Affectation de fréquence

Affectation des fréquences
Ordres 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


Ondes myriamétriques


3-30 KHz Very low frequency
30-300 KHz Low frequency
Utilisation

Liaison sous marine longue distance

Radio commerciale « grande onde »
Affectation des fréquences

Ondes hectométriques


Utilisation


Liaison avec des navires de surface, aéronautique
Ondes décamétriques


300-3000 KHz
3-30 MHz
Utilisation

Radio dites « ondes courtes »
Affectation des fréquences

Ondes métriques


Utilisation


Radio FM, aéronautique etc…
Ondes décimétriques


30-300 MHz Very high frequency
300-3000 MHz Ultra high frequency
Utilisation

Télévision, Téléphonie, LAN…
Affectation des fréquences

Ondes centimétriques


Utilisation


LAN, liaison satellite, radar
Ondes milimétriques


3-30 GHz super high frequency
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 :


Puissance d’une télécommande
d’ouverture de porte de voiture :


0 dBm = 1 mW dissipé dans une charge de 50
ohms
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


Puissance d’un téléphone cellulaire


P = 200 mW = 23 dBm
P= 2 W = 33 dBm
Puissance de l’émetteur de France
Inter

P= 2 MW = 93 dBm
Sensibilité
Sensibilité

Télécommande de porte de voiture


GSM


-100 dBm = 100 fW
Réseau LAN et WLAN


-100 dBm = 100 fW
-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/°K
B: largeur de bande du filtre équivalent Hz
T: température ambiante °k

ce qui donne pour une bande passante de
1 Hz
p=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 celuici s’ajoute au bruit à l’entrée multiplié par le gain
du composant
Ns=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 »


Les simulateur « 3D »


Simulateur électromagnétique planaire permettant
de simuler le fonctionnement d’un circuit imprimé.
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:


Paul F Combes:



1-Lignes, guides et cavité. Dunod
2- Circuits passifs, propagation, antennes, Dunod
Maurice Bellanger:


électronique appliquée aux hautes fréquences.
Dunod
Traitement numérique du signal. Dunod
Eduard Rivier:

Transmission numérique multimédia. Eyrolles