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 tensions4. Mesure des impédances
Il existe de nombreuses méthodes de mesure d’impédance. Pour des fréquences inférieures à 1 GHz environ, il existe trois méthodes de mesure différentes des impédances. Au-delà de cette fréquence, la mesure d’impédance est principalement effectuée à l’aide d’analyseurs de réseau fonctionnant dans le domaine de fréquences ou du temps. Pour définir une impédance, nous devons considérer deux cas :
-
lorsque la longueur d’onde du signal est grande par rapport au dispositif sous test ainsi que ses accès permettant les connexions à l’appareil de mesure ;
-
lorsque la longueur d’onde du signal est du même ordre de grandeur, voire plus petite, que le dispositif sous test.
-
Dans le premier cas, nous pouvons précisément définir les accès physiques du dispositif sous test ; l’impédance est alors définie comme le rapport de la tension et du courant aux bornes de ce dispositif.
-
Dans le second cas, la notion d’impédance est liée aux puissances incidentes et réfléchies des champs électromagnétiques. On peut alors définir l’impédance Z en fonction du facteur de réflexion ρ par la relation suivante :
![]()
avec :
- Z0 :
- impédance de référence du système de mesure.
La mesure d’impédance en très haute fréquence n’est pourtant pas aussi simple que pourrait nous le faire penser cette simple équation. Pour que cette équation soit applicable, il faut :
-
une propagation de l’onde électromagnétique dans un seul mode ;
-
une indépendance de la valeur de l’impédance Z avec l’amplitude de l’onde incidente (fonctionnement linéaire) ;
-
une connaissance précise du plan de référence où l’on effectue la mesure de ρ.
Il existe cinq grands principes de mesures d’impédance pour une gamme de fréquences 5 Hz-300 MHz environ :
-
la...
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Mesure des impédances
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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