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Auteur(s)
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Vincent GIORDANO : Directeur de recherche CNRS - Laboratoire de physique et de métrologie des oscillateurs (LPMO), CNRS/université de Franche-Comté
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Enrico RUBIOLA : Professeur, université Henri-Poincaré (Nancy-I)/École supérieure des sciences et technologies de l’ingénieur de Nancy (ESSTIN) - Laboratoire de physique des milieux ionisés et applications (LPMIA)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La synthèse de fréquence consiste à générer à partir d’un signal fourni par un oscillateur de référence, un signal de fréquence différente. La stabilité de fréquence de l’oscillateur de référence est alors transférée au signal généré dont la fréquence correspond aux besoins de l’utilisateur.
Une synthétiseur de fréquence est par extension un instrument qui permet de générer, dans une gamme de fréquences donnée, un signal dont on peut ajuster la fréquence et l’amplitude et auquel il peut être imposé une modulation de fréquence, de phase ou d’amplitude.
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2. Pureté spectrale
2.1 Définition
Un oscillateur idéal fournit un signal de fréquence ν 0 et d’amplitude V 0 constantes : V(t) = V 0 cos (2πν 0 t).
En pratique, les sources de bruit internes au circuit oscillateur induisent une modulation aléatoire de la phase et de l’amplitude du signal. Le signal réel est alors représenté par :
où ϕ(t) et α(t) sont des variables aléatoires qui représentent respectivement la modulation de la phase et la modulation de l’amplitude du signal par le bruit. On définit alors les densités spectrales de puissance S ϕ (f ) et S α (f ) qui caractérisent la répartition fréquentielle de ϕ(t) et de α(t). Dans le cas d’un oscillateur, les phénomènes de saturation inhérents à son fonctionnement limitent la modulation d’amplitude. En général, pour les oscillateurs de bonne qualité, on néglige en première approche le bruit d’amplitude.
La mesure de S ϕ peut être réalisée grâce au montage représenté sur la figure 2. Le signal de l’oscillateur à caractériser est injecté dans l’accès RF (radio frequency) d’un mélangeur doublement équilibré. Le signal fourni par une source de référence à haute pureté spectrale est injecté dans l’accès LO (local oscillator). Une boucle d’asservissement lente permet de maintenir égales les fréquences de ces deux signaux. Dans ces conditions, le mélangeur fonctionne en détecteur de phase. À l’extérieur de la bande passante de l’asservissement, la tension v(t) disponible à l’accès IF (intermediate frequency) est proportionnelle à ϕ(t). Un analyseur à transformée de Fourier rapide calcule ensuite le spectre S ϕ (f).
La mesure des fluctuations de phase d’un signal constitue à elle seule un domaine de la métrologie électronique et pour plus de détails, le lecteur pourra consulter les références...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RUTMAN (J.) - Characterization of Phase and Frequency Instabilities in Precision Frequency Sources : 15 years of Progress (Caractérisation des instabilités de phase et de fréquence : 15 ans de progrès) - . Proceedings of IEEE, 66, 9, 1048-1075 (sept. 1978).
-
(2) - CHRONOS - La mesure de la fréquence des oscillateurs - . Masson (1991).
-
(3) - RUBIOLA (E.), GIORDANO (V.) - « Phase Noise Metrology » (Métrologie du bruit de phase) - dans Noise, Oscillators and Algebraic Randomness, 189-215, Michel Planat Editor, Lecture Notes in Physics, Springer (2000).
-
(4) - FERRE-PIKAL (E.S.), coll - Draft revision of IEEE STD 1139-1988 standard definitions of physical quantities for fundamental frequency and time metrology – Random instabilities (Révision de la norme IEEE STD 1139-1988 concernant les définitions des quantités physiques utilisées en métrologie Temps-Fréquences. Instabilités aléatoires) - . Proceedings of the 51st Frequency Control Symposium, Orlando (FL, États-Unis), 338-357 (28 et 29 mai 1997).
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(5) - GIORDANO...
ANNEXES
1 Constructeurs et fournisseurs
Cette liste n’est pas exhaustive.
Agilent Technologies
http://www.agilent.com/country/French
Rohde et Schwarz GmbH
Anritsu Corporation
Fluke Corporation
Stanford Research Systems (BFI Optilas S. A. en France)
https://www.thinksrs.com/ ET https://www.acalbfi.com/fr/
Intel Corporation
Philips Semiconductors
http://www.semiconductors.philips.com/sales
Nippon Motorola Ltd (en France, par exemple : Avnet EMG)
Qualcomm Incorporated
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