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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Présentation
Mesure des puissances1. Mesure des tensions
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 donc 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.
Pour effectuer ces mesures de tension, on utilise différents appareils, selon la fréquence du signal à mesurer.
-
Les mesures à haute impédance sont effectuées à l’aide de voltmètres ou d’oscilloscopes munis de sondes ; les voltmètres de conception analogue à ceux que l’on rencontre aux moyennes fréquences permettent de mesurer des signaux jusqu’à des fréquences de l’ordre de 2 GHz à 3 GHz. L’oscilloscope (classique ou à échantillonnage), muni d’une sonde haute impédance, permet d’observer et de caractériser des signaux dont le spectre s’étend jusqu’à 1 GHz à 3 GHz.
-
Les mesures à basse impédance (mesure de la tension aux bornes d’une impédance caractéristique de charge, 50 ou 75 Ω) sont réalisées à l’aide d’oscilloscopes performants ou d’analyseurs de spectre.
L’analyseur de spectre détermine l’amplitude d’un signal sinusoïdal jusqu’aux fréquences où la notion de tension a encore un sens (quelques dizaines de gigahertz). À ces fréquences élevées, la précision devient moyenne, voire faible : par exemple, à 50 GHz, l’amplitude des raies est déterminée à ± 3 dB près. Cette précision ne concerne que l’analyseur de spectre seul, l’incertitude de mesure augmente en considérant l’environnement de mesure (câbles, connecteurs, etc.).
De nouvelles générations d’échantillonneurs, possédant des temps de montée inférieurs à quelques picosecondes, permettent aux oscilloscopes performants d’atteindre les 100 GHz de bande passante.
On étudie dans cet article les appareils qui donnent directement la valeur en volts de la tension à mesurer : les voltmètres qui fonctionnent aux fréquences moyennes et élevées (inférieures à 100 MHz).
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Mesure des tensions
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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