GELE5223 Chapitre 8 - Université de Moncton

GELE5223 Chapitre 8 :
Introduction aux systèmes de communication
Gabriel Cormier, Ph.D., ing.
Université de Moncton
Automne 2010
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
1 / 18
Contenu
1
Antennes
2
Paramètres d’antenne
3
Bruit d’une antenne
4
Systèmes de communication sans fil
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
2 / 18
Antennes
Antennes
Dispositif qui converti une onde ÉM guidée sur une ligne de
transmission à une onde plane se propageant dans l’espace
Un côté est un circuit électrique, l’autre un interface pour une onde
plane
Élément bidirectionnel : peut transmettre et recevoir
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
3 / 18
Antennes
Types d’antennes
Dipôle
Monopôle
Yagi-Uda
Boucle
Fil
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
4 / 18
Paramètres d’antenne
Diagramme de rayonnement
Lobe central
Graphe de l’amplitude du champ vs
position autour de l’antenne
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
5 / 18
Paramètres d’antenne
Directivité
Rapport entre la puissance du lobe central et la puissance moyenne
Antenne qui émet une puissance égale partout : D = 1 (ou 0dB)
Ex : D = 2.2dB (antenne à fil), D = 7.0dB (microruban), D = 23dB
(antenne à cornet), D = 35dB (antenne parabolique)
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
6 / 18
Paramètres d’antenne
Rendement
Efficacité de radiation : rapport entre la puissance à l’entrée et la
puissance émise
ηrad =
Pin − Pperdue
Pperdue
Prad
=
=1−
Pin
Pin
Pin
Causé par les pertes des matériaux de l’antenne
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
7 / 18
Paramètres d’antenne
Gain d’antenne
Gain d’antenne : tient compte des pertes dans l’antenne
G = ηrad D
G≤D
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
8 / 18
Bruit d’une antenne
Bruit d’une antenne
Sources internes (bruit thermique) et externes (environnement)
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
9 / 18
Bruit d’une antenne
Bruit d’antenne
TB : température de bruit ambiant (background noise temperature)
Varie selon l’orientation :
Ciel, vers zénith : 3 – 5 K
Ciel, vers l’horizon : 50 – 100 K
Vers le sol : 290 – 300K
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
10 / 18
Bruit d’une antenne
Bruit d’une antenne
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
11 / 18
Bruit d’une antenne
Bruit d’une antenne
Pour une antenne ayant ηrad < 1, le bruit est moins élevé
Modélise les pertes comme une antenne idéale suivie d’un atténuateur
L’atténuateur a des pertes L = 1/ηrad
Le bruit est donc :
TA =
Tb L − 1
+
Tp = ηrad Tb + (1 − ηrad )Tp
L
L
où Tp est la température physique de l’antenne, et Tb la température
de bruit moyenne de l’antenne
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
12 / 18
Bruit d’une antenne
Bruit d’une antenne
Rapport G/T important
G/T [dB] = 10 log
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
G
TA
Automne 2010
13 / 18
Systèmes de communication sans fil
Systèmes de communication sans fil
Cellulaire
DBS (Direct Broadcast Satellite) : télé satellite
WLAN
GPS
RFID
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
14 / 18
Systèmes de communication sans fil
Systèmes de communication sans fil
Système typique :
Gt
Gr
Pr
Pt
R
Équation de Friis :
Pr =
Gt G r λ 2
Pr [W]
(4πR)2
Néglige les pertes du parcours
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
15 / 18
Systèmes de communication sans fil
Systèmes de communication sans fil
Équation de Friis :
Puissance diminue selon 1/R2
Pour de très grandes distances, meilleur que des guides d’ondes
(e−2αz )
Puissance reçue proportionnelle à Pt Gt
Puissance effective de l’antenne :
EIRP = Pt Gt [W]
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
16 / 18
Systèmes de communication sans fil
Adaptation d’impédance
Les antennes doivent être adaptée
Sinon, multiplier l’équation de Friis par :
ηimp = (1 − |Γt |2 )(1 − |Γr |2 )
Gabriel Cormier (UdeM)
GELE5223 Chapitre 8
Automne 2010
17 / 18
Systèmes de communication sans fil
Atténuation due aux gaz atmosphériques
Atténuation (dB/km)
102
10
1
Air sec
Vapeur d’eau
Total
100
10−1
10−2
10−3 0
10
Source : ITU
Gabriel Cormier (UdeM)
101
fréquence (GHz)
GELE5223 Chapitre 8
102
Automne 2010
18 / 18