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Rappels RF de base

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RAPPEL RF DE BASE
RAPPELS RF DE BASE
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RAPPEL RF DE BASE
>> SOMMAIRE GENERAL
La puissance
Le spectre de fréquence
La bande passante
La polarisation
Le décibel
La PIRE
Le G/T
Synthèse des unités couramment utilisées
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>> SOMMAIRE
La puissance
Le spectre de fréquence
La bande passante
La polarisation
Le décibel
La PIRE
Le G/T
Synthèse des unités couramment utilisées
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RAPPEL RF DE BASE
>> La puissance
Définition
- La puissance est la quantité d’énergie fournie ou
absorbée par unité de temps (par seconde).
Formules
- Pour un signal continu : Pwatt = Uvolt * Iampères
- avec Uvolt = Rohm * Iampères
- Pour un signal périodique : P(t) = U(t) * I(t)
- Puissance moyenne : Pmoy = Ueff2 / R
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RAPPEL RF DE BASE
>> La puissance
Application aux SATCOM
- Ce qui nous intéresse : la puissance d’un amplificateur RF
- Les notions utiles :
- Le gain : C’est le coefficient d’amplification
- La saturation : Lorsque la puissance de sortie n’est plus
proportionnelle à la puissance d’entrée
- Le point de compression : Le point de compression se situe
environ à 1dB en dessous de la saturation de l’amplificateur. C’est
la limite du domaine de linéarité de l’amplificateur
- Relation entre puissance de sortie et puissance d’entrée
dans le domaine linéaire :
Pout = Pin + Gain
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RAPPEL RF DE BASE
>> SOMMAIRE
La puissance
le spectre de fréquence
La bande passante
La polarisation
Le décibel
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Le G/T
Synthèse des unités couramment utilisées
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RAPPEL RF DE BASE
>> Le spectre de fréquence
Définitions
- La fréquence d’un signal (exprimée en Hertz) est le
nombre de fois que ce signal se reproduit par seconde.
Donc F = 1/T (T = période du signal)
- La fréquence et la longueur d’onde sont liées par la
relation suivante : FHz = Cm/s / λm
ou C représente la vitesse de la lumière (3*108 m/s)
- On entend par spectre de fréquence l’étendue des
bandes de fréquence
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RAPPEL RF DE BASE
>> Le spectre de fréquence
Nom du spectre
Fréquences
Longueurs d’onde
TLF
Low Frequency)
0Hz à 3Hz
(Tremendously
Le spectre
de fréquence
100000km à ∞
ELF (Extremely Low Frequency)
3Hz à 30Hz
10000km à 100000km
SLF (Super Low Frequency)
30Hz à 300Hz
1000km à 10000km
ULF (Ultra Low Frequency)
300Hz à 3KHz
100km à 1000km
VLF (Very Low Frequency)
3KHz à 30KHz
10km à 100km
LF (Low Frequency)
30KHz à 300KHz
1km à 10km
MF (Medium Frequency)
300KHz à 3MHz
100m à 1km
HF (High Frequency)
3MHz à 30MHz
10m à 100m
VHF (Very High Frequency)
30MHz à 300MHz
1m à 10m
UHF (Ultra High Frequency)
300MHz à 3GHz
10cm à 1m
SHF (Super High Frequency)
3GHz à 30GHz
1cm à 10cm
EHF (Extremely High Frequency)
30GHz à 300GHz
1mm à 1cm
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RAPPEL RF DE BASE
>> Le spectre de fréquence
Bandes de fréquence utilisées dans les SATCOM
Nom
Fréquences
Bande L
950 MHz – 2150 MHz
Bande S
2GHz à 4GHz
Bande C
3,4GHz à 4,2GHz en réception
5,850GHz à 6,425GHz en émission
Bande X (réservée aux
militaires)
7,25GHz à 7,75GHz en réception
7,9GHz à 8,4GHz en émission
Bande Ku
10,7GHz à 12,75GHz en réception
13,75GHz à 14,5GHz en émission
17.3GHz à 18.1 GHz pour DBS
Bande Ka
19,7GHZ à 20,2GHz en réception
27,5GHz à 31GHz en émission
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>> SOMMAIRE
La puissance
Le spectre de fréquence
La bande passante
La polarisation
Le décibel
La PIRE
Le G/T
Synthèse des unités couramment utilisées
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>> La bande passante
Définition
- La bande passante est définie comme étant la bande
de fréquence où le niveau du signal varie dans des
limites définies
- En SATCOM, la bande passante est définie à -3dB par
rapport au niveau maximum du signal
Bande passante
Niveau maximum
Niveau maximum – 3dB
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>> SOMMAIRE
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Le spectre de fréquence
La bande passante
La polarisation
Le décibel
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Synthèse des unités couramment utilisées
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>> La polarisation
Définition
- La polarisation d’une onde est définie par la
direction/trajectoire du champs électrique par rapport à
l’axe de propagation de l’onde
- Il y a 3 types de polarisations d’onde :
1) Linéaire (verticale ou Horizontale)
2) Circulaire (Gauche ou droite)
3) Elliptique (Gauche ou droite avec changement
d’amplitude)
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RAPPEL RF DE BASE
>> La polarisation
Polarisation linéaire (H, V)
- Le vecteur champs électrique reste toujours dans le
même plan (Horizontal ou Vertical) par rapport à l’axe
de propagation de l’onde
Polarisation Horizontale
Polarisation Verticale
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RAPPEL RF DE BASE
>> La polarisation
Polarisation Circulaire (RHCP, LHCP)
- Le vecteur champs électrique tourne autour de l’axe
de propagation de l’onde (dans le sens des aiguilles
d’une montre = circulaire droite ; dans le sens inverse
des aiguilles d’une monte = circulaire gauche)
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RAPPEL RF DE BASE
>> La polarisation
Polarisation Elliptique
- Le vecteur champs électrique tourne autour de l’axe
de propagation de l’onde (comme pour la polarisation
circulaire) mais avec changement d’amplitude
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La polarisation
Le décibel
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RAPPEL RF DE BASE
>> Le Décibel
Définition
- Le décibel est une unité logarithmique répondant à la
relation suivante :
- NdB = 10 log(Nnat)
- Inversement : Nnat = 10NdB/10
Où Nnat signifie que N est une valeur naturelle
- Règles de calculs utiles des logarithmes
- logx (a x b) = logx a + logx b
- logx (a / b) = logx a – logx b
- logx (ab) = b x logx a
- log10 (10n) = n
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RAPPEL RF DE BASE
>> Le Décibel
Application aux SATCOM
- Les valeurs de puissance et d’atténuation sont très
souvent exprimées en Décibels, car exprimées ainsi on
peut les ajouter et les soustraire alors qu’exprimées en
valeurs naturelles, il faudrait les multiplier ou diviser.
- Un suffixe peut être ajouté, suivant la nature de la
grandeur que l’on converti en dB:
- Le dBW (Si on converti des watts en décibels)
- Le dBm (Si on converti des milliwatts en décibels)
- Le dBW/m2 ( Si on converti une densité de flux en décibels)
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>> Le Décibel
Travaux pratiques
1) Combien font 100 Watts en décibels?
Réponse : 10 log (100) = 10 log (102) = 20dBW
2) Combien font 250 Watts en décibels?
Réponse : 10 log (250) = 23.98dBW
3) Combien font 150mW en décibels?
Réponse : 10 log (150/103) = 10 log (150) – 10 log
(103) = 21.76dBW – 30dB = -8,24dBW (= 21.76dBm)
Astuce de calcul : PdBm = PdBW + 30dB
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>> Le Décibel
Travaux pratiques
1) Combien font 30dBW en Watts?
Réponse : 1030/10= 103 = 1000W
2) Combien font 33 dBWatts en Watts?
Réponse : 1033/10= 103.3 = 1995W
3) Combien font 15dBm en milliwatts et en watts?
Réponse : 1015/10 = 101.5 = 31.62mW (= 0.03162W)
Astuce de calcul : PW / 2 = PdBW - 3dB
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>> Le Décibel
Travaux pratiques
1) Combien font 5W*10*11,5 en décibels?
Réponse : 10 log (5) + 10 log (10) + 10 log (11,5)
= 6.99dBW + 10dB + 10.61dB = 27.6dBW (= 57.6dBm)
2) Combien font 2.5W / 11 en décibels?
Réponse : 10 log (2.5) - 10 log (11)
= 3.98dBW – 10.41dB = -6.43dBW (=23.57 dBm)
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RAPPEL RF DE BASE
>> Le Décibel
Travaux pratiques
- Considérons le synoptique suivant
Connaissant l’atténuation et le gain de chaque élément, il est
facile de calculer le gain/atténuation total de la chaîne
- Calculs
• En dB : +10-3+6+3-20 = -4dB
Globalement cette chaîne atténue le signal (signe -) de 4 dB
• En rapport de puissance : 10x0.5x4x2x0.01 = 0.4
Vérification : 10 Log0.4 = -4 dB
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La puissance
Le spectre de fréquence
La bande passante
La polarisation
Le décibel
La PIRE
Le G/T
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>> La PIRE
Définition
- La PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente) est
définie dans la direction de l’antenne où la puissance émise
est maximale ; c’est la puissance qu’il faudrait appliquer à
une antenne isotrope pour obtenir le même champs dans
cette direction
- PIRE = Puissance appliquée à l’antenne + Gain
antenne
- Le gain d’une antenne est donné par la formule suivante :
où :
k = rendement de la source (typiquement =0.6)
D = diamètre du réflecteur
λ = longueur d’onde du signal
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>> La PIRE
Travaux pratiques
1) Quelle est la PIRE de la station suivante?
Puissance en entrée de l’antenne = 40Watts
Fréquence d’émission = 14GHz
Diamètre de l’antenne = 4.80m
Réponse :
1) λ = C/F = 3*108 / 14*109 = 21.4*10-3 m
2) G= 10 log(0.6*[(π*4.8)/21.4*10-3]2) = 54.7dBi
3) PIRE = 10 log (40) + 54.7 = 16.02 + 54.7 =
70.72dBW
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>> SOMMAIRE
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La bande passante
La polarisation
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La PIRE
Le G/T
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RAPPEL RF DE BASE
>> Le G/T
Définition
- Le G/T est définit par le rapport entre le gain de
l’antenne en réception et la température de bruit du
système
- Le G/T se calcule de la manière suivante :
G/T (dB/K) = Gain antenne dBi – Tsys dB/K
- La température de bruit du système est la somme des
températures suivantes :
- Température antenne (dépend de l’élévation)
- Température ramenée LNA ou LNB
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RAPPEL RF DE BASE
>> Le G/T
Travaux pratiques
1) Quelle est le G/T de la station de réception
suivante?
Gain de l’antenne en réception = 53.4dBi (cas d’une antenne 4m80 à
11,7GHz)
Température de bruit de l’antenne à 20° d’élévation = 52°K
Température de bruit du LNB = 50°K
Réponse :
Tsys = 52 + 50 = 102°K
G/T = 53,4 - 10 log (102) = 53,4 – 20.09 = 33.31dB/K
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RAPPEL RF DE BASE
>> Synthèse des unités couramment
utilisées
Unité
Acronyme
Watts
W
Décibel
dB
Décibel Watt
dBW
Décibel milliwatt
dBm
Décibel isotrope
dBi
Décibel densité de flux
dBW/m²
Hz
Hertz
Densité de puissance
dBW/Hz ou dBm/Hz
Température de bruit
°K
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