telles précisions. La solution GPS a été abandonnée.

La précision garantie est évidement très supérieure aux besoins du laboratoire, il est dommage que les autres grandeurs ne soient pas connues aussi facilement. Nous verrons par exemple à l’opposé, que la notion de référence de puissance absolue s’avère un problème insoluble. La fréquence est connue au millième de milliardième, mais il et impossible de donner une puissance au centième…

Un tel matériel se négocie quelques centaines d'euros en occasion, moins du dixième du prix neuf.

Une future page suivra.

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 Conclusion

à suivre...

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 Liens mesure

Document technique AFNOR définissant une zone méconnue de la mesure relative aux techniques de la pifométrie.
Charger le document de référence (fichier .DOC zippé à 27 kb) 

Portail de l'actualité de la mesure : actutem.com

Un vieux grimoire de référence : microwaves101

AADE Filter Design version : aade.com/filter32

Logiciels : www1.sphere.ne.jp

 from Advantest spectrum tricks<  to Analyseur et tracking Signalhound 

* Liens vérifiés le 08/03/13

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USB

Publié dans Dossiers lundi, 17 novembre 2014 00:00 0

Document original publié par C. Couderc sur www.voilelec.com

l'USB, standard du moment

Maintenant s'ouvre un avenir radieux, enfin, au sens marxiste du terme pour la version 1... L'Universal Serial Bus est le successeur qui améliore grandement les performances des antiques et très lents RS-232 et parallèle qui disparaissent totalement. Ce bus a de grandes qualités et se décline en diverses versions.

Avant 2002 version USB 1.1 avec 1.2 Moctets/s (12 Mbits/s).

Depuis 2002, version USB 2.0 (High Speed) à 480 Mbits/seconde.

en 2010, déploiement de l'USB 3.0 (Super Speed) à 5 Gbits/seconde...

 USB 2

L'USB 2 est 40 fois plus puissant que l'USB 1, il y a une compatibilité descendante partielle qui dépend des périphériques. ll est annoncé depuis 2000, mais ne s'impose que lentement , il devrait être vraiment omniprésent en 2003.

Les bonnes cartes (par exemple la MSI K266 RU2) comportent 8 ports d'origine, 4 en USB 1 et 4 en USB 2, c'est parfait.
USB 2 est supporté par Windows XP mais pas par les anciennes versions Win 98 et avant.
Ce bus très intéressant devient le standard pour tous les périphériques de sortie du PC et du Mac, mais la version 1 présentait certains défauts majeurs qui ont ralenti son introduction !

Le chapitre suivant parle des problèmes de la version 1, encore massivement implantée en 2000. Il ne conserve pas la version 2, sauf pour la consommation électrique.

Attention au stupide changement de nom marketing en 07/02, uniquement pour perturber les gogos. Il n'y a rien d'autre modifié, cela est qu'une imbécillité totale !

 

 La vieille norme <USB 1.1> se nomme maintenant <USB 2.0 Full Speed>

 La norme suivante <USB 2.0> se nomme maintenant <USB 2.0 High Speed>

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  Le comportement erratique de l'USB 1

 Les trous

Les périphériques à flux tendus (cartes son et vidéo...) présentent des trous de débit gênants en USB 1, surtout quand le bus est chargé. Pour une souris cela se traduit par des passages à vide et des à-coups à l'écran ; cela n'est pas très gênant en principe, sauf pour les enragés de jeux nécessitant des déplacements très rapides, ils garderont leur vieille souris PS2 tant que ce port existera. Pour un boîtier son, c'est pire, l'oreille n'accepte pas les ruptures de flux, rien ne vaut une carte Sound-Blaster interne. Paradoxalement le phénomène est moins gênant pour une caméra, le cerveau lisse en cas d'images perdues.

 Les mauvais hubs

Beaucoup de périphériques ne marchent absolument pas derrière certains hubs. C'est très ennuyeux, les anciennes cartes PC n'avaient que deux sorties, mais les nouveaux modèles ont 8 sorties, mais attention, il n'y a que deux prises externes (c'est la norme USB Intel). Les ports supplémentaires demandent une bretelle auxiliaire qu'il est impossible de se procurer si elle n'est pas livrée d'origine. Il faut l'exiger au moment de l'achat de la carte, vous ne pourrez jamais la commander a posteriori. Avec 8 ports, les 4 premiers sont en USB 1, les 4 autres en USB 2.
La solution à ce problème est de remplacer son mauvais hub par un meilleur, il y a des différences de qualité.
Mon premier hub était une Taïwanerie bas de gamme (6 ports, 44 €), au marquage douteux "Data Communication USB 106 ". Je ne vous le conseille pas, rien ne fonctionnait (il n'était pas en panne !) les périphériques disparaissaient aléatoirement.
Je l'ai remplacé par un Trust (7 ports, 75 €) qui a marché parfaitement (avant d'être foudroyé comme tous mes autres PC et leurs périphériques). Il y a beaucoup de produits très médiocres style design Macintosh sans alimentation sources de pannes aléatoires, transparence du boîtier ne signifie pas qualité.

Je ne voudrais pas laisser croire que l'USB version 1 soit une catastrophe, ce bus est un réel progrès dans le souci d'unifier les interfaces avec une norme commune, mais il n'était pas sec à la sortie, surtout coté Windows. Ce n'est qu'une étape. C'est une très bonne solution pour les appareils photos numériques et il présente l'avantage du branchement/débranchement sous tension avec reconnaissance, c'est le "hot plug and play ". Avec l'explosion rapide des nouveaux périphériques, et le passage à la deuxième génération maintenant stabilisée, tous ces problèmes s'estompent.

 Les anomalies USB

Il existe d'autres curiosités avec l'USB... A l'opposé des cas précédents, certains périphériques ne fonctionnent pas en direct sur la sortie du PC. Il faut impérativement utiliser un (bon !) hub et tout fonctionne. Cela est lié à l'alimentation, le PC fournissant le 5 volts au travers d'une résistance de sécurité qui écroule la tension rapidement, la norme limite à 100 milli Ampères au lancement et au maximum à 500 mA après initialisation (un registre 8 bits indique par pas de 2 mA le maximum demandé), mais les cartes n'arrivent pas à fournir si plusieurs périphérique gourmands tirent ensemble. Le hub ayant son propre bloc d'alimentation contourne alors le problème, mais il faut vérifier les consommations, les petits blocs saturent souvent à 500 mA (pour l'ensemble des sorties) bien que marqués 1 A. Après essais prolongés, un bloc made in China, marqué 5V 1A s'écroule à 3.5 V sous un Ampère et brûle en moins d'une heure avec de vraies flammes et une belle fumée...

 

 Les matériels à éviter

Si vous utilisez une souris optique en particulier, évitez la liaison USB 1 qui provoque blocages et plantages et utilisez toujours l'adaptateur PS2 qui lui, ne plantera jamais.

De même il est stupide d'utiliser un clavier USB, passez toujours par les deux adaptateurs PS2 tant qu'ils existent dans la norme actuelle. Ces ports disparaîtront un jour en même temps que l'USB 1, alors il faudra de toutes façons tout changer, vraisemblablement pour du USB2. Ces claviers et souris vendus actuellement ne seront plus supportés. Ils n'existent encore pas à ce jour (05/2002) en USB 2.

Certains périphériques sont très médiocres, comme les mauvais scanners alimentés par le bus, ils consomment à la limite de la norme et plus pendant les pics de courant, en plantant tous les autres périphériques.
Ce genre de matériel ne marchera (à peu près) bien que derrière un hub alimenté, sans rien d'autre branché dessus.

Réservez l'USB aux matériels bien adaptés, photoscopes, caméra de vidéoconférence, joystick, scanners et imprimantes non auto alimentés. 
Évitez comme nous l'avons vu clavier, souris, son et tout ce qui consomme.

Une caméra USB est totalement incompatible avec un modem USB pour faire de la vidéoconférence :
Ce point est traité en page " ADSL " 

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  Compatibilité descendante USB 2 > USB 1

En pratique, la compatibilité est relative ! La vitesse n'est pas le problème. La norme USB 1 fixe deux vitesses de fonctionnement, 1.5 Mbps pour les périphériques lents, 12 Mbps pour les rapides. La norme USB 2 en ajoute une troisième de 480 Mbps. 
La tension des signaux a été abaissée de 3.3V en USB 1 en 0.4V en USB 2 pour accepter les grandes vitesses.

Les hubs première génération ne sont pas assez rapides pour supporter cette nouvelle vitesse. S'ils ne sont pas spécifiés "compatibles USB 2 ", ils ne fonctionneront pas sur des matériels récents. Vous devez avoir explicitement sur la fiche technique : 
"Certifié USB 2.0 Hi-Speed, compatible amont USB 1.1 "
Les hubs sortis avant débuts 2002 ne sont jamais compatibles.

 USB 2

Il faudra donc identifier les anciens périphériques USB 1 et les nouveaux USB 2 pour les brancher sur les bons ports et hubs. Un USB 1 branché par erreur sur un port USB 2 replie la vitesse et écroule les débits.
Les matériels USB 2 ne fonctionnent évidement que sous XP et suivantes, ils ne sont pas vus par les versions plus anciennes qui n'ont pas les drivers.

 

Question de version

Comment déterminer si un port est USB 1 ou 2 ?
Une carte sortie avant 2002 est obligatoirement en USB 1. 
Seules les cartes d’après 2002 sont équipées de ports USB 2 (plus parfois d'autres en USB 1). Lire la documentation...

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  Émulation des anciens ports par USB

L’année 2002 marque la fin des ports série et parallèle sur les PC. Ils n’existent plus sur les portables et bientôt sur les PC de bureau.
Il faut donc se faire à cette idée, c’est comme le Franc, c’est fini, maintenant nous sommes à l’Euro.
Le problème est que vous disposez d'un vieux lot de périphériques parallèles, surtout des imprimantes, et plus encore de matériels en série, des programmateurs d'eproms, interfaces radio, des GSM … Pour ma part j'en ai recensé plusieurs dizaines en service dans mes tiroirs. La disparition des anciens ports est très gênante car vous ne pourrez plus les utiliser.
Sur le bateau, il s’agit principalement des anciens NMEA 183, qui ont devraient avoir disparu avec l’arrivée du NMEA 2000, mais qui subsistent encore, en particulier sur les GPS.
L’attachement sentimental aux vieux bibelots et la lenteur de sortie des nouveaux produits font que ces matériels existent toujours et qu’il faut bien trouver une solution pour finir de les utiliser.
Il n’y a qu’une seule solution, utiliser un pont USB <> série ou parallèle.

Convertisseur_usb_serie 

Les ponts de conversion à USB

Les divers standards sont rigoureusement incompatibles sur le plan hardware et software. Le pont sera donc un dispositif possédant physiquement des prises de deux types, avec pour les relier, un microcontrôleur qui se chargera de convertir les signaux électriques et les trames.
Il ne faut donc pas imaginer qu’il s’agit d’un gadget magique, c’est réellement un dispositif performant qui assure une fonction délicate. 
Ce matériel se présente de diverses manières

 Le câble de conversion

Le câble de liaison comportant le bloc électronique dans un renflement et s’alimentant sur les fils. C’est une solution simple et économique mais qui pose souvent des problèmes de niveaux et de compatibilité. Attention cela ne fonctionnera pas en USB 2, les signaux sont trop rapides sans alimentation externe. La simplicité d’utilisation d’un simple câble se paiera en termes de compatibilité et de fonctionnement hasardeux.

Le hub USB multi ports

Le convertisseur externe alimenté. Ce sera généralement un hub USB qui restituera en plus un port série et un parallèle. Sur le plan de la construction, cela ne complique pas beaucoup, car un hub comporte déjà l’électronique nécessaire et une alimentation externe. Le fonctionnement matériel sera meilleur toujours que pour le câble précédent.
Il existe donc une gamme très ouverte dans les ponts de conversion avec une grande fourchette de prix dépendant du circuit de distribution commerciale et de la qualité de fabrication. Voir les liens, ce matériel bouge beaucoup.

Au secours cela ne marche pas !

J’ai reçu de multiples mails d’appels au secours me décrivant une configuration particulière, PC, convertisseur USB/série et périphérique en pleurant que cela ne marchait pas.
Je ne suis pas le sorcier qui exorcise par Internet… Changez d’interface, de périphérique, de logiciel, de sexe ou de ce que vous voudrez et cela finira par marcher. En dernier recours, pensez à faire brûler un cierge.
Lire la page « du schéma au kit » 

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  USB 2 ou FireWire ?

Le bus FireWire = IEEE 1394-1995 = i-link =... Ce bus série est aussi très rapide, il est utilisé par Apple et par Sony mais il est peu présent sur PC malgré ses qualités certaines comme le "hot plug & play ". Il est très proche de l'USB 2, mais évidement les deux sont totalement incompatibles. Le nom IEEE 1394 va disparaître, les constructeurs se mettant d'accord (dans la douleur) pour une standardisation et l'appellation commune "FireWire " plus explicite pour le public.

Il ne devrait pas y avoir de la place pour deux, la guerre est en cours. Ce n'est pas possible de dire aujourd'hui dans combien de temps le FireWire disparaîtra. Il a été poussé par Sony pour l'audio vidéo, le grand spécialiste des standards totalement exotiques, qui ne sont pas repris par les autres constructeurs et qu'il supprime aussi vite qu'il en sort de nouveaux.
Seul Apple supporte le FireWire, mais le marché du Mac qui est passé en dessous de 3 % lui laisse peu d'espoir.
Le FireWire a commencé plus tôt et poursuit une croissance très lente.
L'USB 2 est arrivé beaucoup plus tard mais avec une progression très rapide.

 USB 2

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  La connectique USB 1 et 2

Il n'existe heureusement que deux modèles de prises USB, La prise plate type " A " est réservée au coté PC, le prise compacte type " B " au coté périphérique.

L'apparition de petits matériels comme les photoscopes a obligé à introduire une variante miniature de le prise " B ", trois fois plus petite, pour s'adapter aux volumes disponibles. La norme définit le brochage sans ambiguïté, il n'y a donc aucun soucis de compatibilité ou de fils croisés comme cela existait avec les anciens ports série et parallèle. Tous les câbles de même aspect visuels sont électriquement identiques.

 

 Allonger les câbles USB

Cette question revient souvent, beaucoup de bricoleurs cherchent à pousser les distances des périphériques USB au-delà d’une dizaine de mètres, par exemple pour installer un réseau de caméras domestiques.
L'USB ne se transporte pas à cause des retards d'handshake, la liaison plante vite, les paquets émis ne sont pas acquittés à temps et se perdent.

Pour des caméras, c’est très simple, il faut moduler la vidéo, c'est très facile avec un petit module genre Comtech, le 2.4 GHz se transporte très bien avec un vulgaire câble coaxial vidéo sur une centaine de mètres. 
Une petite carte d'acquisition vidéo donne un une excellente image et permet de sélectionner plusieurs bonnes caméras.
Le net propose pour quelques dizaines d’Euros, module d’émission et de réception ou carte de décodage, soit sur bus PCI soit sur USB (carte de réception télévision).

 

 Sur-consommation USB

La norme précise très clairement qu’un périphérique USB ne doit pas consommer plus de 0.5 Ampère. Certains matériels, comme des disques externes dépassent en pointe cette limite, le hub ou le PC détecte le pic de courant et limite ce qui « plante » la liaison. C’est une cause classique de disfonctionnement.
Pour contourner cela, il existe des câbles astucieux qui utilisent une prise mâle USB supplémentaire qui se branche sur une autre embase USB, ce qui permet de doubler le courant toléré.

 

 USB capricieux

Nous avons constaté des anomalies sur des matériels USB strictement identiques, certains marchant à la perfection, d’autres très mal.
Des mesures fines au laboratoire ont montré le problème. Tous ces périphériques USB utilisent un quartz de 12 MHz. La précision est très critique pour un bon fonctionnement. La mesure peut se faire sans ouvrir le matériel, avec une sonde boucle et un ampli à préamplificateur à grand gain, à l’analyseur. Tous les matériels fonctionnant bien étaient très proches du 12 MHz nominal.
Les disfonctionnements étaient proportionnels aux écarts. En remplaçant le quartz médiocre hors tolérance par un meilleur, le problème disparaissait.

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  La norme 2010 : USB 3.0

En 2010, déploiement de l'USB 3.0 (Super Speed) à 5 Gbits/seconde...
L'USB 3.0 impose un câble à trois paires alors que les versions précédentes n'utilisaient que deux paires.
La prise mâle à six broches est physiquement rétro compatible avec les anciennes à quatre broches, mais évidement pas les femelles qui ressemblent à des HDMI.
Cela pose évidement un gros problème de compatibilité qui sera aussi mal résolu que le passage de 1.0 en 2.0 avec des hubs approximatifs et des applications qui planteront, mais l'histoire n'est qu'un éternel recommencement !

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 Liens USB

La page de référence : USB.org
USB central. Information, tools, and links to material about the USB : lvr.com/USB
Good informations : beyondlogic.org
Bonne note technique USB 2.0 : cerig.efpg.inpg.fr/Note/2002/usb2

La compatibilité matérielle pour transformer un port USB en ports série ne pose pas de problème, le hardware est parfaitement maîtrisé, mais il n'en est pas de même pour le software.

Cette page évalue un de ces matériels commerciaux  d'adaptation : convertisseur_usb_serie 

* Liens vérifiés le 22/04/09

Convertisseur continu-continu

Publié dans Electronique lundi, 17 novembre 2014 00:00 0

Document original publié par C. Couderc sur www.voilelec.com

Besoin d'un Convertisseur continu > continu

Cette page n’est qu’une simple étude technique d’un matériel commercial existant, destinée à vérifier s’il présentait un intérêt pour l’équipement du bord.
La page PC portable  a évoqué la nécessité d’avoir un ordinateur à bord.
Si l’on adopte un modèle portable, le problème de la charge se posera car sa batterie a une autonomie très courte. Nous avons vu les deux possibilités de faire fonctionner le matériel à bord.

 Passer par un 220 V intermédiaire (convertisseur 12 VDC > 220 V AC) et le bloc secteur d’origine, comme nous en avons discuté dans la page précédente.

 Alimenter directement le portable avec sa tension d’origine, souvent 19 Volts.
C’est la solution qui présente le meilleur rendement, comme nous le verrons en détail, de l’ordre de 90 %, ce qui est très favorable pour la conservation de l’énergie des batteries du bord. Elle est décrite dans cette page.

Cette page est un test de deux modèles différents, un 90W puis un 120 W.

 

 

 Description du modèle 90 W

 

Le matériel testé provient de chez Nauticom (voir liens). Il est alimenté en 12 V par la batterie et offre une sortie sélectable par plots de volt en volt entre 15 et 21 V.
Les limites de ce convertisseur données sur l'étiquette sont 12 V 12 A en entrée et 90 W restitués.
La référence est GW-P006VA.6.0A,90W
Cela couvre tous les besoins de tous les PC portables du marché.

 Connvertisseur DC DC

Convertisseur 90 VA

L’emballage carton est réutilisable et permet de ranger le matériel.
Une collection de 5 embouts amovibles devrait permettre de s’adapter aux prises courantes, mais il y a des constructeurs farceurs qui ont une norme totalement exotique ce qui posera un problème pratique. Si la prise est introuvable, il faudra couper le câble d’origine du bloc secteur et rajouter un raccord intermédiaire, ou bien installer une prise supplémentaire de châssis sur le PC.

Le principe des convertisseurs à découpage est décrit dans la page PC portable 

Schéma de principe et de réalisation du découpage

Ici, la partie redressement secteur est directement remplacée par l'alimentation directe 12 volts. Un circuit très élaboré pilote le découpage de la tension en fonction des besoins en sortie.

Un chapitre suivant montre les résultats détaillés des mesures effectuées.

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 Particularités de l’installation (valables pour le 90 et le 120 VA)

 

 Consommation à vide

Sans aucun appareil branché en sortie la consommation est de 30 mA sous 12 V, soit l’équivalent d’une petite ampoule de 0.3 W d’éclairage compas. C’est très peu, mais la batterie du PC ne doit pas être chargée en permanence sous peine de perte d’autonomie. Il est préférable de la laisser se vider et de ne mettre la charge que lorsque que l’alarme batterie basse se déclenche. Un interrupteur et une led de tableau sont donc indispensables pour une installation définitive.

 

 Câblage

En charge forte la consommation est de quelques ampères, les volts (donc l'énergie !) sont vites perdus sur les lignes d’alimentation, pour conserver un bon rendement :

Câblez gros et propre !

Pour une installation fixe, coupez le fil avec la prise allume cigare au plus court, le montage d’origine amène une perte importante.
Pour un usage épisodique, à bord ou en voiture, le rendement énergétique n’est pas un problème, ne modifiez rien.

 

 Précision de la tension choisie

Les résultats montrent que la tension de sortie est très proche de la valeur de consigne, c’est mieux que nos besoins car de grands écarts seraient tolérables sur les d’entrée, il y a aussi une pompe de charge dans le PC…

 

 Nuisances

Le silence est absolu, le convertisseur travaillant en haute fréquence inaudible. Le filtrage est propre et ne parasitera pas les réceptions radio du bord.
Il se présente comme un très petit boîtier plastique, qui ne chauffe quasiment pas et sera très facile à monter sous la table à cartes avec une bride.

 

 Les risques

J’ai expertisé divers matériels, en particulier des chargeurs d’accumulateurs présents dans les catalogues de nos shipchandlers. Il y a de tout, certains sont acceptables, d’autres (pas forcément le moins chers), sont médiocres et dangereux. Les utilisateurs chanceux constateront qu’ils tombent simplement en panne par défaut de conception. Pour les moins chanceux, le matériel prendra feu en utilisation normale, cela pouvant entraîner de graves conséquences.
Ce petit matériel semble assez bien construit pour ne pas mettre le bateau en péril.

 

 Les divers embouts

Le matériel est livré avec une petite série de prises réversibles pour tenter de s’adapter à la multitude des matériels existants. 
Il faudra faire attention aux mauvais contacts, chaque constructeur possède sa norme exotique et tous les diamètres intérieurs, extérieurs, longueur du canon et forme de l’embout sont possibles.
Il faudra être vigilant sur ce point source de nombreux problèmes, le matériel alimenté supporte très mal les disparitions et applications rapides et répétées de la tension.

N’utilisez pas ces embouts sources de mauvais contacts, soignez l’installation.
S vous avez besoin de fils longs, pour améliorer le rendement, vous raccourcirez le fil 12 V, vous utiliserez un long (le moins possible) gros fil 19 V avec un raccord souple d’une dizaine de centimètres à l’extrémité en fil plus fin pour limiter les contraintes sur la prise d’alimentation fragile.

 

 Défaut de conception

Il manque un petit détail pour que le matériel soit parfait. Il ne se désactive pas si la batterie du bord est trop basse. Il aurait été souhaitable que pour une tension aux bornes tombant en dessous de 11 V, le système se mette en sécurité en ouvrant son circuit et en enclenchant un petit buzzer d’alarme. Faute de cela il faudra surveiller ses batteries. Si le pilote automatique est enclenché, c’est lui qui déclenchera l’alarme énergie.

Beaucoup de bateaux n’ont aucune sécurité batterie basse, une future page décrira un superviseur simple d’alimentations en complément du moniteur d’ampères heures.

Le matériel a été ouvert pour voir la qualité de construction. Il est simple propre et sans surprises et devrait avoir une fiabilité raisonnable.

Un blindage cuivre sous le circuit bloque les radiations parasites.

 Connvertisseur DC DC

Vue interne

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 Détails des mesures électriques du 90 W

 

Tension
batterie

Tension
sortie 
sélectionnée

Charge
en ohms

Courant
consommé A

Tension
lue vraie V

Puissance
absorbée W

Puissance
restituée W

Rendement
réel %

12 15 infini 0.03 15.7 0.06 0
0
12 18 infini 0.03 18.6 0.06 0
0
12 21 infini 0.03 21.8 0.06 0
0
             
 
11 15 24 .97 15.34 10.67 9.8
92
11 18 24 1.41 18.47 15.51 14.21
91
11 21 24 1.94 21.69 21.34 19.6
92
             
 
12 15 24 0.89 15.36 10.68 9.83
92
12 18 24 1.29 18.6 15.48 14.41
93
12 21 24 1.78 21.69 21.36 19.6
92
             
 
13 15 24 0.81 15.36 10.53 9.83
93
13 18 24 1.18 18.49 15.34 14.24
93
13 21 24 1.63 21.7 21.19 16.62
90
             
 
13.6 15 24 0.80 15.37 10.88 9.84
90
13.6 18 24 1.16 18.50 15.77 14.26
90
13.6 21 24 1.57 21.68 21.35 19.58
91
             
 
13.6 15 16 1.16 15.30 15.77 14.63
92
13.6 18 16 1.71 18.33 23.32 20.99
90
13.6 21 16 2.44 21.61 33.15 29.18
88
             
 
13.6 15 8 2.25 15.11 30.6 28.53
93
13.6 18 8 3.38 18.20 46 41.4
90
13.6 21 8 4.75 21.35 64.6 56.97
88
             
 
13.6 15 4 4.50 14.47 61.2 52.34
85
13.6 18 4 7.26 17.78 98.73 79.03
80
13.6 21 4 9.8 20.88 133.28 109
82

 

Les mesures en charge ont été faites en 13.6 V. La puissance consommée est indépendante de la tension. La consommation augmentera inversement proportionnellement à la tension du bord.

Par exemple, pour environ 40 W restitués à 18 V de sortie (=2.2 A), la consommation sera de 3.4 A à 13.8 V batterie et de 4.25 A pour 11 V.

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 Interprétation des mesures électriques du 90 W

 

Les mesures ont éte effectuées jusqu'a la dégradation des performances ou le rendement tombe à 80% vers les 90 W de la limite annoncée. Il est normal que le rendement s’écroule en charge forte, les pertes par effet Joule dans le câblage augmentent rapidement avec le courant.

En charge maximale le converiisseur fournit 80 W avec un rendement de 80 % pour une tension de sortie de 18 V , ce qui correspond à un courant absorbé de 7.3 A à 13.6 V ou 9 A sous 11 V.

En utilisation pratique, pour un PC portable moyen qui consommera au maximum 40 W sous 18 V, le rendement est alors remarquable à 90 % pour une consommation sur la batterie de 12 V de 4 A .

Pour exemple, le Sony Vaio PCG-FX501. Il est très sobre, je l'alimente en 20 volts. La consommation du convertisseur sur l'entrée 13.6 V est de 2.5 A en service normal, elle monte à des pics de plus de 4 A en périodes d'activité maximale. Quand le rétroéclairage s’éteint, le courant tombe à 1.5 A. Quand le PC est éteint la charge batterie consomme 0.6 A puis 0.1 A en entretien avec des pics.

Remarque : Si vous voulez mesurer votre consommation, utilisez un ampèremètre à aiguille et jamais un numérique, les variations de courant sont très rapides, le cadran à aiguille les intègre, mais le numérique donne des valeurs incohérentes.

Voici les chiffres caractéristiques que nous retiendrons pour une utilisation du PC à forte charge, mais la consommation sera bien plus faible sur la moyenne de l’exploitation :

Convertisseur CC > CC 90 W

40 W restitués sous 18 V

Consommation 4 A sous 12 V

Rendement 90 %

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 Les matériels rapides et voraces

 

Attention aux nouveaux portables rapides qui sont très gourmands !

Les essais sur un Asus avec Athlon 1.67 GHz ont montré des consommations en pics dépassant les 95 W avec de longs paliers à 87 VA, ce qui est le double du Sony Vaio (plus lent).
Il sera alors souhaitable d’envisager un convertisseur plus gros pour étaler ces très grosses puissances.
Le modèle précèdent s’avère alors insuffisant pour assurer une fiabilité acceptable en croisière. Il faut tout mettre en œuvre pour ne pas se créer des pannes qui arrivent toujours au pire moment, loin de tout support.

Il est donc préférable de surdimensionner le matériel, en reprenant le vieil adage « trop fort n’a jamais manqué ».

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 Description du modèle 120 VA

Le matériel testé provient de chez Nauticom (voir liens). Il est alimenté en 12 V par la batterie et offre une sortie sélectable par plots de volt en volt entre 15 et 22 V.
Les limites de ce convertisseur données sur l'étiquette sont 12 V à 16 V, 11.5 A en entrée et 120 W restitués.
La référence est SDR-120W
Cela couvre tous les besoins de tous les PC portables actuels du marché.

 Connvertisseur DC DC

Convertisseur 120 W

La prise allume-cigare contient un fusible de 15 A. L’emballage n’est pas réutilisable, simple blister de présentation. Il faudra trouver une boite pour le ranger afin de ne pas perdre les embouts. 
Les fils d’entrée et de sortie sont équipés de selfs ferrite dans un moulage. 
L’ouverture du boîtier montre l’énorme radiateur pour les transistors de commutation, couvrant la self du transformateur et servant aussi de blindage. La réalisation est irréprochable.

Tout ce qui a été dit sur le modèle précèdent, embouts, sécurité, absence de désactivation batterie basse, etc., reste valable sur ce matériel et ne sera pas repris. Seules les mesures électriques changent.

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 Détails des mesures électriques du 120 W

Les mesures sur le matériel 90 W ayant montré une bonne linéarité entre tension et courant d’entrée, pour simplifier les résultats nous effectuerons toutes les mesures avec une tension d’entrée de 13.6 V.
Il a été aussi vérifié que le rendement du 120 W change peu entre 11 et 16 V, une seule valeur de la tension d’entrée est donc significative.

 

Résultat très proches du 90 VA

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 Interprétation de ces mesures électriques du 120 W

Résultat très proches du 90 VA

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 Les convertisseurs 12 V vers 24 V

La problématique est un peu différente. Pour le PC il fallait disposer seulement de quelques ampères en 19 volts. 
L’idée est ici d’utiliser des matériels industriels, alimentés en 24 V alors que la tension du bord est en 12 V. Cela est intéressant en particulier pour de grosses pompes, le dessalinisateur, le guindeau, car ces matériels sont plus courants en "tension camion " qu’en "tension voiture de tourisme ". 
Il s'agit ici de courants forts, plusieurs dizaines d'ampères, donc le matériel sera plus lourd et beaucoup plus onéreux. 
Il est possible de faire mieux que beaucoup de matériels commerciaux pour des bricoleurs habiles en électronique.
Les composants se récupèrent facilement à la casse au prix de la ferraille, sur les magnifiques énormes alimentations d'ordinateurs réformés, qui fournissaient des centaines d'ampères aux armoires très gourmandes. Tous les composants se trouvent sur un de ces bijoux.
L'idée est de réaliser une alimentation flottante 12 V, mise en série sur les 12 V du bord, la régulation se prenant sur le 24 V de sortie évidement.

L'intérêt est de diviser ainsi par 2 les pertes. 
Exemple, s'il faut tirer 100 A sous 24 V, soir l'énorme puissance de 2.4 kVA, avec un rendement de 80 %, la perte sera donc de l'ordre de 500 VA. En utilisant un convertisseur à la demi tension, la perte ne sera que sur cette partie, donc la moitié, car la batterie donne 100 %.

l est bien évident que cela n'est qu'un pis aller, sur un bateau de voyage, le 12 V est une aberration, il faut convertir le bateau en 24 V en attendant la généralisation du 36 V automobile.

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 FAQ

 Mesure de ma puissance

J’ai un PC mais je ne suis pas bricoleur et je ne sais pas mesurer le courant et la tension fournis par le bloc d’origine pour avoir une idée de la puissance du convertisseur à acheter.

Ce n’est pas aussi évident qu’il parait à première vue.
Pour mesurer la puissance absorbée en continu, il faut couper le câble de sortie du bloc d’alimentation secteur pour intercaler un ampèremètre en série et lire la tension en parallèle. Les prises sont moulées et ne se démontent pas, le bloc est thermosoudé, il est très ennuyeux de saboter le fil. Cela s’avère peu réalisable en pratique.

Il est donc plus astucieux de mesurer le courant absorbé sur le secteur. La tension est bien connue, c’est du 220 V, un ampèremètre alternatif en série indiquera le courant et donc la puissance P = V * I .
C’est aussi la puissance absorbée en continu, on négligera le rendement de l’ordre de 90 %, cela donne une marge de sécurité de 10 %, mais pour le choix du convertisseur il faudra rajouter au moins 50 % sur la puissance maximale lue pour ne pas travailler à la limite.

Il est dangereux de faire des mesures avec des fiches bananes et des pinces crocodiles nues sur le secteur, il est bien préférable d’acheter pour quelques dizaines d’euros un wattmètre qui se présente comme un petit bloc prise et qui donne directement sur un afficheur la puissance absorbée.

Cet excellent gadget vous permettra de tester les appareils électriques de la maison et de découvrir avec stupeur les consommations aberrantes de beaucoup de matériels soit disant éteints !

L’utilisation de ce wattmètre est décrite dans la page : Consommation des appareils éteints 

Wattmetre

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 Conclusion

 

Ce petit matériel s'avère parfait pour utiliser à bord un PC portable. C’est un gadget indispensable, facile à installer, il offre un très bon rapport qualité / prix.

Comparée à la solution plus universelle du convertisseur intermédiaire 220 V AC, la solution du bloc spécifique offre le meilleur rendement possible. Le poids étant négligeable, pour des raisons de fiabilité, il est préférable de doubler les sources d’énergie. 
Ce convertisseur viendra en complément des solutions 220 V déjà installées. Il ne remplace pas les convertisseurs 220 V car beaucoup d’autres matériels ne fonctionneront que sur leurs blocs d’origine, le passage par des 220 V est incontournable, un d’une centaine de W pour les petits matériels, l’autre plus puissant pour l’électroménager et la grosse perceuse.

 

 

 Liens convertisseurs CC >CC

PC portable 

Energie du bord 

Nauticom, distributeur de matériel électronique pour la plaisance : nauticom.fr

Consommation des appareils éteints

Publié dans Dossiers lundi, 17 novembre 2014 00:00 0

Document original publié par C. Couderc sur www.voilelec.com

Introduction

Le titre de cette petite note semble paradoxal, il évoque les consommations des appareils que l’on croit éteints, mais qui en réalité, restent alimentés par le secteur avec des déperditions énergétiques inutiles insoupçonnées et parfois étonnantes.

Je n’ai pris que quelques exemples pour sensibiliser à ces consommations domestiques aberrantes qui finissent par faire de grosses dépenses inutiles car ces matériels restent sous tension 24h/24.

Pour vous convaincre de cette réalité, éteignez tout dans la maison et regardez à quelle vitesse tourne votre compteur EDF…
Il ne s’agit pas de devenir un radin paranoïaque, mais il faut prendre conscience de ce gaspillage inutile.

Pour une chambre d’adolescent moyen, tous les blocs secteurs et appareils inutiles restent branchés en période de non usage. La consommation est de l’ordre de 150 VA permanents gaspillés. Débranchez un a un les multiples gadgets pour en prendre conscience.
Les enfants n’ont aucune idée des problèmes de dépenses non imputées sur leur argent de poche. Méditez sur l’approche pédagogique de la sensibilisation de nos petits anges aux consommations d’électricité et de téléphone.

Pour une maison moyenne (sans ado), tous appareils éteints, hors réfrigérateurs et congélateurs, les multiples blocs secteurs des téléphones, lampes basses tension, les téléviseurs, ont une consommation permanente de l’ordre de la centaine de VA permanente et inutile, soit environ de 70 euros par an.

 

 

 Méthode de mesure

Toutes ces mesures sont faites avec un wattmètre secteur, précis au VA (l'équivalent des watts en continu, P = V* I ), ce qui suffit largement pour cette approche grossière.

Ce petit appareil est disponible pour quelques dizaines d’euros en surfaces de bricolage et chez les vendeurs par correspondance.

Wattmetre

Une consommation de ~ 0 W, signifie que le dispositif ne consomme que très peu éteint, moins d’un demi watt, ce qui est négligeable sur la facture.

« Secteur coupé » signifie «  prise physiquement débranchée », ce qui se traduit très souvent par au moins la perte de l’heure.

Attention aux appareils qui consomment beaucoup «éteints», outre le fait qu’ils sont une honte sur le plan de l’écologie, les alimentations ne sont jamais coupées, chauffent en permanence et présentent un danger (surtout en cas de foudre sur la ligne).

Les plus médiocres sont repérés sur fond jaune.

 

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 Quelques définitions liminaires

En alternatif, il est possible de mesurer la puissance de différentes façons : 

- La puissance apparente (S) est le produit de la tension efficace par le courant efficace. Son unité est le VA (Volt Ampère).
C'est cette puissance qui sert à dimensionner l'abonnement pour EDF.

- La puissance active (P) correspond à la puissance apparente, multipliée par le cosinus du déphasage (cos phi), si le courant est aussi sinusoïdal. Dans tous les cas, cette puissance correspond à l'intégral du produit entre le courant instantané et la tension instantanée. C'est la puissance véritablement consommée par un appareil, et c'est celle qui est facturée par EDF pour les particuliers. Elle est exprimée en W (Watt).

- La puissance réactive (Q) correspond à la puissance apparente, multipliée par le sinus du déphasage (sin phi), si le courant est aussi sinusoïdal.
Son unité est le VAr (Volt Ampère réactif).

 

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 Validité de la mesure

Mon premier matériel a été acheté chez Conrad. J’ai aussi un modèle acheté chez Lidl, trois fois moins cher, mais donnant des résultats différents. 
Le Conrad ne tient pas (ou peu !) compte du cosinus Phi, il affiche des puissances réelles. 
Le Lidl intègre approximativement le cosinus Phi, il affiche plutôt des puissances apparentes, celles facturées par l’EDF.

Phi est l’angle de déphasage entre le courant et la tension, c’est un paramètre très important en électricité industrielle pour la facturation. Le cosinus Phi du déphasage est le « facteur de consommation ».

Sur des résistances pures (lampe à incandescence, fer à souder ou repasser, …) les deux lectures sont identiques à 2 % près. 
Pour des charges réactives, en particulier des moteurs ou alimentations à découpage, la différence peut être d’un facteur 5, avec des cosinus Phi de l’ordre de 0.2 à charge faible. Sur un pc portable, par exemple, entre éteint ou allumé, le coefficient passe de 0.1 à 0.5 (courant fort).

Il n’est pas simple de dire quelle est la bonne mesure, car la facturation EDF, seul paramètre important, dépend de la génération du compteur installé. Il faudra préciser cela, mais en première analyse, les vieux compteurs à disque tournant n’intégraient pas ou peu le cosinus Phi, les nouveaux compteurs électroniques en tiennent compte.

Ces chiffres sont donc à considérer avec suspicion et dépendent de la méthode de mesure, mais tout le tableau est réalisé avec le même protocole. Les valeurs données ne tiennent pas compte de ce paramètre (mesure du Conrad). Pour les matériels ou les formes de courant sont très perturbées (alimentations à découpage) la précision est douteuse.

 

Consommation

Mesures "discordantes"

 

La photo montre les deux appareils en série sur une alimentation à découpage de PC portable éteint et chargé. La prise "biplite" sert à éloigner les deux appareils, sinon les boutons de l’appareil inférieur sont inaccessibles. 
Lectures sur le Conrad 9 VA, sur le Lidl 2 VA avec cosinus Phi de 0.31, ce qui est acceptable sachant que les mesures sont au VA près. Lequel considérer comme valide ?

Avec le PC en route, c’est moins évident 39 VA et 26 VA avec le cosinus à 0.49…. On attendait un rapport de 2 entre les lectures, ce n’est pas le cas, donc le Conrad tient compte partiellement du déphasage.
Il s’avère très difficile de contrôler l’angle Phi avec un oscilloscope. 
Il est pourtant élémentaire de contrôler la tension secteur qui est une simple sinusoïde. Pour ne pas s’électrocuter, il est plus simple de prendre une image homothétique en sortie d’un simple transformateur basse tension, cela n’amènera aucun déphasage (à 180 ° près) et isolera des tensions létales. 
Pour le courant c’est bien plus compliqué, en particulier pour les alimentations à découpage, car il n’a rien de sinusoïdal et se présente comme des impulsions très irrégulières. En passant par un transformateur de courant la forme sera altérée (la bande passante n’étant pas infinie). 
L’interprétation d’un « déphasage moyen équivalent » n’a donc rien de rigoureux et peut donner des résultats très divers suivant la méthode employée.

 

Le wattmètre Lidl indique une valeur proche de la vraie consommation qui nous intéresse, c'est-à-dire le prix que l’on devra réellement payer. Il ne s’agit pas de mesures très précises mais d’ordres de grandeurs.

Le dispositif Conrad indique plutôt une puissance active. La facturation EDF pourra être inférieure pour des déphasages importants.

 

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 Le mystère du comptage du Cosinus Phi

Je ne connaissais pas la réponse à cette question de la taxation ou non fonction du cos Phi. J’ai donc contacté Jacques Ba.., un spécialiste de ces problèmes à l’EDF. 
Sa réponse éclaircit le mystère :

Pour ce qui est de la taxation du cos Phi, il n'est tout simplement pas taxé sur les comptages "ménage", c'est à dire < 36 kVA, ni sur les comptages "tarif jaune" c'est à dire > 36 kVA et < 250 kVA. Il est taxé à partir des comptages > 250 kVA, et c'est là que la notion de puissance, se réfère au vecteur P et non plus S, c'est à dire que la puissance souscrite par le client est exprimée en kW.

Ceci étant posé, il n'en reste pas moins que le client dont l'installation a un très mauvais cos Phi, sera pénalisé, car il devra souscrire une puissance supérieure à celle dont il aurait besoin avec un meilleur cos Phi, donc ça lui coûtera plus cher en abonnement.

Par exemple : 
Pour alimenter un appareil résistif de 100 W, je devrais souscrire une puissance apparente de 100 VA (S=P et cos Phi =1). 
Pour alimenter un appareil inductif (ou capacitif) de 100 W, avec un cos Phi de 0.2, je devrais souscrire une puissance apparent de 500 W ( S= P/cos Phi)


Pour les comptages dont la puissance souscrite est exprimée en kW, la pénalité du facteur de puissance est calculée physiquement. 
C'est à dire qu'il y a plusieurs compteurs. Simplifions l'exemple en prenant 2 compteurs, dont l'un mesure P, et l'autre mesure Q. La division de ces 2 vecteurs, Q/P nous donne la tg, et pour une tg >0,4 (c'est à dire une conso réactive > 40 % de la conso active) le client paie sa conso réactive. 
Dans ce cas la pénalité se fait sur les vecteurs P,Q et non sur les vecteurs U et I, plus difficile à exploiter.

Pour conclure, les compteurs à disque, intègrent la notion de déphasage, la vitesse de rotation du disque est proportionnelle au couple moteur produit par les champs magnétiques des bobines courant et tension, et ces champs reproduisent le déphasage des vecteurs qui leur ont donnés naissance. Les compteurs électroniques (public) n'ont rien apporté en terme de précision.

 

 Mesure sans wattmètre

Il est possible de faire ces mesures avec un simple contrôleur universel, mais c’est moins pratique et augmente fortement le risque de s’électrocuter. Il suffit de prendre une rallonge standard bifilaire, de couper un des fils au milieu et de brancher les deux extrémités obtenues sur une autre prise femelle. Le contrôleur sera branché sur ces bornes, commun et intensité, calibre courant alternatif.
Il vaut mieux monter en parallèle un poussoir, contacts fermés en au repos, car les coups de selfs au démarrage des appareils vont souvent faire claquer les fusibles. Cela permet aussi de brancher et débrancher le contrôleur sous tension, sans couper le circuit, mais le risque est d’inverser les prises, ce qui ferait sauter le contrôleur alors en court circuit. Il est préférable d’utiliser un contrôleur à aiguille qui lisse la valeur moyenne.
Attention ces manipulations de fils sous tension sont très dangereuses, la prise mâle est branchée en dernier et débranchée avant toute manipulation.
Le courant lu en A sera multiplié par la tension (prendre 230 V en valeur moyenne) pour obtenir les VA.

Pour de faibles valeurs (10 VA correspond à 45 mA) le wattmètre n’est pas assez précis, les mesures ne peuvent se faire qu’avec le milliampèremètre du contrôleur universel.

 

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 Exemple de quelques mesures

 

Matériel testé
Consommation
en watt (hors cos Phi)
Commentaire sur les résultats

"éteint "

allumé

 
 
 
 
Mini chaîne 
Hi-Fi Sony
23 
27
C'est un scandale ! Elle chauffe "éteinte " et consomme presque comme en service. 
Un materiel cher et très médiocre à éviter. (perte pendule si secteur coupé)
Lampe Ikéa
basse tension
16 
30
Un autre scandale, pour un matériel qui provient d'une société qui base sa publicité sur l'écologie, c'est un comble.
Le très mauvais transformateur est branché en permanence. 
C'est le cas de beaucoup de luminaires basse tension d'autres marques.
Radio de cuisine 
Lidl 
5
Idem, tout reste sous tension (et en plus le BF est très mauvaise !).
La consommation augmente à peine en mettant le volume à fond, son saturé.
 
 
 
 
Veilleuse Lidl à led

Excellente veilleuse à une led blanche très brillante, vendue 2 €, parfaite pour une chambre d'enfant. La puissance absorbée n'est que de 63 mW, soit une dépense annuelle de seulement 6 centimes par an
Il est donc  inutile de la débrancher pendant la journée ! Ce matériel a  le meilleur rapport qualité/prix possible.

 
 
 
 
Démodulateur sat 
Nextvave EX 310

13

Très mauvais matériel , transformateur sous dimensionné, très chaud appareil éteint.

Démodulateur Canalsat
16
Mauvais . (Attention, perte des calendrier et pendule si secteur coupé)
Démodulateur sat
38 
43
Radix 7300S Record absolu de gaspillage ! Il est parti au recyclage.
Freebox V6 révolution
 30 
 idem
La box V6 server + player toujours alimentées avec CPL
 
 
 
 
TV CRT Panasonic 51 cm
2
75
Bien, mais les tubes cathodiques sont en fin de vie, un lcd consommerait moins.
TV CRT Goldstar 51 cm
8
33
Mauvais éteint, mais excellent allumé pour un crt (cathode ray tube) de cette taille!
TV CRT mobile 33 cm
13 
41

Vraiment lamentable ! C'est la version "TV marine", vendue chez les shipchandlers, en 220 V AC et 12 V DC, trois fois plus chère que la même en grand public, mais sans l'entrée 12 V. Il est bien plus rationnel d’acheter un téléviseur normal et d’ajouter un convertisseur 12/220. Consomme trop pour un crt portable.

TV CRT Radiola 33 cm
6
50

Médiocre, il faut couper le secteur par le poussoir en face avant hors utilisation et renoncer à l’allumage via la télécommande.

TV LCD Funai 38 cm
0.1 
39
Téléviseur génération 2007 à consommation nulle en stand by, très bon choix.
TV LCD Philips 94 cm
27
130

Téléviseur Philips LCD génération 2009 : 37 PFL 5522 D/12 : Médiocre

TV LCD Funai 54 cm TNT HD
0.1 
70
Téléviseur génération 2010 à consommation nulle en stand by, très bon choix.
 
 
 
 
Magnetoscope Goldstar
5
15
Médiocre. (Attention, perte des calendrier et pendule si secteur coupé)
Magnetoscope Toshiba
11 
22
Mauvais. (Attention, perte des calendrier et pendule si secteur coupé)
 
 
 
 
 
 
 
 
Lecteur DVD Bench
3
10
Acceptable
Lecteur DVD Siemens
3
12
Acceptable
 
 
 
 
 
 
 
 
Congélateur top
sans objet  
25

Moyenne calculée sur sur une journée, petit congélateur sans aucune entée/sortie d'aliments !
0.6 kW/jour soit 220 kW par an.
Il faut compter le double pour l'utilisation normale d'une petite famille avec une ouverture quotidienne.

Congélateur, réfrigérateur
sans objet  
70

Moyenne calculée sur sur une journée d'été, réfrigérateur moyen.
Valeur pour un couple, appliquer une règle de trois suivant les membres de la tribu.
1.7 kW/jour soit 620 kW par an.

 
 
 
 
 
 
 
 
Téléphone DECT
Siemens Gigaset S
2
3

Acceptable malgré la perte à vide. Ce n'est qu'un simple transformateur de petite taille avec très peu de fer, donc fuites importantes à vide, c'est inévitable. 
La consommation, due principalement aux fuites des transformateurs, est du même ordre de grandeur sur la base avec répondeur que sur les simples socles de charge.

Chargeur GSM Siemens
0.1 
3.3

Matériel moderne très performant (éteint = GSM débranché du bloc )
Avec seulement 0.5 mA de courant (=0. 1 VA), il peut rester branché en permanence sans problème sur le secteur hors utilisation .

Chargeur GSM Phillips
0.1 
3

Idem, très bon résultat 
Attention, tous le petits blocs secteurs ne sont pas égaux. Les plus récents sont très petits, ils ont souvent un très bon rendement et resteront froids en charge. Les plus anciens sont plus gros et médiocres, ils chauffent.

PDA DELL Axim X30
2
7

Acceptable

 
 
 
 
 
 
 
 

PC portable Sony Vaio
(2002)

2 à 10
80 à 120
C'est normal, la batterie est maintenue en charge en mode éteint , en charge complète la consommation est présque nulle, mais il faut éviter de laissser toujours branché car la durée de vie de la batterie diminue.
PC portable Gericom
Celeron M (2005)
2 à 9
moins de 45

En progrès sur la consommation avec les PC portables récents et rapides, économique pour l'énergie du bord !

PC portable Acer 
Turion (2007)
0.1 
moins de 35

En marche normale, 35 W si la batterie est chargée, le double si elle est en début de charge. 
Très bon (courant nul si éteint batterie chargée)

PC portable Compaq
Celeron (2009)
0.1 
moins de 45
Idem
Très bon (courant nul si éteint batterie chargée)

Imprimante
HP Laserjet 4

0
25 à 600
en attente !
Attention, une imprimante laser allumée, en attente, maintient le four en températute d'où la forte consommation, même sans rien imprimer. C'est un gaspillage inévitable. Ne l'allumez qu'à la demande.

Scanner Epson
2480 Photo

7
15 

Encore un appareil moderne alimenté par un bloc secteur à découpage sans interrupteur, toute l’électronique reste sous tension à l’arrêt, hors la lampe. Gaspillage stupide

 
 
 
 
 
 
 
 

Matériel de laboratoire

Oscilloscope Tektronix
15 
41

Oscilloscope Tektronix 3012. C'est le défaut bien connu de ce très bon matériel, l'alimentation reste toujours sous tension, son claquage fréquent est la principale cause de retour en SAV. Il faut impérativenent une coupure externe en non utilisation. 
Le principe d’un oscilloscope ne justifie en rien une mise sous tension permanente, c’est un piège avec les mesures sur des points sous tension quand on croit le matériel coupé !

Matériel de laboratoire

Fréquencemètre
EIP 351D

10 à 20
100

Contrairement au précédent, la consommation éteinte est normale et indispensable ! Ce matériel de laboratoire à très haute précision est équipé d’une enceinte thermostatée, dont le four est régulé 24h/24 pour maintenir le résonateur à température rigoureusement constante. Il n’est ultra stable qu’après plusieurs semaines de chauffe continue.

 
 
 
 
       

 

Résultat aberrant
éteint 
Consommation normale
allumé
Mauvais résultat
éteint
Consommation trop forte
allumé
Consommation éteinte 
nulle ou presque : Excellent
-
Consommation éteinte
faible acceptable
-
Normal éteint
Allumé
très économique

Légende des couleurs utilisées

 

Tarif EDF : 1 kWh = 0,15 € TTC
Par an, 1 kW permanent = 1314 €
Par an, 10 W permanent = 13 €
Par an, 1 W permanent = 1.3 €

Ces coûts cumulés ne sont pas négligeables, il vaut souvent mieux mettre à la poubelle un matériel médiocre, il sera bien plus économique d’en acheter un meilleur. 
Exemples, pour des matériels branchés pendant 10 ans et quasiment toujours éteints : ( Jours dans l'année = 365 ) ( Heures d'utilisation par jour = 24 ) * (puissance en kW/h) * (10 ans) * ( tarif EDF)

En 10 ans d'utilisation (base 0.15 € / kW) :
La lampe Ikéa, vous fera dépenser inutilement 365 * 24 * 0.016 * 10 * 0.15 = 210 €
La chaîne HI Fi Sony vous fera dépenser inutilement 300 €
N’hésitez pas, déposez ces cochonneries dans un bac de recyclage ou utilisez des interrupteurs séparés pour ne les alimenter que le temps de l'utilisation !

La consommation des box Internet n'est pads négligeable, La Freebox révolution (server + player + CPL) avec en moyenne 30W permanents vous coûte environ 30 € par an, ce qui est de l'ordre d'un mois d'abonnement.

Si vous faites la somme de tous ces produits médiocres branchés dans la maison, dont le matériel audio-visuel,
vous verrez que le tiers de votre facture représente la consommation des appareils éteints.

Attention, les mesures spécifiques indiquées ici ne valent que pour un matériel précis donné (celui que j’utilise !). Ce n’est évidement pas général pour l’ensemble des produits de la marque, il faut espérer qu’un constructeur n’a pas que des produits médiocres et que seul le modèle testé était mauvais…

 

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 Considérations écologiques basiques

 

Le but de cette page n’est évidement pas de dénoncer toutes les consommations inutiles, ni de disserter sur l’indispensable, l’utile et le superflu. Heureusement, beaucoup de matériels ne consomment qu’en service.
Nous avons la chance de disposer d’une multitude d’appareils électriques qui nous facilitent grandement la vie, il est évidement impossible de renier le progrès, ces matériels nous sont indispensables. Nous n’évoquerons que quelques cas très particuliers.

 

 Chauffage, plaque de cuisson, fer à souder …

Il est parfaitement normal qu’un chauffage électrique dissipe quelques kW en fonction, il est précisément fait pour cela, mais il n’est pas tolérable qu’un appareil éteint dissipe des dizaines de watts pour rien.

 

 Réfrigérateur, congélateur

Les cycles marche moteur/arrèt dépendent beaucoup de la qualité de l’isolation thermique, de la température extérieure, de la bonne aération de l’arrière, de la fréquence d’ouverture de la porte, de la charge en aliments… Un petit ventilateur déclenché par un thermocontact sur l’alimentation du moteur économise la consommation. 
Les consommations normalisées données par les constructeurs sur la fiche technique visible lors de l’achat sont assez réalistes.

 

 La climatisation

C’est un produit à la mode, le citadin casanier ne pouvant supporter qu’il puisse y avoir un écart de quelques degrés dans sa maison ou sa voiture entre un hiver rigoureux et un été caniculaire. Un ventilateur ne suffit plus. Il est très chic de porter un pull à col roulé et des pantoufles fourrées chez soi pendant que le journal télévisé parle des morts de la canicule. Calfeutrez bien et poussez la climatisation jusqu’au givrage. Un joli feu de cheminée sera du plus grand chic au mois d’août et épatera les amis.
Si vous êtes dans cette démarche, la pollution, les kW gaspillés et le réchauffement de la planète sont vos derniers soucis, ne vous préoccupez pas de ces détails ridicules…

 

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 Le PC

Deux approches sont possibles à la maison (en mobile, il est évidement toujours éteint hors utilisation).

Toujours allumé

Je laisse tout allumé, cela diminue les risques de claquage lors de l’allumage. Les moniteurs LCD n’ont pas les risques de claquage et marquages des antiques (et disparus) tubes cathodiques, leur alimentation peut être coupée sans problème pour économiser le rétroéclairage à durée de vie limitée. 
Un PC domestique avec deux écrans, scanner et imprimantes sous tension non utilisé consomme des centaines de VA. Les ventilateurs accumulent la poussière qui diminue le refroidissement. Beaucoup de composants ont des durées de vie courte, en particulier ce qui tourne, ventilateurs, disques... Les MTBF (mean time between failures) ne sont que de l’ordre d’une année (10000 heures = 417 jours = 14 mois), les pannes seront donc fréquentes.
Il est vrai que les chocs de la mise en marche peuvent faire claquer des composants, en particulier les condensateurs, mais cette position est inacceptable sauf évidement pour les serveurs sollicités 24h/24.

Coupure hors utilisation

Je coupe l’alimentation de tous les équipements hors utilisation. Cela vaut aussi pour le PC qui éteint garde l’alimentation AT sous tension pour autoriser les allumages par commandes externes ou programmées.
Pour une application domestique, c’est évidement la seule attitude écologique possible. Globalement, en plus de l’économie évidente de quelques centaines d’euros par an, un matériel éteint la majorité du temps sera bien plus fiable en utilisation.

Une autre raison de couper les alimentations est de protéger de la foudre hors utilisation des matériels.
Cela n’empêche pas les retours des impacts directs de foudre par la ligne téléphonique vers les alimentations vers le matériel éteint, mais cela limite les risques.

 

La consommation des PC de bureau

Ces résultats ne sont pas dans le tableau général car les choses sont plus compliquées.

Un PC de bureau récent éteint conserve son alimentation sous tension pour alimenter les périphériques en attente de déclenchement externe (USB, série, modem, souris, ...).
La consommation est de l’ordre de 60 mA soit 13 VA « PC éteint ».
Elle tombe évidement à zéro si l’on coupe l’interrupteur sur le bloc d’alimentation. Cela n’est pas négligeable, un interrupteur général s’impose, il coupera aussi les multiples périphériques.

Sur une configuration moderne moyenne, hors PC pour jeux très gourmand, la consommation est de l’ordre de 600 mA, soit 130 VA « PC allumé», dix fois plus qu’éteint.
L’alimentation est dimensionnée à trois fois la puissance réellement consommée pour éviter les échauffements. Pour une consommation vraie de 130 VA, une alimentation de 450 VA sera parfaite. Ne lésinez pas sur la qualité, moins elles sont chères, plus elles sont bruyantes et sur évaluées.

Il faut rajouter à cela tous les périphériques externes, deux moniteurs LCD, disques USB externes, hub USB, modem ADSL , routeur, caisson son, etc. Nous ne comptons pas les imprimantes et scanners d’utilisation épisodique.
L'ordre de grandeur de la consommation des périphériques est 150 VA.

 

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 Utilisation d’un téléviseur LCD en mobile

Attention lors de l’achat de votre futur téléviseur pour la réception au mouillage, plusieurs critères sont à envisager.

Le tuner TNT est maintenant toujours incorporé, l’analogique va disparaitre.
N’achetez pas les modèles obsolètes soldés sans TNT.

La qualité du tuner (sensibilité, rapport signal/bruit) et la qualité image.
Parmi les TV LCD (TNT) de 12 pouces ( 30 cm) de diagonale, vendus autour de 100 à 300 €, il y a de bons matériels mais aussi de très médiocres.

La consommation en 12 V, allumé et éteint.
Il y a de très gros écarts suivant la qualité. Certains éteints vous videront la batterie si vous les oubliez 15 jours. Un bon LCD 12 pouces consomme 36 VA ( 3 A sous 12 V) mais 3 VA éteint. La documentation disponible avant l’achat indique le consommation en marche (mais il faudra la vérifier), très rarement celle en veille (éteint).
Le rétro éclairage est gourmand pour certaines technologies (lampes, tubes fluorescents, leds…). Il faut toujours couper l’alimentation et ne jamais le laisser en veille.

La résolution d'affichage
La résolution d’affichage est un critère important. Au delà de 8 pouces de diagonale ( 20 cm), une résolution de 640*480 est notoirement insuffisante. Si la résolution n’est pas indiquée ce n’est pas un oubli, c'est qu'elle est inavouable.

Lecteur DVD inclus ou non ?
Inclure un lecteur augmente l'épaisseur et le risque de pannes, il vieillissent mal. Si vous en avez absolument besoin, prenez-le externe et indépendant, bien que cela oblige à la double télécommande et un câble.

Résolution HD ?
Tous les nouveaux modèles sont « Haute Définition ». Les « HD ready » n’étaient pas vraiment compatibles…

Les prises
La vielle norme Péritel est maintenant dépassée, cette prise est inutile. Elle a évolué en SVGA, sur une petite fiche ronde. Les récents ont aussi des prises HDMI, VGA, optiques et autres…

Ne vous fiez pas à la marque, tout est fabriqué en Asie (ou Turquie, ou Pologne,...), le même châssis proposé avec une étiquette différente est vendu dans un large rapport de prix suivant la distribution. Le prix de production initial et la qualité ont peu de rapports avec le prix de vente.

Ne me demandez pas si tel modèle est meilleur que tel autre, je ne répondrai pas, ouvrez bien les yeux avant de faire votre choix.
Lancez votre gogole favori avec "lcd tnt" vous trouverez de nombreux modèles.

 

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 L’énergie socialiste

 

Cuba nous donne un exemple étonnant pour les économies d’énergie.
Dans toutes les cuisines, un brûleur reste allumé sur la cuisinière à gaz, jour et nuit, malgré la canicule. L’explication est très simple, le régime socialiste fournit gratuitement le gaz, il n’y a donc pas de raison de l’économiser, mais l’économie planifiée n’a pas prévu les allumettes et briquets qui sont des produits chers à réserver pour l’allumage des cigares. C’est socialistement logique.

 

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 Conclusion

 

Les technologies existent à faible coût pour équiper tous les matériels d’alimentations à consommation quasi nulle en attente d’un ordre télécommande. Cela ne coûte pas plus cher au moment de la conception.

C’est un scandale de continuer à trouver dans le commerce des produits médiocres qui ne les utilisent pas, comme la chaîne Sony ou la lampe Ikea. Evidement cela n’est jamais indiqué et c’est un paramètre que l’on ne connaît pas au moment de l’achat.

Quand vous achetez un nouveau matériel électrique, vérifiez immédiatement ce point et retournez au magasin les produits scandaleux si vous avez le moindre sens écologique.

Au vu du tarif EDF rappelé, vous voyez qu’il est très facile d’économiser sur l’année une centaine d’Euros ou plus, simplement en surveillant les gaspillages stupides. Cela vous donnera une conscience écologique et vous permettre d’aller réchauffer la planète l’âme en paix, en faisant vrombrir votre 4*4 polluant et vorace.

 

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 Liens énergie

Le compteur d’énergie se trouve sur beaucoup de sites de vente électronique et gadgets, mais il est très mal référencié, par exemple pour le trouver chez Conrad, il faut chercher bizarrement : Programmateur + Compteur numérique 
Essayez aussi dans les divers autres sites : wattmètre, energie meter, etc.

Un modèle plus évolué et beaucoup moins cher est en vente périodiquement chez Lidll sous le nom "Appareil de mesure d'énergie" environ 10 € 
Christophe Semail a numérisé les documents du Lidl qui sont disponibles ici.
Attention, les dates de disponibilité des objets dépendent des magasins, chacun est approvisionné à des périodes de l’année différentes.

Vous trouverez un trés bon matériel pour tableau, en Allemagne, chez TOP Messtechnik Shop : Cherchez sur Google "Wechselstromzähler".

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Interface NMEA

Publié dans Dossiers lundi, 17 novembre 2014 00:00 0

Document original publié par C. Couderc sur www.voilelec.com 

Introduction

 

Une autre page traite spécifiquement du DGPS  et de sa réalisation électronique simple, ainsi que de la révolution du 05/2000 lors de l'abandon de la dégradation volontaire et du gain formidable de la précision duGPS  . Voir les liens. Je ne le reprends pas ici.

Cette page est très particulière. Je comptais faire le descriptif des interfaces que j'utilise, mais en fouillant dans mes "bookmarks ", j'ai trouvé tant de pages bien faites par d'autres que je me contente de les indiquer. Il n'y a rien d'original à rajouter, d'autres ayant largement réalisé ce travail. Vous trouverez en particulier un petit circuit imprimé facile à réaliser. J'ai indiqué les bons liens vers les GPS , l'interface du NMEA vers PC et automates, la cartographie.

Mes tests

J'ai l'occasion de tester les différents modèles du marché pour des constructeurs et des revues. Voici quelques modèles, installés sur l’antenne de référence géodésique du marégraphe de Marseille dont la position est connue au millimètre près lors d'un de mes essais. Elle est renvoyée vers les satellites pour corriger les données.

Tests

 Rappels

Sans vouloir introduire un cours de plus sur le système GPS , il faut rappeler quelques principes élémentaires.

Le système est pleinement opérationnel depuis 1993 (déjà !). Les 24 (et plus) satellites opérationnels sont groupés en 6 plans. En mer, avec un dégagement total, 4 à 10 satellites sont visibles en permanence, mais ceux trop haut sur l’horizon ne sont pas exploitables. En pratique il y a maintenant très peu de trous dans la réception 3D qui demande 4 « bons » satellites.
Les anomalies sur l’altitude sont sans importance pour nous, mais ce paramètre est toutefois utile pour juger de la qualité du positionnement.

Le principe de fonctionnement est simple mais la réalisation pratique d’une grande complexité. Le point est calculé en mesurant la distance de l’observateur à trois (ou quatre) satellites en position favorable. Le point est à l’intersection des trois sphères.
Le temps et la position instantanée des satellites sont communiqués par les station de contrôle au sol, ils sont calculés et avec très grande précision et diffusés (avec d’autres informations) par les satellites.
Le récepteur GPS fait subir un traitement très complexe au flux de données. Le canal L1 est sur 1575.2 MHz, le canal L2 est sur 1227.6 MHz. Tous les satellites transmettent sur ces mêmes fréquences à 50 kbps. Les récepteurs civils n’utilisent que le canal L1.

Pour simplifier à l’extrême le principe de calcul, le récepteur suppose connue sa position approximative.
Quand il reçoit la trame d’un des satellites, il calcule le retard supposé du signal en fonction de la distance, génère une réplique, décalée du temps calculé. Le décalage de phase des deux signaux donne l’erreur qui sera corrigée au cycle suivant. Par approximations successives, le point est ainsi affiné à chaque cycle. De nombreuses corrections interviennent dans ce processus complexe.

La qualité du point obtenu sur les petits appareils grand public à faible coût, qui n’ont pourtant accès qu’à la partie publique des données, est stupéfiante.

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  Branchement du GPS sur le PC et sur le bus NMEA 183

 

Ceux qui n'ont rien compris au film se demandent à quoi peut servir cela. J'ai reçu des courriels me disant : "J'ai branché mon GPS Garmin directement sur le PC et cela marche, je n'ai donc besoin de rien. ". C'est un peu plus compliqué que cela.
La norme RS-232 stipule que les niveaux doivent être supérieurs à +/- 9 V. La norme NMEA 183 parle de niveaux logiques 0 et 5 V. Certains matériels comme Garmin proposent une sortie pseudo RS-232 aux niveaux bâtards mais acceptés par les PC récents. Le problème n'est donc pas de faire une simple adaptation de niveau mais de gérer les conflits de bus. Si l'on branche plusieurs circuits sur la même ligne NMEA 183, le débit étant très lent, de nombreuses collisions se produisent, tout le monde essayant de parler en même temps. Les messages s'écrasent mutuellement et le bus se bloque. Le problème vient du fait que les trames sont longues et le débit est trop lent, vivement le NMEA 2000. Il n'y a aucun temps mort et rien ne passe sur le bus, chacun essayant de répéter un message que personne ne comprend.
Il faut donc utiliser un dispositif intermédiaire, chaque instrument étant branché seul sur une entrée, il n'y a aucune collision puisqu'il est seul. Un microcontrôleur scrute tous les ports, évite tous les conflits et renvoie les données utiles aux appareils concernés sans aucune répétition. Vous trouverez dans les liens les réalisations commerciales.

 

 Question récurrente

Cette notion semble très obscure pour les débutants. Il est évidement possible de brancher directement une sortie active, comme celle d’un GPS , qui émet en permanence, vers plusieurs récepteurs comme des PC avec cartographie, ou centrale de navigation avec entrée dédiée, ou VHF nouvelle génération (pour l’envoi automatique de l’appel de détresse avec position).
Dans ce cas très simple le GPS émet sur son seul fil « transmit », l’entrée réception reste en l’air, il peut donc être distribué vers plusieurs récepteurs, mais attention pas sur un bus complet avec d’autres émetteurs.
Pour que cette duplication sans contrôle puisse fonctionner, il ne faut qu’un seul émetteur sur le fil distribué.
Le nombre de récepteurs est sans importance, ils ne font qu’écouter la ligne et ne la chargent pas car les entrées sont à impédances élevées.

Le problème n’est plus le même avec un bus complet, chaque matériel étant alors émetteur et récepteur.
Sur des installations comportant plusieurs capteurs et afficheurs NMEA, c’est moins simple car il y a plusieurs émetteurs sur le même bus et les pertes par collisions augmentent vite. Les appareils reçoivent des informations pour synchroniser les envois. Il est alors préférable de trier les trames et d’envoyer seulement celles utiles aux seuls destinataires concernés.

 

 Conseil sécurité :

J'ai très souvent des questions récurrentes sur la manière de connecter le pilote au traceur. Il faut bien comprendre que cela ne sert strictement à rien ! Pour des raisons de sécurité élémentaire, laissez le pilote strictement indépendant du GPS , votre navigation sera plus sereine.

Ne couplez jamais le GPS au pilote automatique ! Près des cailloux, un décrochage pourrait être fatal...

Si à titre de curiosité vous voulez à tout prix faire l'essai, " parce que c'est possible ", il faut s'assurer que votre pilote réagit normalement en cas de perte de l'information GPS. Il doit alors émettre des bips d'alarme demandant acquittement, avec message flashant "data lost " et conserver le dernier cap.
Tous les pilotes ne le font pas et peuvent avoir un comportement inattendu. Le test est simple. Naviguez sur un waypoint, puis coupez le GPS en observant le comportement. Une fois les tests finis, vous serez content, alors débranchez tout et laisser le pilote vivre peinard en célibataire.

 

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 Quel type de GPS choisir ?

 

Au début du GPS , dans les années 1990, la situation était très simple, il n'y avait que des modèles fixes sur étrier qui n'affichaient que la position. Quelques années plus tard les prix ont baissé considérablement est les portables ont été introduits.
Vers 1995 la situation s'est compliquée car les traceurs sont arrivés. Les progrès sont constants et les résultats superbes, mais en contrepartie il existe maintenant de multiples formats des cartographies, tous incompatibles. Le choix d'un matériel verrouille sur un type de cartes propriétaire du constructeur ce qui est très frustrant.
La cartographie est traitée dans cette page séparée 
Le marché des GPS est tenu par quelques leaders, dont Garmin. La gamme est superbe, toujours en évolution mais très verrouillée. Il est très agaçant de ne pas pouvoir par exemple étendre la mémoire avec des composants classiques grand public et d'être obligé d'acheter à prix exorbitant l'accessoire d'origine ou de n'avoir aucun outil légal pour implanter sa propre cartographie.
Garmin n'est pas le seul sur le marché grand public. Magellan est un concurrent plus modeste et sur un plan local des constructeurs comme MLR ont une part du marché français. Les petits constructeurs locaux ont l'avantage de parler la langue et d'être plus accessibles pour le SAV et la chaude ligne.

Après avoir testé de nombreux et excellents produits, je commence à m'orienter vers une autre approche pour me dégager des formats propriétaires et pouvoir exploiter mon matériel en navigation dans toutes les mers du monde, en voiture et en avion en ayant la bonne couverture chaque fois. Les matériels dédiés ne le permettent pas car ils sont totalement fermés.

Mon chouchou, toujours à portée de la main dans le cockpit.
Il ne remplace pas le GPS fixe de la table à carte qui alimente l’instrumentation et le PC de cartographie, mais constitue un secours.

Garmin 76

Des GPS en cours de tests dans mon labo. Oui, vous avez bien vu, ils sont dans un four à micro-ondes. Ce n’est pas pour les faire cuire, mais pour mesurer la sensibilité, le four faisant office de cage de Faraday.
Le principe est de recevoir le signal sur une antenne fixe et dégagée, l’amplifier pour obtenir un niveau de référence et l’injecter sur une antenne calibrée (en haut à droite) au travers d’atténuateurs.
Une autre antenne de réception mesure les champs minuscules (nous sommes dans les -135 dBm !) au niveau des GPS . Une petite caméra filme les affichages pour voir le comportement des récepteurs et la sensibilité. Il y a de gros écarts suivant les modèles, globalement les entrées de gamme sont les plus médiocres…
Il est difficile de présenter les résultats car il y a un gros dossier de mesures qu’il serait très long de mettre dans un format pédagogique.

Tests

 

 

 Les Smartphones

Les nouvelles gammes de GPS sont en expansion rapide.
Au début du siècle, ils ont été introduits sur la base de PDA (personal data assistant), ce sont de vrais petits PC qui rentrent dans la poche. 
Raccordés à un GPS basique (USB ou mieux Bluetooth) ils offrent l'avantage, par rapport à des matériels figés, de pouvoir faire tourner les innombrables programmes pour PC couvrant tous les formats de cartographie, vectoriel compris.

Depuis l'explosion des smartphones en 2010 nous disposons maintenant d'un outil formidable toujours à prtée de main.

ancètre

 Les PC portables

C'est un choix très différent. Il est évident que le poids l'encombrement ne sont pas négligeables, cela ne s'adapte pas à toutes les situations. Vous n'irez pas faire du jogging avec un PC portable en bandoulière… C'est la solution parfaite en navigationn avec un petit GPS ou un ensemble intégrant l'antenne et l'électronique.
Cela ouvre vers toutes les cartographies. Cette solution est traitée dans les pages PC portable à bord 
Autre solution alternative, le GPS pour portables en forme de souris qui intègre cœur GPS et antenne. Le fil est assez long, environ 1.5 m et comporte une dérivation pour l'alimentation allume-cigare. C'est parfait en voiture sur portable ou Pocket, car l'antenne peut être collée sur le toit. L'avantage est de pouvoir l'utiliser sur divers matériels, car c'est un produit totalement neutre qui envoie automatiquement des trames NMEA 183 dès qu'il est alimenté. Nous avons déjà évoqué le problème de compatibilité USB ou RS-232.

 

 Une évolution pour le barreur

Ces solutions sont intéressantes, mais posent un problème lorsque l'on est à la barre en particulier par mauvais temps dans une phase critique, comme en rase-cailloux la nuit. La consultation de cartes est facile à la table à cartes, mais difficile pour le barreur. En solitaire ou avec équipage incompétent le barreur n'a plus d'information. Il est délicat de sortir son GPS avec cartographie pour l'exposer aux embruns, il est trop fragile pour rester en permanence dans la poche du ciré.

Un PC bien abrité à la table à carte gère toute la navigation, la cartographie intégrée, tous les instruments de navigation y compris le radar, mais laisse le barreur isolé.

Une tablette durcie en liaison Bluetooth, en pendentif autour du cou ou dans la poche, permettrait  au barreur de consulter tous ses paramètres et sa cartographie dans les embruns sans lâcher la barre. Ceux qui ont navigué sur catamaran rapide dans la brise comprendront ce problème.
Le problème technique est parfaitement résolu avec les matériels actuels, ils font tout ce dont on avait rêvé, mais ils ont trois énormes défauts qui sont loin d’être résolus !

 Ils sont chers et ne valent plus rien à la revente quand on désire les changer 6 mois plus tard car le modèle est dépassé.

  Ils sont trop fragiles, c’est un point positif, l’auto destruction rapide résout le problème de la revente impossible et permet de renouveler le matériel !

   Ils ne sont absolument pas résistants aux embruns. Il s’avère peu réaliste de l’utiliser efficacement dans un sac plastique alimentaire thermosoudé. Cela marche très bien pour les essais mais est inexploitable sérieusement.

Cette future robuste ardoise graphique étanche aura la fonction de télécommande sans fil vers un PC possédant les ressources, elle donnera au barreur les informations majeures que sont les écrans GPS et radar, seuls, alternés ou combinés. Les fonctions annexes sont très intéressantes comme par exemple le réglage du gain et du canal VHF , la consultation de la courbe du barographe, des cartes archivées automatiquement par le récepteur météo…
Cela est peu utile par beau temps sous pilote quand le barreur peut sans risque travailler à la table à carte, mais par temps difficile sur bateau capricieux et rapide, il peut se passer de très longues heures en solitaire sans pouvoir lâcher la barre, l'accessoire sera alors précieux.

 

 Fragilité de l'électronique du bord

J'ai été un des pionniers de l'électronique du bord, dans les années 1970 j'étais navigateur et spécialiste du sextant lors des courses en Angleterre. J'ai acheté à prix d'or (plus d'un mois de salaire) la première calculatrice du marché permettant les calculs astronomiques, la " Tamaya ". Lors d'une de mes premières utilisations en course, j'étais rentré faire un point douteux par mauvais temps et en ouvrant le tiroir, j'ai vidé l'eau de mer contenue dans la manche du ciré sur mon bijou qui a décédé dans d'atroces souffrances en quelques jours. J'ai très mal vécu ce désastre qui a fait mourir de rire mes copains navigateurs. Je suis revenu aux HO 249 avant d'être vaincu par l'arrivée des GPS …

 

 Utiliser le GPS comme compas

Cette utilisation très particulière est évoquée en page :  pilotes automatiques 

 

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 Le futur système Galileo

 

La question m'est posée très souvent :
Je veux acheter un nouveau GPS , mais je voudrai qu’il soit compatible avec le futur projet Européen Galileo.

Avant 2002 le projet semblait incompatible avec l’existant et avait peu de chance de trouver les financements. Au départ, les américains ne voulaient pas que les zones de conflits militaires soient couvertes par un autre système que leur GPS . 
la moitié des pays de la coalition bancale européenne voudrait une option de positionnement militaire comme le GPS, les autres, sous la pression des américains, s’y refusent. Sans la double fonction, le système était sans avenir. En février 2004, la Commission européenne a décidé après d’interminables discussions, l’interopérabilité des deux systèmes de positionnement par satellite, l'américain GPS et l'européen Galileo.

Les premiers satellites prototypes ont été lancés, mais les financements toujours rognés repoussent en permanence l'espoir de voir le système opérationnel un jour.
Chacun veut bien participer mais en payant le moins possible, ce qui rend ce projet très hasardeux, c’est un effet d’annonce qui comme souvent peut ne pas aboutir en ces périodes d'extrême récession. Le formidable projet Airbus a su fédérer des pays hétéroclites, il pourrait rester le seul exemple de réussite.

Une fois entièrement déployée, la constellation GALILEO comprendrait 30 satellites (27 opérationnels et 3 de réserve), postés sur trois plans d’orbites circulaires moyennes (MEO) de 23616 km d'altitude, inclinées à 56° par rapport à l'équateur. Galileo place ses satellites sur des orbites plus inclinées que le GPS par rapport à l'équateur, cela améliorera la précision sur les régions mal couvertes (l'Europe du Nord).
Galileo devrait fournir en outre un service de recherche et de secours à l'échelle de la planète, basé sur le système opérationnel Cospas-Sarsat.

Reste à savoir si Galileo existera un jour. Si vous achetez un GPS aujourd’hui, ne vous préoccupez pas d'une éventuelle future compatibilité, vous changerez plusieurs fois de matériel avant l'arrivée du messie et le modèle du moment sera beaucoup plus évolué.
Suivez l’actualité, les jalons sont sans arrêt repoussés par manque de financement européen et de motivation commune, aucune prévision sérieuse n’est maintenant possible, depuis 2003, les plus optimistes parlaient de début d’opération probable dans les cinq ans à venir, mais c'est toujours le même délai depuis...

Il n'y a plus un sou dans les caisses de l'Europe, pour ce pauvre Galileo. Les américains aussi ont de gros problèmes et les budgets pour entretenir leur constellation GPS sont insuffisants. Il faut renouveler les satellites et le GPS civil risque aussi de subir la terrible récession.

 

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 Exploitation du bus NMEA

Ce chapitre concerne surtout les possesseurs d'anciennes électroniques analogiques, qui désirent les relier à un bus avec tous les autres dispositifs dont le GPS en NMEA. Les systèmes récents intègrent déjà toutes ces informations et ont un bus.
L'exploitation du bus NMEA est très facile via un vieux port série.
Pour un port USB, il faudra une interface, généralement fournie pour une double compatibilité.

Sens de branchement 
Il faut s'assurer du sens d'une prise, ce n'est pas évident car il y a trois paires de combinaisons possibles : 
Male ou femelle, vue coté soudure ou extérieur, PC droit ou terminal croisé. 
La méthode est de repérer sur une prise alimentée la broche 5 (extrémité), souvent indiquée sur le moulage. 
Ce sera toujours la masse électrique. 
Avec un voltmètre, masse sur le 5, fil rouge sur le 3, vous lirez environ – 8 V pour un PC. 
Si le – 8V est broche 2, c'est un terminal inversé. 
Cela permet d'éviter les confusions entre câbles droits et croisés, une erreur met les sorties en court-circuit.

 Le vieus bus série en DB9

L'exploitation du bus NMEA se décompose en deux parties distinctes.

Lecture simple

Dans la majorité des applications, vous n'utiliserez que les données fournies par les instruments commerciaux installés. Il suffit de récupérer les séquences qui sont envoyées, les textes sont en clair, et envoyés assez lentement pour pouvoir les lire simplement en mode terminal. Il est très simple d'écrire de petits logiciels pour filtrer ce qui vous intéresse pour exploitation. Vous pourrez exploiter ces données dans divers automates de navigation, souvent cités dans ces pages.

Réalisation pratique : Pour cela une interface unidirectionnelle suffit, elle est réalisable avec un simple optocoupleur, vous en trouverez dans les liens et ne perturbe en rien le bus. Vous n'avez besoin que de deux fils, la masse évidement et la sortie data du GPS reliée à l'entrée Receive du port série (s'il existe !). Certains matériels permettent de faire la liaison directement ; une option dans les menus de sortie permet alors de choisir soit la sortie RS-232 qui en réalité est une sortie TTL prévue pour attaquer un convertisseur TTL <> RS-232, soit une sortie directe inversée qui donne un signal 0 / "quelques vols positifs ". Ce signal bâtard est souvent accepté par les PC portables bien que très loin des spécifications RS-232 qui sont +/- 8 volts.
Si cela ne fonctionne pas, il faut utiliser un classique MAX232 monté dans le fil, en récupérant une alimentation 5V par le GPS , ce qui reste la meilleure solution, vous câblerez alors les deux voies comme décrit ensuite.

Lecture-écriture

Le cas un peu plus complexe est l'interface bidirectionnelle. Vous pouvez alors communiquer avec le GPS et lui passer les commandes. Une des applications est le téléchargement de données ou de programmes dans le GPS , "way points ", mises à pour logiciels, etc.
Il existe de nombreux programmes adaptés à cet usage spécifique, pour mettre à jour le bois, charger les cartes... Si vous réalisez des automates, vous utiliserez souvent cette fonction, par exemple :

 Système expert

Ajouter un système expert à un pilote automatique.

 VMG

Utiliser un instrument du tableau par exemple le speedomètre, comme afficheur VMG (Velocity Made Good). Un petit calculateur interceptera les données classiques de loch combinées avec celle du GPS pour tenir compte des courants, girouette anémomètre (si l'on veut exploiter la polaire), calculera la projection du vecteur sur l'axe du vent puis renverra l'information sur l'instrument. Cette information représente la vitesse de montée au vent (ou de descente au vent arrière). Elle est très utilisée en régate pour optimiser la montée à la bouée à l'intérieur de la "lay line ". C'est un simple produit de la vitesse sur le fond par le cosinus de l'angle du vent réel. Si vous faites un bord carré, la VMG est nulle. Elle a été très popularisée par le logiciel "Virtual Spectator " lors de la Coupe América.

Sur ce dessin, le catamaran en bleu et le Class América en orange ont la même VMG. La page Loch-Speedomètre  détaille et explique ce diagramme. 

 Vitesse fond

Autre détournement de l'afficheur du speedomètre. Au lieu d'afficher les données issues du loch, en prenant l'inverse du temps entre chaque top du loch, c'est l'information issue des positions du GPS qui est utilisée pour calculer la vitesse moyennée sur le fond. Il est très pratique de pouvoir passer d'un affichage à l'autre, en particulier dans les passes à fort courant, la seule vitesse présentant un intérêt étant alors la vitesse fond.
Autre avantage, quand la roue du capteur est bloquée par une saleté, le basculement est possible en conservant la VMG.

 Vent réel

Détournement de l'affichage girouette anémomètre pour afficher la direction cardinale du vent et sa valeur réelle. Il faut alors une information de cap, soit celle fournie par le fluxgate du pilote ou du compas, soit celle calculée depuis le GPS.
Remarques sur l'affichage vent réel
L'affichage de la direction du vent (stable) ne changera pas au virement de bord. Attention, ces deux informations sont différentes mais subtilement complémentaires.
A partir de la route fond DGPS , nous obtenons la direction et la force du vent par rapport à la terre, ce sont les informations objectives, exactement comme celles données par une station météo à terre ou sur bouée.
A partir du cap fluxgate, nous obtenons un vent pseudo-réel mais relatif à la dérive du bateau et qui diffère du précédent en cas de courant traversier. Cette deuxième information est plus subjective mais permet de repérer plus facilement une adonnante ou une refusante.
Depuis l'abandon de la dégradation (05/2000), les données sont devenues exploitables sans DGPS pour le relevé des polaires, pour prendre en compte la dérive si le courant n'est pas nul.

  Cap réel

Autre détournement de l'afficheur 360 degrés de la girouette pour indiquer le cap réel (route sur le fond), calculé depuis les positions GPS ou mieux DGPS . Avec la dérive et le courant, il peut être très différent du cap compas ou fluxgate qui est simplement la direction du nez du bateau.

Il existe de nombreuses autres applications pour un amateur de voile et de microcontrôleurs… Dans ces divers cas, il faut écrire un petit driver logiciel qui écrit sur la ligne NMEA. Il est un peu plus délicat à réaliser, il faut alors gérer les collisions sur la ligne, de nombreux appareils étant actifs en émission. La demande d'écriture sera faite au travers de ce module.

 

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 Précautions de câblage pour les débutants

Nous parlons ici de câblage élémentaire, une masse un fil " Transmit " (émission ) et un fil " Receive " (réception), et éventuellement l'alimentation pour le convertisseur. Les débutants doutent souvent du sens de montage et cela fini par un claquage du GPS ou du PC. Il ne faut jamais relier les deux fils d'émission car ce sont des sorties actives, le premier qui basculera créera un fâcheux court-circuit entre le + et le - 8 volts qui peut être fatal.

Il faudra donc bien vérifier le câblage pour éviter les erreurs en miroir entre les pins 1 et 5 de la DB9 et la confusion des entrées et soties.

Pour éviter cela, il faut absolument disposer d'un contrôleur universel en position voltmètre et toujours pratiquer ainsi :

 Le vieus bus série en DB9

Repérer la pin " 1 " sur toutes les prises par un coup de feutre ou une rayure bien visible sur le capot.
La pin " 5 " 'est la référence de masse (tension nulle).
Vérifier soigneusement que sur la prise ou rallonge venant du PC, c'est une male DB9, la pin " 3 " est bien celle d 'émission et présente une tension (PC allumé ) de presque 8 Volts (c'est le zéro logique inversé en l'absence de transfert).
La pin " 2 " doit être à tension nulle, car c'est une entrée flottante.
Passer maintenant à la prise femelle venant du GPS allumé, toujours avec le " 5 " comme masse.
Il est évident que la liaison sera croisée du côté périphérique donc les rôles des pins 2 et 3 seront inversés par rapport au cas précédent.

Ceci bien vérifié, l'entrée de l'un étant bien branchée sur la sortie de l'autre et réciproquement, éteignez, connectez, rallumez et cela ne devrait pas vous exploser à la figure.

Si la complexité de cette mesure d’une tension de quelques volts avec un contrôleur universel vous dépasse, ne tentez rien sur la prise de votre GPS , vous pourriez vous électrocuter, mettre le feu au bateau et peut être même provoquer un syndrome chinois dans votre centrale nucléaire. Demandez de l’aide à une haute sommité du bricolage et sortez couverts.

 

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 Montage GPS

 

Un GPS est très simple à monter. Le support doit être placé de manière ergonomique, afin que les appuis sur les touches se fassent confortablement dans les conditions de mauvais temps. L'antenne pose un autre problème. Certains GPS , par exemple le Garmin 75 ont une très bonne antenne interne amplifiée et peuvent fonctionner à la table à carte sans aucune antenne extérieure, cela est très pratique. D'autres comme le Garmin traceur GPS 175 (excellent par ailleurs), sont totalement sourds avec l'antenne d'origine.
Les deux appareils posés côte à côte à la table à carte, un satellite reçu S8 sur le 75 sera reçu moins de S2 sur le 175. Il est donc indispensable de monter une antenne de balcon amplifiée pour obtenir une réception parfaite.
La majorité des antennes est simplement vissée sur le balcon. La réception s'améliore encore en surélevant l'antenne par un tube (qui peut servir aussi de mâtereau à pavillon). Il faut rappeler que le GPS ne travaille que sur les satellites bas sur l'horizon.
Le risque de ce montage est d'offrir à l'arrière du bateau un objet fragile, trop tentant pour les malhabiles qui voient ainsi une magnifique poignée pour monter à bord ou déborder le bateau. Pour éviter de casser l'installation de l'antenne GPS , il existe une solution magique !

  L'idée est ici !  

Pour ne pas casser l'antenne de balcon, monter un silentbloc à sa base,

ou un tube rallonge sans bloquer l'étrier !

 

Ces silentblocs se trouvent partout, mais les modèles automobiles ne sont pas inoxydables, pensez à traiter les vis. Pour un grand mâtereau, un silentbloc de mât de planche à voile est parfait. Tout contact sur l'antenne le fera basculer, le maladroit abandonnera immédiatement la lutte devant l'objet fuyant…Voici une variante de montage que je déconseille...
 Non... !

 

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  Format de sortie NMEA 183

 

La majorité des GPS sort en format NMEA 183. Ce format est à 4800 bauds, avec niveaux logiques TTL (0 et 5 volts). Il a l'étrange obligation d'imposer une inversion du sens des signaux pour passer en +/- 8 volts, afin d'être compatible avec la norme RS-232, mais beaucoup de logiciels de terminaux sont très tolérants en acceptent un signal de phase inversée.

Certains Garmin (pas le 175 !) ont la particularité de pouvoir aussi déclarer un format de sortie propriétaire. En passant en mode Garmin/Garmin, la sortie est cette fois en pur RS-232 qui ne demande strictement aucune conversion et fonctionne en câblage fil à fil, à 9600 Bauds.

Si vous développez une application PC ou microcontrôleur, pensez à cette possibilité qui simplifie l'interfaçage à l'extrême. Si votre application se veut plus générale pensez à paramétrer le choix 4800/9600 Bauds pour avoir la double compatibilité avec le bon câble).

Voici à quoi ressemble une sortie GPS (Garmin 175). L'exemple montre la structure d'une trame, envoyée toujours au même format toutes les deux secondes. Il faut remarquer que la trame est très longue et à 4800 Bauds elle occupe la moitié du temps disponible sur le bus. Cela est très pénalisant pour les autres appareils sur le bus NMEA 183, s'il y a de nombreux appareils les collisions peuvent bloquer le bus. Pour éviter cela il est préférable de créer des sous-bus qui filtrent et ne laissent passer que l'information nécessaire. De très nombreuses informations, soit 12 lignes sur les 13, sont totalement inutiles (routes, way-points, type de cartes...) et peuvent être éliminées sans aucun problème.

 

$GPRMC,140851,A,4321.359,N,00524.421,E,000.0,360.0,260500,000.5,W*63
$GPRMB,A,1.61,L,T001,T002,4317.626,N,00522.212,E,004.1,203.4,,V*1A
$GPGGA,140851,4321.359,N,00524.421,E,1,07,1.0,254.6,M,49.1,M,,*4B
$GPGSA,A,3,,02,03,11,15,16,,25,29,,,,1.8,1.0,1.5*30
$GPGSV,3,1,10,01,06,188,00,02,13,289,37,03,02,154,43,11,80,011,45*74
$GPGSV,3,2,10,15,31,093,30,16,16,238,40,21,06,056,00,25,03,106,38*75
$GPGSV,3,3,10,29,22,044,38,31,34,168,00,,,,,,,,*72
$PGRME,5.1,M,6.4,M,8.1,M*21
$GPGLL,4321.359,N,00524.421,E,140852,A*2F
$PGRMZ,836,f,3*16
$PGRMM,WGS 84*06
$GPBOD,011.4,T,011.9,M,T002,T001*49
$GPWPL,4317.626,N,00522.212,E,T002*2A

 

Vous trouverez dans les liens le détail des phrases, (en particulier dans la faq Bennet) faciles à interpréter. Beaucoup de trames sont propriétaires Garmin, d'autres marques auront une présentation différente, Voici les seules données importantes à exploiter :
L'heure G.M.T. <14 Heures 08 min 51 sec>
La position instantanée, <Latitude 43°21.359 Nord> <Longitude 005°24.421 Est>
A partir des ces seules données, tout peut être calculé. Pour améliorer la performance du bus, il suffit donc de ne conserver que la première ligne en éliminant le reste. Cette opération élémentaire se fait avec un seul composant, un PIC par exemple et quelques lignes de programme, Fort heureusement, les formats des données sont toujours constants grâce à l'adjonction de zéros.
Il est possible d'exploiter aussi la date <26 Mai 2000>, l'heure, le cap, les caps et distances au waypont actif, la tension batterie, la SOG (speed over ground)...

Ces informations alimentent aussi des répétiteurs à la table à cartes, et au-dessus de la couchette du skipper qui ne dort jamais que d'un oeil.

 

Voici un autre exemple d’une sortie beaucoup plus légère d’un GPS Fortuna (Bluetooth). En mouvement, il y a plus d’indications, mais le format reste identique.

$GPGGA,131321.871,4321.0098,N,00524.3385,E,0,00,50.0,268.8,M,,,228.1,0000*1E
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,50.0,50.0,50.0*05
$GPRMC,131321.871,V,4321.0098,N,00524.3385,E,0.00,,280904,,*0B
$GPVTG,,T,,M,,N,,K*4E

Quelques données principales : /// Lat : 4321.0098,N /// long : 00524.3385,E /// Date : 280904 /// ... 
Le GPS était en poste fixe, vous ne voyez donc pas vitesse, cap,…

 

 Le speedomètre sans capteur immergé

Comme il a été dit en page loch-speedomètre , il est très intéressant de récupérer l'information GPS pour la réinjecter dans le speedomètre quand le capteur n'est pas immergé. Nous allons exploiter la trame, encore une fois, toute l'information utile et dans la première ligne. La même carte qui va purger la trame NMEA servira aussi de speedomètre fond secondaire.

Nous avons deux solutions pour le réaliser.
La plus simple est de lire directement la vitesse GPS :
$GPRMC,140851,A,4321.359,N,00524.421,E,012.3,360.0,260500,000.5,W*63
La valeur en violet : 012.3 indique la vitesse de 12.3 K (noeuds). J'ai triché j'ai forcé la valeur à la main, le relevé précédent ayant été fait en statique sur mon bureau...
La valeur en marron : 360.0 est le cap instantané (plein Nord).
Cette manipulation est très simple, mais la moyenne est calculée sur des temps assez courts et fluctue un peu à petite vitesse (de l'ordre du dixième de nœud). Les puristes qui se demandent pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué, préfèreront la deuxième méthode.
La vitesse peut être recalculée par la position, ce qui permet de faire des moyennes sur des périodes longues (5 minutes à 5 Noeuds, 10 minutes à 2.5 Noeuds...) et donner ainsi une très grande précision à l'affichage. Ce n'est que de la trigonométrie élémentaire, sur de si petites distances, la surface de la mer est rigoureusement plane avec une excellente approximation...

Interprétation de ces valeurs
Pour connaître la fréquence générée par le capteur de loch à vitesse donnée, il y a diverses méthodes utilisables à quai pendant la phase développement.

Méthode rigoureuse : Utiliser un générateur BF et injecter le signal sur la bobine couplée au capteur et lire l'indication. Relevez la valeur à 10 puis 5 puis 1 K. Vous aurez la surprise de constater que la linéarité n'est pas parfaite, mais nous négligerons ce point pour le moment. L'intérêt du générateur est de tester la bobine d'induction et de déterminer le niveau de signal minimum pour activer le capteur. Par sécurité, nous prendrons ensuite 10 fois la puissance minimale (soit racine de 10 fois la tension, P=V²/Z, tension triple du seuil). Si vous avez utilisé le générateur numérique, c'est très simple, vous relevez la table des fréquences précise (et de tension approximative), nœud par nœud. Ces valeurs constitueront la look-up table (table de conversion) entre nœuds calculés et fréquence.

Estimation calculée : Les puristes calculeront avant la fréquence estimée. Considérons une roue à aube de 3 cm de diamètre, comportant un seul aimant. Supposons qu'elle ne glisse pas. Un tour produira une période de signal, pour un déplacement linéaire de Pi*D²/4 soit environ 7 cm. Pour une vitesse de 10 K, soit 18520 mètres à l'heure, 5 mètres par seconde, environ 73 tours de roue donc 73 Hz. Pour une hélice c'est identique mais le calcul du développement est un peu plus compliqué.

Méthode du pauvre : Utiliser un petit transformateur (sortie non redressée !) de quelques volts, et alimenter la bobine par une petite ampoule en série. Pour 50 Hertz, dans le cas précédent (habituel) vous lirez environ 7 k.

Pour simplifier, cet étalonnage peut être fait en rentrant un facteur proportionnel constant provisoirement et en affichant en mode simulateur diverses vitesses, mais cette approche est plus délicate pour le réglage de niveau, il ne faut pas saturer le capteur.

Réalisation pratique de cette bobine
Récupérer le fil très fin du primaire d'un vieux transformateur. Fixez le tube PVC support sur un mandrin de perceuse. Enroulez quelques centaines ou mieux milliers de tours, ce n'est pas très critique, il ne faut que quelques minutes. Il faut prendre la précaution de bien soigner la connexion de l'extrémité des fils pour qu'ils ne se cassent pas, reprise sur fils plus gros, montage de bornes relais et ensemble noyé dans l'araldite pour protéger de l'oxydation.

Astuce de simplification de calcul pour les programmeurs
Les positions sont données en degrés avec minutes collées et un point pour les millièmes de minutes. Il est beaucoup plus facile de ne manipuler que des millièmes de minutes pour les calculs. La conversion consiste donc à convertir les minutes en millièmes, par exemple pour la latitude <21.359> est convertie en <21359>. Il faut ajouter ensuite les degrés convertis en millièmes en les multipliant par 60000.
Pour gagner du temps je ne fais pas la multiplication chaque fois, mais j'utilise une look-up table (table calculée) avec les 360 valeurs pré-calculées entre 0 et 359 degrés. Tout le reste n'est qu'une simple suite de multiplications et d'additions. Attention à bien gérer le passage autour du méridien de Greenwich et de l'équateur, la bogue est fréquente. Le traitement de la frontière 359° à 0° et */- 0° complique le logiciel. Simulez une navigation dans le Golfe de Guinée pour tester...

 

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 La douloureuse transition

 

Ce chapitre est commun aux pages NMEA 2000 et NMEA 183. 
Le problème est que nous sommes dans une phase pénible de transition, en l’an 2002 le NMEA 183 est terminé mais la relève n’est pas encore assurée par le NMEA 2000, les constructeurs jouant sur la frilosité des clients. La situation s’améliorera peu a peu, mais, en attendant, il est donc très difficile aujourd’hui de choisir un matériel qui sera valable demain.

Il existe un problème spécifique pour les GPS . Tous les anciens modèles étaient compatibles NMEA 138 et RS 232, le passage de l’un à l’autre étant simple par logiciel car les deux sont très proches. Ils pouvaient donc être exploités sur un bus NMEA 183, et sur un PC portable sans problème.
Aujourd’hui, ces deux standards ont disparu. Les fabricants sont dans une situation difficile. Il faut impérativement une prise USB pour les portables et les palms, mais cela est rigoureusement incompatible avec le bus NMEA 2000 ! Implanter les deux sorties coûte cher. Les modèles vendus depuis 2002 sont donc totalement bâtards et provisoires.
Il n’existe pas encore de pont USB <> NMEA 2000. Ce problème sera résolu dans une prochaine génération de GPS , le constructeur proposera alors un câble de transition USB et un autre NMEA 2000, en gérant les deux standards.

 Câble actif

Conversion USB > RS-232

 

 

Vous trouverez les réponses aux questions que vous vous posez sur l'évolution du projet et le moyen d'obtenir schémas, kits, produits finis, assistance, garde d'enfants à domicile, ratons laveurs, extrême-onction, contrat d'élimination d'ennemis, fourniture de call girls et plus ici :

Du schéma au produit fini ? 


 

 

 Liens

Interfaçage USB  . . . . Convertisseur_usb_serie  . . . . Liens GPS et DGPS  . . . . Liens cartographie marine électronique 

Internet Mobile

Publié dans Dossiers lundi, 17 novembre 2014 00:00 0

Document original publié par C. Couderc sur www.voilelec.com

Introduction

L'Internet mobile est le moyen de se connecter au réseau hors de chez soi, pour traiter son mail et se promener un peu sur le Web.
En navigation côtière, il est très agréable de pouvoir connecter un site météo, et de consulter les cartes. Une liaison par le réseau GSM avec clef 3G+ ou via son smartphone est la seule solution économique.

Les ports s'équipent peu à peu de hotspots Wi-Fi, si l'on n'est pas trop loin de la capitainerie, il sera possible de surfer à la table à cartes. Certains ouvrent gratuitement l'accès, mais d'autres le font payer parfois très cher, il est alors préférable d'utiliser une clef ou le modem de son mobile.

En navigation, la solution BLU décamétrique s’avère très pratique pour accéder à un léger courrier électronique et recevoir gratuitement (c'est-à-dire compris dans le forfait annuel) les fichiers météo.

Chaîne de réception décamétrique 
et la page détaillée sur le très intéressant système Sailmail 

En voyage, cela se complique car il sera difficile d'avoir un abonnement de courte durée dans le pays visité avec l'option Data/Fax. Il faudra alors utiliser un cybercafé, ce qui n'a rien à voir avec la technologie précédente mais c'est l'alternative.

Le plaisancier a une fausse impression des possibilités de liaisons en mer. En voyant les reportages à la télévision des superbes retransmissions vidéo depuis les grands bateaux de course au large, dans les hautes latitudes, ou les liaisons en Internet rapide depuis l'ancien Antartica pris dans les glaces ; tout paraît simple. Le seul problème est que la liaison se fait par un canal loué sur un satellite, c'est parfait sur le plan technique, mais totalement inaccessible pour nous, plaisanciers basiques. Les budgets de communication des médias n'ont rien de démocratique. Nous n'aborderons dans cette note que la liaison par GSM en France.

 

 La liaison satellite

Elle existe en pratique depuis le début du siècle, mais les tarifs n'en sont pas démocratiques. Il faut une installation lourde à bord, avec parabole radomée et dispositif de stabilisation gyroscopique. Sur un grand bateau, cela est installé d’office, mais sur un petit bateau ce n’est pas raisonnable.

En camping-car, cela commence à être accessible à des coûts voisins de l'ADSL, car un effort est fait pour couvrir les zones blanches non raccordées au réseau.
Cherchez « Viveole » qui offre une connexion à débit et tarif acceptables. Il existe quelques autres solutions plus chères à volume limité, ce qui est très vite une contrainte majeure.

 

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 Les facettes de l'Internet mobile via GSM

 

Le monde de la téléphonie sans-fil moderne présente de nombreux aspects.

Le coté technique

C'est un débordement de créativité et de génie. Chaque jour apporte des innovations du coté smartphones et infrastructures ; le fonctionnement du réseau est extrêmement complexe. Les téléphones intègrent de plus en plus de gadgets, avec prochainement distributeur de café et un hélicoptère gonflable.

Le coté exploitation

Les intervenants dépensent des sommes considérables en R&D, et pour sortir les bijoux du laboratoire. Il faut donc trouver un équilibre très délicat entre les investissements et les bénéfices, donc le nombre d'abonnés et leur facturation acceptable.
Il faut attirer de plus en plus de clients et leur facturer de plus en plus cher. La publicité n'a aucune limite pour créer de faux besoins et en anesthésiant le client naïf par des promesses irréalistes et une valorisation de son ego. En considérant le pourcentage considérable des budgets publicitaires dans les bilans globaux, il faut croire que cela fonctionne. Heureusement que des troublions comme Free viennent secouer ce panier de crabes.

Le client lambda

Le consommateur final que nous sommes aura beaucoup de mal pour comprendre la réalité de l'offre et devra se fixer un budget limite en fonction du service espéré.
Consultez un maximum de sources indépendantes avant de décider. Quand la publicité vous parle d'illimité, ce mot n'a pas le sens que vous croyez comprendre.
Informez vous bien sur les limites du soi-disant illimité, cela ne s'applique évidement pas hors du territoire national, mais il y a bien d'autres pièges que l'on découvre en lisant sa facture.

 Utopies publicitaires et réalités du moment

WAP, GPRS, UMTS, UMT, 3G+, 4G ..., chaque nouveau sigle balaie le précédent et nous fait des promesses d'un univers futur permettant l'Internet mobile, mais depuis 2007 l'Internet portable est enfin devenu une réalité.

 

  La solution GSM 3G+ en zones côtières françaises

Il faut évidement être dans une zone couverte par la téléphonie GSM de son opérateur national pour se connecter, le baroudeur trouvera beaucoup de zones d’ombre, il faut considérer cet inconvénient.
Le type d'utilisation permettra de choisir entre prépayé et divers paliers d'abonnements à la durée et au volume. Attention, cette solution n’est valable que pour la France. Il faudra faire très attention au "roaming" à proximité et hors des frontières, si l’on bascule sur un opérateur étranger, les prix de la communication explosent, cela n’est pas compris dans le forfait même illimité.

Les points d’accès Wi-Fi ou « hotspots » se développent rapidement dans les mouillages fréquentés. La liaison est parfois gratuite, le plus souvent il faut s’abonner pour un jour ou plus. Le Wi-Max offre des portées plus grandes, les couvertures sont de quelques kilomètres. 
La liaison à bord évite d’aller au cybercafé et il est bien plus agréable se surfer depuis sa table à carte avec son matériel.
Les prix sont très variables, gratuit à Horta aux Acores, c’est un Euro par jour pour du gros débit illimité à Kemer en Turquie, mais c’est beaucoup plus cher aux Antilles.
Les marinas françaises s'équipent mollement.
Si c’est votre première visite, vous accéderez à la page d’abonnement pour un jour, une semaine ou un mois. Le paiement se fait par carte via une connexion sécurisée, vous êtes activés immédiatement.

 La portée du GSM en mer

Le réseau GSM dispose de cellules couvertes par des antennes très soigneusement orientées pour cibler des zones à très forte densité de trafic. Le champ n’est jamais gaspillé car l’implantation des antennes est très onéreuse. Un opérateur n’a aucun intérêt d’arroser des zones peu denses. Il ne faut donc pas espérer des communications hors proximité du rivage et d’un site urbanisé.
Il existe toutefois quelques zones couvertes soit par des lobes secondaires soit délibérément dans les cas de couloirs à forte navigation donnant une portée de plus de 10 milles, à la limite de visibilité de la côte.

 

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 Où va le GSM ?

 

Le temps du téléphone vendu pour téléphoner est depuis longtemps dépassé. Aucun acheteur n’a comme critère de choix la qualité de la liaison radio et du son. Les plus mauvais GSM trouvent leur clientèle. Le téléphone est maintenant avant tout un objet de mode et doit donc se singulariser ciblant plusieurs clientèles, en particulier les plus jeunes qui veulent un objet ludique.

Il existe un grand nombre de cibles, par exemple :

. Les plus jeunes qui veulent un objet ludique

. Les BoBo qui cherchent à étaler leur réussite financière par leur smartphone d'un modèle reconnu comme très cher. 
Le cas particulier Iphone : Apple l'a bien compris en sortant l'Iphone, très beau produit marketing original et très adictif, mais qui ne brille pas par ses performances en téléphonie et wifi. Mettre en scène une grand messe annuelle pour dévoiler un nouveau modèle meilleur que le précédent et convaincre tous les geeks de l'impérieuse nécessité de renouveler d'urgence à prix déraisonnable est un coup de génie qui n'a pas d'équivalent.
L'avance d'Apple est certaine aujourd'hui, j'en suis une des victimes, mais dans un futur proche le développement rapide d'Androïd risque de mettre à mal cette suprématie. Apple a complètement fermé son système, mais grâce à de géniaux hackers, les verrous ont craqué et tout devient possible...

. Une catégorie de niche, petite part du marché mais restant à conquérir, les vieux. Il faut un modèle complètement à contre courant, ultra simplifié, grosse touches et gros caractères sur l'afficheur, son puissant, orienté vers une seule fonction incroyable car oubliée, téléphoner simplement !
Le marketing est coincé sur la publicité de ce dernier car il est impossible de faire une campagne sur le thème "vous n'y voyez plus rien, vos mains tremblent, vous êtes sourd, nous avons le produit pour vous… "
Il commence à exister quelques modèles intelligents, avec grosses touches et caractères de grande taille sur l’afficheur, sans les gadgets imbéciles et inutiles, mais la vente est confidentielle. Les Anglais ont été les premiers (2005) à sortir ces produits qui ont un grand succès chez les retraités.

Dans tous les cas, l'aspect technologique ne doit pas apparaître, les jargons trop techniques disparaissant, le consommateur n'y comprend rien, les technologies très complexes sont intégrées mais il faut des mots simples et ronflants pour en parler, pas de la technologie.
Les termes bidons passent bien, une "coque flashée à l'oxyde de titanium à hyper résilience, très tendance " ou autre association de termes creux inventés pour l'occasion ne veut strictement rien dire mais fait vendre alors que la sensibilité en dBm n'intéresse personne. Le "green washing", qui consiste à peindre en vert écologique n'importe quel produit quelconque marche aussi très bien.

L'effort maximum sera fait vers les jeunes gros demandeurs de gadgets pour épater les copains. Il n'est pas très compliqué de les satisfaire par du visuel, coques interchangeables, clignotements, écran couleur avec logos publicitaires, musiques MP3, photo et vidéo, jeux de consoles et facilitation des sms phonétiques en langage débile. Cela c'est déjà fait, mais il reste des voies à explorer.

L'appareil photo et vidéo est incontournable. Sur les premiers GSM, la qualité des images était lamentable, celle du film pire, mais cela n'a aucune importance, l'essentiel est de communiquer l'image, aussi médiocre soit-elle. Depuis 2010, le marché ses smartphones a progressé très vite et la qualité photo et vidéo est devenue surprenante avec de si petits capteurs et objectifs, à condition d'avoir une bonne lumière.

Sur l'Iphone 2 le positionnement était très médiocre, mais depuis la quatrième génération en 201, un vrai GPS a imposé une bonne cartographie. L'utilisation du smartphone comme modem GSM et routeur WiFi permet de se connecter partout (sous couverture GSM) avec le PC portable.
Les gadgets (télévision, décodages films,..) sont toujours plus nombreux à chaque génération.

 

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 Le courriel en BLU décamétrique

 

Il existe une autre forme d'Internet mobile pour les bateaux équipés d'un émetteur récepteur BLU . En ajoutant un modem et en prenant un abonnement particulier, cela est possible dans certaines conditions, mais uniquement en débit lent pour le courriel, avec l'avantage d'être actif 24h/24. L'arrivée d'un courriel est signalée par le clignotement d'une led sur le boîtier. La situation actuelle est décrite dans cette page :
Chaîne de réception décamétrique 
et la page détaillée sur le très intéressant système Sailmail 

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 Communication aux Antilles

 

Cela ne concerne que les côtes Françaises. Dans les îles caraïbes, cette situation ne s'applique évidement pas. Vous trouverez les détails sur les liaisons téléphoniques et l'Internet dans l'arc antillais ici : Annexes techniques Itzamma 

 

 Skywave, Internet satellite en VHF

Un système original permet de disposer d’un Internet assez rapide pour un prix acceptable.
Skywave utilise un chapelet de satellites en orbite basse utilisant les VHF . Une simple antenne fouet est nécessaire, elle évite d’avoir recours à une onéreuse antenne asservie sous radôme. Le matériel est très simplifié. Les algorithmes efficaces exploitent 3 niveaux de compression afin d’obtenir le meilleur débit possible pour une bande spectrale étroite. Skywave fonctionne bien sur les Antilles.

 

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 Points d’accès Wi-Fi ou « hotspots »

 

Lorsque l’on est positionné à proximité d’habitations, il existe une bonne probabilité de pouvoir accrocher une box ouverte, tout au moins en France, car dans beaucoup de pays, il est interdit de ne pas protéger sa laison par mot de passe. Sans smartphone ou ardoise connectée, c’est la meilleure solution, gratuite, à bon débit et non limitée !

L’idée basique est évidement d’utiliser son PC portable ou ultraportable pour se connecter avec la carte Wi-Fi intégrée ou par son smartphone en modem. Ce n’est pas l’idéal car la portée est très limitée, il ne faudra pas espérer accrocher une liaison à plusieurs dizaines de mètres à l’extérieur, et moins encore depuis l’intérieur du bateau ou du camping-car.

Une antenne dégagée et performante sur le roof augmente considérablement sa couverture et permet de trouver un maximum de Wi-Fi connectables.
Il n’y a jamais de prise antenne disponible sur les portables, ce n’est pas un problème en désactivant la carte Wi-Fi interne et en utilisant une interface Wi-Fi USB  externe plus puissante.
Vous trouverez un exemple sur cette étude d'antenne omnidirectionnelle wifi

Pirater les Wi-Fi protégés ?

Il existe un nouveau sport très actif, vous trouverez de très nombreux liens et cherchant dans votre moteur « war driving ».
Cela consiste à repérer en mobile (jamais de chez soi, c’est trop dangereux) des Wi-Fi sécurisés. Il faut pour cela une bonne antenne extérieure mais assez discrète, et les logiciels qui vont bien.
Une fois la cible choisie, il faut se garer dans un endroit calme et lancer les outils sur le PC portable pour casser les clefs. Cela ce fait très facilement et rapidement. Ensuite le réseau qui se croyait sécurisé s’ouvre totalement et tout est possible.
Mais je n’en dirai pas plus car il y a un bémol à ces pratiques, c’est totalement illégal et passible de lourdes sanctions. Oubliez donc ces pratiques délictueuses pour rechercher d’autres moyens.

 Wi-Fi publics

Cette page ne parlera pas des moyens de pirater une liaison. Nous ne nous intéresserons qu’aux accès libres de plus en plus nombreux, chez Free, SFR, Fon…
Les box modernes offrent leur bande passante non utilisée en accès public. Les réseaux privés et public sont parfaitement isolés, le propriétaire n’a aucun risque des se faire pirater en ouvrant son réseau public.

J’ai un compte SFR et un compte Free pour augmenter mes chances légales de me connecter avec mes identifiants en France. Avec Wanadoo, rien n'est ouvert !

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 Points d’accès Wi-Fi ou « hotspots »

 

. Choix du matériel, antenne et interface

Il peut s’agit d’une antenne nue ou d’un ensemble couplé antenne +  interface Wi-Fi USB. L’ensemble couplé offre l’avantage de limiter au maximum les pertes dans le câble, mais je préfère séparer les deux, l’interface restant à l’abri des intempéries à l’intérieur.

Améliorer l’antenne joue simultanément sur la performance d’émission et de réception.

Pour limiter les pertes, le câble d’antenne doit être assez court, car celui livré d’origine a de fortes pertes en 2.4 GHz. Il vaut mieux choisir moins de 3 mètres. La longueur maximale du câble USB est de 5 mètres, les câbles amplifiés plus longs ne fonctionneront pas à cause des délais de propagation.

Deux options sont possibles, omnidirectionnelle ou directive. 
Pour les néophytes nous pouvons faire l’analogie avec une ampoule montée sur une perche. Pour éclairer le plus loin possible (à puissance égale), il est facile de comprendre qu’il faut d’abord dégager la source, plus elle sera basse et masquée, plus sa portée sera faible.
Si l’ampoule est nue, l’éclairement sera omnidirectionnel mais se dispersera sur tout l’horizon et la portée sera très faible.
Si nous montons cette même ampoule dans un réflecteur (lampe de phare), elle produira un pinceau intense mais très étroit.
C’est la même chose pour une antenne.
Si l’on choisit une antenne omnidirectionnelle, elle exploitera évidement toutes les directions, mais avec un rendement faible. Ce n’est pas exactement comme une ampoule nue qui éclaire uniformément sur une sphère,  car une verticale n’est omnidirectionnelle qu’en azimut, le lobe s’efforce d’être étroit concentrer au mieux l’énergie vers l’horizon.
La directive aura le défaut évident qu’il faudra la faire tourner lentement sur 360 degrés pour découvrir les candidats intéressants, elle portera évidement très loin dans sa direction privilégiée.
Une antenne à grand gain sera de grande taille, c’est un principe élémentaire de physique.

.Quelle polarisation choisir ?

Il pourrait sembler logique de privilégier une polarisation verticale, les antennes des box étant verticales.
Ce n’est pas la bonne solution, les ondes subissant diverses réflexions, elles sont reçues avec un mélange variable des deux polarisations H et V !
Il vaut donc choisir en Wi-Fi une antenne qui mélange les deux polarisations.

.Quelques antennes omnidirectionnelles :

. Colinéaire à assemblage de dipôles en phase, c’est la plus courante. Plus elle a de dipôles, plus le tube est long, plus elle a du gain en pinçant le plan horizontal. 
. Antenne à fentes. Long tube usiné par machine numérique, antenne professionnelle très robuste et résistant mieux à la foudre que les colinéaires.


.Quelques antennes directives :

. Très classique Yagi, ressemblant à un long râteau, c’est l’antenne télévision basique. Elle peut être protégée par un tube fibre. Plus elle a d’éléments directeurs, plus elle a du gain et de la directivité, mais plus elle est longue.
. Antenne hélice d’encombrement voisin de la Yagi, mais en polarisation circulairei.
. Réflecteur parabolique, il n’est pas idéal pour ces fréquences trop basses de 2.4 GHz.
. Cavité (boîte de conserve) compacte mais de gain limité.
. Panneau, c’est la technologie la plus moderne. Un panneau est un assemblage côte à côte d’une grande quantité de petites antennes en parallèle, réalisées en technologie sandwich. Il est plat mais l’encombrement s’accroit vite avec gain et directivité, la prise au vent est plus forte que sur une Yagi de même performance.
Les petites antennes  « patch » n’ont pas assez de gain.

Le meilleur compromis est la Yagi sous tube de un mètre de long montée sur un petit rotor, facile à ranger hors utilisation. Le rotor se bricole avec un motoréducteur de récupération, la recopie n’a pas besoin de précision, une idée de la direction suffit.

Ces antennes se réalisent pour un amateur qui dispose du matériel de réglage (de l’avantage d’avoir un copain radioamateur dans le coin). Si vous n’êtes pas technicien, achetez un modèle commercial. Les antennes sectorielles sont un compromis pour une installation fixe, elles combinent plusieurs panneaux orientés dans les directions à privilégier. Elles n’ont pas d’intérêt en mobile.

Antenne boite de conserve (can antenna) 

 Portable

 Mon antenne

Par facilité je choisis une omnidirectionnelle à très grand gain !
Mon mât support est un morceau de tube de 40 cm, fiché à la demande sur un axe posé sur trois ventouses (support antene parabolique) sur le roof. 
L' antenne a une longueur de 66 cm et un diamètre de 4.5 cm 
Les antennes verticales à très grand gain (21 dBi),  de par leur constitution, ne peuvent être vraiment omnidirectionnelles et présentent deux lobes de 150 degrés ce qui signifie deux trous d’une trentaine de degrés.
Il faudra prévoir la possibilité de faire tourner le mat d’un quart de tour pour éliminer ces trous. 

Cette antenne est décrite en détail : Antenne Wi-Fi 

21dBi

 Mon interface

Pour augmenter encore la portée de la liaison il faudra associer à la meilleure antenne possible une interface Wi-Fi USB sensible en réception, et assez puissante.

En mettant ainsi toutes les chances de son coté, l’expérience montre que l’on passe d'une vingtaine de mètres de portée avec le PC seul à l’intérieur à quelques centaines de mètres, ce qui change tout et peut permettre de découvrir des dizaines de contacts possibles.

Mon équipement de 1 watt fonctionne bien.

WiFi USB

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 Conclusion

 

Quand j'ai commencé cette page en 1999, il était impossible d'utiliser l'Internet en portable. Il existait déjà l'électricité, mais ni clef 3G, ni Wi-Fi, ni smartpnone, ni cybercafé…
La situation s'améliore doucement et l'Internet mobile est maintenant bien entré dans les mœurs.
La baisse des prix ne sera que très lente, les opérateurs ne jouant absolument pas la concurrence.

J'ai supprimé de cette page toute la partie historique de l'évolution par paliers des offres mobiles.

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 Liens

 Les offres des opérateurs Français en 3G, signaux de fumée, télépathie

Dans le cas des forfaits dits illimités, lisez très bien le contrat et les commentaires des forums, il n'est pas toujours facile de bien comprendre les restrictions sournoises que l'opérateur applique, le terme "illimité" n'a pas la signification que le non sens ou le dictionnaire laisserait entendre.
Les trois opérateurs s'entendent pour ne pas baisser les prix, les offres se veulent confuses afin que le client ne comprenne pas ce qu'il aura vraiment et ce qu'il va payer et pour quel service réel.
Faites très attention à l'étranger, si vous n'avez pas un forfait bloqué, les risques de facturations exorbitantes sont à prévoir avec un smarphone qui génère un trafic sournois incessant.

 

Pas de liens à maintenir

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