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Circuits et Systèmes de Communication Micro-ondes Circuits et Systèmes de Communication Micro-ondes

Chap.2: Architecture des sous-ensembles hyperfréquencesChap.2: Architecture des sous-ensembles hyperfréquences

Halim BoutayebHalim BoutayebPhone: (514) 875-1266

ex. 3066boutayeb@emt.inrs.ca

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PlanPlan

I.I. IntroductionIntroduction

II.II. Les Récepteurs Les Récepteurs

III.III. Les ÉmetteursLes Émetteurs

IV.IV. Les Générateurs de fréquences Les Générateurs de fréquences

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I. IntroductionI. Introduction

Satellites de communication : amplifier et décaler en fréquence les signaux reçus. Satellites de communication : amplifier et décaler en fréquence les signaux reçus.

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PlanPlan

I.I. IntroductionIntroduction

II.II. Les Récepteurs Les Récepteurs

III.III. Les ÉmetteursLes Émetteurs

IV.IV. Les Générateurs de fréquences Les Générateurs de fréquences

Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 55

II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

Schéma global d’un récepteurSchéma global d’un récepteur

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 Bande C :

réception 5.85 – 7.075 GHzretransmission 3.40 – 4.200 GHz

4.50 – 4.800 GHz Bande Ku :

réception 14.0 – 14.50 GHzretransmission 11.7 – 12.20 GHz

BBandes de fréquences allouées pour les satellites de communication américainandes de fréquences allouées pour les satellites de communication américainss  :  :

II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

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RécepteurRécepteurss à conversion simple à conversion simple ouou à conversion double à conversion double

II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

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Configuration détaillée d’un récepteurConfiguration détaillée d’un récepteur

II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

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Schéma d’un récepteur en bande CSchéma d’un récepteur en bande C

II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

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II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

Considérations mécaniquesConsidérations mécaniques Le châssis : alliage très léger d’aluminium ou de magnésium ; Plaqué or pour

obtenir une meilleure conductivité électrique ; Les parois du châssis sont amincies afin de réduire le poids; Des petits trous sont créés sur les parois pour permettre l’évacuation de l’air. Le châssis doit résister aux forces mécaniques (vibration du moteur) et soniques (écoulement de l’air à la surface du lanceur) . 

Les modules RF sont principalement conçus à l’aide de deux technologies différentes :

 MIC  (Microwave Integrated Circuit) : Les circuits sont conçus sur des substrats

d’alumine de 0.025 pouce d’épaisseur. Les composant discrèts sont ensuite installées sur ceux-ci.

MHMIC  (Miniaturized Hybrid Microwave Integrated Circuit) : Substrats d’alumine de 0.01 pouce d’épaisseur. Les résistances et les condensateurs font partie du procédé et n’ont pas à être ajoutés. 

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II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

Paramètres importants dans la conception d’un récepteurParamètres importants dans la conception d’un récepteur

Facteur de bruitFacteur de bruit i

i

o

o

SN

NFSN

10 1

TeNF LOG

Ta

Température ambiante

Température équivalente de bruit

2 1 3 1 4 11 ...

1 1 2 1 2 3

NF NF NFNFt NF

G G G G G G

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II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

Paramètres importants dans la conception d’un récepteurParamètres importants dans la conception d’un récepteur

La sensibilitéLa sensibilité

Puissance minimum que l’on doit appliquer à l’entrée pour obtenir, à la sortie, un rapport signal/bruit donné.

)N/Slog(10)Blog(10NF)kTlog(10ySensibilit ooamb

Bruit de fond dans une bande de 1Hz

Facteur de bruitLargeur de bande

= -174dBmà 290oK Rapport signal sur

bruit à la sortie

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II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

Paramètres importants dans la conception d’un récepteurParamètres importants dans la conception d’un récepteur

Point d’interception du troisième ordrePoint d’interception du troisième ordre

1

RIP P dBm

N

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II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

Paramètres importants dans la conception d’un récepteurParamètres importants dans la conception d’un récepteur

Point d’interception du troisième ordrePoint d’interception du troisième ordre

Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 1515

G1

IP31

G2IP32

G3IP33

Gn

IP3n

G1

IP31

G2IP32

G3IP33

Gn

IP3n

II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

Paramètres importants dans la conception d’un récepteurParamètres importants dans la conception d’un récepteur

Point d’interception du troisième ordrePoint d’interception du troisième ordre

n

ntot

IP

GGG

IP

GG

IP

G

IP

IP

3333

11

3121

3

21

2

1

1

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II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

Paramètres importants dans la conception d’un récepteurParamètres importants dans la conception d’un récepteur

Plage dynamiquePlage dynamique

Différence entre le niveau à l’entrée produisant une compression de gain de 1dB et le niveau minimum à l’entrée détectable à la sortie.

111 / 10S dBm MHz LOG B NF

1Pi Po G

PD Pi S

en MHz

= Sensibility + 3dB, avec So/No=1

Puissance de sortie pour une compression de gain de 1 dB

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II. II. Les RécepteursLes Récepteurs

Paramètres importants dans la conception d’un récepteurParamètres importants dans la conception d’un récepteur

Plage dynamiquePlage dynamique

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PlanPlan

I.I. IntroductionIntroduction

II.II. Les Récepteurs Les Récepteurs

III.III. Les ÉmetteursLes Émetteurs

IV.IV. Les Générateurs de fréquences Les Générateurs de fréquences

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Les émetteurs comprennent principalement la chaîne d’amplification de puissance; deux types d’amplificateurs de puissance sont couramment utilisés à bord des satellites : 

   - Les amplificateurs à tube à ondes progressives (ATOP, en anglais : Traveling Wave Tube, TWT)

- Les amplificateurs de puissance à l’état solide (SSPA) (appelés ainsi par opposition au composants utilisants des tubes à vide)

IIIIII. . Les ÉmetteursLes Émetteurs

IntroductionIntroduction

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IIIIII. . Les ÉmetteursLes Émetteurs

AmplificateurAmplificateurss de puissance à l’état solide de puissance à l’état solide

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AmplificateurAmplificateurss de puissance à l’état solide de puissance à l’état solide

IIIIII. . Les ÉmetteursLes Émetteurs

Les différentes sections

Atténuateurs variables

Amplificateurs d’entrée, intermédiaire et d’attaque

Section de sortie

Un diviseur de puissance à 90o

Des modules d’amplification de puissance Un combinateur de puissance à 90o

Un détecteur de puissance (si nécessaire) Un filtre de sortie (si nécessaire) Un isolateur de sortie

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IIIIII. . Les ÉmetteursLes Émetteurs

AmplificateurAmplificateurss de puissance à l’état solide de puissance à l’état solide

Amplificateur de sortie

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IIIIII. . Les ÉmetteursLes Émetteurs

Amplificateur de sortie

AmplificateurAmplificateurss de puissance à l’état solide de puissance à l’état solide

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AmplificateurAmplificateurss de puissance à l’état solide de puissance à l’état solide

IIIIII. . Les ÉmetteursLes Émetteurs

Considérations mécaniques

- Résistance aux conditions de lancement des satellites

- Maintien de l’intégrité mécanique durant la mission entière

- Dissipation adéquate de la puissance provenant des éléments à haute puissance afin de maintenir la température des jonctions des transistors au-dessous des limites permises (110oC)

- Satisfaction des exigences électriques telles la prévention de radiation,l’interférence électromagnétique, l’isolation des modules, le contact adéquat entre les modules et le châssis de l’équipement, etc…

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IIIIII. . Les ÉmetteursLes Émetteurs

AmplificateurAmplificateurss de puissance à l’état solide de puissance à l’état solide

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IIIIII. . Les ÉmetteursLes Émetteurs

Amplificateur Amplificateur d’attaqued’attaque

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PlanPlan

I.I. IntroductionIntroduction

II.II. Les Récepteurs Les Récepteurs

III.III. Les ÉmetteursLes Émetteurs

IV.IV. Les Générateurs de fréquences Les Générateurs de fréquences

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IV. IV. Les Générateurs de FréquenceLes Générateurs de Fréquence

- Oscillateurs locaux

-  Générateurs de porteuses pour modulateurs

Paramètres de performance :Paramètres de performance :

- La fréquence du signal

- Le niveau de sortie

- La stabilité du niveau de sortie en fonction de la température, la polarisation DC et le vieillissement

- La stabilité de la fréquence à long terme et à court terme

- Le niveau des signaux parasites à la sortie dû soit à des oscillations soit à un filtrage inadéquat

Applications : Applications : 

Deux méthodes : Deux méthodes : - Utilisation d’un cristal suivi de multiplicateurs de fréquence

-  Boucle à verrouillage de phase

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Oscillateur localOscillateur local

IV. IV. Les Générateurs de FréquenceLes Générateurs de Fréquence

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Signal modulateurSignal modulateur

IV. IV. Les Générateurs de FréquenceLes Générateurs de Fréquence

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Générateur de fréquence utilisant un cristalGénérateur de fréquence utilisant un cristal

IV. IV. Les Générateurs de FréquenceLes Générateurs de Fréquence

Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 3232

Générateur de fréquence utilisant un cristalGénérateur de fréquence utilisant un cristal

IV. IV. Les Générateurs de FréquenceLes Générateurs de Fréquence

Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 3333

Générateur de fréquence utilisant un cristalGénérateur de fréquence utilisant un cristal

IV. IV. Les Générateurs de FréquenceLes Générateurs de Fréquence

Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 3434

Générateur de fréquence utilisant une boucle à verrouillage de phaseGénérateur de fréquence utilisant une boucle à verrouillage de phase

IV. IV. Les Générateurs de FréquenceLes Générateurs de Fréquence