Affectation des fréquencesOrdres de grandeur en radiofréquence
Bande de fréquence Puissance d’émission Sensibilité en réception
Contraintes de conception
L’adaptation d’impédance Le bruit Débit/sensibilité Les composants Les outils Les normes Bibliographie
Affectation des fréquences
Affectation des fréquences Ondes kilométriques
3-30 KHz Very low frequency
Ondes myriamétriques 30-300 KHz Low frequency
Utilisation Liaison sous marine longue distance Radio commerciale « grande onde »
Affectation des fréquences Ondes hectométriques
300-3000 KHz Utilisation
Liaison avec des navires de surface, aéronautique
Ondes décamétriques 3-30 MHz
Utilisation Radio dites « ondes courtes »
Affectation des fréquences Ondes métriques
30-300 MHz Very high frequency
Utilisation Radio FM, aéronautique etc…
Ondes décimétriques 300-3000 MHz Ultra high frequency
Utilisation Télévision, Téléphonie, LAN…
Affectation des fréquences Ondes centimétriques
3-30 GHz super high frequency
Utilisation LAN, liaison satellite, radar
Ondes milimétriques 30-300 GHz Extremly high frequency
Utilisation Liaison satellite-satellite, radar…
Affectation des fréquences En France, l’affectation des
fréquences gérée par l’A.R.T est disponible sur le site art-telecom.fr
Les modalités d’utilisations du spectre radioélectrique en Europe sont disponible sur le site ero.dk
Puissance d’émission
Puissance d’émission Référence :
0 dBm = 1 mW dissipé dans une charge de 50 ohms Puissance d’une télécommande d’ouverture de
porte de voiture : P< 1 mW
Puissance utilisable en France pour les réseaux LAN à 2,4 GHz ( WI-FI, Bluetooth ). maximum en intérieur = 10 mW = 10 dBm P maximum en extérieur = 5mW = 7 dBm
Puissance d’émission Puissance d’un téléphone portable
DECT P = 200 mW = 23 dBm
Puissance d’un téléphone cellulaire P= 2 W = 33 dBm
Puissance de l’émetteur de France Inter P= 2 MW = 93 dBm
Sensibilité
Sensibilité Télécommande de porte de voiture
-100 dBm = 100 fW GSM
-100 dBm = 100 fW Réseau LAN et WLAN
-90 dBm = 1 pW
Récepteur AM -113 dBm = 5 fW
Sensibilité Radiotélescope de Nançay
-250 dBm = 100 E-30 W !!!
Parasite rayonné par un ordinateur à sa fréquence d’horloge ( conforme au normes européennes). -58 dBm = 1,5 nW !!!
Adaptation d’impédance
Adaptation d’impédance Nécessité
Minimiser les pertes Minimiser la taille des composants Minimiser les déformations du signal
transmis Impossibilité de réaliser des
impédances élevées en haute fréquence
Adaptation d’impédance
Condition à tenir pour obtenir le transfert de puissance maximal: Rg = Rc
Adaptation d’impédance
Conditions à tenir pour obtenir le transfert de puissance maximal: Rg = Rc Xg =Xc*
Adaptation d’impédance Exemple de l’effet désastreux
d’une mauvaise adaptation d’impédance sur un récepteur à conversion directe.
F(Osc)=F(rf)
Adaptation d’impédance Caractéristiques du récepteur
Niveau de l’oscillateur local: 0 dBm Isolation du mélangeur: 50 dB Niveau du signal à l’antenne: -90 dBm SWR présenté par le LNA au mélangeur: 2 Gain du LNA : 15 dB
Résultat Puissance fournie par l’Osc réfléchit par la
sortie du LNA à comparer au signal utile de même fréquence: -60 dBm
Le bruit
Le bruit: rapport signal/bruit Le rapport signal /bruit
Dans un récepteur, la démodulation ne peut avoir lieu que si le bruit ajouté reste inférieur au signal utile plus une marge inhérente au type de démodulateur.
Il faut maximiser le rapport signal/bruit Augmenter la puissance à l’émission Augmenter la taille de l’antenne du récepteur Minimiser le bruit de l’émetteur et du récepteur
Le bruit: rapport signal/bruit Problèmes rencontrés
Normes limitant la puissance d’émission
Consommation Encombrement
Solution Minimiser les différents bruits
Le bruit: Définition Le bruit thermique:
Généré par le mouvement des électrons. Leur énergie cinétique est proportionnelle à la température.
Bruit à très large bande dont la densité spectrale est répartie équitablement sur l’ensemble du spectre ( la plupart du temps)
La puissance de bruit dépend de la largeur de bande avec laquelle on l’observe. Plus la bande passante est large, plus la puissance recueillie est grande
Le bruit: Définition Bruit thermique
Peut être modélisé comme un nombre infini de générateurs espacés de 1 Hz, couvrant toutes les fréquences et ayant une amplitude et une phase propre aléatoire
Le bruit: Définition Puissance de bruit
P=kTB P: puissance en W
k: constante de Boltzmann =1,38 E-23 J/°KB: largeur de bande du filtre équivalent HzT: température ambiante °k
ce qui donne pour une bande passante de 1 Hzp=4,002 E-21 W
pdBm=-174 dBm
Le bruit: Définition Bruit de grenaille
Dépend du courant de polarisation des transistors
Dans un oscillateur contrôlé en tension, ce bruit basse fréquence module la porteuse
Le bruit: Définition Facteur de bruit
Un composant est caractérisé, entre autres, par son facteur de bruit
Pour un composant actif, le bruit généré par celui-ci s’ajoute au bruit à l’entrée multiplié par le gain du composantNs=GNe+(F-1)GNe
Le bruit: Définition Le facteur de bruit du premier étage est
prépondérant. Ex: chaîne d’amplificateur
Dans cette équation, le facteur de bruit et le gain sont sous forme numérique
Débit & sensibilité
Débit & sensibilité Puissance de bruit délivrée à la
charge
Cette expression est plus communément utilisée en dB
Signal minimum détectable
Débit & sensibilité La plupart des récepteurs ont
besoin que le signal soit au dessus du bruit pour décoder l’information.
La sensibilité est donnée par:
C/N : rapport signal/bruit requis par le démodulateur pour un taux d’erreur spécifié
Débit & sensibilité Conclusion
Le plancher de bruit est directement proportionnel à la bande passante du système.
Il faut choisir un compromis entre la vitesse de transmission et la sensibilité
Les composants
Les composants Dès que la fréquence devient
suffisamment importante, aucun composant ne peut être considérer comme parfait.
Les composants La résistance
L inductance des connections C : capacité
Les composants L’inductance
R: résistance du conducteur C: capacité répartie entre chaque
spire de la self
Les composants Le condensateur
R: résistance de perte L: inductance des connections
Les composants Le routage du circuit imprimé influe
sur les performances des montages par différents paramètres: Impédance des lignes de transmission Perte Type de ligne: µstrip, coplanaire … Couplage parasite avec les composants.
Les outils
Les outils L’analyseur de spectre
Permet une analyse des signaux dans le domaine fréquentiel
Mesure de puissance Mesure de bande passante
Les outils Le générateur Haute Fréquence
Génération de porteuse Intègre des modulateurs permettant
de simuler un émetteur complet
Les outils L’analyseur de réseau vectoriel
Caractérisation de composants sur des paramètres tels que:
Impédance d’entrée et de sortie complexe
Gain Phase Mesure de temps de propagation
Les outils Analyseur de modulation
Permet de démoduler tous types de modulation après transposition en bande de base
Grand intérêt dans l’étude de modulation multisymboles
Les outils L’abaque de Smith
Les outils Les simulateurs « systèmes »
Permettent de simuler une chaîne transmission complète
Les simulateurs « composants » Permettent de simuler la conception d’un
montage électronique Ils utilises des modèles ( spice) et, plus
couramment, des fichiers de paramètres ( s ) obtenus par des mesures sur les composants donnant des résultats plus fiables en HF.
Les outils Les simulateurs « 2,5D »
Simulateur électromagnétique planaire permettant de simuler le fonctionnement d’un circuit imprimé.
Les simulateur « 3D » Simulateur électromagnétique permettant de
simuler des systèmes tridimentionnels tels que les guides d’onde.
Les simulateurs électromagnétiques utilisent les équations de Maxwell pour travailler.
Les normes
Les normes Les produits radiofréquences
doivent être réalisés et utilisés conformément à la directive R&TTE.
Ils doivent répondre généralement à 3 types de normes.
Les normes Les normes radioélectriques dépendent
de l’ETSI. Elles déterminent pour chaque type d’appareil: La manière de réaliser les mesures sur les
équipements en termes de: Puissance d’émission Calage en fréquence Largeur de modulation Etc
et fournissent les limites à respecter
Les normes Les normes de compatibilité
électromagnétique applicables dépendent aussi de l’ETSI.
Ces normes font appels aux normes fondamentales usuelles en CEM telles que: EN NF 55022 EN NF 61000-4-4 Etc
Les normes Les normes de sécurité, telle la
norme EN NF 60950, conforment à la directive européenne « Basse Tension »
Bibliographie François de Dieuleveult:
électronique appliquée aux hautes fréquences. Dunod
Paul F Combes: 1-Lignes, guides et cavité. Dunod 2- Circuits passifs, propagation, antennes,
Dunod Maurice Bellanger:
Traitement numérique du signal. Dunod Eduard Rivier:
Transmission numérique multimédia. Eyrolles