View
213
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
1
Les Radiofréquences2
Propagation
IUT de TroyesD.Rollet
La ligne de transmission
Une expérience simple ...Qu ’est-ce que la conduction ?Et KIRCHOFF dans tout ça ?
La vitesse?Où se situe l ’énergie ?
2
Transmission élémentaire
K = 0 L = 0
K = 1
L = 1
D = 300 000 kmE
L = 0
K = 1
t < 0
t = dt
t > T
KIRCHHOFF ?
K = 1 L = 0
oui
non D >> c . dt
d << c . dt
d
D
c
Kirchhoff ?
3
Question
Est-ce les électrons qui poussent lesélectrons dans le mécanisme de la
conduction ?
La vitesse
L1 = 1K1 = 1 t = T
L2 = 0
T ' > T
K2 = K1synchrone
isolant
4
Question
L ’énergie est-elle dans le cuivre oùdans l ’isolant ?
Question
Le courant I qui s ’établitprogressivement est-il défini par la
charge à la fermeture de K ?
5
Une démonstration intéressante
De Heaviside
Rg
v
i
Rue(t) = E.U(t)
i
uΦ[Wb]
q [C]
RcL, C
xL0 x(t)
frontd'onde
Rg
Rue(t) = E.U(t)
Pi
ligne bifilaire de longueur L
Fig.8 Puissances mises en jeu dans une ligne sans perte
Ligne de transmission sans perteLe raisonnement et la recherche des équations sont faits, ici, avec un échelon unité, c'est le même typede raisonnement en régime sinusoidal.
6
Rg
v
i
Rue(t) = E.U(t)
Fig.9 Flux magntique et charge lectrique
i
u
Φ[Wb]
RcL, C
xL0 x(t)
frontd'onde
L: inductance linique [H/ m]C: capacit linique [F/ m]u: dx/ dt vitesse de l'onde [m/ s]
dΦ = (L.dx).i, soit v = dΦ/ dt = L.(dx/ dt).i = L.u.i,...................(1)dq = (C.dx).v = i.dt, soit v = (i/ C). dt/ dx = i / (C.u),................(2)(1) et (2) amÌ nent Ë: v = L.u .i = i/ (C.u) soit uª =1/ L.C,..........(3)de (2) on a: i = C.v.u soit Rc = v/ i = (L.u.i)/ (C.v.u) = L.i/ C.vd'o¿ Rcª =vª / iª = L/ C, ..................................................................(4)
de (3) on a: u = 1/ L.C, vitesse des ondes................................(6)
rappel: (u= c / εr) avec: c clrit EM dans le vide.
la relation (4) donne Rc = L/ C, rsistance caractristique...........(5)
Si la charge Ru est diffrente de Rc, il y a une premiÌ re rflexion dirige vers la source:Vi/ Ii = Rc = - Vr/ Ir Ë l'extrmit cÂt Ru, on a Ru = V/ I = (Vi + Vr)/ (Ii + Ir). ..............(7)Ru = (Vi + Vr) / (Vi/ Rc - Vr/ Rc) ce qui donne Ru/ Rc = (Vi +Vr)/ (Vi - Vr), ..............(8)d'o¿ Vr / Vi = (Ru - Rc)/ (Ru + Rc) = Γu coef. de rflexion Ë la charge, ......................(9)AprÌ s un aller et un retour, si Rg est diffrente de Rc on a une seconde rflexiondirige vers la charge et on a (Rg - Rc)/ (Rg + Rc) = Γg coef. rflex. source, ............(10)
RgRu
e(t) = E.U(t)
xL0 x(t)
frontd'onde
xx(t)
xx(t)
ici Γu<0
ici Γg<0
Γu
Γg
VoVo = E.Rc Rg + Rc
Vr
ViVr'
Vi'
7
Cette démonstration amène à laméthode de Lattice et à celle de
Bergeron
Bergeron.
Rc, τ
A B
VA VB
E
IF
VF A,B(t infini)
E/Rg
Pentes successives Rc, -RcA(0,2τ)
A(2τ, 4 τ)
A(4τ, 6 τ )
A(6τ, 8τ )
B(τ, 3t)B(3τ, 5t)
VA(t)
VB(t)
t/τ
V
1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
12
34
56
78
910
0
t/τ
IA(t)
IB(t)
tensionsen A et en B
courantsen A et en B
La méthode de Bergeron
8
Lire Metzger et Vabre,c ’est toujours d ’actualité.
Voir le site de TEXAS-Instrument
C ’est une méthode applicable dansles cas NL
Ligne en impulsion (sous Matlab), méthode de LATTICE
résistance caractéristique (Ohm) de la ligne: 50résistance (Ohm) de charge en B: 500résistance (Ohm) du générateur: 10F.e.m. (V) du générateur: 5coefficient de réflexion de la charge (en B) :Gu =0.8182coefficient de réflexion au générateur (en A) :Gg = -0.6667nombre de réflexion (1 aller et 1 retour) à étudier :10E_Rg___Rc___Ru = 5 10 50 500t____VA______VB =
1.0000 4.1667 7.5758 2.0000 5.3030 3.4435 3.0000 4.6832 5.6975 4.0000 5.0213 4.4680 5.0000 4.8369 5.1386 6.0000 4.9375 4.7729 7.0000 4.8826 4.9724 8.0000 4.9125 4.8636 9.0000 4.8962 4.9229 10.0000 4.9051 4.8905
10
i
u
x
L
L
x
ventre de tension
noeud de tension
ventre de courant
noeud de courant
λ = c / F
F E E E E
H H H
H H HF : qq. 100MHz
λ = c / F = c.T
L'onde se propage et se réfléchit à l'extrémité
il y a superposition des ondes aller et des ondes retour
Le régime d'ondes stationnaires
On l ’expérimente
F
v(x)
i(x)
x
0 L
x
Rg
E
λλλλ/2
E
H
11
i
u
x
L
L
x
F E
H
HF : ~ 60MHz λ/4
λ/4
Ligne en quart d'onde
On l ’expérimente
F
v(x)
i(x)
x
0 L
x
Rg
E
λλλλ/4
12
De la ligne à l ’antenne
F v
iRg
RcE
ΗΗΗΗ ΕΕΕΕ ΠΠΠΠ==== ΕΕΕΕ....ΗΗΗΗ////2222
F v
i
v(x)
i(x)
x
0 L
x
Rg
RcE
λλλλ/2
i=0888 8
TEM
Fils de Lecher
13
Le long des fils de Lecher
• Mesure de H :boucle deHertz
• Mesure de E :dipôle court
Notez :
• l ’allume gaz !• le champmètre• le TOS mètre à
aiguillescroisées
14
Ligne ouverte, avec le pont
E Ssource charge
C1
C2
T : 1/n
RV1 V2
I1
I2
U
K.U
U = Vi + VrI = Ii + Ir
I1 ~ II2 ~I/n K= C1/(C1+C2)
V1 = K.U + (R/2).I2V2 = K.U - (R/2).I2
version HF < 30MHz
M
A B
Principe du réflectomètre
câblée démo.
15
D ’autres technologies
A B
Esource
Scharge
version UHF
R
La diaphonie capacitive et la diaphonie magnétiquecréent une tension arrière en A (diaphonie régressive)et une tension avant (d iaphonie progressive).
l'autre face est un plan de masse
micro strip
A B
Esource
Scharge
version VHF / UHF
Lignes coaxiales couplées
Le circuit de mesure ABpré lève une petite pa rtie du signalpricipal. Le rapport de couplage entre l'onde alleret sa mesure et de même pour l'onde retour et sa mesureest souvent de l'ordre de -20dB.Version à guide d'onde Hyperfréquences
E S
A B
Les détecteurs
A ou B
M
R
D
CL
galvanomètre
V
iD
diode idéaleR.C >> THF
L : self d'arrêt
A ou B
M
Réqu=
Réqu. = R/2 pour un redressement parfait.Pjoules = (Vmax/1.414)²/R = (Vmax)²/RequV mesuré = Vmax pour une détection idéale
Pour mesurer V1 et V2, on peut employer des détecteurs à diode.
16
Abaque de Smith / Matlab
function smith (a,b,c,d);% SMITH(a,b,c,d) Rollet.D IUT Troyes% utilisation graphique de l ’ abaque de Smith%% smith dessine un abaque seul.% smith(z) représente le lieu de z point jaune pour une valeur unique% un lieu en blanc pour un ensemble de point.% smith(Zl,Zo) représente Zl/Zo avec une grille directe en Z% smith(Z1,Zo,0) représente Zl/Zo avec une grille directe en Z% smith(Z1,Zo,1) représente Zl/Zo avec une grille inversée en Y% smith(Y1,Yo,2) représente Yo/Y1 avec une grille directe en Y% smith(Y1,Yo,3) représente Yo/Y1 avec une grille inversée en Z% smith(X1,Xo,i,d) d=1 efface l'ancien graphe (pas de superposition)% d=2 superpose l'abaque direct et inversé%% voir les utilitaires RHOSMITH PHISMITH
17
RLC série
» f=1e8:1e6:10e8;» Z=50+1./((1e-11)*6.28*f*i);» smith(Z,50)» Z=50+1./((1e-11)*6.28*f*i)+1e-8*6.28*f*i;» smith(Z,50)
18
RLC série le tout parallèle C» f=1e8:1e6:20e8;» Z=10+1./((1e-11)*6.28*f*i)+1e-8*6.28*f*i;» Y=1./Z + 1e-11*6.28*f*i;» Z2=1./Y;» smith(Z2,50)
ligne2_x
LIGNE2_x.m
Etude de l'impédance ramenée à travers une ligne en fonction de la distance x à la charge. La ligne longue de X possède une impédance caractéristique Zo (ex: 50). Elle possède un coefficient de vélocité K_veloc (ex:0.8). On définit son atténuation linéique Alpha. Elle est chargée à son extrémité par une impédance ZL. La fréquence est fixe. On obtient l'étude des parties réelle et imaginaire de l'impédance vue à travers le tronçon de longueur X ainsi que le module puis l'argument et ensuite la représentation sur l'abaque de Smith. Calcul du coefficient de réflexion et du TOS en fonction de la position x Utilise la fonction SMITH.m
fréquence de travail (Hz): 1e8coefficient de vélocité(0 à 1) :1impédance caractéristique(Ohm): 50longueur (m) de la ligne: 1Alpha: atténuation linéique de la ligne (0 pour une ligne sans pertes): 0impédance de la charge (Ohm) éventuellement complexe(ex: 50+50*i): 200
20
Ligne à perte
Ligne en fréquence variable avec une charge capacitive (50 Ohm en série avec 10 pF)
LIGNE1_f.m
Etude de l'impédance ramenée à travers une ligne en fonction de la fréquence. La ligne longue de X possède une impédance caractéristique Zo (ex: 50). Elle possède un coefficient de vélocité K_veloc (ex:0.8). On définit son atténuation linéique Alpha, éventuellement fonction de la fréquence. Elle est chargée à son extrémité par une impédance ZL. La fréquence varie de f_min à f_max. On obtient l'étude des parties réelle et imaginaire de l'impédance vue à travers le tronçon de longueur X ainsi que le module puis l'argument et ensuite la représentation sur l'abaque de Smith. Calcul du coefficient de réflexion et du TOS en fonction de la fréquence (surtout si Alpha = F(f) ) Utilise la fonction SMITH.m
fréquence min (Hz): 1e8fréquence max (Hz): 3e8coefficient de vélocité(0 à 1) :1impédance caractéristique(Ohm): 50Alpha: atténuation linéique (ligne sans pertes: 0,)(éventuellement F(f): ex 1e-9*f) : 0longueur (m) de la ligne: 4impédance de la charge (Ohm) éventuellement complexe(ex: 25+100*i): 50+1./((1e-11)*6.28*f*i)
22
1 Coax , c ’est trois conducteurs
MdMc
D ’où la nécessité de symétriserles antennes et d ’empêcher le
mode commun de rayonner.
Le feeder ne doit pas rayonner,emploi d ’un BALUN
je ne traite pas du sujet ici
24
Différentes séparationsamovibles
Couplage électrique
50
EHF 50 VHF
Rg=50
EHF
Ru=50
VHFC'1
Cm
50
EHF 50 VHF
Rg=50
EHF
Ru=50
VHFC''1 C''2
50
EHF 50 VHF
Rg=50
EHF
Ru=50
VHFC1 C2
CM
C'2
CE:couplage fort
couplage moyen
couplage faible
25
Couplage magnétique
50
EHF 50 VHF
Rg=50
EHF
Ru=50
VHF
50
EHF 50 VHF
50
EHF 50 VHF = 0
50
EHF 50 VHF
Rg=50
EHF
Ru=50
VHF
Rg=50
EHF
Ru=50
VHF
Rg=50
EHF
Ru=50
VHF = 0
j.l.ω
L1 L21/1
1/0
j.L.ω
L1 L21/1
L1 L2
L1 L21 /1
j.l.ω
CM:couplage moyen
couplage fort
couplage faible
couplage moyen
La maquette
26
Avec 2 LPD 434MHz
434.00
434.00
E
R
Larsen
434.00
434.00
E
R
Albal
Effet d ’une fente
434.00
434.00
E
R
Larsen
434.00
434.00
R
Fente rectiligneAnt / fente
E
27
Effet selon la fréquence
R
Albal
GO
GO
R
Albal
FM
FM
Blindage en FM: 88 à 108 MHz
RFM
FM
< seuil
niveau < seuil de décrochage FM
28
Utile pour comprendre les voiesde couplage en CEM
R
FM
FM
R
FM
FM
couplage électriqueqq. cm suffisent
couplage magnétique
courant de surface à l'intérieur
R
FM
FM
R
FM
FM
masses aux deux extrémités''blindage magnétique etélectrique''
masse à une extrémité''blindage électrique'' =boucle de Möebius
30
Les sondes (Moebius, capacitive)
Moebius
Ferrite (arrêt MC)
Prise UHF
S
coax.semi-rigide
D 6.4mmou 3.58 mm
soudure
B
Ε
Η
ONDE EM
31
mesure du champ rayonnépar des signaux internes(se synchroniser sur eux) sonde H de
Möeb iusavec ou sanspréamplificateur(large bande, faible bruit) H
Y1 Y2
OscilloscopeouAnalyseur de spectre
Synch : Y2
mesure des fuites magnétiquesd'une ouverture sur un plan demasse
S E
Analyseur de spectregénérateur tracking0.1 à 1200 MHz
HI
50Ω
32
recherche d'une résonnanceinterne
S E
Analyseur de spectregénérateur tracking0.1 à 1200 MHz
Coupleur directif
Systèmesous test
H
Ondemètre à absorption (dip-mètre)
35
Effet de peau
R Rr
f avec r rayon
R f
HF
HFR
= = =
= =
0
0
21. . . . . / ,π µ γ γ ρ
Résistance en CC Résistance à la fréq uence,
Ef f et de peau
Visualisation de l ’effet de peau
37
Rayonnement
Le fluo et l ’allume-gaz,permettent de vérifier le
rayonnement par MC dans uneinstallation d ’antenne mal
symétrisée.
38
Pourquoi les essais en chambresemi-anéchoique sont-ils si longs
?
Les annulations par échos.
Analyseur de spectre RF sortie tracking 0,1 MHz / 1 GHz
h1 h2
d
sol +/- réfléchissant
d1 d2
S EF
Ant 1 Ant 2
ϕ2
ϕ1
39
h1 h2d1 d2
d
Ant 1
Ant 2ϕ1
ϕ2
A1
A2
F
Ant' 1 image atténuée
ε,γ
Att=f(F,ε,γ)
sol réfléchissant
h1
40
Couplage champ à fil
R=50ΩΩΩΩ10W
10V/mfréquenceniveau, mod
cellule TEM
charge
Amplificateur de Puissance1MHz à 350MHz Ps: 0à 8W
générateur HFF 0 à >350MHzAM, CW
PC de contrôle
champmètre
Appareil sous test
RS232
fibre optique
E
IEEE 488
TV
caml
TOS
contrôlerégulationexcursion
i
L
i
x
L
fil
Antenne
lam pe3.6V300m A
E,f
ci
x
L
f1 f2
i
ff1 f2 log
Nous ne referons pas 14-18
41
L ’intérieur, une cam.
Propagation dans un autre milieu:l ’eau
Il faut raccourcir les dipôles accordés
42
Propagation dans un milieul ’eau
direct invers e
TOS
E SE S
Amplificateur RF 30dB. F : 0 ,1 /400 MHz PS 39 d Bm / 8W
A
TOS-mètre
S
250MHz
illuminationplus forte
eau
résonnateur diélectrique (cavité)
Plus un effet de captation deslignes de champ, de guide, de
résonance en cavité diélectrique
45
Effet de cavité diélectrique
Notre cerveau, c ’est aussi 80%d ’eau, nos cellules ne s ’allument
pas ?
Un quart d ’onde de la paroi, c ’est laposition de l ’oreille interne à
900MHz !
46
Du champ fort ?
Petite histoire vraie : le soudage HFet le stérilet !
Du champ fort, vous en voulez ?
Le TESLA-COIL
nuova ELETTRONICA
48
Schéma de principe
Tesla coilL,Q
Cext
n1
n2
cp
cp
cp
V
F:200kHzP: 30W
terrei
V1 F
Approximation
L
C V
F:200kHzP: 30W terre
i=V2/r
V2=k.(n2/n1).V1 F
Q =L .w/r
r
V=k.(n2/n1).Q
V2
C=f(Cext +cp)
F = Fo(L,C)
54
Les effets sur la santé ?
• OZONE en quantité• Les effets des champs électromagnétiques
sont peu connus• brûlures HF
• j ’utilise ce Tesla coil à petite dose
Des influences biologiques reconnues
• Perturbation des flux d ’ions calciques (qui sontdes messagers du signal cellulaire)
• Modification du rythme circardien (jour/nuit)
• influence la glande pinéale (mélatonine)
• perturbation des défenses immunitaires(lymphocites)
• Système nerveux• Modifications génétiques (ADN,ARN)
• risques de cancers
Recommended