Manuel TP Lab Telecoms 2012 2013

M A NU EL DES T R AVAU X

PR ATI QU ES

TELECOM

CYCLE INGENIEURS

F A C U L T E D E S S C I E N C E S

G E N I E E L E C T R I Q U E


PR ATI QU ES

TELECOMNUNICATIONS

CYCLE INGENIEURS EEA S5

A U 2 0 1 2 - 2 0 1 3

F A C U L T E D E S S C I E N C E S E T T E C H N I Q U E S D E T A N G E R

© M . B E N L A M L I H

D E P A R T E M E N T D E

G E N I E E L E C T R I Q U E


NUNICATIONS

E T T E C H N I Q U E S D E

Faculté des Sciences et Techniques de Tanger Département de Génie Electrique Cycle Ingénieurs

Pr. Mohammed BENLAMLIH Page 2

Tableau à imprimer et ramener avec vous à toutes les séances de TP.

Le faire signer par le professeur encadrant après validation de chaque étape de TP.

Noms du Groupe :

1……………………… 2………………………….. 3…………………….

4……………………… 5………………………….. 6…………………….

ETAPE 1 2 3 4 5 6 7

TP1

TP2

TP3

TP4

TP5



Liste des travaux pratiques

TP 1 – L’analyseur de réseaux : Techniques d’adaptation d’impédance 4

TP 2 – Caractérisation des Lignes de transmission en régime impulsionnel et harmonique 11

TP 3 – L’Analyseur de Spectre : Applications en Télécoms 17

TP 4 – Antennes filaires : Mesure et simulation 24

TP 5 – La réception par satellite : Evaluation d’une liaison satellitaire 31



TP 1 – L’ANALYSEUR DE RESEAUX : TECHNIQUES D’ADAPTATION D’IMPEDANCE

(Ver. 1.2) Objectifs du TP :

• Manipulation de l’analyseur de réseau.

• Mesure des caractéristiques d’une ligne de transmission.

• Mise en évidence de la transformation d’impédance d’une ligne quart d’onde.

• Adaptation d’impédance par stub.



1- Utilisation de l’analyseur de réseaux L’analyseur de réseau est un appareil de mesure qui permet de mesurer le coefficient de réflexion et de transmission du system sous test ou DUT (Device Under Test). Le principe de fonctionnement consiste à séparer l’onde incidente R (R comme Référence) et l’onde réfléchie A (A pour port A) au niveau des ports d’entrées et de sorties et de mesurer le rapport (A/R) en (B/R) en module et phase.

Une démonstration de l’utilisation de cet appareil vous sera exposée par votre professeur en salle de TP.



2- Mesure des caractéristiques d’une ligne de transmission type câble coaxiale

a. Mesure de l’impédance caractéristique Zc La méthode proposée est celle qui consiste à mesurer l’impédance ramenée par une ligne de transmission en circuit ouvert Zco et en court circuit Zcc et d’en déduire Zc. Un câble coaxial (Référencé par #1) vous sera fourni.

i. Rappeler la relation qui existe entre Zc, Zco, et Zcc. ii. Choisissez une fréquence de mesure de telle sorte que la longueur physique du câble

est de l’ordre de λg/8. (on prendra une vitesse de propagation de l’ordre de 66% de la vitesse de la lumière). Montrer dans votre rapport le calcul effectué.

iii. Mesurer l’impédance d’entrée du câble Zcc quand le câble est terminé par un court circuit.

iv. Mesurer l’impédance d’entrée du câble Zco quand le câble est terminé par un circuit ouvert.

v. Calculer Zc.

b. Mesure de la permittivité εr

i. Le câble #1 sera utilisé en circuit ouvert. ii. Choisir la fréquence de mesure la plus petite qui permet de transformer le circuit

ouvert en court circuit. A cette fréquence, la longueur de la ligne L est exactement égale à 0,25 λg.

iii. A l’aide l’un mètre, mesurer la longueur physique de la ligne Lphysique. En déduire la valeur de εr.

c. Mesure du coefficient d’atténuation α Pour une ligne de transmission avec pertes, l’évolution du module du coefficient de réflexion en fonction de longueur L et chargée par une charge de coefficient de réflexion ГL est donné par :

dL ed α2)( −Γ=Γ

Zcc

Zco

Lphysique

Zco

L

ETAPE E1.1 : MONTREZ VOS MESURES AU PROF POUR VALIDER CETTE ETAPE




i. Terminez le câble #1 par un court circuit (|ГL|=1) et mesurez le coefficient de réflexion |Г(d)| à différentes fréquences. Complétez le tableau suivant : F(MHz) 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 |Г(d)| α(Np) α(dB) α(dB/m)

Notez la longueur physique du câble fourni : L=……….m

3- Mise en évidence de la transformation d’impédance d’une ligne quart d’onde

a. Tout en gardant la fréquence à laquelle le tronçon de câble fourni se comporte comme un transformateur λg /4, connecter la charge résistive RL fournie. Mesurer à l’analyseur de réseu Rin.

b. En déduire la valeur de la charge RL. c. Mesurer à l’Ohm-mètre RL pour vérifier votre résultat.

4- Adaptation d’impédance par simple stub. On se propose d’adapter une impédance inconnue à un générateur d’impédance de sortie 50Ω en utilisant l’adaptation par stub en court-circuit. Le principe de l’adaptation par stub en court-circuit consiste à trouver l’emplacement (dstub) où placer un stub de longueur (lstub) de telle sorte que l’impédance vue par le générateur est égale à l’impédance caractéristique de la ligne. Une charge Zx de valeur inconnue vous sera fournie.

LR

ZcRin

2

=

4gL

λ=

LR





a. A l’aide de l’analyseur de réseaux, mesurer l’évolution de Zx(ω) dans la bande 10 à

50MHz

b. A F=27MHz. Donner la valeur de Zx. Calculer l’admittance correspondante Yx. En déduire le schéma équivalent parallèle de la charge (Rx//Cx ou Rx//Lx). Déterminer les valeurs de Rx et Cx (ou Lx).

c. A l’aide de l’abaque de Smith, trouver les longueurs physiques dstub et lstub d’un

circuit d’adaptation par stub en court-circuit. Indiquer les valeurs sur votre rapport. Le câble utilisé est de type RG223.

d. Mesurer l’impédance ramenée par le stub en court-circuit calculé et vérifier avec

votre calcul théorique.

e. Mesurer la longueur électrique ls de la ligne calculée

f. Vérifier par l’abaque de Smith que ce stub vous donne bien d’adaptation souhaitée. g. Connecter la charge, le stub et la ligne et vérifier que le système complet permet bien

l’adaptation de la charge.

h. Relever l’allure de Zin dans l’abaque de Smith entre 10 et 50MHz. i. A quelle fréquence l’adaptation est parfaite ? j. Relever le TOS et Le coefficient de réflexion entre 10 et 50MHz.

5- Réaliser un filtre coupe bande à l’aide de câble coaxiale en circuit ouvert.

Montrez vos résultats à votre encadrant.

lstub

ZX

câble coaxial

dstub

Stub terminé par un court circuit

BNC “T” connecteur

Vers analyseur de réseaux

(continuation de la ligne principale 50Ω)






ANNEXE





TP 2 – CARACTERISATION DES LIGNES DE TRANSMISSION EN REGIME IMPULSIONNEL ET

HARMONIQUE

(Ver. 1.0)

Objectifs du TP :

• Mesurer la vitesse de propagation d’une ligne de transmission type câble coaxiale. En déduire la permittivité relative εr.

• Mesurer l’impédance caractéristique d’un câble coaxial.

• Déterminer la longueur d’un câble par réflectométrie dans le domaine temps.

• Localiser l’emplacement et du type de défauts dans les supports de communication.

• Déterminer la longueur d’un câble par mesures en régime harmonique.

Réflectométrie dans le domaine temps



En basses fréquences, les fils et les câbles qui sont utilisés pour connecter les différents éléments d’un circuit peuvent être considérés comme connecteurs idéals qui transportent tensions et courants sans changement d’amplitude et d’une manière instantannée..

Cependant, en hautes fréquences et en régime impulsionnel et en régimes harmonique, cette approximation n’est plus valable, et le câble doit être lui-même pris en compte dans le calcul des différents courants et tensions. Le câble devient donc une partie intégrante du circuit avec ses propres propriétés (longueur, impédance caractéristique, vitesse de propagation, atténuation,…)

Vous allez utiliser pour vos mesures deux bobines de câble coaxial :

1- Câble coaxial de type RG-58 (Câble noir) de longueur inconnue mais de caractéristiques connues.

2- Câble coaxial de type inconnu (Câble blanc) et de longueur L connue (déduite des indications sur le câble).

Deux des paramètres mesurables liés à la ligne sont: Z0 (Impédance caractéristique) et vp( vitesse de propagation)

Pour mesurer ces quantités que vous devez utiliser une impulsion extrêmement courte en temps.

A- Mesure de la vitesse de propagation d’un câble de longueur connue.

Un câble coaxial « Blanc » de longueur L connue vous sera fourni.

6- A l’aide des étiquettes sur le câble, relever la longueur physique de la ligne.

7- Connectez le générateur de fonctions à l’oscilloscope en utilisant un câble court (<50cm).

8- Ajustez le générateur d'impulsions pour générer une impulsion de tension positive d’amplitude 5V ayant une largeur approximative de 100 ns. La période des impulsions sera pour le moment réglée autour de 1µs.

9- Connectez le câble « Blanc », le câble de synchronisation ‘Référence), le TEE, le générateur de fonctions, et l’oscilloscope selon la configuration suivante :

Configuration pour les mesures en réflectométrie

Faculté des Sciences et Techniques de Tanger

Pr. Mohammed BENLAMLIH

La configuration permet de visualiser sur l’oscilloscope les ondes incidentl’entrée de la ligne (point A) ou au niveau de la charge (point B)

10- En utilisant une vitesse de propagation approximative moyennestimer le temps allerveillez à ce que la période des les impulsions est bien supérieure au temps aller retour des impulsions dans le câble.

11- Terminez votre câblede réflexion de la charg

12- Votre oscilloscope devrait afficher un signal comme suit. (avec différentes bases de temps et d’amplitude bien sure

Trace supérieure en A et trace inferieure en B

13- Identifiez les ondes incidentes et les ondes réfléchies sur la trace en A.temps, l’amplitude de la trace

14- Expliquez l’allure des signaux obtenus, leurs amplitudes cà vide Vg(t).

15- Mesurez le retard entre les impulsions aller

ETAPE E2.1 : MONTREZ VOS MESURES AU PROF POUR VALIDER

ETAPE E2.2 : MONTREZ VOS MESURES AU PROF POUR

niques de Tanger Département de Génie Electrique Cycle Ingénieurs

La configuration permet de visualiser sur l’oscilloscope les ondes incidentes et réfléchies soit à l’entrée de la ligne (point A) ou au niveau de la charge (point B)

En utilisant une vitesse de propagation approximative moyenne de d’ordre de 60%, temps aller-retour des impulsions sur la ligne. Lors du réglage du g

veillez à ce que la période des les impulsions est bien supérieure au temps aller retour des impulsions dans le câble. Pourquoi ?

câble avec une impédance infinie (aucune charge). Quel est le coefficient de réflexion de la charge ?

Votre oscilloscope devrait afficher un signal comme suit. (avec différentes bases de temps et d’amplitude bien sure !).

Trace supérieure en A et trace inferieure en B

les ondes incidentes et les ondes réfléchies sur la trace en A.temps, l’amplitude de la trace obtenue au point B du câble.

l’allure des signaux obtenus, leurs amplitudes comparées à celle du générateur

le retard entre les impulsions aller-retour et en déduire la vitesse

MONTREZ VOS MESURES AU PROF POUR VALIDER CETTE ETAPE


Département de Génie Electrique Cycle Ingénieurs

Page 13

es et réfléchies soit à

e de d’ordre de 60%, retour des impulsions sur la ligne. Lors du réglage du générateur,

veillez à ce que la période des les impulsions est bien supérieure au temps aller retour des

Quel est le coefficient

Votre oscilloscope devrait afficher un signal comme suit. (avec différentes bases de

les ondes incidentes et les ondes réfléchies sur la trace en A. Expliquez le

omparées à celle du générateur

retour et en déduire la vitesse de propagation.

CETTE ETAPE

CETTE ETAPE



16- Terminez votre générateur avec un court-circuit. Quel est le coefficient de réflexion de la charge ?

17- Esquissez l’allure des signaux obtenus aux points A et B. Comparer leurs amplitudes à celle du générateur à vide Vg(t). Expliquez.

18- Connaissant la longueur de la ligne. Déduire la permittivité relative de la ligne.

19- Déduire de la différence d’amplitude entre onde incidente et onde réfléchie l’atténuation de la ligne. A quelle fréquence correspond cette atténuation ?

20- Remplacez le signal impulsionnel par un signal échelon de longueur 1µs.

a. Charger la ligne par un circuit ouvert.

b. Représenter l’allure du signal en A. Expliquer la forme obtenue.

c. Charger la ligne par un court-circuit.

d. Représenter l’allure du signal en A. Expliquer la forme obtenue.

e. Déduire de ces mesures l’impédance caractéristique du câble « Blanc ».

f. Remettre le signal impulsionnel

21- Mesure de l’impédance caractéristique d’un câble coaxial par annulation des reflections.

22- Términez le câble par une résistance R ajustable par un potentiomètre.

23- Faire varier la valeur R jusqu'à annulation des ondes réfléchies. Mesurer alors la valeur du potentiomètre à l’aide d’un multimètre. Quelle est l’impédance caractéristique Zo de la ligne.

24- Détermination de la longueur d’un câble par réflectométrie dans le domaine temps.

Cette partie du TP se fera avec le câble Noir de type connu (RG-58) mais de longueur L inconnue :

25- Remplacer le câble blanc par le câble noir.

26- Faites les manipulations nécessaires pour mesurer la longueur du câble noir. Décrire les manipulations dans votre rapport.






27- Comment identifier qu’une impulsion réfléchie correspond bien au bout du câble et non pas une coupure au milieu du câble ?

28- Détermination de la longueur de câble par mesures en régime harmonique.

29- Régler le générateur de fonction pour générer un signal sinusoïdale de valeur moyenne nulle et d’amplitude Vmax=5V.

30- Charger le câble par un court circuit.

31- En balayant le générateur à partir des très basses fréquences, rechercher la première fréquence F1max pour laquelle le signal au point A est maximal. Quelle est alors la longueur électrique du câble a cette fréquence ?

32- Déconnecter le câble du point A. Constater vous un changement de l’amplitude du signal. Expliquer.

33- Connaissant la vitesse de propagation du câble et F1max, en déduire sa longueur

34- Pour quelle fréquence, l’amplitude du signal mesuré en A sera minimale. Expliquer.







TP 3 – L’ANALYSEUR DE SPECT

Objectifs du TP:

• Se familiariser avec le fonctionnement et l’utilisation de l’analyseur de spectre.

• Visualiser le spectre de signaux élémentaires

• Visualiser le spectre de signaux des émissions typiques

• Vérification des caractéristiques d’un émetteur

• Mesure du Rapport Signal/Bruit

Spectre d’


L’ANALYSEUR DE SPECTRE : APPLICATIONS EN TELECOMS

(Ver. 1.0)

Se familiariser avec le fonctionnement et l’utilisation de l’analyseur de spectre.

isualiser le spectre de signaux élémentaires

Visualiser le spectre de signaux des émissions typiques : AM, FM, TV, GSM.

Vérification des caractéristiques d’un émetteur- conformité avec les normes en vigueur.

Mesure du Rapport Signal/Bruit

Spectre d’un Signal modulé en FM : Fonctions de Bessel


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: APPLICATIONS EN

Se familiariser avec le fonctionnement et l’utilisation de l’analyseur de spectre.

: AM, FM, TV, GSM.

conformité avec les normes en vigueur.



Introduction

Le spectre d’un signal est la représentation des amplitudes des différentes dans le signal. Dans la pratique, le spectre est visualisé sur un analyseur de spectre.

En télécommunications, les émissions se font à des fréquences variées allant de 10kHz à environ. La taille de l’antenne est du même ordre de grandeur que la longueur d’onde du signal émis. Ces émissions sont caractérisées par leur encombrement spectral.

I- Analyseur de spectre

Un analyseur de spectre Radio Fréquence (RF) n’est pas fondamentalement différent d’un récepteur radio, sauf que le balayage de la gamme de fréquence est automatique et non pas manuel, et que le signal de sortie n’est pas envoyé sur un hautd’affichage.

Grace au balayage automatique, un analyseur de spectre permet donc de fréquence du spectre en un «

II- Principe de fonctionnement

L’analyseur de spectre analyse et affiche toutes les fréquences contenues dans un signal dans une bande de fréquence donnée appelée bande de balayage (

L’entrée de l’analyseur se compose d’un atténuateur pour limiter le nl’entrée de l’appareil et qui risque de détruire l’étage d’entrée (Mélangeur). L’atténuateur est suivi d’un filtre passe-bas qui limite le niveau de bruit et les fréquences image a l’entrée de l’appareil.

Le balayage en fréquence (Mélangeur), qui effectue le produit de la tension du signal à analyser par celle délivrée par un Oscillateur Local (LO). C’est générateur dont la fréquence de sortie est commandée par un signarampe générée elle même par un générateur de rampe. Le générateur de rampe commande également le balayage horizontal de l’affichage. La sortie du mélangeur se compose des fréquences somme et différence des deux signaux (F(FILTRE FI Fréquence Intermédiairel’amplitude de cette fréquence est assurée par l’intermédiaire du détecteur de crête.

Schéma block d’un analyseur de spectre


Le spectre d’un signal est la représentation des amplitudes des différentes fréquencesDans la pratique, le spectre est visualisé sur un analyseur de spectre.

mmunications, les émissions se font à des fréquences variées allant de 10kHz à environ. La taille de l’antenne est du même ordre de grandeur que la longueur d’onde du signal émis. Ces émissions sont caractérisées par leur fréquence porteuse et leur largeur de bande

Un analyseur de spectre Radio Fréquence (RF) n’est pas fondamentalement différent d’un récepteur radio, sauf que le balayage de la gamme de fréquence est automatique et non pas

que le signal de sortie n’est pas envoyé sur un haut-parleur mais sur un dispositif

Grace au balayage automatique, un analyseur de spectre permet donc d’analyser toute une bande de fréquence du spectre en un « clin d’œil » !

fonctionnement

L’analyseur de spectre analyse et affiche toutes les fréquences contenues dans un signal dans une bande de fréquence donnée appelée bande de balayage (SPAN en anglais).

L’entrée de l’analyseur se compose d’un atténuateur pour limiter le niveau des signaux forts a l’entrée de l’appareil et qui risque de détruire l’étage d’entrée (Mélangeur). L’atténuateur est suivi

bas qui limite le niveau de bruit et les fréquences image a l’entrée de l’appareil.

est assuré par l’intermédiaire d’un multiplicateur analogique ), qui effectue le produit de la tension du signal à analyser par celle délivrée par un

Oscillateur Local (LO). C’est générateur dont la fréquence de sortie est commandée par un signarampe générée elle même par un générateur de rampe. Le générateur de rampe commande également le balayage horizontal de l’affichage. La sortie du mélangeur se compose des fréquences somme et différence des deux signaux (FRF+FLO) et (FRF-FLO). Le filtre FILTRE FI Fréquence Intermédiaire) se charge de filtrer une seul fréquence. La mesure de

l’amplitude de cette fréquence est assurée par l’intermédiaire du détecteur de crête.

Schéma block d’un analyseur de spectre


Page 18

fréquences présentes Dans la pratique, le spectre est visualisé sur un analyseur de spectre.

mmunications, les émissions se font à des fréquences variées allant de 10kHz à 300GHz environ. La taille de l’antenne est du même ordre de grandeur que la longueur d’onde du signal

largeur de bande ou

Un analyseur de spectre Radio Fréquence (RF) n’est pas fondamentalement différent d’un récepteur radio, sauf que le balayage de la gamme de fréquence est automatique et non pas

parleur mais sur un dispositif

analyser toute une bande

L’analyseur de spectre analyse et affiche toutes les fréquences contenues dans un signal dans une

iveau des signaux forts a l’entrée de l’appareil et qui risque de détruire l’étage d’entrée (Mélangeur). L’atténuateur est suivi

bas qui limite le niveau de bruit et les fréquences image a l’entrée de l’appareil.

est assuré par l’intermédiaire d’un multiplicateur analogique ), qui effectue le produit de la tension du signal à analyser par celle délivrée par un

Oscillateur Local (LO). C’est générateur dont la fréquence de sortie est commandée par un signal rampe générée elle même par un générateur de rampe. Le générateur de rampe commande également le balayage horizontal de l’affichage. La sortie du mélangeur se compose des

). Le filtre Passe Bande ) se charge de filtrer une seul fréquence. La mesure de

l’amplitude de cette fréquence est assurée par l’intermédiaire du détecteur de crête.



Un extrait du manuel d’utilisation de l’analyseur de spectre est disponible en salle de TP.

III- Manipulations :

A. Vérifier et reporter :

l‘impédance de sortie du générateur

l’impédance d’entrée de l’analyseur de spectre

l’impédance caractéristique du câble de connexion.

1. Faites un schéma équivalent de votre montage.

2. Allumer l’analyseur de spectre et le générateur de signaux. Laisser stabiliser en température (3 minutes)

3. Connecter le générateur de signaux a l’analyseur à l’aide du câble coaxiale fourni. Commenter.

B. Observation des signaux :

i) Signal sinusoïdal pur.

Le signal le plus simple du point de vue fréquence est le signal sinusoïdal. Celui-ci se compose d’une seule raie.

Exemple d’affichage sur analyseur de spectre d’un signal sinusoïdal pur.

A l‘aide du générateur de signaux :

1. Appliquer un signal sinusoïdal de fréquence 50MHz et de puissance -10dBm à l’entrée de l’analyseur de spectre.

2. Régler l’analyseur de spectre sur les paramètres suivants :

CENTER: 50MHz. SPAN : 2MHz. REFERENCE LEVEL : 0dBm (Notez que la référence correspond toujours au trait supérieur de l’écran) RBW : AUTO



(Resolution Bandwidth), c’est la bande passante du filtre IF. Elle définit la finesse de résolution des signaux ou pouvoir de séparation de deux signaux proches en fréquence. NOTE : Pour toutes les manipulations qui suit, à chaque fois qu’il vous est demandé de reproduire sur votre rapport un spectre, il faudra mentionner, en plus du signal observé, ces quatre paramètres de réglage de l’analyseur de spectre :

(1) CENTER Frequency,

(2) SPAN,

(3) REFERENCE LEVEL et

(4) RBW.

Elle correspondent à l’échelle d’affichage.

3. Reproduisez sur votre rapport le signal observé sur l’analyseur de spectre et comparer l’amplitude, la fréquence et la forme (épaisseur) du signal observé à celle du spectre théorique.

ii) Réduisez le RBW au minimum sans que le signe * apparaisse sur l’analyseur. Reproduisez sur votre rapport le signal observée sur l’analyseur de spectre et commenter.

iii)

iv) Signal sinusoïdal réel –la distorsion harmonique.

Un signal sinusoïdal pur n’existe pas dans la pratique. Il a donc toujours des harmoniques, même de très faibles niveaux. La figure qui suit est un spectre typique d’un signal sinusoïdal issue d’un générateur réglé pour fournir un signal sinusoïdal pur.

La mesure des harmoniques nous renseigne sur :

• la pureté spectrale des oscillateurs

• la linéarité des amplificateurs

• La conformité d’un émetteur avec les normes

• Etc Exemple d’affichage et la légende ou échelle correspondante

CENTER 5MHz

SPAN 5MHZ

REF LVL20dBm

RBW 220kHz




1. Elargir la bande du spectre pour visualiser le signal 50MHz jusqu'à la cinquième Harmonique (5*50MHz).

2. Mesurer les différentes amplitudes des harmoniques et reporter les sur votre rapport.

NOTE : Pour les harmoniques, comme le niveau est faible, il est parfois nécessaire de réduire le niveau de référence (REF LVL) pour les observer.

iii. Spectre d’une émission en modulation d’amplitude.

La modulation d’amplitude est utilisée en radio diffusion dans les bandes MW (Medium Waves) et LW (Long Waves).

a. Déconnecter le câble coaxial entre le générateur et l’analyseur de spectre. Connecter les antennes fouets à la sortie du générateur et à l’entrée de l’analyseur de spectre pour faire une transmission sans fil.

b. Générer un signal de fréquence 10MHz et de puissance 10dBm. Moduler ce signal par un signal sinusoïdal de fréquence de 10kHz. Cette étape simule un émetteur radio en modulation d’amplitude.

c. Pour trois indices de modulation 0%, 50% et 100% reproduisez les spectres obtenus et comparer l’amplitude des bandes latérales avec les valeurs théoriques

d. Reportez la bande passante occupée par le signal avec modulation. La bande est-elle modifiée la l’indice de modulation.

e. A l’aide de la fonction démodulation, démoduler votre signal. Pour quel taux de modulation de signal écoutée a la meilleure qualité ?

f. Evaluer la puissance transportée par chaque bande latérale et par la fréquence centrale.

g. Calculer le rendement de l’émetteur pour chaque taux de modulation. Le rendement est défini comme le rapport de la puissance transportée par les bandes latérales et la puissance totale consommée par l’émetteur (bandes latérales et porteuse). Pour quel taux de modulation le rendement est le meilleur ?

b) Spectre de la bande Radio FM

Spectre d’un signal modulé en FM

a. Générez une porteuse de fréquence 87.5MHz et de puissance 10dBm modulée en fréquence par un signal sinusoïdal de fréquence 5kHz.

b. Fixer l’indice de modulation à β=15.





c. Connecter le générateur à l’entrée de l’analyseur de spectre. Reporter le spectre obtenu. A quoi correspondent les différentes raies observées.

L’analyse spectrale permet également de vérifier très aisément un certain nombre de caractéristiques des émetteure et en particulier:

• sa fréquence d’émission F0

• sa puissance P0

• son encombrement spectral B0 (Bande occupée)

• la présence éventuelle d’harmoniques

a. Etteindre de générateur, déconnecter l’antenne du générateur. Garder l’antenne fouet à l’entrée de l’analyseur de spectre.

b. Explorer la bande FM (88-108MHz). Identifiez au moins quatre stations radio. Reproduisez sur votre rapport le spectre approximatif de la bande, la fréquence et le nom des stations radio identifiées. Passer en mode démodulation FM pour démoduler (écouter) la station de votre choix sur les hauts parleurs fournis..

c. Mesurer la bande passante occupée par une des stations FM. Comparer à la bande occupée par les émetteurs en modulation d ‘amplitude. Commenter. La qualité d’écoute s’obtient au dépend de quoi ?

c) Spectre de la bande GSM

La bande GSM est divisée en deux sous-bandes, servant l’une pour le transfert d’informations entre le mobile et la station de base (voie montante), et l’autre pour la liaison entre la station de base et le mobile (voie descendante)




La largeur de bande de pour chaque voie est de 35 MHz.

- de 880 à 915 MHz du mobile vers la base - de 925 à 960 MHz de la base vers le mobile - écart entre fréquence émission et réception : 45 MHz - Bande occupée par un GSM est de 200 kHz

Chaque porteuse GSM est identifié de manière unique par un numéro n, conformément au plan suivant où la fréquence de la voie descendante est exprimée en MHz:

F = 935 + (0,2 x n) avec 1< n < 24

Exemple: Pour n=10,

Fréquence descendante =937MHz

Fréquence montante = (937-45) =892MHz

La fréquence émise par votre portable est donc 892MHz.

a. Visualiser une des balises du système GSM et reproduisez son spectre. Activer le détecteur de peak de l’analyseur pour mémoriser les trames du GSM.

b. Faites des essais avec votre portable et faites des appels (à des numéros gratuits bien sure ou n’existant pas !) pour faire actionner l’émetteur de votre GSM.

d) Mesure du Signal Minimale Détectable par l’analyseur de spectre.

Connecter le générateur à l’analyseur de spectre. Appliquez un signal de 200MHz et de puissance 0dBm.

Visualiser votre signal sur analyseur de spectre. Diminuer l’amplitude du signal jusqu'à ce que celui ci soit dans le bruit. Indiquer cette puissance dans votre rapport. Elle correspond au Signal Minimale Détectable par l’analyseur de spectre.

Modifier la bande de résolution de l’analyseur de spectre et le niveau du signal de référence. Y-a-t il une configuration meilleur que les autres et qui permet de détecter des signaux encore plus petits que le signal mesures? Penser au bruit et sa bande passante ! Commenter.




TP 4 – ANTENNES FILAIRES : MESURE ET SIMULATION

Objectifs du TP :

• Simulation des antennes filaires les plus répandues (Dipôle λ/2, λ/4, Antenne Yagi)

• analyse des paramètres les plus importants (Diagramme de rayonnement, Impédance d ‘entrée,…)

• Simulation d’une antenne réseau

• Utilisation d’une des antennes simulée pour l’évaluation des puissances dans une réception pratique.

Diagramme de rayonnement en 3D d’une antenne Yagi



Introduction Les antennes filaires sont constituées à partir de tiges métalliques conductrices de longueur comparable à la longueur d’onde. Elles sont utilisées dans le domaine des télécommunications dans de nombreuses applications tel que la radiodiffusion (bandes MW, LW et SW), la radiocommunication avec les mobiles (bande VHF), la télédiffusion (bandes VHF, et UHF) ainsi que certains systèmes de navigation et de communication par satellite. Objectif L’objectif de ce TP est la simulation et la mesure de certaines antennes filaires de structure simple et l’analyse des paramètres les plus importants. Une utilisation concrète de l’une des antennes dans une application pratique sera abordée. Les antennes à simuler sont : 1- Antenne demi-onde idéale en espace libre en polarisation verticale. 2- Antenne demi-onde réelle espace libre en polarisation verticale 3- Antenne quart d’onde en présence d’un plan réflecteur idéal. 4- Antenne quart d’onde en présence d’un sol réel. 5- Antenne Yagi-Uda à trois éléments Ces exemples vous permettront de renforcer les connaissances théoriques acquises pendants les cours et vous exposer aux réalités expérimentales liées au dimensionnement physique des antennes.

Pour chaque simulation, les paramètres importants à relever sont : a- Le gain maximal de l’antenne en dBi ou dBd b- L’ouverture à 3dB du diagramme de rayonnement en plan horizontal et vertical. c- La polarisation du champ électrique émis. d- L’orientation du champ maximal. e- L’impédance d’entrée de l’antenne. f- La distribution du courant sur les fils de l’antenne. Les antennes seront simulées à l‘aide du logiciel libre MMANA-GAL. C’est un programme qui utilise la méthode des moments pour calculer les champs rayonnés par les antennes. Une démonstration d’utilisation du logiciel vous sera présentée en salle de TP. Chaque group devra créer son propre répertoire pour enregistrer les simulations. 6- Optionnel mais rapporte des points ! La conception d’une antenne implique souvent l’optimisation du gain. L’impédance d’entrée de l’antenne n’étant pas dans ce cas optimale pour une utilisation dans un système d’impédance caractéristique donnée. Un circuit d’adaptation d’impédance (tuning circuit) doit être conçu pour optimiser le fonctionnement de l’antenne. Vous allez donc utiliser les connaissances acquises en cours de propagation et des lignes de transmission pour concevoir un circuit d’adaptation et évaluer le niveau de puissance reçu par un système de réception tel qu’un poste de télévision. Au travail ! 1- Antenne demi-onde idéale à polarisation verticale en espace libre. Une antenne demi-onde est constituée de deux tiges cylindriques métalliques de rayon r et de longueur totale L=λ/2. L’antenne est alimentée entre les deux tiges (Figure 1a-1b). En simulation, vous disposerez votre antenne dans l’axe OZ.



1-a

Figure 1-a: Antenne demi onde UHF 1Figure 1-b: Antenne demi onde schématique Utilisez comme paramètres de La fréquence de conception vous sera communiquée en salle de TP.Longueur d’antenne totale L = Epaisseur des brins très faible (rayon de l’ordre de 1Les brins sont sans pertes (conductivité infinie) Placer la source d’excitation au centre du fil. Prenez une amplitude de signal d’excitation de 1V et un déphasage nul. Environnement : Espace libre Visualisez votre antenne avant de lancer la simulation, ceci vous permettra de la structure. Enregistrez la description de votre antenne sous le nom Lancez la simulation et répondez aux questions suivantes

1. Le gain de l’antenne simulée concordeonde? Quel est le gain en dBd de l’antenne simulée?

2. Donner l’expression analytique du diagramme de rayonnement de cette antenne, comparer le au diagramme obtenu en simulation. Commentez.

3. Quel est le type de polarisation de cette antenne? Comment vous devez antenne de réception similaire pour pouvoir recevoir le signal avec le minimum d’atténuation?

4. Donner l’expression analytique de la distribution du courant le long d’une antenne demi-onde. Visualiser celle de l’antenne simulée. Comparer à la

5. Relever l’impédance d’entrée de l’antenne à la fréquence de simulation. Estpurement résistivecaractéristique de 75référence du logiciel de 50 à 75

6. Cette antenne n'est naturellement pas résonante (partie réactive de l’impédance d’entrée non nulle). Dans la pratique, on utilise des dipôles de longueur légèrement inférieurs à la demi-longueur d'onde. Le facteur d(Voir annexe)

7. Raccourcissez la longueur des brins jusqu'à de l’impédance d’antenne


1-b

a: Antenne demi onde UHF 1– 4 GHz b: Antenne demi onde schématique

Utilisez comme paramètres de simulation de l’antenne:

La fréquence de conception vous sera communiquée en salle de TP. Longueur d’antenne totale L = λ/2 dans l’axe OZ. Antenne centrée sur (0,0,0) Epaisseur des brins très faible (rayon de l’ordre de 1µm).

tes (conductivité infinie) Placer la source d’excitation au centre du fil. Prenez une amplitude de signal d’excitation de 1V et un déphasage nul.

: Espace libre

Visualisez votre antenne avant de lancer la simulation, ceci vous permettra de vérifier l’exactitude

Enregistrez la description de votre antenne sous le nom ANT01.maa

Lancez la simulation et répondez aux questions suivantes :

Le gain de l’antenne simulée concorde-t-il avec le gain théorique de l’antenne demide? Quel est le gain en dBd de l’antenne simulée?

Donner l’expression analytique du diagramme de rayonnement de cette antenne, comparer le au diagramme obtenu en simulation. Commentez. Quel est le type de polarisation de cette antenne? Comment vous devez antenne de réception similaire pour pouvoir recevoir le signal avec le minimum

Donner l’expression analytique de la distribution du courant le long d’une antenne onde. Visualiser celle de l’antenne simulée. Comparer à la théorie et commenter.

Relever l’impédance d’entrée de l’antenne à la fréquence de simulation. Estpurement résistive ? Quel est le TOS de cette antenne pour une impédance caractéristique de 75Ω ? (n’oubliez pas de changer l’impédance caractéristique dréférence du logiciel de 50 à 75 Ω) Cette antenne n'est naturellement pas résonante (partie réactive de l’impédance d’entrée non nulle). Dans la pratique, on utilise des dipôles de longueur légèrement inférieurs à

longueur d'onde. Le facteur de raccourcissement k est de l’ordre de 2 à 5%.

Raccourcissez la longueur des brins jusqu'à presque annulation de la partie imaginaire d’antenne (une valeur |jX| < 1 Ω est acceptable).


Page 24

/2 dans l’axe OZ. Antenne centrée sur (0,0,0)

de vérifier l’exactitude

il avec le gain théorique de l’antenne demi-

Donner l’expression analytique du diagramme de rayonnement de cette antenne,

Quel est le type de polarisation de cette antenne? Comment vous devez orienter une antenne de réception similaire pour pouvoir recevoir le signal avec le minimum

Donner l’expression analytique de la distribution du courant le long d’une antenne théorie et commenter.

Relever l’impédance d’entrée de l’antenne à la fréquence de simulation. Est-elle ? Quel est le TOS de cette antenne pour une impédance

? (n’oubliez pas de changer l’impédance caractéristique de

Cette antenne n'est naturellement pas résonante (partie réactive de l’impédance d’entrée non nulle). Dans la pratique, on utilise des dipôles de longueur légèrement inférieurs à

e raccourcissement k est de l’ordre de 2 à 5%.

annulation de la partie imaginaire



8. Enregistrez la description de votre antenne sous le nom ANT01k.maa 9. Quel facteur de raccourcissement k1 vous donne une impédance d’antenne purement

résistive ? 10. Comparez les performances de l’antenne résonnante) et non résonnante. 11. Quel intérêt présente une impédance d’antenne réelle par rapport à une impédance

complexe? 12. Peut-on alimenter l’antenne résonnante directement par un générateur d’impédance

caractéristique de 75Ω sans risquer une réflexion de puissance? 2- Antenne demi-onde réelle en espace libre en polarisation verticale. L’antenne que vous avez simulée en 1- ne peut être réalisée en pratique. En effet, les brins doivent avoir un diamètre réaliste, de plus le conducteur utilisé ne peut être sans pertes. Reprenez donc la simulation de 1- Longueur λ/2 (réduite du coefficient k1) et prenez cette fois-ci :

• Un diamètre de brins d’antenne réaliste de 5mm.

• Des brins construits en tuyau d’aluminium (similaire aux antennes UHF domestiques) Enregistrez la description de votre antenne sous le nom ANT02.maa Lancer la simulation.

13. L’antenne présente-elle toujours une impédance réelle ? Sinon, raccourcir encore la longueur des brins pour obtenir une impédance réelle (Voir annexe pour trouver le bon raccourcissement suivant le diamètre de câble). Préciser cette nouvelle de raccourcissement k2 valeur dans votre rapport.

14. Enregistrez la description de votre antenne sous le nom ANT02k.maa 15. Le gain d’antenne est-il affecté ? 16. Le diagramme de rayonnement est-il modifié ? 17. Conclure quant à l’effet du diamètre des brins sur l’impédance de l’antenne.

3- Antenne quart d’onde au dessus d’un plan conducteur. Pour des raisons pratiques et économiques, il est parfois utile d’avoir des antennes courtes (surtout dans cas des émetteurs AM en bande MW (λ # 300 m) et antennes de véhicule embarquées). On utilise donc la théorie des images pour ne garder qu’une moitié de l’antenne demi-onde. Dans ce cas on utilisera les propriétés conductrices soit d’un plan de masse réel ou virtuel réalisé à l’aide de barres conductrices, soit de des propriétés conductrices du sol. Dans ce cas, le choix du site d’implantation des stations radio est déterminant pour le rendement des antennes. La figure 2a 2b montre un type d’antenne fouet utilisé dans les véhicules pour l’émission VHF (police, pompiers, ambulances…) Vous aller donc reprendre l’antenne simulée en 2) et n’en garder que la partie supérieure. Dans l’onglet de CACUL, vous activerez l’option de plan de masse idéal et vous prendrez une hauteur d’antenne par rapport au plan de masse h=0 . L’antenne sera alimentée entre le bout inferieur et le plan métallique (voir figure 2b).

1. Enregistrez la description de votre antenne sous le nom ANT03.maa 2. Comparer le gain de cette antenne et l’impédance d’entrée à l’antenne demi-onde

simulée en espace libre.




3. En appliquant le principe des images, donner le système équivalent à celui de la figure 2-b. Préciser l’amplitude et le sens des courants régnant sur chaque antenne (réelle et fictive).

4. Visualiser le diagramme de rayonnement en 3D. Expliquer le et justifier la différence par rapport à l’antenne demi

2-a Figure 2-a: Antenne quart d’onde utilisée sur le toit de voitureFigure 2-b : Antenne quart d’onde schématique

4- Antenne quart d’onde en présence de sol réel Dans le cas où la fréquence de fonctionnement de l’antenne est réduite, longueur d’onde importante (λ # 300 m pour les de plans de masse importants. On utilise don le sol comme plan de masse. conducteur parfait, il introduit donc des modifications des paramètres des antennes. C’est ce que l’on se propose d’étudier dans cet exemple. Vous allez donc reprendre l’antenne simulée en 3h=0m). Enregistrez la description de votre antenne sous le nom

5. Quels paramètres d’antenne sont affectés par le sol réel. (voir surtout diagramme de rayonnement et impédance d’entrée)

6. Une antenne se trouvant à la même hauteur que l’antechamp maximal ? Cette configuration estsol ?

5- Antenne Yagi-Uda à trois éléments (le calcule de cette antenne sera fait fréquence de fonctionnement Tanger)




En appliquant le principe des images, donner le système équivalent à celui de la figure b. Préciser l’amplitude et le sens des courants régnant sur chaque antenne (réelle et

r le diagramme de rayonnement en 3D. Expliquer le et justifier la différence par rapport à l’antenne demi-onde en espace libre.

a 2-b

a: Antenne quart d’onde utilisée sur le toit de voiture : Antenne quart d’onde schématique

Antenne quart d’onde en présence de sol réel

Dans le cas où la fréquence de fonctionnement de l’antenne est réduite, longueur d’onde importante (λ # 300 m pour les émissions radio en MW), on ne peut se permettre de construire de plans de masse importants. On utilise don le sol comme plan de masse. Ce dernier n’est pas conducteur parfait, il introduit donc des modifications des paramètres des antennes. C’est ce que l’on se propose d’étudier dans cet exemple.

Vous allez donc reprendre l’antenne simulée en 3- et cocher la case de sol réel (hauteur d’

Enregistrez la description de votre antenne sous le nom ANT04.maa

Quels paramètres d’antenne sont affectés par le sol réel. (voir surtout diagramme de rayonnement et impédance d’entrée) Une antenne se trouvant à la même hauteur que l’antenne d’émission recevrait

? Cette configuration est-elle optimale pour une communication sol

Uda à trois éléments (le calcule de cette antenne sera fait fréquence de fonctionnement F=672MHz (fréquence d’émission de la station TV 2M sur

ONTREZ VOS MESURES AU PROF POUR VALIDER



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En appliquant le principe des images, donner le système équivalent à celui de la figure b. Préciser l’amplitude et le sens des courants régnant sur chaque antenne (réelle et

r le diagramme de rayonnement en 3D. Expliquer le et justifier la différence

Dans le cas où la fréquence de fonctionnement de l’antenne est réduite, longueur d’onde émissions radio en MW), on ne peut se permettre de construire

Ce dernier n’est pas conducteur parfait, il introduit donc des modifications des paramètres des antennes. C’est ce que

et cocher la case de sol réel (hauteur d’antenne

Quels paramètres d’antenne sont affectés par le sol réel. (voir surtout diagramme de

nne d’émission recevrait-elle un elle optimale pour une communication sol-

Uda à trois éléments (le calcule de cette antenne sera fait à la mission de la station TV 2M sur

ONTREZ VOS MESURES AU PROF POUR VALIDER CETTE ETAPE

CETTE ETAPE



Il y a des situations, comme la réception des signaux TV VHF/UHF ou en communication point à point où des antennes de grand gain sont nécessaires. Plusieurs types d’antennes ont étés développées, mais un seul typ(souvent appelée Yagi tout court) nommée d’après les noms des deux ingénieurs japonais qui l’ont proposé en 1920. Cette antenne consiste en plusieurs brins métalliques parallèles de longueur approximative 0.5 λ. Seul un brin pilote est alimentest généralement entre 0.1 λ et 0.3 λ (Figure 3)

Figure 3 Vous aller donc simuler une antenne Yagi ayant les dimensions Réflecteur (reflector): Pilote (Driven element): Directeur (Director) : Espacement entre les éléments Diamètre brins : Matériau brins : tube en aluminiumEnvironnement : Le brin pilote sera alimenté en son centre positionné en (0,0,0)L’antenne sera orientée pour avoir un gain maximal dans la direction OX positive. Enregistrer la description de votre antenne sous le nom

7. Comparer le diagramme de rayonnement, le gain et l’imantenne à celle du l’antenne de référence demi onde en espace libre. Commentez.

8. Visualiser la distribution des courants sur les trois brins. Commenter9. Peut –on utiliser cette antenne pour la radiodiffusion10. Optimiser les dimen

gain aura la meilleure note11. Enregistrer la description de votre antenne optimisée sous le nom ANT05opt.maa

PARTIE PRATIQUE : Cette partie du TP dépend de la disponibilité du matériel En cas de non disponibilité des antennes de lantenne fonctionnant dans lcomparer ses caractéristiques pratiques rayonnement et gain) à ceu



Il y a des situations, comme la réception des signaux TV VHF/UHF ou en communication point à point où des antennes de grand gain sont nécessaires. Plusieurs types d’antennes ont étés développées, mais un seul type d’antennes a reçu le plus grand succès c’est l’antenne Yagi(souvent appelée Yagi tout court) nommée d’après les noms des deux ingénieurs japonais qui l’ont proposé en 1920. Cette antenne consiste en plusieurs brins métalliques parallèles de

r approximative 0.5 λ. Seul un brin pilote est alimenté. L’espacement entre les éléments λ et 0.3 λ (Figure 3)

Figure 3 : Exemple d’antenne Yagi a trois éléments

Vous aller donc simuler une antenne Yagi ayant les dimensions suivantes :

0.55λ 0.5λ 0.45λ

Espacement entre les éléments dr=d1= 0.15λ 5mm tube en aluminium Espace libre

ote sera alimenté en son centre positionné en (0,0,0) L’antenne sera orientée pour avoir un gain maximal dans la direction OX positive.

Enregistrer la description de votre antenne sous le nom ANT05.maa Comparer le diagramme de rayonnement, le gain et l’impédance d’entrée de cette antenne à celle du l’antenne de référence demi onde en espace libre. Commentez.Visualiser la distribution des courants sur les trois brins. Commenter

on utiliser cette antenne pour la radiodiffusion ? Optimiser les dimensions des brins pour maximiser le gain. L’antenne ayant le meilleur gain aura la meilleure note ! Enregistrer la description de votre antenne optimisée sous le nom ANT05opt.maa

pend de la disponibilité du matériel empreinté de l’ENSA T

En cas de non disponibilité des antennes de l’ENSAT, vous allez réaliser votre propre nt dans la bande 446MHz (Bande libre), simuler cette antenne et

ristiques pratiques (impédance d’entrée, diagramme de à ceux simulés.

MONTREZ VOS MESURES AU PROF POUR VALIDER


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Il y a des situations, comme la réception des signaux TV VHF/UHF ou en communication point à point où des antennes de grand gain sont nécessaires. Plusieurs types d’antennes ont étés

e d’antennes a reçu le plus grand succès c’est l’antenne Yagi-Uda (souvent appelée Yagi tout court) nommée d’après les noms des deux ingénieurs japonais qui l’ont proposé en 1920. Cette antenne consiste en plusieurs brins métalliques parallèles de

é. L’espacement entre les éléments

L’antenne sera orientée pour avoir un gain maximal dans la direction OX positive.

pédance d’entrée de cette antenne à celle du l’antenne de référence demi onde en espace libre. Commentez.

sions des brins pour maximiser le gain. L’antenne ayant le meilleur

Enregistrer la description de votre antenne optimisée sous le nom ANT05opt.maa

Tanger

aliser votre propre bande 446MHz (Bande libre), simuler cette antenne et

entrée, diagramme de

CETTE ETAPE



Vous aurez le choix entre une antenne dipôle quart d’onde ou demi onde, trombone, Yagi ou toute autre antenne de votre choix et qui pourra être réalisée par les moyens du labo. c à d fils, connecteurs et câble coaxiale. Le diagramme de rayonnement est une représentation de la répartition des champs ou de la puissance dans les différentes directions de l’espace. Il est normalement constitué de deux diagrammes correspondant à la répartition du champ dans les plans E et H. Un exemple de diagramme de rayonnement est représenté figure 1.

Figure 1: Exemple de diagramme de rayonnement

12. Décrivez en quelques lignes les conditions générales à respecter pour la mesure du diagramme de rayonnement des antennes.

13. Faites un schéma block des conditions expérimentales de mesure en salle de TP.

Les dimensions physiques des antennes nous renseignent globalement sur leurs fréquences de fonctionnement.

1- A l’aide d’un pied à coulisse, mesurer les dimensions de l’antenne 1 (dipôle Lambda/2) et estimer la fréquence de fonctionnement.

2- Pour les trois antennes fournies (dipole, Yagi et End-Fire): a. Relever la puissance reçue en fonction de l’orientation en plan H par pas de 10⁰. b. Normaliser vos mesures par rapport au gain maximal. c. Représenter le diagramme de rayonnement en plan H en utilisant le graphe

fourni en annexe. 3- Déduire à partir des mesures le gain pratique en dBd des trois antennes. 4- Représentez sur un seul graphique le diagramme de rayonnement des trois antennes.

Mentionner clairement vos échelles en dBd.



Exemple d’antenne Yagi



ANNEXE

Exemple de graphe utilisé pour le relevé du digramme de rayonnement

Facteur de raccourcissement de la longueur d’une antenne dipôle en fonction du diamètre de conducteur utilisé pour la réalisation pratique de l’antenne

-10 dB

0 dB

-20 dB



TP 5 – LA RECEPTION PAR SATELLITE : EVALUATION D’UNE LIAISON SATELLITAIRE

Objectifs du TP : Etudier le bilan de liaison en bande Ku entre une station terrestre et un satellite Géostationnaire. Plus particulièrement, on s’intéressera à :

1. Localiser le satellite sur l’arc de Clarke par orientation selon les angles de vue (Elévation

et Azimut)

2. Visualiser sur analyseur de spectre les transpondeurs du satellite

3. Evaluer la qualité de réception (mesure du rapport Signal/Bruit) par conditions de

temps clair et de pluie

4. Dimensionner la station terrestre

5. Etudier l’effet de la polarisation sur la qualité de réception

6. Mesurer la température de bruit du système de réception

7. Evaluer l’effet du bruit solaire sur la réception par satellite



A- Recherche préliminaire

La figure suivante représente une liaison par satellite typique. Elle est constituée principalement de trois blocs : La liaison montante, le satellite et la liaison descendante. Dans ce TP, on s’intéressera à la liaison descendante entre le satellite Hotbird 9 et le lieu de réception situé au Département de Génie Electrique.

Liaison par satellite typique

La parabole de réception, telle que prise en photo par satellite, est indiquée sur la photo satellite suivante. On cherche à recevoir le transpondeur 51 du satellite Hotbird 9.

Photo satellite de la cour de la FSTT Lieu de réception Réf : http://maps.google.com/

La recherche des données suivantes et nécessaire pour mener à bien l’étude théorique du bilan de liaison.

Parabole



A l’aide, donc, d’une recherche par vos moyens sur internet, références, articles, livres… , rassembler les informations suivantes avant de venir en séance de TP:

A-1 Données du satellite à capter :

• Lanceur et constructeur du satellite

• Date de lancement

• Longitude du satellite

• Zone de couverture du satellite

• Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente (PIRE) au site de réception,

• Données du transpondeur

o Norme d’émission,

o la fréquence du transpondeur

o la polarisation

o la liste des Chaines TV de ce transpondeur

o Débit binaire brut (Symbol Rate)

o Codes correcteurs FEC, RS

o La chaine reçue si le VPID= 1420.

o Liste des transpondeurs du satellite en polarisation Verticale et Horizontale.

A-2 Données du site de réception :

• Latitude, Longitude et élévation,

• Matériel de réception

o Constructeur et model de la Parabole de réception (Annexe A)

o Diamètre

o Gain

o Température d’antenne en Kelvin

o Offset du diagramme de rayonnement en degrés

• Tète de réception (LNB) (Annexe B)

o Gain,

o Temperature de bruit

o Impédance de sortie

o Fréquence Oscillateur Local

• Câble coaxiale (Ligne de transmission)

o Type

o Impédance caractéristique

o Atténuation du câble en dB/m à la fréquence Intermédiaire du transpondeur

• Démodulateur

o Analyseur de spectre ou Démodulateur professionnel PowerView

B- Analyse théorique

1- Calculez des angles de vue du satellite et la distance au satellite. Voir Annexe C

2- Faites un schéma bloc de la chaine de réception.

3- Rappeler l’équation du bilan d’une liaison descendante entre un satellite et une station

terrestre.

4- A l’aide des données constructeur de la parabole et du LNB, calculer la Température de

bruit du système de réception ramenée au niveau de la sortie de la parabole (entrée du



LNB). On rappel que cette température du système inclus la température de bruit de

l’antenne et celle de la chaine de réception.

5- Calculer les pertes en espace libre

6- Pour une bande passante de bruit de 36MHz, calculer le rapport

du système de réception. Sachant que le système de réception a un rapport C/N

minimale de 10dB. Quelle est la marge du système de réception

7- Par temps de pluie, au site de réception, la pluie contribue à une atténuation

supplémentaire de 5.5dB dans 0.01% du temps.

C- Partie pratique

1- Assemblez la chaine de réception (parabole, LNB, câble coaxial et récepteur)

2- A l’aide de l’inclinomètre et de la boussole, orienter grossièrement votre parabole

satellite en question. Ne pas oublier l’offset de la parabole

3- A l’aide d’un coupleur directif, connecter et visualiser sur Analyseur de spectre le signal

reçu a la sortie du LNB. Corriger l’orientation de la parabole pour maximiser le signal de

réception. Comparer les angles pratiques aux angles théoriques et commenter.

La tête de réception (LNB) a besoin d’une source externe continue (14l’alimenter

Visualisation du transpondeur Régler les paramètres de votre analyseur de échelle en dB/Div) pour visualiser le transpondeur en question et les deux transpondeurs adjacents sur le même écran. Pour cela, utiliser la fréquence Local de l’oscillateur du LNB pour retrouver le transpondeur. Mesurer la bande a -3dB du transpondeurMesurer le rapport C/N ; Comparer à celui obtenu théoriquement et commenter.



l’antenne et celle de la chaine de réception.

Calculer les pertes en espace libre

Pour une bande passante de bruit de 36MHz, calculer le rapport [C/N]


Quelle est la marge du système de réception ?

Par temps de pluie, au site de réception, la pluie contribue à une atténuation

ntaire de 5.5dB dans 0.01% du temps. Calculer le nouveau rapport [C/N]

Assemblez la chaine de réception (parabole, LNB, câble coaxial et récepteur)

A l’aide de l’inclinomètre et de la boussole, orienter grossièrement votre parabole

Ne pas oublier l’offset de la parabole !

A l’aide d’un coupleur directif, connecter et visualiser sur Analyseur de spectre le signal


Comparer les angles pratiques aux angles théoriques et commenter.

La tête de réception (LNB) a besoin d’une source externe continue (14

Visualisation du transpondeur :

Régler les paramètres de votre analyseur de spectre (Fréquences centrale, Span, référence, et échelle en dB/Div) pour visualiser le transpondeur en question et les deux transpondeurs adjacents sur le même écran. Pour cela, utiliser la fréquence Local de l’oscillateur du LNB pour

3dB du transpondeur ; Comparer à celui obtenu théoriquement et commenter.


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[C/N]clair en temps clair


Par temps de pluie, au site de réception, la pluie contribue à une atténuation

Calculer le nouveau rapport [C/N]pluie

Assemblez la chaine de réception (parabole, LNB, câble coaxial et récepteur)

A l’aide de l’inclinomètre et de la boussole, orienter grossièrement votre parabole sur le

A l’aide d’un coupleur directif, connecter et visualiser sur Analyseur de spectre le signal


Comparer les angles pratiques aux angles théoriques et commenter.

La tête de réception (LNB) a besoin d’une source externe continue (14-18 V) pour

spectre (Fréquences centrale, Span, référence, et échelle en dB/Div) pour visualiser le transpondeur en question et les deux transpondeurs adjacents sur le même écran. Pour cela, utiliser la fréquence Local de l’oscillateur du LNB pour

; Comparer à celui obtenu théoriquement et commenter.



Exemple de transpondeur Effet de polarisation sur les transpondeurs Sans changer les paramètres de l’analyseur de spectre, modifier la polarisation de la tête de réception et identifier les nouveaux transpondeurs observés sur l’analyseur de spectre ? Commenter l’emplacement des nouveaux transpondeurs. Expliquer la raison. Quel est l’effet d’un mauvais réglage de la polarisation du LNB ? Mesure de la Température de bruit du ciel et du soleil. (Optionnel) Orienter la parabole au ciel (élévation 90°) loin des satellites et du soleil. Mesurer la densité spectrale de bruit Nciel à la sortie du LNB. Orienter maintenant la parabole sur le soleil. Mesurer la densité spectrale de bruit Nsoleil, comparer cette puissance à celle reçue d’un transpondeur satellitaire. Commenter. Déduire grossièrement la température de bruit du système de réception en utilisant la méthode Y pour la mesure de la température des systèmes.

Fréquence (GHz)

Puissance (dBm)

C/N (dB)



ANNEXE A

Parabole de réception



La parabole possède un angle d’offset de 22.3°, c à d, quand la parabole est verticale, son angle de pointage est de 22.3°. Notez figure suivante la position de l’inclinomètre pour une lecture d’élévation qui prend en compte l’offset de la parabole. One donne la Température de bruit de l’antenne en fonction de l’angle d’élévation



ANNEXE B Tête de réception (LNB)

Schéma bloc du LNB

Model du TP



ANNEXE C

Pointage des paraboles

Les lieux terrestres sont repérés par leur longitude Est ou Ouest (L°) et leur latitude Nord ou sud (l°) exprimées usuellement en degré. Le satellite est repéré par sa position sur l’orbite géostationnaire par sa longitude seule (Ls°), puisqu’il se trouve dans le plan de l’écliptique.

Le point de référence (le 0°) correspond au méridien de Greenwich; selon nos conventions, on la note positives vers l’Ouest et négative vers l’Est. L’arc de Clarke est la portion d’orbite Géostationnaire visible depuis un point du sol; c’est vers lui qu’il faudra orienter la parabole pour trouver les satellites géostationnaires.

Les constantes importantes sont le rayon terrestre au niveau de l’équateur (R=6378km) et celui de l’orbite géostationnaire au dessus du sol (r=35786km). Avec l’ensemble de ces données on peut déterminer la distance D station terrienne – satellite et les valeurs d’élévation et d’azimut de la parabole pointant le satellite.

Selon la latitude, il convient de corriger la valeur de l’azimut calculée pour obtenir l’angle indiqué par la boussole (angle de déclinaison magnétique dû à la non coïncidence du pôle magnétique et du pôle géographique).



Définition des angles d’élévation et d’azimut.



ANNEXE D

Liens internet utiles

www.lyngsat.com

www.dishpointer.com

www.satellite-calculations.com/

www.arrowe.com/

www.eutelsat.com

www.nilesat.com.eg/

maps.google.com/

Documents

Manuel TP Lab Telecoms 2012 2013