Glossaire
Techniques six-port en bande millimétrique - Principes et applications

Au cours des dernières décennies, les systèmes de télécommunications sans fil, tels que les communications par satellite, la radio et la télévision numérique, la domotique et la téléphonie mobile, ont connu un essor spectaculaire. Ces systèmes de télécommunications ont apporté une nouvelle dimension à notre société, avec des enjeux technologiques, économiques, environnementaux et sociologiques importants.

Toutes ces applications sans fil requièrent des systèmes de communication robustes et fiables, et à structures simplifiées, tout en ayant une faible consommation d’énergie et un coût réduit. En effet, les récepteurs conventionnels employés majoritairement dans les systèmes de communications actuels utilisent des mélangeurs actifs nécessitant des puissances d’oscillateur local considérables. De plus, les imperfections de fabrication inhérentes aux hautes fréquences génèrent des distorsions en amplitude et en phase des signaux RF, engendrant la détérioration des performances des récepteurs et de la qualité de la transmission.

Pour pallier ces problèmes, le concept des récepteurs à conversion directe adoptant des réflectomètres multiports (six-port) a été introduit, intensivement étudié et implanté dès l’année 1995 au Centre de recherche Poly-Grames de l’École Polytechnique de Montréal. En réalité, l’architecture proposée du réflectomètre six-port dans le cadre de ces recherches est assez similaire à l’approche originale introduite par Dr. G.F. Engen du Bureau National de Standards, aux États Unis dans les années 1970, où une calibration et un port de référence étaient essentiels afin d’effectuer des mesures de paramètres de dispersion des circuits.

Depuis 2001, différentes topologies six-port ne nécessitant pas de calibration, principalement dans la bande Ka, ont été développées, rendant ainsi l’utilisation du concept six-port plus accessible et simple à mettre en œuvre. Ainsi, la démodulation des signaux I/Q peut être effectuée par voie analogique ou par voie numérique.

Aujourd’hui, le concept six-port représente davantage la solution alternative dans la conception de frontales radiofréquences dédiées aux futures applications sans fil émergentes particulièrement, dans les bandes de fréquences millimétriques. Ces applications incluent, sans toutefois s’y limiter, la démodulation directe des signaux en quadrature (I/Q), la détection radar à haute précision, ainsi que l’estimation des directions et des angles d’arrivée.

Cet article sera composé de trois chapitres. Le premier sera consacré au principe fondamental du fonctionnement et à l’analyse du dispositif six-port. Nous commencerons par présenter l’utilisation du six-port dans les récepteurs millimétriques, en tant que mélangeur RF à faible consommation de puissance et comme démodulateur I/Q de signaux RF. Il exposera également la conception et l’implantation du circuit six-port en bande millimétrique en technologie MHMIC (Miniaturized Hybrid Microwave Integrated Circuits), ainsi que la caractérisation expérimentale, tout en présentant les étalons de calibration et le banc de test employé. Quelques résultats de mesure des paramètres S et des diagrammes de constellation pour différentes démodulations numériques en quadrature (MPSK/MQAM) seront également exposés et commentés dans cette partie.

Le deuxième chapitre sera consacré aux applications potentielles du six-port en télédétection, notamment dans les dispositifs radar. Le principe de fonctionnement théorique et des exemples de réalisation en bande de millimétrique seront exposés. Dans le troisième chapitre, nous discuterons de l’intégration du concept six-port dans les dispositifs de détection d’angles d’arrivée (AoA) tout en détaillant le principe de fonctionnement et le fondement théorique.

Enfin, la conclusion de cet article résume l’étude présentée et expose les principales perspectives du concept six-port dans les applications sans fil émergentes.