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Affectation des fréquences Ordres de grandeur en radiofréquence Bande de fréquence Puissance démission Sensibilité en réception Contraintes de conception.

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Présentation au sujet: "Affectation des fréquences Ordres de grandeur en radiofréquence Bande de fréquence Puissance démission Sensibilité en réception Contraintes de conception."— Transcription de la présentation:

1 Affectation des fréquences Ordres de grandeur en radiofréquence Bande de fréquence Puissance démission Sensibilité en réception Contraintes de conception Ladaptation dimpédance Le bruit Débit/sensibilité Les composants Les outils Les normes Bibliographie

2 Affectation des fréquences

3 Ondes kilométriques 3-30 KHz Very low frequency Ondes myriamétriques KHz Low frequency Utilisation Liaison sous marine longue distance Radio commerciale « grande onde »

4 Affectation des fréquences Ondes hectométriques KHz Utilisation Liaison avec des navires de surface, aéronautique Ondes décamétriques 3-30 MHz Utilisation Radio dites « ondes courtes »

5 Affectation des fréquences Ondes métriques MHz Very high frequency Utilisation Radio FM, aéronautique etc… Ondes décimétriques MHz Ultra high frequency Utilisation Télévision, Téléphonie, LAN…

6 Affectation des fréquences Ondes centimétriques 3-30 GHz super high frequency Utilisation LAN, liaison satellite, radar Ondes milimétriques GHz Extremly high frequency Utilisation Liaison satellite-satellite, radar…

7 Affectation des fréquences En France, laffectation des fréquences gérée par lA.R.T est disponible sur le site art-telecom.frart-telecom.fr Les modalités dutilisations du spectre radioélectrique en Europe sont disponible sur le site ero.dkero.dk

8 Puissance démission

9 Référence : 0 dBm = 1 mW dissipé dans une charge de 50 ohms Puissance dune télécommande douverture 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

10 Puissance démission Puissance dun téléphone portable DECT P = 200 mW = 23 dBm Puissance dun téléphone cellulaire P= 2 W = 33 dBm Puissance de lémetteur de France Inter P= 2 MW = 93 dBm

11 Sensibilité

12 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

13 Sensibilité Radiotélescope de Nançay -250 dBm = 100 E -30 W !!! Parasite rayonné par un ordinateur à sa fréquence dhorloge ( conforme au normes européennes). -58 dBm = 1,5 nW !!!

14 Adaptation dimpédance

15 Nécessité Minimiser les pertes Minimiser la taille des composants Minimiser les déformations du signal transmis Impossibilité de réaliser des impédances élevées en haute fréquence

16 Adaptation dimpédance Condition à tenir pour obtenir le transfert de puissance maximal: Rg = Rc

17 Adaptation dimpédance Conditions à tenir pour obtenir le transfert de puissance maximal: Rg = Rc Xg =Xc *

18 Adaptation dimpédance Exemple de leffet désastreux dune mauvaise adaptation dimpédance sur un récepteur à conversion directe. F(Osc)=F(rf)

19 Adaptation dimpédance Caractéristiques du récepteur Niveau de loscillateur local: 0 dBm Isolation du mélangeur: 50 dB Niveau du signal à lantenne: -90 dBm SWR présenté par le LNA au mélangeur: 2 Gain du LNA : 15 dB Résultat Puissance fournie par lOsc réfléchit par la sortie du LNA à comparer au signal utile de même fréquence: -60 dBm

20 Le bruit

21 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 lémission Augmenter la taille de lantenne du récepteur Minimiser le bruit de lémetteur et du récepteur

22 Le bruit: rapport signal/bruit Problèmes rencontrés Normes limitant la puissance démission Consommation Encombrement Solution Minimiser les différents bruits

23 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 lensemble du spectre ( la plupart du temps) La puissance de bruit dépend de la largeur de bande avec laquelle on lobserve. Plus la bande passante est large, plus la puissance recueillie est grande

24 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

25 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 p dBm =-174 dBm

26 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

27 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 sajoute au bruit à lentrée multiplié par le gain du composant Ns=GNe+(F-1)GNe

28 Le bruit: Définition Le facteur de bruit du premier étage est prépondérant. Ex: chaîne damplificateur Dans cette équation, le facteur de bruit et le gain sont sous forme numérique

29 Débit & sensibilité

30 Puissance de bruit délivrée à la charge Cette expression est plus communément utilisée en dB Signal minimum détectable

31 Débit & sensibilité La plupart des récepteurs ont besoin que le signal soit au dessus du bruit pour décoder linformation. La sensibilité est donnée par: C/N : rapport signal/bruit requis par le démodulateur pour un taux derreur spécifié

32 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

33 Les composants

34 Dès que la fréquence devient suffisamment importante, aucun composant ne peut être considérer comme parfait.

35 Les composants La résistance L inductance des connections C : capacité

36 Les composants Linductance R: résistance du conducteur C: capacité répartie entre chaque spire de la self

37 Les composants Le condensateur R: résistance de perte L: inductance des connections

38 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.

39 Les outils

40 Lanalyseur de spectre Permet une analyse des signaux dans le domaine fréquentiel Mesure de puissance Mesure de bande passante

41 Les outils Le générateur Haute Fréquence Génération de porteuse Intègre des modulateurs permettant de simuler un émetteur complet

42 Les outils Lanalyseur de réseau vectoriel Caractérisation de composants sur des paramètres tels que: Impédance dentrée et de sortie complexe Gain Phase Mesure de temps de propagation

43 Les outils Analyseur de modulation Permet de démoduler tous types de modulation après transposition en bande de base Grand intérêt dans létude de modulation multisymboles

44 Les outils Labaque de Smith

45 Les outils Les simulateurs « systèmes » Permettent de simuler une chaîne transmission complète Les simulateurs « composants » Permettent de simuler la conception dun 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.

46 Les outils Les simulateurs « 2,5D » Simulateur électromagnétique planaire permettant de simuler le fonctionnement dun circuit imprimé. Les simulateur « 3D » Simulateur électromagnétique permettant de simuler des systèmes tridimentionnels tels que les guides donde. Les simulateurs électromagnétiques utilisent les équations de Maxwell pour travailler.

47 Les normes

48 Les produits radiofréquences doivent être réalisés et utilisés conformément à la directive R&TTE. Ils doivent répondre généralement à 3 types de normes.

49 Les normes Les normes radioélectriques dépendent de lETSI. Elles déterminent pour chaque type dappareil:ETSI La manière de réaliser les mesures sur les équipements en termes de: Puissance démission Calage en fréquence Largeur de modulation Etc et fournissent les limites à respecter

50 Les normes Les normes de compatibilité électromagnétique applicables dépendent aussi de lETSI. Ces normes font appels aux normes fondamentales usuelles en CEM telles que: EN NF EN NF Etc

51 Les normes Les normes de sécurité, telle la norme EN NF 60950, conforment à la directive européenne « Basse Tension »

52 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


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