Électronique appliquée aux hautes fréquences - 2e éd.

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Alliant résultats fondamentaux et applications concrètes, les auteurs ont réuni ici l'essentiel des connaissances en électronique appliquée aux hautes fréquences :
-· Définitions et règles de base en radiofréquence.
-· Modulations et démodulations analogiques et numériques.
-· Structure et synoptique des émetteurs et des récepteurs.
-· Description, limites et applications des composants passifs et actifs en radiofréquence.
-· Boucle à verrouillage de phase.
-· Adaptation d'impédance pour l'interconnexion des étages.
Cette 2e édition apporte des compléments sur la mesure du point d'intermodulation d'ordre 3, sur les ondes radio et la propagation des ondes, sur l'étalement de spectre, sur l'évolution des PLL et sur l'adaptation d'impédance très large bande.
Cet ouvrage de référence est l'outil de travail indispensable des ingénieurs et techniciens en électronique chargés notamment de l'étude, la conception, la mise en oeuvre ou la maintenance d'équipements de transmission, ainsi que des étudiants de l'enseignement supérieur.

Publié le : mercredi 11 juin 2008
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EAN13 : 9782100537488
Nombre de pages : 552
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CH A P I T R E 1 ÈGLESDEBASER ENHAUTEFRÉQUENCE
1.1 Introduction
Ce chapitre est consacré à la présentation des notions fondamentales utilisées pour la conception des systèmes de radiocommunications. Ces notions impor tantes doivent être correctement assimilées avant d’envisager la conception de systèmes performants. Les résultats essentiels constituent un aide-mémoire du concepteur. Les notions fondamentales permettront : – l’analyse d’un circuit ; – la conception des sous-ensembles et leur association ; lappréciationdesperformancesduncomposantfourn:iamplificateur, mélangeur ou tout autre circuit intégré accomplissant une fonction complexe. Ce chapitre est donc consacré aux : – notions de puissance exprimée en unités relatives : dBm ; – bruit, rapport signal sur bruit, facteur et température de bruit ; – point de compression à 1dB ; – distorsion d’intermodulation d’ordre 2 et 3 ; – bilan de liaison ; – propagation des ondes.
1.2 Puissance et dBm
En radiocommunication, l’amplitude des signaux est rarement exprimée en V ou mV. En outre, les impédances de charge et d’entrée sont identiques et égales à 50W.
2
ÉLECTRONIQUEAPPLIQUÉEAUXHAUTESFRÉQUENCES
On s’intéresse à la puissancePfournie à cette charge :
2 V P=------R
Vest la tension efficace présente aux bornes de la charge. Dans cette relation siVest exprimée en volt etRen ohm,Pest en watt. En radiocommunication, les puissances rencontrées sont comprises entre quel-ques pW – puissance à l’entrée d’un récepteur par exemple – et plusieurs dizaines de kW, en sortie d’un émetteur par exemple. Pour simplifier les calculs, on préfère manipuler la puissance en unité relative dBm ou dBW. Le terme dBm fait référence à une puissance de 1 mW. Une puissanceP(mW) exprimée en mW est convertie enP(dBm), puissance exprimée en dBm en utili-sant la relation : P(dBm)=10 logP(mW) ce qui donne les conversions présentées autableau 1.1.
Tableau 1.1
Puissance en dBm
+ 30
+ 20
+ 10
0
– 10
– 20
– 40
– 60
– 80
Puissance en mW
1000
100
10
1
0,1
0,01
0,0001
0,000001
0,00000001
Pour l’unité dBW on aurait la table de conversion dutableau 1.2.
2238
+ 127
+ 137
+ 87
+ 107
– 40
+ 67
Tension enmV
7079457
Tension en dBmV
Puissance en dBm
Dans certains cas la référence n’est plus une puissance mais une tension. On rencon-tre alors des tensions exprimées en dBmV. La référence est une tension de 1mV. V(dBmV)=20 logV(mV) ce qui donne la table de conversion dutableau 1.3. Tableau 1.3
0,000001
0,00000001
Puissance en mW
0,0001
22387
223872
2238721
– 100
– 60
0
0
+ 30
+ 20
22,4
223,8
2,2
1
0,00000000002
– 80
– 107
– 10
0
– 30
– 40
– 90
– 20
– 50
– 70
3
0,00001
0,00000000001
0,001
0,0001
0,0000001
0,000000001
+ 7
+ 27
+ 47
– 110
1
0,1
0,01
Tableau 1.2
CHAPITRE1 - RÈGLESDEBASEENHAUTEFRÉQUENCE
Puissance en dBW
Puissance en W
0,01
100
1000
1
– 20
0,0000000001
Ces tableaux montrent tout l’intérêt de travailler en unités relatives, elles évitent la manipulation de très grands ou très petits nombres. Les émetteurs et les récepteurs sont constitués par la mise en cascade de quadri-pôles de gainGI. Ces quadripôles peuvent être des amplificateurs, des filtres, des mélangeurs, etc.
4
1.3
ÉLECTRONIQUEAPPLIQUÉEAUXHAUTESFRÉQUENCES
Le calcul des gains globaux se résume à des suites d’additions ou soustractions en utilisant une des unités relatives. Le dB est l’unité la plus utilisée.
EXEMPLE Soit une chaîne constituée, de l’entrée vers la sortie, d’un filtre de perte d’insertion 3 dB, d’un amplificateur de 20 dB de gain, d’un second filtre de 6 dB de perte d’insertion et d’un second amplificateur de 27 dB de gain. Le gain globalGvaut alors :G=– 3+20 – 6+27=38 dB.
Le schéma synoptique de cette chaîne est représenté à lafigure 1.1.
Entrée
Filtre
G= –3 dB 1
Amplificateur
G= 20 dB 2
Filtre
G= –6 dB 3
G= –3 + 20 – 6 + 27 = 38 dB
Amplificateur
G= 27 dB 4
Figure 1.1 – Exemple de calcul du gain global d’une chaîne d’amplification-filtrage.
Bruit et facteur de bruit
Sortie
Tout système de communication est affecté par les bruits externes et internes qui limitent ses performances. Pour concevoir et prédire les performances d’un système de communication il est impératif de bien maîtriser toutes les notions de bruit et de facteur de bruit. Aux bornes d’une résistanceRà la températureT, il existe une tension de bruit de la valeur instantanéeV(t). 2 La fem de bruit est la racine du carré moyen de la tension soit :V, avec T 212 V= --V(t) dt T0 Le bruit thermique ayant une densité spectrale de puissance uniforme – br uit blanc – on a donc pour toute la gamme des fréquences la relation de Nyquist : V=k 4 T B R
CHAPITRE1 - RÈGLESDEBASEENHAUTEFRÉQUENCE
5
Vest la tension efficace de bruit en volt ; – 23 – 1 . . k représente la constante de Boltzmann : k=;J K 1,38 10 T;est la température exprimée en K Rest la résistance en ohm ; Best la bande de fréquence considérée exprimée en Hz. La puissance maximale de bruit qui est transférée à une charge vaut : 2 V N=------4R ou : N=kTB Cette relation, pour des raisons pratiques, est souvent présentée de la manière suivante : N[dBm]=– 174+10 logB – 23 – 1 . . k=;J K 1,38 10 T=17 °C ; T[K]=273+T[°C]. Ceci donne pour différentes valeurs de largeur de bandeB: B=1 HzN=– 174 dBm B=1 kHzN=– 144 dBm B=1 MHzN=– 114 dBm B=10 MHzN=– 104 dBm Dans le système de communication simplifié de lafigure 1.2,Nreprésente la puissance de bruit à l’entrée du récepteur que le signal utile reçu doit dominer. Le niveau est le niveau plancher de bruit. Si la puissance du signal reçuCest égale à la puissance de bruitN, le rapport porteuse sur bruit vaut 1. C/N=1
Signal audio S/B initial
Émetteur 100 MHz
f= 100 MHz
f= 100 MHz
C/N Rapport porteuse sur bruit
Récepteur 100 MHz
Signal audio S/B reçu
Figure 1.2 – Schéma simplifié d’une liaison audio à 100 MHz situant les rappor ts C/N et S/B.
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