Suite à l’installation du dipôle filaire pour la bande des 80m, j’ai acquis pour une poignée d’euros la célèbre boite d’accord ATU-100 conçue par N7DDC, sous forme de kit, chez AliExpress. Pour 39.73€ à la date de la commande (achetée ici), la carte électronique a ses composants CMS pré-câblés, le microcontrôleur pré-programmé, et est accompagnée des composants traversants ainsi que des boutons poussoirs, de la connectique, de l’afficheur OLED, des tores, des fils émaillés pour confectionner les inductances, et enfin du boîtier alu avec les faces avant/arrière en époxy peint en noir. Tout n’est pas rose pour autant, car les vendeurs sont à l’affut du moindre centime à gagner! En effectuant quelques mesures sur une charge 50 Ohms, on se rend compte que le pont de mesure VSWR a une bande passante très faible, ce qui est plus que pénalisant puisque le bon fonctionnement de cette boite d’accord dépend uniquement de la mesure de ROS effectuée en interne. Avec de mauvais relevés, l’algorithme de commutation des inductances et capacités peut aller jusqu’à aggraver l’accord d’impédance! 11/08/2021: Diodes BAT41 reçues en 2 jours, câblées et validées dans la foulée. J’ai mis à jour ce billet afin d’intégrer les infos supplémentaires suite aux relevés et essais.

Mesures

Selon le modèle de boite d’accord acheté, il est possible que le bouton Bypass ne soit pas présent. Il faut donc câbler temporairement un bouton poussoir relié à la masse de la carte et à la traversée non vernie notée B2 sur la sérigraphie:


Si le bouton Auto est lui aussi absent, il faudra désactiver ce mode en mettant l’octet 2 de l’EEPROM du microcontrôleur à 0 (surligné en bleu ci-dessous):


Il est nécessaire de disposer d’un outil de programmation type PicKit3 pour effectuer cette opération, ainsi que du logiciel PicKit 3 Programmer téléchargeable en cliquant ici.

Le PicKit3 se connecte directement à la place de l’afficheur OLED sur le connecteur de la carte mère de la boite d’accord, avec la flèche indiquant la broche 1 du PicKit 3 sur la broche notée MCLR. La 6ème broche du PicKit3 reste en l’air, ce qui est normal.





Une fois le connexion entre le PicKit 3 et la carte mère de l’ATU-100 réalisée, il suffit d’ouvrir le logiciel PicKit 3 Programmer, qui va permettre au PicKit 3 d’alimenter électriquement le microcontrôleur et de détecter la référence de celui-ci.


Cliquer sur le bouton Read pour lire le contenu de la mémoire et de l’EEPROM du microcontrôleur, modifier l’octet indiqué plus haut, et cliquer enfin sur Write pour mettre à jour la donnée dans le microcontrôleur.



Déconnecter enfin le PicKit 3, reconnecter l’écran OLED et l’ATU-100 entre la charge 50 Ohms et le poste radio. L’ATU-100 peut alors être remis sous tension afin de réaliser les relevés.

Une fois que l’ATU-100 affiche les informations de mesure, appuyer brièvement sur le bouton Bypass afin d’activer ce mode, indiqué par une barre horizontale à la droite de la première ligne, représentée en rouge ci-dessous:


J’obtiens les valeurs suivantes avec ma boîte d’accord (cliquer sur l’image pour l’agrandir):

Fichier source

On constate à l’issue des mesures une bande passante exécrable du ROS mètre intégré. La courbe jaune, représentant la puissance mesurée, donne des valeurs de plus en plus faibles au fur et à mesure que la fréquence augmente, alors que celle du poste était stable à 10W pendant toute la durée des mesures. Le ROS mesuré augmente avec la fréquence, alors que la charge a un ROS inférieur à 1.1:1 bien au delà de 30MHz.

Cette boite d’accord étant largement utilisée, il serait surprenant que cette erreur soit due à un défaut de conception. Il y a donc soit une erreur lors du câblage des composants traversants, soit une erreur dans la confection du coupleur, soit un composant défaillant ou hors spécifications.
M’étant appuyé sur les photos fournies sur ce site Internet (copie locale disponible ici), j’étais plus que confiant concernant la réalisation des inductances et du transformateur. Puisqu’il s’agit visiblement d’un défaut de bande passante et non d’une défaillance générale, je me suis intéressé aux composants pré-câblés, en commençant par les diodes de détection D1 et D2, et là… c’est le drame!
Le schéma disponible ici indique l’utilisation du modèle BAT41 ou 1N5711, alors que le marquage des diodes pré-câblées ne correspond à aucun de ceux-ci:

Le doute est confirmé après la lecture de ce message: https://github.com/Dfinitski/N7DDC-ATU-100-mini-and-extended-boards/issues/24.
Faute de BAT41 dans mes tiroirs, je câble des BAT42 et je conserve la puissance d’émission de 10W utilisée lors des relevés:


J’ai finalement reçu les BAT41 en un temps record, avec un marquage un peu plus en accord avec les indications de la doc constructeur!


Pour rappel, comme on le voit dans les relevés, l’ATU-100 m’indiquait un ROS de 2.01:1 sur 30MHz, et une puissance directe de 6.3W.

Après remplacement des diodes, le relevé devient nettement plus exploitable (cliquer sur l’image pour l’agrandir):


On lit maintenant un ROS de 1.03:1 et une puissance de 9.5W!
Voilà comment rendre un appareil totalement inutilisable, pour des économies de bout de chandelle!

Il ne me reste plus qu’à profiter de la disponibilité des diodes BAT41 en boîtier CMS chez le distributeur RS Particuliers, ce qui est inespéré en période de pénurie mondiale de composants, et je vais me contenter de puissances relativement faibles pour ne pas griller les BAT42 en attendant de recevoir les composants.
La plage d’accueil de ces diodes possède une double empreinte, qui autorise un câblage de deux types de boîtiers CMS différents: ZFILM et JFILM.


En plus d’accorder mon antenne sur l’intégralité du 80m, la boîte d’accord arrive maintenant à rattraper l’impédance sur le 17m et la partie haute (FM) du 10m. La puissance rayonnée ne doit pas être folle, il faudra faire quelques essais afin de voir si cela a un intérêt.

Analyse du problème

Afin de comprendre ce qui pose problème avec la diode montée d’origine, dont le marquage est « B66 », j’ai refait sur une plaque à trous le montage de détection fourni dans le schéma de l’ATU-100 encadré en rouge ci-dessous:

Ma source RF pour ces mesures est la générateur de suivi de l’analyseur de spectre DSA815-TG, réglé à -10dBm.
Les niveaux mesurés en direct sont assez constants sur les deux bandes de fréquences:





Pour les mesures, je relie la sortie du générateur sur l’anode de la diode.
L’appareil de mesure est un oscilloscope TDS2014B, connecté sur la sortie du filtre RC (68k/10n).




En visualisant les courbes issues des relevés, on comprend rapidement pourquoi les mesures deviennent de plus en plus farfelues avec la diode d’origine, au fur et à mesure que la fréquence augmente:

Fichier source

La courbe bleu est la tension mesurée en sortie du montage, et sa valeur varie énormément en fonction de la fréquence, ce qui fausse toutes les mesures.
La courbe orange ne varie que très peu et permet d’assurer une lecture assez fiable des mesures de puissance et de ROS jusqu’à 52MHz.
La courbe jaune est aussi linéaire et stable que l’orange, mais avec un seuil étrangement plus bas… En recâblant une BAT42 sur mon montage de test, j’obtiens aussi des valeurs légèrement différentes du relevé de la courbe orange. L’amplitude du signal injecté avec le générateur serait-elle finalement trop faible? Quoi qu’il en soit, j’obtiens une mesure de ROS et de puissance directe correcte sur toute la bande décamétrique avec les BAT41, et jusqu’à 100W en sortie du poste.

Photos de l’assemblage

À toutes fins utiles, voici quelques photos du kit monté.
Pour info, les plaques époxy noires étamées qui servent de face avant et arrière ont toutes leurs parties métalliques isolées entre elles, et par rapport aux trous de passage des vis de fixation. Il n’y a donc aucune conduction électrique avec le boîtier! Il vous appartient de relier la masse des connecteurs coaxiaux à la masse de la carte. Un collègue qui a acheté la boîte d’accord entièrement assemblée a eu la mauvaise surprise d’avoir de simples fils reliant l’âme des connecteurs coaxiaux à la carte électronique, sans reprise de masse!
Il n’y a aucune garantie sur ce type d’appareils achetés chez AliExpress et compagnie. Soyez curieux, n’hésitez pas à ouvrir les boîtiers pour voir ce qu’il se passe à l’intérieur 😉

Liaison 50 Ohm entre le PCB et la connectique coaxiale:

Cette liaison est réalisée avec de petits morceaux de RG58. Côté PCB, j’ai séparé la tresse en 4 groupe de brins répartis uniformément autour de l’âme: 4 x 90°. Chaque groupe passe dans un trou de masse, et l’âme dans le trou central. Côté connectique, j’utilise deux petites cosses à œil maintenues avec les vis de fixation du connecteur. L’autre côté de la cosse est replié presque à 90° pour souder la tresse de masse dessus. Le RG58 est rigide et a du mal à suivre la forte courbure, mais si on ne passe pas son temps à jouer avec ça devrait tenir. J’ai hésité à utiliser du RG174, beaucoup plus fin et flexible, de peur qu’il ne tienne pas les 100W max en sortie du poste, et admissibles (théoriquement) par la boîte d’accord.
On distingue une self de choc type VK200 sur l’alimentation, au cas où il y aurait un peu de HF dans les parages. L’inductance L1 (0.05µH) n’a pas apprécié les manipulations lors de la prise de photos, je l’ai remise en état juste après 😉

Mise à jour

Les fichiers source et binaires compilés sont disponibles sur le Github du créateur de cette boîte d’accord: https://github.com/Dfinitski/N7DDC-ATU-100-mini-and-extended-boards