Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente les principes, les méthodes et les moyens de mesure des quatre principales grandeurs utilisées dans le domaine des radiofréquences et des micro-ondes. Ces grandeurs sont la tension, la puissance, le bruit et l’impédance. Cet article décrit les différents appareils de mesure utilisés pour mesurer ces grandeurs et présente leur domaine d’application. Il donne les performances et les incertitudes de mesure, et aborde les techniques de mesure associées à ces différents appareils.
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This article presents the principles, methods and means for measuring the four most important quantities used in the field of radiofrequencies and microwaves. These quantities are voltage, power, noise and impedance. This article describes the different measuring devices used for measuring these quantities and presents their field of application. It provides the performance and measurement accuracy, and discusses the measurement techniques associated with these devices.
Auteur(s)
-
Djamel ALLAL : Docteur de l’université Lille I - Ingénieur au Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE)
INTRODUCTION
Dans cet article, nous détaillons les principes, les méthodes et les moyens de mesure des quatre principales grandeurs utilisées dans le domaine des radiofréquences et micro-ondes (entre 100 kHz et 100 GHz). Ces grandeurs sont la tension, la puissance, le bruit et l’impédance. L’objectif de cet article est de décrire les différents appareils de mesure utilisés en radiofréquences, de présenter leur domaine d’application, de donner les performances et les incertitudes de mesure, et d’aborder les techniques de mesure associées à ces différents appareils.
Dans le premier paragraphe, relatif à la mesure de la tension, nous présentons les différents types de voltmètres tels que le voltmètre alternatif large bande, le voltmètre à échantillonnage et le millivoltmètre RF. L’oscilloscope en tant que mesureur de tension est également présenté. En radiofréquences (fréquences supérieures à 100 kHz), la mesure des tensions pose quelques problèmes particuliers : d’une part, l’amplitude de la tension varie périodiquement le long d’une ligne désadaptée et la mesure de la tension n’a de sens que si l’on précise dans quel plan elle est effectuée ; d’autre part, la notion de puissance devient prépondérante vis-à-vis de celle de tension quand la fréquence augmente.
Dans le deuxième paragraphe relatif à la mesure de puissance, nous traitons en détail les trois types de détecteurs les plus couramment rencontrés, à savoir les détecteurs à bolomètre, les détecteurs à thermocouple et les détecteurs à diode, tous généralement utilisés dans le cas de faibles puissances (jusqu'à 1 W environ). Dans un second temps nous présentons d’autres types de mesureurs de puissance et notamment pour le cas des fortes puissances. Pour des fréquences inférieures à quelques centaines de kilohertz, la puissance est communément calculée à partir de mesures de tensions, à condition toutefois de connaître précisément l’impédance de la charge (impédance de charge de 50 Ω ou 75 Ω par exemple). À l’inverse, lorsque la fréquence est supérieure à quelques dizaines de mégahertz, il est plus facile de mesurer directement la puissance et d’en déduire par calcul la tension et le courant.
Dans le troisième paragraphe relatif à la mesure de bruit, nous présentons les différents types d’instrument pour la mesure de la température équivalente de bruit et du facteur de bruit. Nous présentons les principales méthodes de mesure de bruit, comme la méthode d’équilibre à l’aide d’un radiomètre, pour la température de bruit, et la méthode du facteur Y, pour le facteur de bruit.
Dans le dernier paragraphe, nous abordons les mesures d’impédance. Les trois principales méthodes de mesure sont présentées : la détermination de l’impédance par pont autoéquilibré, la méthode de courant/tension et l’utilisation d’un analyseur de réseau, en déterminant l’impédance à partir du facteur de réflexion. D’autres instruments moins utilisés aujourd’hui, tels que les différents ponts de mesure d’impédance et le Q-mètre qui utilise une méthode de résonance, sont enfin décrits.
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KEYWORDS
voltage | power | noise | impedance | measurement | instrumentation | radiofrequency | microwaves
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1987 par André PACAUD
DOI (Digital Object Identifier)
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Mesure des impédances3. Mesure de bruit
Les systèmes de réception doivent souvent traiter des signaux très faibles, mais le bruit interne ajouté par les composants du système et/ou le bruit externe, dû par exemple à des phénomènes atmosphériques, tendent à brouiller ces signaux très faibles.
Les paramètres qui caractérisent la capacité d’un système à traiter des signaux de faible niveau sont la sensibilité, le taux d'erreur binaire (BER pour Bit Error Rate en anglais) pour les systèmes de communication numériques et le facteur de bruit. Ce dernier permet de caractériser à la fois l'ensemble du système et les composants qui le constituent, tels que le préamplificateur, le mélangeur et l’amplificateur à fréquence intermédiaire. Ainsi, la maîtrise du facteur de bruit et du gain des composants du système permet de contrôler directement le facteur de bruit de l'ensemble du système. Une fois que le facteur de bruit est connu, la sensibilité peut facilement être estimée à partir de la bande passante du système. Le facteur de bruit est l’un des paramètres clés qui différencie un composant par rapport à un autre composant de même type.
Un système sans antenne pourra être conçu pour ne pas être sensible aux bruits extérieurs. Ce n’est pas le cas d’un système avec une antenne, comme un récepteur de radio qui sera toujours sensible aux bruits extérieurs.
Une approche pour surmonter le bruit est de rendre plus fort le signal utile en augmentant la puissance du signal transmis au récepteur et/ou en augmentant la quantité de puissance captée par l'antenne de réception, par exemple, en augmentant l’ouverture de cette antenne. Cela nécessite d’augmenter la taille de l’antenne ou la puissance de l’émetteur, ce qui peut être limité par les différentes réglementations ou par des considérations économiques ou de faisabilité. L'autre approche est de minimiser le bruit généré dans les composants du récepteur. Par exemple, une réduction de 1 dB du facteur de bruit qui peut être obtenue facilement en ajustant les niveaux d'impédance ou en sélectionnant soigneusement certains transistors de la chaîne d’amplification du récepteur, a approximativement le même effet que l'augmentation du diamètre de l'antenne de 40 %. Les mesures de bruit permettent alors de s'assurer que le bruit interne ajouté sera minimal.
Cependant, les composants...
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Mesure de bruit
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BAILEY (A.-E.) - Microwave measurements - IEE (1985).
-
(2) - BRYANT (G.-H.) - Principles of microwave measurements - IEE (1993).
-
(3) - COLLIER (R.), SKINNER (D.) - Microwave measurements - 3rd edition. IET (2007).
-
(4) - GARDIOL (F.) - Traité d’électricité. XIII Hyperfréquences - Georgi (1981).
-
(5) - MONTGOMERY (C.G.) - Technique of microwave measurements - MIT (1947).
-
(6) - PASQUET (D.) - Mesures en hyperfréquences - Hermes (2004).
-
(7) - AGILENT TECHNOLOGIES - Fundamentals of RF and microwave power measurements - Notes...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
Agilent technologies :
Anritsu :
Ballantine :
Boonton :
Noisecom :
Rohde et Schwarz :
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Associations – Fédérations
Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) :
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) :
National Physical Laboratory (NPL) :
National Institute of Standards and Technology (NIST) :
European Association of National Metrology Institutes (EURAMET) :
...
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