En radioamateur, on considère souvent le mesureur de tension de puissance (PSV) comme allant de soi. On le branche entre le TCVR et l'antenne, on appuie sur PTT, on vérifie la PSV et le tour est joué. Mais quiconque a déjà comparé un wattmètre à diodes bon marché avec un coupleur directionnel de qualité sait que la réalité est plus complexe. La non-linéarité des diodes de détection, le comportement différent à faible puissance, le bruit à l'entrée du CAN et la précision limitée des ponts analogiques peuvent transformer une mesure simple en un compromis acceptable.
Projet Métro Arduino PSV par DG7EAO Ce qui est intéressant, c'est précisément que cela résout certains de ces problèmes logiciels. Ce n'est pas simplement un « Arduino avec LCD“, ale praktický prístup, kde mikrokontrolér kompenzuje fyzikálne nedokonalosti analógovej časti. V kombinácii s vhodným PSV snímačom ide o použiteľný nástroj pre QRP aj bežný hamshack.
Dans cet article, vous lirez
Pourquoi une table d'étalonnage est plus judicieuse qu'une simple formule
Le principal avantage pratique de ce concept réside dans l'utilisation d'une table d'étalonnage au lieu d'une conversion linéaire ADC → puissance naïve.
Le problème classique d'un détecteur à diode est bien connu : la diode de redressement ne présente pas une caractéristique de transfert linéaire. Aux faibles niveaux de signal, l'erreur est significative car la tension de seuil de la diode fait que de faibles différences de tension n'entraînent pas une variation proportionnelle du signal de sortie. Si l'on utilisait une simple conversion linéaire du type :
W = k × ADC
Le résultat serait pratiquement inutilisable à faibles niveaux de puissance.
Le programme DG7EAO utilise quant à lui une table d'étalonnage segmentée avec interpolation linéaire entre les points. Principe typique :
- Valeur ADC 57 ≈ 1 W
- Valeur ADC 87 ≈ 2 W
- Valeur ADC 111 ≈ 3 W
Si l'on mesure une valeur entre ces points, le micrologiciel calcule la puissance par interpolation. Cela crée une approximation linéaire par morceaux de la caractéristique non linéaire réelle.
Le résultat ?
- Précision nettement supérieure pour les performances QRP,
- un comportement plus judicieux avec une faible énergie réfléchie,
- Option d'étalonnage pour un coupleur directionnel spécifique.
C’est précisément la différence entre un « gadget Arduino » et un instrument de mesure.
Matériel utilisé pour le compteur PSV
Ce projet est volontairement simple au niveau matériel, ce qui constitue son atout. Il repose sur une carte Arduino classique équipée d'un convertisseur analogique-numérique AVR, tandis que le firmware utilise une référence analogique interne plutôt que la tension d'alimentation. Ce choix est judicieux, car une alimentation USB ou instable pourrait sinon engendrer des erreurs supplémentaires.
Blocs matériels
| Bloc | Fonction |
|---|---|
| Arduino (classe ATmega328P) | Traitement ADC, calculs, logique d'affichage |
| Écran LCD 16×2 | Affichage local du PSV, de la puissance et du bargraphe |
| A0 | Puissance avant |
| A1 | Puissance réfléchie |
| Entrée numérique (commutateur de mode) | Changement d'écran |
| Capteur PSV | Coupleur directionnel / pont tandem |
L'écran LCD est connecté en parallèle via la bibliothèque LiquidCrystal. De nos jours, un écran LCD I2C serait plus élégant, mais pour une application simple, cette solution est robuste.
Ce que fait le programme
Le firmware ne se contente pas d'afficher les valeurs de l'ADC. Le processus de mesure se déroule en plusieurs étapes :
1. Lecture anticipée et pouvoir réfléchi
Arduino interprète A0 et A1 comme les canaux direct et réfléchi. Les valeurs ne sont pas utilisées immédiatement ; le firmware conserve la valeur maximale parmi plusieurs lectures.
Ceci est particulièrement important en BLU, où l'enveloppe du signal n'est pas constante comme en FM.
2. Filtrage du bruit logiciel
Le code intègre une protection simple contre le bruit aléatoire. Si plusieurs échantillons consécutifs sont inférieurs à un seuil défini, la valeur maximale est réinitialisée. Cela empêche la valeur de crête précédente de se figer.
C'est plus rudimentaire qu'une moyenne mobile ou un filtre DSP, mais c'est parfaitement adapté à un ampli-tuner AV.
3. Conversion ADC en watts
Vient ensuite la table de consultation avec interpolation. C'est là que réside la principale valeur ajoutée du projet.
4. Calcul du PSV
Après avoir obtenu la puissance directe et la puissance réfléchie, le firmware calcule la relation classique :
PSV = ( 1 + √(Pr/Pf)) / ( 1 - √(Pr/Pf))
qui est un calcul physiquement correct dérivé du coefficient de réflexion.
Protection logicielle contre le bruit et les fausses alertes de sécurité.
Un détail intéressant est la suppression des valeurs dénuées de sens de la puissance réfléchie.
Si la puissance réfléchie est inférieure à environ 1 % de la puissance directe, le firmware ne la considère pas comme pertinente et la remplace par la valeur minimale.
Pourquoi est-ce important ?
Sans cette protection, le bruit de l'ADC ou le décalage du détecteur à diode généreraient une PSV inutilement élevée avec une antenne bien adaptée.
Exemple typique :
- Attaquant : 50 W
- Réfléchie par le bruit : 0,15 W
Formellement, cela ressemble à un véritable reflet, mais en réalité, il s'agit d'un artefact de mesure.
Ce fusible logiciel rend la mesure plus stable.
Modes d'affichage
Le firmware prend en charge deux modes.
Mode compteur classique
Affichages :
- PSV numériquement,
- Graphique à barres PSV,
- puissance directe (Wf),
- puissance réfléchie (Wr).
C'est pratique pour régler une antenne, un filtre passe-bas ou un tuner.
Mode bargraphe
Le second mode fonctionne comme un simple wattmètre double :
- rangée du haut = puissance vers l'avant,
- En résumé = puissance réfléchie.
Pour des vérifications rapides en cours de fonctionnement, c'est plus clair qu'un affichage numérique.
Quel capteur PSV utiliser ?
La carte Arduino ne constitue qu'un module de traitement numérique. La précision est déterminée par le coupleur directionnel.
Pont tandem
L'adaptation tandem est un excellent choix pour les wattmètres. Elle offre une bonne directivité et un comportement constant sur une large plage de puissance. C'est précisément avec les wattmètres simples que l'erreur de non-linéarité de la diode se manifeste à basse puissance ; une meilleure conception de l'adaptation directionnelle permet de la limiter. Le document OK1AYY vous aidera également à choisir le raccordement approprié pour le wattmètre PSV. Conception amateur de TOS-mètres/POS-mètres indépendants de la fréquence pour les tensions de 100 kV ou Pont d'adaptation tandem ROS 1,8 – 50 MHz 1 kW
Avantages :
- bonne linéarité,
- précision acceptable,
- vhodné pre KV contest également courant DX traffic.
Coupleur directionnel LA8AK
LA8AK Cette solution est prisée des radioamateurs, notamment pour sa simplicité de mise en œuvre et sa reproductibilité. Associée à un étalonnage numérique, elle peut s'avérer très utile.
Il est important que le capteur soit mécaniquement stable.
Améliorations possibles
connectivité PC
L'extension la plus logique est la sortie série USB.
Arduino pourrait diffuser en continu :
- performance future,
- puissance réfléchie,
- PSV,
- horodatage.
Cela permettra l'enregistrement ou la surveillance à long terme du comportement de l'antenne.
application GUI
Une interface graphique de bureau simple pourrait afficher :
- graphique de performance en temps réel,
- Tendance PSV,
- alarme en cas de dépassement de la limite,
- export CSV ou ADIF-like log meraní.
Calibrage de l'EEPROM
Au lieu d'un tableau codé en dur, il serait plus élégant de stocker les points d'étalonnage dans une EEPROM. Cela permettrait d'ajuster précisément l'appareil pour un coupleur spécifique sans avoir à recompiler le firmware.
écran plus moderne
Un écran OLED ou LCD graphique permettrait l'émulation d'aiguilles, l'affichage d'histogrammes ou la mémorisation des valeurs maximales.
Conclusion
Le compteur PSV Arduino de DG7EAO est un bon exemple de la façon dont un firmware judicieux améliore une conception analogique classique de radio amateur.
Ce n'est pas un wattmètre Bird de laboratoire, mais ce n'est pas un jouet non plus. En utilisant un capteur directionnel de qualité, en adaptant la table d'étalonnage à votre matériel et en affinant la référence du CAN, vous obtiendrez un outil étonnamment performant pour les communications QRP et HF classiques.
Pour un radioamateur qui aime combiner la technologie RF avec des microcontrôleurs, c'est un projet très naturel : un peu d'analogique, un peu de traitement numérique du signal, et un résultat qui sera réellement utile dans une station radioamateur.
Je l'ai conçu il y a des années. Le capteur HF provient d'une conception différente. Il a été endommagé par une surtension. J'ai apporté plusieurs modifications au programme ; par exemple, j'ai ajouté deux tables d'étalonnage (pour les bandes HF et 144 MHz) et une méthode légèrement différente pour l'affichage et le calcul des moyennes. Le principal avantage réside dans la possibilité d'utiliser la table d'étalonnage, ce qui améliore la précision des mesures.