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TOS-ROS meter

Introduction


Here we are...You've seen on my pages some antennas ones. But before having more antennas, I gonna expose there ONE of the most important parameters of antennas : the ROS or the TOS (it is actually the same thing). But before, never forget that TOS is just ONE of the important parameters, and the realisation of an antenna is always a between and ROS.


Because we need ROS-meters but we got no time I give there two parts, theory and realization.


Theory


La première chose qui doit nous revenir à l'esprit est la notion d'impédance caracteristique. En résumé, toute ligne ou tout conducteur électrique de dimension non négligeable devant la longueur d'onde présente une impédance vis-à-vis d'un circuit qui lui est connecté. Cette impédance caractéristique vient de l'apect résistif, inductif et capacitif que présente localement la ligne. Sans s'attarder plus, on rappelera qu'on la note généralement Zc et que sa valeur normalisée vaut en VHF/UHF radioamateur 50Ohm et est purement résistive (donc Réelle).


Malheureusement, régulièrement, nous n'arrivons pas à créer une antenne d'impédance 50Ohm. Il y a alors non "matching" ou non accord entre la ligne et l'antenne ce qui crée une reflexion de l'onde incidente. Il apparaît alors dans la ligne des ondes stationnaires qui consommente l'énergie (puisqu'elle est stationnaire et non rayonnée). Notons Z l'impédance de l'antenne (y compris éventuellement sa ligne d'alimentation - voir ci-après).


Notons, par rapport à la remarque précédente que si le calcul ou la mesure du ROS est faite avec l'antenne uniquement, et que l'on utilise en pratique un cable pour l'alimenter, il faudra concevoir le cable de facon à ce qu'il ne change pas l'adaptation d'impédance. Pour cela, on prendra le plus souvent du cable d'impédance caracteristique Zc, avec une longueur multiple de L/2 environ, ou L est la longueur d'onde. Néanmoins, on pourra prendre d'autres valeurs d'impédance pour le cable et donc d'autres longueurs.


On donne alors une première valeur, le coefficient de réflexion : G=(z-1)/(z+1) avec z=Z/Zc impédance réduite. (Lire G=gamma...mais c'est difficile à écrire sur une page web...).


Le ROS se définit alors par ROS=(1+|G|)/(1-|G[) (où |G| représente la norme de G, Z et donc z pouvant être complexes).


On remarque alors IMMEDIATEMENT que si Z=Zc, ROS=1 et si Zc est imaginaire pure (donc purement capacitive ou inductive) ROS=infini. En particulier, on a TOUJOURS ROS>1.


Le TOS se déduit du ROS par la formule : TOS=(ROS-1)/(ROS+1) allant de 0 a 1 (il s'agit d'un TAUX donc d'un pourcentage).


N'oubliez jamais que :


1/ Si toute la puissance est dissipée par perte dans le cable, et n'arrive pas à l'antenne vous ne pouvez donc pas avoir d'onde reflechie et donc vous avez realisé votre rêve : un ROS de 1 ou un TOS de 0...mais bon, en fait vous ne rayonnez rien donc vous pouvez couper votre poste et retourner vous coucher (message subliminal...ça doit être l'heure qui me fait dire ça!). Plus sérieusement dans les phases de réglage d'antennes, n'oubliez jamais de vérifier que vous avez un bon rayonnement. Puis par un grand principe de la theorie des ondes, appelé principe de retour inverse des ondes électromagnétiques, vous êtes sur que votre antenne présentera de bonnes caractéristiques en réception.


2/ Le TOS-ROS dépend non seulement de votre antenne, de sa ligne d'alimentation mais aussi du milieu dans lequelle elle est installée. Si vous montez une directive en 430Mc à 10cm de la terrasse d'un batiment ayant une structure metallique, cela risque fort de marcher moins bien que si vous la montez à 15 mètres...


Afin de mieux comprendre la partie pratique qui suit, et pour finir, faisons un peu de physique. Le TOS est le taux d'ondes stationnaires. Cest donc TOS=onde réfléchie/onde transmise, et l'on parle ici en tension ou en intensité (c'est à dire en champs E ou B). On sait alors que ROS=(TOS+1)/(TOS-1). Alors TOS=Ir/Imet donc ROS=(1+Ir/Im)/(1-Ir/Im).


Réalisation pratique


Note de mise à jour : les dessins exposé par la suite pour démontrer l'exposé précédent viennent du site de F5JTZ.


En pratique, pour mesurer le TOS ou le ROS sans trop introduire de perte ou de parasite, nous allons donc créer une ligne d'impédance 50Ohm. En parallèle à cette ligne, nous allons mettre des lignes couplées dans lesquelles pourront naître des courants induits. À l'aide de diodes, nous selectionnerons le courant induit par l'onde aller et le courant induit par l'onde retour. Alors, nous n'aurons plus qu'à mesurer ce courant et à effectuer le rapport.


Le schéma "électrique" est alors le suivant :



La valeur des resistances est importante, choisissez les de 50Ohm a 1% en 1/4W.


Le layout est le suivant :



Attention, il n'est valable que pour une réalisation adaptée en 50Ohm. Dans le cas contraire, vous devez créer votre propre layout en fonction de ce qui est dit dans la partie théorique (vous l'avez lu, non?). Pour reccupérer le layout clickez droit et selectionnez "enregistrer l'image".


La seule partie qui mérite explication est la partie de mesure :


Vous pouvez soit realiser le schéma tel quel, auquel cas, il vous suffit de choisir la position "Directe" de régler le potentiomètre pour avoir le maximum de déviation et de passer en position "Réflechie". D'après ce qui est marqué dans la partie théorique (vous voyez qu'il fallait la lire, hein!!) si vous possédez un galvanomètre d'ampérage maximum Im, et que vous lisez Ir, la valeur du ROS est : ROS=(1+Ir/Im)/(1-Ir/Im).


Une autre option consite à remplacer cette lecture manuelle par un double Watt-Mètre. Alors, vous aurez la puissance émise (sur la lecture directe) et le ROS sur l'intersection des deux aiguilles (principe de nombreuses réalisations commerciales).


Enfin, vous pouvez utiliser deux Watt-Mètres numériques et faire le traitement soit par un ordinateur, soit par un micro-contrôleur (cf partie Electronique/PIC)...Ceci est dans l'air du temps, et je trouve ça joli...


Creation date : 11/01/2005 @ 23:45
Last update : 02/06/2008 @ 23:19
Category : Ham radio
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