TP HF Manipulation 2 - Free

TP HF Manipulation 2
ETUDE DE QUELQUES MULTIPOLES
Introduction
En hyperfréquences, des éléments présentant un certain nombre de portes ou
accès sont utilisés tels que les : > dipôles (1 accès) : impédance de charge
> quadripôles (2 accès) : atténuateur, déphaseur, quadripôle
d'adaptation
> hexapôles (3 accès) : circulateur
> octopôles (4 portes) : coupleur directif Ils permettent d'améliorer la ligne (adaptation), de faire des jonction, de
faire varier la puissance. Ils agissent directement sur les
caractéristiques de l'onde : amplitude et déphasage. Par contre, ils ne
modifient par la fréquence. L'objectif de ce TP est de mesurer à l'aide de méthode simple les
caractéristiques de quelques multipôles. Pour cela, nous avons à notre disposition le banc d'essai d'hyperfréquence
suivant : > Un générateur hyperfréquence (ici, une diode Gunn)
> Un isolateur (guide unidirectionnel) à ferrite afin d'éviter la
réflexion du signal vers le générateur qui pourrait être alors
endommagé
> Un ondemètre (cavité) donnant une lecture directe de la fréquence
> Un atténuateur de tarage qui permet d'atténuer fortement le signal
mais sans précision
> Un atténuateur calibré (pour permettre une atténuation fine et
chiffrée)
> Une ligne de mesure constituée d'une portion de guide fendu équipé
d'un chariot porte-sonde dont on peut mesurer avec précision le
déplacement
> Un détecteur à cristal suivi d'un galvanomètre ou d'un millivoltmètre On ajoutera un ou plusieurs éléments suivant la manipulation à faire : > une charge adaptée
> un court circuit
> un quadripôle sans pertes
> un isolateur
> un circulateur
> un coupleur directif Quadripôles réciproque sans pertes 1 Propriétés Un quadripôle est un circuit à 2 voies d'accès. Il est défini par sa
matrice S :
| |b1 = S11 a1 + S12 a2 |
| |b2 = S21 a1 + S22 a2 |
|S = | |
| | |
Une onde incidente donne naissance à une onde réfléchie et à une onde
transmise. Significations physiques de ces paramètres : S11=[pic]=[pic] S21=[pic]=[pic] S12=[pic]=[pic] S22=[pic]=[pic] S11 et S22 sont les coefficients de réflexion de l'accès 1 (ou 2) avec
l'accès 2 (ou 1) adaptée.
S21 et S12 sont les coefficients de transmission de l'accès 1 à l'accès 2
(ou de l' accès 2 à la accès 1), l' accès 2 (ou 1) étant adaptée. Un quadripôle sans pertes est unitaire
2 Détermination des paramètres S d'un quadripôle sans perte par la méthode
de la charge adaptée
Le générateur est préalablement réglé à 9300Mhz.
On cherche à déterminer les valeurs des coefficients de réflexions. Pour
cela, on place une charge adaptée après le quadripôle.
Il s'agit ?1 et ?2. Leur principe de mesure est très simple : nous mettons
?2 à 0 en adaptant la sortie. Il nous suffit alors de mesurer S11 qui nous
donnera la valeur de ?1.
Pour ?2 , nous procéderons de la même manière en adaptant l'entrée cette
fois ci. 1 Vérification de la fréquence
Une vérification est effectuée pour être sur que la fréquence est la bonne.
Un court circuit est placé en bout de ligne. On mesure la distance entre 2
miniums : ( = 14,95 - 12,7 = 2,25 mm. Or cette distance est égale à (/2.
nous déduisons facilement que ( = 4,5 mm.
En se reportant au tableau donnée en annexe, il est facile de faire le lien
avec la fréquence. Dans un guide d'onde, nous lisons qu'à 9300Mhz, ( = 4,45
mm ( nous travaillons bien à la bonne fréquence. 2 Méthode de mesures
La première des choses à faire est de placer notre quadripôle en sortie du
banc d'essai. Nous avons utiliser la méthode donnée en annexe et voici les
principales étapes :
> Recherche d'un minimum avec la ligne de mesure. On note X la position
du spot
> Positionnement du gain de l'atténuateur calibré à 0 il s'agit de Am.
> Nous nous plaçons à présent sur un maximum de puissance. Le spot
lumineux a été dévié.
> Modification du gain de l'atténuateur de manière à déplacer le spot
sur la position X ( nous lisons alors la valeur AM.
> La valeur du module du TOS est donnée par la formule [pic]
> A partir de l'abaque de Smith, il est possible de déterminer la phase à
partir de l'amplitude vue ci-dessus. 3 Coefficients de réflexions
On mesure le ROS dans le sens direct S11 puis dans le sens indirect S22. La
chargé adaptée permet de rendre nul le coefficient de réflexion (2
(respectivement (1) dans le sens direct (respectivement indirect).
Ensuite, on calcule le module du coefficient de réflexion par la formule
suivante :
[pic] Ensuite, on détermine la phase avec l'abaque de Smith.
Module de (
> Sens direct :
AM=8,5dB (=108,5/20=2,66 => |(|=0,453
Am=0dB > Sens indirect :
AM=8,55dB
Am=0dB (=108.55/20=2.67 => |(|= 0.455 Phase de (
(Voir abaques pages suivantes pour le détail)
> Sens direct :
xcc=12cm
xquadri+ca=12,2cm déplacement du minium : 0,2cm Sur l'abaque nous traçons un cercle de diamètre de la valeur du module de
(, puis à partir du court circuit, on se déplace de la charge [pic]=0,044.
On mesure ensuite l'angle de ce point à l'horizontale l'abaque (là où la
partie imaginaire est nulle). Soit ( = -33° > Sens indirect :
xcc=12cm
Xquadri+ca=12,25cm déplacement du minium : 0,25cm Déplacement sur l'abaque : 0.25/(=0,056 Résultats
S11= cos( ( )(ej(1
S22= cos( ( ) (ej(2
S21=S12=(+-)*j*sin( ( ) (ej((1+(2)/2 Cos ( ( )=0.25 ( ( =75.5 ( sin (( )= 0.96 Nous obtenons en résultat la matrice suivante
S=
Multipôles non réciproques
Ce type de multipôle a pour propriétés de modifier l'amplitude, la phase ou
la direction de polarisation des ondes. Suivant le paramètre sur lequel
agit le multipôle, il pourra s'agir d'un isolateur, d'un circulateur, d'un
déphaseur non réciproque.
Une façon simple de voir si un dispositif est non réciproque est de
vérifier si :
Sij ? Sji avec i ? j Etudions à présent différents types de ces appareils. 1 Isolateur
1 Théorie : Il s'agit d'un appareil disposant de 2 entrées. Il trouve son utilité
lorsque nous voulons protéger un émetteur des ondes réfléchies par une
charge mal adaptée.
Sa matrice S est de la forme suivante :
S=
Pour déterminer les caractéristiques des isolateurs, deux valeurs ont été
crées : Le gain d'insertion
[pic] Il représente la quantité de puissance délivrée par rapport à celle en
sortie dans le sens passant. L'isolement
[pic]
I représente l'atténuation dans le sens interdit. 2 Exercice : 3 Pratique :
Coefficients de réflexion
La méthode de mesure est la même que la précédente.
. Sens passant AM=1,35dB
Am=0dB (=10(1,35-0)/20=1,12 => |(|=0,05 |S11|=0,05 . Sens interdit AM=1,33dB
Am=0dB (=1,07 => |(|=0,033 ( |S22|=
0,033 Les valeurs trouvées sont proche de 0 et presque équivalentes. On retrouve
donc bien le résultat de la matrice S soit que S11=S22=0. Détermination de L et de I
Un détecteur est placé au bout de la ligne de mesure. On note l'atténuation
Ae, et on relève la position du spot lumineux sur la galvanomètre.
On insère ensuite l'isolateur entre la ligne et le détecteur puis on
modifie la valeur de l'atténuation pour retrouver la même position du spot
lumineux. On note cette valeur As.
La différente en entre Ae et As donne la valeur de L dans le sens passant
et de I dans le sens interdit :
. Sens passant
Ae=3,5dB
L=Ae-As=0,3dB
As=3,2dB [pic] Remarque: le couteau de tarage est relevé au maximum. . Sens interdit
Le sens interdit atténue très fortement le signal. Nous avons donc mesurer
As puis nous avons augmenter la valeur de l'atténuateur pour obtenir la
même référence
As=0,5dB
I=Ae-As=22,5dB
Ae=23dB
[pic] Interprétation S11 et S22 sont proche de 0 et presque équivalentes. Néanmoins, S11 et
S22 n'étant pas nul, l'isolateur n'est pas parfait. S21 et S12 ne sont pas
égaux, la matrice est donc non réciproque. Ces résultats sont conformes
avec la matrice S de l'isolateur. 2 Circulateur
1 Théorie :
Le circulateur est un hexapole. Il possède donc 3 accès. Il est utilisé
lorsque lorsqu'on veut des émetteurs couplés à une antenne tout en
maintenant chaque émetteur découplée.
Sa matrice S est de la forme :
S= Nous remarquons que chaque entrée est adaptée. Cela se traduit par les
Sii=0.
Comme pour l'isolateur, l'isolation et le gain d'insertion sont définis . Nous avons :
[pic] [pic]
2 Exercice : 3 Pratique :
Pour toutes les mesures, nous prendrons comme référence le système avec le
détecteur seul. Nous lisons Ae=25dB. Détermination du sens de circulation
Pour déterminer rapidement, le sens de circulation, il suffit d'envoyer une
puissance sur l'accès 1 et de récupérer le signal sur l'accès 2. Si les
deux signaux sont proches, nous avons le sens passant. Sinon , c'est le
sens interdit.
Dans notre exemple nous avons comme sens passant : 1 ( 2 ( 3 (1 Détermination de L
Il s'agit toujours de la même méthode de calcul, elle n'est pas détaillée
(cf. p3)
As=24.8
(L(dB)= Ae - As = 0.2dB Détermination de I
As=0.15
(I(dB)= Ae - As = 24.3 dB Interprétation
|S21|=|S32|=|S13|[pic]0.97 |S31|=|S12|=|S23|[pic]0.06 Ces résultats sont bien en