Un booster de tension au QSJ QRP pour un transceiver mobile

Un booster de tension au QSJ QRP pour un transceiver mobile

Introduction :

Les transceivers que les radioamateurs utilisent en mobile sont alimentĂ©s pour la plupart de ceux-ci sous une tension DC (courant continu) dont la valeur nominale est de 13,8 V.  La raison est simple : il s’agit de la tension qui est immĂ©diatement disponible Ă  bord d’un vĂ©hicule automobile et aux bornes de l’accumulateur au plomb (batterie) qui sert Ă  dĂ©marrer le moteur de la voiture.

Et pourtant, on a l’habitude de mentionner une valeur de tension de 12 V pour une batterie de voiture.  Alors, d’oĂč vient cette tension de 13,8 V ?

La tension nominale d’une batterie de voiture est bien de 12 V lorsque celle-ci alimente n’importe quel circuit (phares, autoradio, etc.) lorsque le moteur est Ă  l’arrĂȘt.  La tension aux bornes d’une batterie en fin de dĂ©charge chute Ă  une valeur de 11,8 V.  En revanche, lorsque le moteur tourne, celui-ci entraĂźne un alternateur suivit d’un pont redresseur et d’un rĂ©gulateur de tension qui recharge la batterie en permanence de façon Ă  ce que celle-ci soit rechargĂ©e jusqu’à sa capacitĂ© maximale, par exemple lors d’un trajet parcouru en voiture.

La tension aux bornes d’une batterie au plomb s’élĂšve Ă  une valeur de 13,8 V lorsqu’elle est en recharge au moyen de l’alternateur de la voiture, c’est-Ă -dire lorsque le moteur tourne.  C’est ainsi que la tension nominale d’alimentation des transceivers mobiles est de 13,8 V et non pas de 12 V.  Toutefois, les transceivers mobiles peuvent ĂȘtre alimentĂ©s en 12 V : ils sont tous prĂ©vus pour une plage de tension qui est comprise entre 11,8 V et 14,0 V.  Il s’agit ici d’un ordre de grandeur car certains transceivers peuvent admettre une plage de tension lĂ©gĂšrement plus large, par exemple 13,8 V ±15  % (11,7 V Ă  15,8 V).

Alors, pourquoi s’inquiĂ©ter d’alimenter un transceiver mobile sous une tension de 13,8 V et non pas en 12 V ?

La rĂ©ponse est simple : la puissance de sortie radiofrĂ©quence au connecteur d’antenne du transceiver est spĂ©cifiĂ©e par le constructeur lorsque l’appareil est alimentĂ© sous une tension nominale de 13,8 V.  Dans la pratique, on s’aperçoit que la puissance de sortie HF est relativement rĂ©duite lorsque le transceiver est alimentĂ© sous une tension de 12 V lorsque le moteur du vĂ©hicule est Ă  l’arrĂȘt.  Par exemple, le PA d’un transceiver de 50 W sous 13,8 V ne dĂ©livre plus qu’environ 30 W sous une tension de 12 V.

Pourquoi m’inquiĂ©ter d’une puissance HF rĂ©duite sous une tension d’alimentation 12 V, alors que j’utilise toujours le transceiver mobile pour des QSO’s lorsque je roule en voiture lors d’un trajet, que le moteur tourne, et que la tension d’alimentation est de 13,8 V ?

Exemples de l’utilisation d’un transceiver en mobile « arrĂȘtĂ© Â»

Il n’est pas rare de terminer un QSO lorsque l’on est arrivĂ© Ă  destination aprĂšs un trajet en voiture.  Dans ce cas, on prĂ©fĂšre arrĂȘter le moteur du vĂ©hicule pour plusieurs raisons :

  • Ici en Belgique, c’est la loi d’arrĂȘter le moteur de son vĂ©hicule lorsqu’on est Ă  l’arrĂȘt oĂč lorsqu’on est stationnĂ©. Cette loi est entrĂ©e en vigueur le 1er mars 2019 suite au dĂ©cret du 17 janvier 2019 qui est paru au moniteur belge le 21 fĂ©vrier 2019 (Chapitre III Art. 14 ; Art REG 2.22 et 2.23).
  • ArrĂȘter le moteur de la voiture en stationnement contribue Ă  diminuer la pollution de l’air.
  • ArrĂȘter le moteur de la voiture Ă©vite un ronronnement prolongĂ© de celui-ci et cela Ă©vite de dĂ©ranger les voisins qui habitent tout prĂšs de l’endroit oĂč vous vous ĂȘtes stationnĂ©.

Lors des exercices B-EARS (Belgium Emergency Amateur Radio Services), ou en cas d’une situation rĂ©elle nĂ©cessitant la mise en Ɠuvre d’un plan d’urgence, les radioamateurs se mettent Ă  la disposition des services de secours d’une commune, ville, province, rĂ©gion ou d’un pays pour renforcer leurs moyens de tĂ©lĂ©communication.  Pour la plupart des radioamateurs qui sont membres de B-EARS, ceux-ci opĂšrent une station radio au moyen d’un transceiver mobile.  Ce transceiver est en gĂ©nĂ©ral alimentĂ© par une batterie auxiliaire de grosse capacitĂ© (de l’ordre de 90 Ah) qui est dĂ©posĂ©e dans le coffre de la voiture.  En effet, il vaut mieux ne pas dĂ©charger prĂ©maturĂ©ment la batterie d’origine de la voiture car cela aurait deux consĂ©quences : l’arrĂȘt prĂ©maturĂ© de la station radio et l’impossibilitĂ© de redĂ©marrer le moteur de la voiture en fin d’exercice ou en fin d’intervention avec les services de secours.

En ce qui concerne les stations automatiques des radioamateurs (rĂ©pĂ©teurs ou relais radio), certains rĂ©pĂ©teurs stratĂ©giques Ă  grande couverture radio disposent d’une alimentation secourue au moyen d’une batterie installĂ©e Ă  demeure.  Cette batterie est en permanence en maintien de charge grĂące Ă  la prĂ©sence d’un rĂ©seau de distribution d’énergie Ă©lectrique 230 V 50 Hz.  Lors d’une catastrophe, on peut trĂšs bien imaginer la disparition de ce secteur d’énergie.  Pour que le rĂ©pĂ©teur puisse continuer Ă  assurer son service de couverture radio, un commutateur automatique transistorisĂ© bascule l’alimentation sur secteur vers une alimentation sur batterie 12 V d’une trĂšs grosse capacitĂ© de charge (parfois de l’ordre de 240 Ah).

Comment alimenter un transceiver sous une tension nominale de 13,8 V Ă  partir d’une batterie qui n’est plus en recharge et dont la tension nominale en charge est de 12 V ?

C’est le rĂŽle d’un booster de tension, littĂ©ralement de l’anglais : Ă©lĂ©vateur de tension.  Lorsque l’on doit abaisser ou Ă©lever une tension en AC (courant alternatif), c’est facile : il suffit d’utiliser un transformateur d’alimentation.  En DC (courant continu) il est impossible d’utiliser un simple transfo (tout le monde le sait).  On utilise, dans le cas du DC, une alimentation Ă  dĂ©coupage (Switching Power Supply) qui est spĂ©cifique pour Ă©lever une tension d’entrĂ©e de 12 V vers une tension de sortie de 13,8 V.  On appelle parfois ce dispositif « convertisseur de tension DC – DC Â».

Il existe sur le marchĂ© de seconde main, ou bien sur des sites spĂ©cialisĂ©s dans la vente de produits Ă  des prix compĂ©titifs sur Internet toute une sĂ©rie de boosters dont les tensions d’entrĂ©e et de sortie correspondent Ă  nos besoins.  Ces boosters sont parfois trĂšs compacts et ont souvent des caractĂ©ristiques en courant maximum admissible qui sont largement suffisantes (de l’ordre de 30 A) pour alimenter un transceiver mobile.  Les constructeurs de ces boosters sont souvent d’origine asiatique et cela peut parfois expliquer le fait que ce type de produit est vendu Ă  bas prix sur des sites Internet.

Quelles sont les performances d’un booster d’origine asiatique et vendu Ă  bas prix ?

La seule maniĂšre de le savoir est de s’approvisionner d’un ou de quelques exemplaires de ce type de booster et d’en Ă©valuer les performances avec des appareils de mesure.  Tel est le but de cet article technique : expliquer ce qu’il y a lieu d’évaluer, ce qu’il faut mesurer et dans quelles conditions on doit effectuer les mesures.  Enfin, l’essentiel, savoir interprĂ©ter les rĂ©sultats des mesures et pouvoir en tirer des conclusions afin de valider ou non le booster sous test ; en d’autres mots : voir si ce type de booster est appropriĂ© dans une application avec du matĂ©riel de radiocommunication.

Il y a plusieurs critĂšres Ă  Ă©valuer sur un booster de tension ou sur une alimentation Ă  dĂ©coupage lorsque l’on utilise ce type de produit pour alimenter un appareil de tĂ©lĂ©communication par radio :

  • Tension de sortie en fonction de la charge, c’est-Ă -dire en fonction du courant consommĂ© (Load Regulation) ;
  • Tension de sortie en fonction de la tension d’entrĂ©e, cela sous diffĂ©rentes valeurs donnĂ©es et fixes du courant consommĂ© (Line Regulation) ;
  • FrĂ©quence de dĂ©coupage du booster ou de l’alimentation ;
  • Tension d’ondulation rĂ©siduelle (Ripple) prĂ©sente et superposĂ©e sur la tension DC de sortie ; dans le cas d’un booster de tension : forme et amplitude des signaux parasites ACvĂ©hiculĂ©s sur les lignes de sorties DC ;
  • Rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique en provenance du booster dans son environnement proche (Near Field) ;
  • Influence du booster sur la sensibilitĂ© de la partie rĂ©ceptrice du transceiver;
  • Comportement du booster lors d’un saut brusque de courant.

On peut envisager d’autres tests, comme par exemple la mesure de la tempĂ©rature du booster lorsque celui-ci est Ă  pleine charge (Ă  la valeur maximale du courant admissible en sortie) pendant une pĂ©riode prolongĂ©e (Burn In Test), etc.

Quels sont les appareils de mesure nĂ©cessaires pour Ă©valuer un booster sous test ?

  • Un multimĂštre de prĂ©cision pour des mesures de tension Ă  ± 0,01 V sur une Ă©tendue de mesure de 20 V ;
  • Un ampĂšremĂštre de faible rĂ©sistance interne et d’une Ă©tendue de mesure supĂ©rieure Ă  la capacitĂ© maximale en courant du booster sous test ; ou bien un shunt de mesure et un millivoltmĂštre de prĂ©cision ;
  • Une charge rĂ©sistive de diffĂ©rents calibres et d’une puissante suffisante pour absorber la consommation maximale admissible Ă  la sortie du booster; ou bien une charge active transistorisĂ©e ;
  • Un oscilloscope analogique ou numĂ©rique d’une bande passante de 100 MHz ou supĂ©rieure ;
  • Un analyseur de spectre basses frĂ©quences ou moyennes frĂ©quences ;
  • Une boucle inductive calibrĂ©e pour la mesure d’un champ Ă©lectromagnĂ©tique ;
  • Un gĂ©nĂ©rateur Ă  hautes frĂ©quences avec modulateur interne FM (modulation de frĂ©quence) ;
  • Un analyseur audio avec fonction de mesure SINAD-mĂštre (mesure du rapport signal sur bruit et distorsion).

Il faut reconnaĂźtre que tous ces appareils de mesure ne sont pas toujours Ă  la portĂ©e de tous les radioamateurs.  Toutefois, avec un bon multimĂštre, un bon ampĂšremĂštre et un oscilloscope, on peut dĂ©jĂ  rĂ©aliser beaucoup de tests pour l’évaluation d’un booster de tension.

Quel est le type ou le modĂšle le booster de tension sous test ?

Il s’agit du modùle XW-12-13.8-414W que l’on trouve relativement facilement en vente par Internet pour un prix modique.

Booster une tension
Fig. 1 : Booster de tension sous test.  Tension d’entrĂ©e 12 V ; tension de sortie 13,8 V ; courant maximal admissible 30 A.  Photo : ON4IJ.

L’électronique du booster sous test est logĂ©e dans une coquille en aluminium injectĂ© formant un carter muni d’ailettes de refroidissement (dissipateur de chaleur).  L’électronique est moulĂ©e sous une rĂ©sine dans le carter en aluminium.  Le raccordement s’effectue par des connexions directes au moyen de segments de fils de cĂąblage.

Test de la tension de sortie en fonction de la charge (courant consommĂ© Ă  la sortie) : Load Regulation

Le booster de tension est alimentĂ© sous une tension constante de 12 V au moyen d’une alimentation de laboratoire HP 6525A (0 – 20 V / 0 – 25 A).  Cette alimentation ne permet pas de tester le booster jusqu’à sa capacitĂ© maximale en courant.  Toutefois, cette alimentation permet de tester le booster sous un courant de consommation de 20 A, ce qui correspond largement et mĂȘme au-delĂ  de la valeur typique du courant de consommation d’un transceiver mobile d’une puissance HF de 50 W lorsque celui-ci est en Ă©mission Ă  pleine puissance radiofrĂ©quence.

La charge utilisĂ©e lors des tests est une charge active transistorisĂ©e HP 6050A munie de deux tiroirs de charge HP 60504B (60 V / 120 A / charge maximale de 600 W).  La charge active est paramĂ©trĂ©e Ă  courant constant (quel que soit la tension appliquĂ©e Ă  ses bornes).  Le courant de charge est paramĂ©trable au moyen de l’encodage de celui-ci par l’intermĂ©diaire d’un pavĂ© numĂ©rique.  Cette charge active dispose d’un voltmĂštre et d’un ampĂšremĂštre de prĂ©cision pour un simple contrĂŽle par lecture directe de ces deux grandeurs Ă©lectriques.

Les tensions d’entrĂ©e et de sortie sont mesurĂ©es directement aux connexions du booster de tension au moyen d’un multimĂštre Fluke 28.

Nom de l'image
Fig. 2 : Setup de mesure pour l’évaluation d’un booster de tension avec une alimentation DC de labo, une charge active, un multimĂštre de prĂ©cision et un oscilloscope analogique.  Photo : ON4IJ.

Valeurs des tensions de sortie mesurĂ©es en fonction de la charge :

Pour une tension d’entrĂ©e de 12 V au booster :

 booster une tension

Pour une tension d’entrĂ©e de 11,8 V au booster :

 booster une tension

On remarque que la valeur de tension Ă  la sortie du booster est un peu gĂ©nĂ©reuse et est plus proche de 14 V que 13,8 V.  Ce n’a aucune consĂ©quence pour l’alimentation du transceiver pour deux raisons : la premiĂšre est qu’un transceiver admet sans problĂšme une tension de 14 V ; la deuxiĂšme est qu’il peut y avoir une chute de tension dans les fils de raccordement entre la sortie du booster (placĂ© dans le coffre arriĂšre de la voiture) et le transceiver (placĂ© prĂšs du tableau de bord de la voiture).

La rĂ©gulation de ce petit booster est excellente : la chute de tension Ă  pleine charge est relativement minime.

Test de la tension de sortie en fonction de la tension d’entrĂ©e sous un courant constant donnĂ© : Line Regulation

Le booster est alimentĂ© sous une tension dont les valeurs sont de plus en plus petites et bien en deçà de la tension de fin de dĂ©charge d’une batterie au plomb.  Il s’agit ici de « pousser le booster dans ses derniers retranchements Â».  Deux valeurs de courant de sortie ont Ă©tĂ© choisies : 2 A et 15 A.  Cela correspond au courant consommĂ© par un transceiver mobile en rĂ©ception et en Ă©mission.

Pour un courant Ă  la sortie du booster de 2 A :

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Pour un courant Ă  la sortie du booster de 15 A :

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FrĂ©quence de dĂ©coupage du booster de tension :

Comme un booster de tension est basĂ© sur le principe d’une alimentation Ă  dĂ©coupage, ici en particulier selon le principe d’un convertisseur DCDC, le courant continu est « hachĂ© Â» ou est commutĂ© pour le transformer en courant AC.  En gĂ©nĂ©ral la commutation est franche et abrupte, ce qui donne un signal carrĂ© (ou rectangulaire) au courant AC.  Il en rĂ©sulte des signaux parasites de commutation sous la forme d’oscillations amorties.  La frĂ©quence de ces oscillations est relativement Ă©levĂ©e et de loin supĂ©rieure Ă  la frĂ©quence de dĂ©coupage du booster.

Pour visualiser ces signaux rĂ©siduels de la commutation, on branche un oscilloscope en dĂ©rivation sur la sortie du booster.  Il y a lieu de bien vĂ©rifier que le pĂŽle nĂ©gatif (ou 0 V) soit commun avec la masse ou soit Ă©ventuellement isolĂ© de la masse de façon Ă  raccorder correctement la masse de la sonde de l’oscilloscope.

Dans un premier temps, le signal est visualisĂ© sur un oscilloscope analogique Tektronix 2465B (400 MHz) avec une sonde Tek P6137 (x10 ; 400 MHz).  UltĂ©rieurement, afin de mieux visualiser le signal en dĂ©tail, celui-ci sera examinĂ© sur un oscilloscope numĂ©rique Tektronix TDS7104 (4 traces 1 GHz ; 5 GS/s Real Time) avec une sonde P6139B (x10 ; 500 MHz).

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Fig. 3 : Visualisation des signaux parasites superposĂ©s Ă  la tension DC Ă  la sortie du booster de tension sur un oscilloscope analogique.  La frĂ©quence de dĂ©coupage est de 265 kHz.  Photo : ON4IJ.

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Fig. 4 : Amplitude de 108 mVpp des signaux parasites mesurĂ©e sous un courant de 2 A Ă  la sortie du booster.  Photo : ON4IJ.

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Fig. 5 : Amplitude de 632 mVpp des signaux parasites mesurĂ©e sous un courant de 15 A Ă  la sortie du booster.  Photo : ON4IJ.

On constate que l’amplitude crĂȘte Ă  crĂȘte du signal parasite est assez consĂ©quente.  On verra par la suite avec l’analyse en dĂ©tail de ce signal sur un oscilloscope numĂ©rique que l’amplitude est plus consĂ©quente que l’on pourrait le croire.  La forme du signal est bien une oscillation amortie de frĂ©quence relativement Ă©levĂ©e.

Forme et amplitude du signal parasite de dĂ©coupage vue en dĂ©tail sur un oscilloscope numĂ©rique :

L’oscilloscope a Ă©tĂ© paramĂ©trĂ© avec une valeur Ă©levĂ©e de « Record Length Â», ce qui a permis d’échantillonner le signal Ă  50 GS/s.

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Fig. 6 : Amplitude de 1,34 Vpp des signaux parasites mesurĂ©e sous un courant de 2 A Ă  la sortie du booster.  Photo : ON4IJ

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Fig. 7 : Amplitude de 2,09 Vpp des signaux parasites mesurĂ©e sous un courant de 15 A Ă  la sortie du booster.  Photo : ON4IJ.

On constate un 2ùme train d’oscillations lorsque le courant de sortie est de 15 A.

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Fig. 8 : FrĂ©quence de 37,68 MHz des oscillations amorties des signaux parasites mesurĂ©e sous un courant de 2 A Ă  la sortie du booster.  Photo : ON4IJ.

Les oscillations d’une telle frĂ©quence (37,68 MHz) risquent de perturber la partie rĂ©ceptrice d’un transceiver ondes courtes sur les bandes hautes.  En revanche, cette frĂ©quence d’oscillation est bien trop basse pour perturber la partie rĂ©ceptrice d’un transceiver ou d’un rĂ©pĂ©teur radio VHF 2 m / UHF 70 cm.

Rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique en champ proche aux abords du booster de tension :

Un dispositif Ă  dĂ©coupage peut perturber la partie rĂ©ceptrice par conduction directe Ă  cause des signaux parasites superposĂ©s sur les lignes d’alimentation. Ce mĂȘme dispositif peut aussi perturber le rĂ©cepteur Ă  cause d’un rayonnement direct.  Ainsi, il y a lieu de vĂ©rifier le spectre du rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique qui Ă©mane du booster de tension aux abords de celui-ci.

On utilise une sonde en forme de boucle inductive que l’on raccorde Ă  l’entrĂ©e d’un analyseur de spectre.  La plage de frĂ©quence doit dĂ©marrer Ă  une frĂ©quence la plus basse possible selon les caractĂ©ristiques de l’analyseur de spectre de façon Ă  pouvoir couvrir la bande de frĂ©quence des oscillations amorties des signaux parasites.

Pour pouvoir quantifier l’intensitĂ© du champ Ă©lectromagnĂ©tique rayonnĂ© par le booster, il faut connaĂźtre les caractĂ©ristiques de la boucle inductive calibrĂ©e.  On donne dans ces caractĂ©ristiques la puissance du signal induit dans la boucle en dBm sur une impĂ©dance de charge de 50 ℩ en fonction de la frĂ©quence et lorsque cette boucle est placĂ©e dans un champ d’induction Ă©lectromagnĂ©tique de 1 ”T (1 micro Tesla).

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Fig. 9 : Boucles inductives et sonde capacitive pour des mesures de rayonnements Ă©lectromagnĂ©tiques en champ proche (Near Field) au moyen d’un analyseur de spectre.  Source : Aaronia AG, Strickscheid, Allemagne ; Near Field Probe PBS 2, Folder.

Pour les tests, on a utilisĂ© une boucle inductive d’un diamĂštre de 50 mm dont la bande passante commence Ă  1 Hz et va jusqu’à environ 300 MHz.

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Fig. 10 : CaractĂ©ristique d’une boucle inductive d’un diamĂštre de 50 mm.  Source : Aaronia AG, Strickscheid, Allemagne ; Near Field Probe PBS 2, Folder.

Pour commencer, la boucle inductive est placĂ©e au dos de la coquille en aluminium injectĂ© lĂ -oĂč apparaĂźt le moulage en rĂ©sine de l’électronique.  La boucle est placĂ©e Ă  une distance de 3 cm par rapport au plan de la surface du dessous du booster.

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Fig. 11 : Placement d’une boucle inductive au dos du booster pour le relevĂ© en champ proche du rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique.  Photo : ON4IJ.

Voici le relevĂ© du champ Ă©lectromagnĂ©tique sur un analyseur de spectre HP 8563E muni de l’option 006 (30 Hz – 26,5 GHz).

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Fig. 12 : RelevĂ© spectral du rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique au dos du booster.  Photo : ON4IJ.

On constate un 1er pic Ă  46,7 MHz d’une puissance de -32,67 dBm (0,54 ”W) et un 2Ăšme pic Ă  118,3 MHz d’une puissance de -52,67 dBm (5,4 nW) lorsque la boucle inductive est placĂ©e Ă  3 cm du booster.

Ensuite le booster est placĂ© sur une tĂŽle en aluminium pour assurer en quelque sorte la continuitĂ© du blindage du booster.  La sonde inductive est promenĂ©e aux alentours du booster de façon Ă  localiser l’endroit oĂč le rayonnement est le plus intense : voir photo ci-dessous.  La boucle se trouve Ă  une distance de 3 cm par rapport au flanc de la premiĂšre ailette de refroidissement du booster.

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Fig. 13 : Placement d’une boucle inductive le long du flanc du booster pour le relevĂ© en champ proche du rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique.  Photo : ON4IJ.

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Fig. 14 : RelevĂ© spectral du rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique sur le flanc du booster.  Photo : ON4IJ.

On constate un pic Ă  46 MHz et d’une puissance de -46,83 dBm (20,7 nW) lorsque la boucle inductive est placĂ©e Ă  une distance de 3 cm du booster.

On peut considĂ©rer qu’à partir de 100 MHz, le rayonnement se noie dans le souffle de l’analyseur de spectre (-70 dBm).

Influence du booster sur la sensibilitĂ© de la partie rĂ©ceptrice du transceiver :

Rien de tel que d’effectuer un test rĂ©el sur un transceiver mobile bi-bande VHF et UHF.  Ici, le transceiver sous test est un Kenwood TM-V7.

Dans un premier temps, on relĂšve le MDS (Minimum Discernable Signal), c’est-Ă -dire la sensibilitĂ© de la partie rĂ©ceptrice du transceiver sous test lorsque celui-ci est alimentĂ© sous une tension de 13,8 V Ă  partir d’une alimentation de labo sans utiliser le booster de tension.

Dans un deuxiĂšme temps, on effectue le mĂȘme test mais avec le booster de tension alimentĂ© sous une tension d’entrĂ©e de 12 V et le transceiver Ă©tant alimentĂ© par la sortie 13,8 V du booster.

Dans un troisiĂšme temps, on effectue encore le mĂȘme test avec le booster de tension, mais cette fois, on le dĂ©pose Ă  mĂȘme sur le capot du transceiver mobile pour voir si le rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique direct affecte la sensibilitĂ© du rĂ©cepteur.

Pendant tous ces tests, la charge active est placĂ©e en parallĂšle sur la sortie du booster de façon Ă  consommer un courant qui est la somme de celui du transceiver lorsque celui-ci est en rĂ©ception et d’un courant de 15 A dans la charge active pour placer le booster dans ses conditions les plus dĂ©favorables au point de vue des signaux parasites et au point de vue de l’intensitĂ© du rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique.

Rappel sur la procĂ©dure pour relever le MDS (sensibilitĂ©) d’un rĂ©cepteur :

  • On injecte un signal HF modulĂ© FM avec un tone de 1 kHz et une dĂ©viation de 3 kHz Ă  l’entrĂ©e HF du rĂ©cepteur sous test (ici la partie rĂ©ceptrice du transceiver TM-V7) ;
  • L’amplitude du signal HF modulĂ© FM est rĂ©glĂ©e Ă  un niveau d’amplitude de (par exemple) -20 dBm au gĂ©nĂ©rateur HF
  • On insĂšre entre la sortie du gĂ©nĂ©rateur HF et l’entrĂ©e antenne du rĂ©cepteur sous test un double attĂ©nuateur par pas de 10 dB et par pas de 1 dB ;
  • On rĂšgle le 1er attĂ©nuateur sur 90 dB et le second attĂ©nuateur sur 10 dB ;
  • On obtient ainsi un niveau HF de -120 dBm Ă  l’entrĂ©e antenne du rĂ©cepteur ;
  • Le squelch du transceiver est dĂ©sactivĂ© (full CCW) ;
  • Le volume audio du rĂ©cepteur est rĂ©glĂ© de façon Ă  obtenir un signal de 1 kHz d’une amplitude comprise entre 0,5 V et 1,0 V RMS ; une fois que ce volume est rĂ©glĂ©, quelle que soit la valeur de son amplitude, on n’y touche plus ;
  • La sortie audio du rĂ©cepteur est raccordĂ©e Ă  un analyseur audio qui dispose d’une fonction SINAD-mĂštre (rapport signal sur bruit et distorsion) ;
  • On rĂšgle l’amplitude du signal HF au moyen de l’attĂ©nuateur par pas de façon Ă  obtenir un rapport signal sur bruit et distorsion de 12 dB SINAD ;
  • En additionnant les dBm Ă  la sortie du gĂ©nĂ©rateur et les dB Ă  l’attĂ©nuateur, on obtient le niveau en dBm pour 12 dB SINAD Ă  l’entrĂ©e antenne du rĂ©cepteur, ce qui donne le MDS (sensibilitĂ©) du rĂ©cepteur.

Pour information, dans les tests qui suivent, la porteuse HF a Ă©tĂ© paramĂ©trĂ©e Ă  439,200 MHz dans l’intention de valider le booster de tension pour les relais UHF ON0LGE de Retinne en province de LiĂšge.

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Fig. 15 : Setup de mesure pour le relevĂ© de la sensibilitĂ© d’un transceiver sous test avec et sans booster de tension.  À gauche de bas en haut : gĂ©nĂ©rateur HF HP 8662A avec modulateur FM interne calibrĂ© (voir fonctions de Bessel) ; charge active HP 6050A avec 2 tiroirs de charge HP 60504B (60 V ; 120 A ; Load Max. 600 W) ; Alimentation de labo HP 6552A (0-20 V ; 0-25 A) ; Analyseur audio avec fonction SINAD-mĂštre HP 8903A ; booster de tension.  À droite de bas en haut : analyseur de rĂ©seau vectoriel pour des travaux de rĂ©glage de filtres et de duplexeurs pour des rĂ©pĂ©teurs radioamateurs ; attĂ©nuateur par pas de 10 dB HP 8496B ; attĂ©nuateur par pas de 1 dB HP 8494B ; multimĂštre Fluke 28.  En haut Ă  droite, le transceiver sous test Kenwood TM-V7.  Photo : ON4IJ.

Voici ce que donnent les mesures du MDS sans booster de tension :

  • SensibilitĂ© de -121 dBm pour 12 dB SINAD.

Normalement, on doit obtenir une meilleur sensibilitĂ© (-123 dBm) mais ici, on n’a pas tenu compte des pertes de 1 dB Ă  440 MHz dans le cĂąble BNC-BNC entre le gĂ©nĂ©rateur et l’attĂ©nuateur par pas, ni celles (1 dB) dans le cĂąble BNC-BNC entre l’attĂ©nuateur par pas et le transceiver.

Voici ce que donnent les mesures avec le booster de tension :

  • Sans courant de charge : -121 dBm ;
  • Avec courant de charge de 2 A : -121 dBm ;
  • Avec courant de charge de 15 A : -121 dBm ;
  • Avec courant de charge de 15 A et le booster posĂ© Ă  mĂȘme sur la capot du transceiver: -121 dBm.

Il n’y a donc aucune influence du booster sur la sensibilitĂ© du transceiver sur la bande UHF.  Cela convient donc pour l’application des rĂ©pĂ©teurs 70 cm ON0LGE.

Comportement du booster de tension lors d’un saut brusque de courant :

Lors du passage de la rĂ©ception Ă  l’émission d’un transceiver, le courant consommĂ© subit un Ă©chelon de courant.  En automation ou dans l’étude des systĂšmes asservis (systĂšmes rĂ©gulĂ©s), on doit s’assurer que le systĂšme est stable, rapide et prĂ©cis.

On a dĂ©jĂ  constatĂ© que le systĂšme de rĂ©gulation du booster est prĂ©cis lors des tests « Load Regulation Â» et « Line Regulation Â» : sous divers courants consommĂ©s, la tension de sortie reste trĂšs proche de la tension nominale de 13,8 V et sous diverses tensions d’entrĂ©es, la tension de sortie reste aussi trĂšs proche de la tension nominale de 13,8 V.  Ces tests sont des tests « statiques Â», c’est-Ă -dire « en rĂ©gime Ă©tabli Â».

Pour Ă©valuer la stabilitĂ© et la rapiditĂ© d’un systĂšme rĂ©gulĂ©, on doit effectuer des tests « dynamiques Â», c’est-Ă -dire lorsque l’on fait varier un paramĂštre.  Ce qui caractĂ©rise le plus une variation, c’est une fonction Ă©chelon, c’est-Ă -dire un saut brusque d’un paramĂštre d’une valeur Ă  une autre valeur.  Ici, le paramĂštre le plus utile Ă  faire varier est le courant de consommation Ă  la sortie du booster de tension.  Cela correspond Ă  la rĂ©alitĂ© lorsqu’un transceiver passe de la rĂ©ception Ă  l’émission.  Cela l’est tout autant pour un rĂ©pĂ©teur lorsque celui-ci est en veille dans l’attente d’un signal de rĂ©ception.  Lorsque le rĂ©pĂ©teur reçoit un signal, il active immĂ©diatement sa partie Ă©mettrice pour rĂ©Ă©mettre le signal reçu (d’oĂč l’appellation rĂ©pĂ©teur ou relais radio).

Dans les tests qui vont suivre, le saut en courant passe de la valeur de 1 A (courant Ă  la rĂ©ception) Ă  la valeur de 15 A (courant Ă  l’émission).  Pour rĂ©aliser cet Ă©chelon de courant dans la pratique, on utilise une fonction « Trigger Â» (dĂ©clencheur) ou « Transient Â» (transition) de la charge active.

La charge active HP 6050A dispose d’une fonction « Transient Â» (transition) que l’on peut activer ou dĂ©sactiver (Tran on/off) et dont on peut paramĂ©trer les Ă©lĂ©ments suivants :

  • Les valeurs d’échelon (Tran Level) : valeur nominale de 15 A et transition de la valeur de 1 A Ă  la valeur nominale (15 A) ;
  • La frĂ©quence de rĂ©pĂ©tition de transition (Freq) ;
  • Le rapport cyclique du signal carrĂ© pilotant la transition (Dcycle; Duty Cycle) ;
  • La vitesse de variation de la fonction Ă©chelon (Slew; Slew Rate), c’est-Ă -dire la raideur du flanc montant ou descendant du signal carrĂ©.

Ici, on a choisi une frĂ©quence de transition de 10 kHz et un rapport cyclique de 50 %.  Un saut de courant de 1 A Ă  15 A reprĂ©sente une amplitude d’échelon (excursion) de : 15 A – 1 A = 14 A.  Par rapport Ă  la valeur nominale de 15 A, une excursion de 14 A reprĂ©sente un taux de variation de (14 A / 15 A ) x 100 = 93 % ≈ 90 %

En ce qui concerne le Slew Rate, celui-ci peut ĂȘtre choisi parmi 12 valeurs prĂ©programmĂ©es dans l’appareil.  Pour une valeur choisie, le temps de transition est dĂ©fini entre 10 % et 90 % de l’amplitude de l’échelon (1 A + 1,4 A et 1 A + 12,6 A).

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Fig. 16 : Illustration de la limitation de transition du temps de montĂ©e ; Slew Rate dĂ©fini entre 10 % et 90 % de l’excursion en courant.  Source : Hewlett Packard ; HP Models 6050A and 6051A Multiple Input Electronic Load Mainframes ; Operating Manual ; HP Part No 06050-90001 ; March 1989 ; USA.

Pour les tests, on a choisi un Slew Rate assez Ă©levĂ© (Slew Rate #10).  Le graphique ci-dessous permet d’obtenir le temps minimum de transition pour un taux de variation en courant de 90 % sur la courbe du Slew Rate #10.  La lecture du graphique donne une valeur de 50 ”s.

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Fig. 17 : Graphique des valeurs des temps de transition pour diffĂ©rentes valeurs de Slew Rate.  Source : Hewlett Packard ; HP Models 6050A and 6051A Multiple Input Electronic Load Mainframes ; Operating Manual ; HP Part No 06050-90001 ; March 1989 ; USA.

La valeur du Slew Rate est calculĂ©e par le rapport entre l’excursion en courant et le temps de transition : 14 A / 50 ”s = 280 A/ms.

Lorsque la fonction « Transient Â» est activĂ©e Ă  la charge active et donc lorsque l’on effectue des sauts de courant de 1 A Ă  15 A, la tension de sortie du booster est observĂ©e sur un oscilloscope numĂ©rique.

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Fig. 18 : Tension de sortie du booster lors de sauts de courants avec une frĂ©quence de rĂ©pĂ©tition de 10 kHz comme le montrent les deux barres verticales des deux curseurs de l’oscilloscope (100,0 ”s ; 10 kHz).  EntrĂ©e DC Ă  l’oscilloscope.  Photo : ON4IJ.

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Fig. 19 : La rĂ©ponse du booster Ă  un saut de courant est trĂšs stable et le coefficient d’amortissement de la rĂ©gulation est optimal avec un faible Overshoot qui intervient aprĂšs 6,8 ”s.  Photo : ON4IJ.

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Fig. 20 : La rĂ©gulation du booster est rapide ; le temps de recouvrement de tension est de 20,72 ”s.  Photo : ON4IJ.

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Fig. 21 : La valeur du pic de l’Overshoot est de 290 mV.  Photo : ON4IJ.

Conclusions :

Il est judicieux d’alimenter un transceiver mobile ou un rĂ©pĂ©teur radio par l’intermĂ©diaire d’un booster de tension lorsque l’on utilise une batterie 12 V qui est en dĂ©charge sans ĂȘtre rechargĂ©e par l’alternateur d’une voiture qui est Ă  l’arrĂȘt ou dans le cas d’un rĂ©pĂ©teur radio dont l’alimentation est secourue par une batterie 12 V.  En effet, cela permet de bĂ©nĂ©ficier de la pleine puissance du PA de la partie Ă©mettrice comme le constructeur l’a prĂ©vu sous une tension nominale de 13,8 V.

Il y a lieu d’effectuer quelques mesures sur un booster de tension avant de le valider pour une application avec du matĂ©riel de tĂ©lĂ©communication par radio.  Les signaux parasites Ă  la sortie du booster ne doivent pas perturber la sensibilitĂ© de rĂ©ception du transceiver ou du rĂ©pĂ©teur radio dans la bande de frĂ©quence utilisĂ©e.

Enfin, un booster de tension Ă©tant constituĂ© d’un systĂšme rĂ©gulĂ©, celui-ci doit ĂȘtre stable, rapide et prĂ©cis.

Cet article a Ă©tĂ© rĂ©digĂ© suite Ă  la validation d’un booster de tension pour une alimentation secourue des relais UHF ON0LGE Ă  Retinne en province de LiĂšge.
Je vous propose cet article dans sa version PDF que vous pouvez télécharger.
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Comme toujours bonne lecture et vos avis sont les bienvenus.

 par Jean-François Flamée | ON4IJ

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