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Auteur(s)
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Gérard CACHIER : Ancien élève de l’École Polytechnique - Docteur ès sciences - Ingénieur retraité (ancien de Thalès)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Cet article vise à présenter les différents aspects du bruit en hyperfréquences. Pour préciser le domaine concerné, il faut se rappeler que, de façon générale, on appelle bruit « tout phénomène qui se superpose à un signal et limite la transmission de l’information » (Le Robert). Par extension, on a pris l’habitude d’appeler bruit les phénomènes physiques stochastiques à l’origine de ces limitations – il s’agit par exemple du bruit thermique, et des différentes sources de bruit physique qui accompagnent la propagation d’un courant dans un composant.
La définition du bruit ne comprend pas les distorsions créées par le signal lui-même, qui sont les non-linéarités du circuit. Elle ne comprend pas non plus les phénomènes lents par rapport aux signaux utilisés (dérive de température, vieillissement...) – on les mentionnera toutefois en décrivant certains problèmes rencontrés dans les matériels.
Pour définir plus précisément l’intérêt spécifique du bruit dans les hyperfréquences (bande UHF ou décimétrique ou RF, bande SHF ou centimétrique, bande EHF ou millimétrique) qui sont maintenant les fréquences les plus utilisées dans les applications hertziennes, il faut dire que de nombreux aspects particuliers – les composants utilisés, les architectures mises en œuvre, et les applications – ont fini par former au cours du temps un domaine technique particulièrement dynamique.
Ce document comprend la description des sources de bruit des équipements : les sources physiques de bruit propres au fonctionnement des composants, comme les bruits externes ramenés par rayonnements naturels et ceux liés aux activités industrielles. L’analyse des bruits dans les fonctions élémentaires est ensuite faite pour les différentes fonctions utilisées dans les matériels, ce qui révèle des situations très différentes et explique ainsi la complexité des architectures généralement utilisées. L’impact du bruit sur les performances des systèmes est abordé à travers des exemples particulièrement significatifs (les lecteurs se reporteront aux références bibliographiques Bruit en hyperfréquences- Origine et modélisation pour avoir des informations plus complètes sur les systèmes hyperfréquences concernés). Le dernier paragraphe rappellera finalement que la créativité des ingénieurs semble infinie, puisque paradoxalement ils ont su faire du bruit un atout pour améliorer les matériels fournis à leurs clients.
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- Version courante de févr. 2013 par Gérard CACHIER
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6. Conclusions et perspectives
Les progrès des composants hyperfréquences sur les différents matériaux semi-conducteurs (Si, SiGe, AsGa, InP, hétérostructures) et des technologies d’assemblage permettent de réaliser maintenant des matériels de très bonnes performances, y compris pour des matériels semi-professionnels ou même grand public : récepteurs de télévision par satellite, récepteurs de GPS... En hyperfréquences, les performances des composants doivent être soutenues par des conceptions très rigoureuses des équipements, en particulier à cause des problèmes internes de compatibilité électromagnétique et vis-à-vis des bruits émis vers les autres systèmes.
Le bruit de phase des oscillateurs reste encore un point critique pour l’amélioration des performances des systèmes de télécommunications comme des radars et des systèmes de localisation. Dans ce domaine, les avancées en cours sur de nouvelles classes de composants (transistors HBT AsGa, composants MEMS d’accord mécanique, matériaux ferroélectriques pour accord électronique, matériaux supraconducteurs) et l’amélioration des outils de conception apporteront certainement leur contribution à cette évolution.
Les nouveaux besoins d’équipements reconfigurables comme la « radio logicielle » visant par exemple à réduire les contraintes apportées par l’existence de plusieurs standards en téléphonie cellulaire, exigera des fonctions hyperfréquences couvrant une bande encore plus grande et renforcera aussi ce besoin.
La perspective finalement de montée en fréquence jusqu’en millimétrique puis vers les terahertz, tirée par les besoins nouveaux et par l’encombrement des bandes de fréquences actuelles, exigera aussi des composants et des méthodes de conception adaptés.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - OLIVER (B.M.) - Thermal and quantum noise. - Proc IEEE, mai 1965.
-
(2) - VASILESCU (G.) - Bruits et signaux parasites. - Dunod, 1999.
-
(3) - DEGAUQUE (P.), HAMELIN (J.) - Compatibilité électromagnétique. - Dunod, 1990.
-
(4) - VAN DER ZIEL (A.) - Noise : sources, characterization, measurement. - Prentice Hall, 1970.
-
(5) - ROTHE (H.) - Theory of noisy fourpoles. - Proceedings of the IRE, June 1956, pp. 811-818.
-
(6) - ALI (F.), GUPTA (A.) - HEMT’s and HBT’s, devices, fabrication, and circuits. - Artech House, 1990.
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(7) - HARTER (A.) - LNA...
ANNEXES
Dans les Techniques de l’Ingénieur :
SAVELLI (M.) - COMALLONGA (J.) - BOGGIANO (L.) - Bruit de fond et mesures. - E 1 150.
SAVELLI (M.) - NOUGIER (J.P.) - Méthodes de calcul dans les composants électroniques. - TI E 1 160.
HAUT DE PAGE2 Organismes de normalisation (gestion du spectre électromagnétique)
ITU (International Telecommunications Union)
ETSI (European Telecommunication Standardisation Organization)
FCC (Federal Communications Commission)
ARIB (Association of Radio Industries and Businesses)
ERO (European Radiocommunications Office)
ANFR (Agence nationale des fréquences)
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