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 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 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 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 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 GSM Réseau LAN et WLAN -100 dBm = 100 fW GSM 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/°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 celui-ci 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 » Les simulateurs « composants » 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. 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: Paul F Combes: 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