Compteurs de fréquences micro-ondes
Instrumentation Temps-Fréquence - Hautes fréquences et mesure de bruit de phase

R688 v1 Article de référence

Compteurs de fréquences micro-ondes
Instrumentation Temps-Fréquence - Hautes fréquences et mesure de bruit de phase

Auteur(s) : Fabrice STHAL, Enrico RUBIOLA

Date de publication : 10 juin 2010 | Read in English

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Compteurs de fréquences micro-ondes

1.1 - Prédiviseur
1.2 - Convertisseur hétérodyne
1.3 - Oscillateur de transfert
1.4 - Convertisseur hétérodyne harmonique
1.5 - Critères de choix d’un compteur

2 - Mesure du bruit de phase

2.1 - Généralités
2.2 - Mélangeur pour la mesure de bruit de phase
2.3 - Technique d’intercorrélation
2.4 - Méthodes en pont (soustraction de porteuse)

3 - Traitements temporel et fréquentiel simultanés : une révolution numérique

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

La fréquence d'un signal est la mesure du nombre d'oscillations pendant une unité de temps. Mais en pratique, les signaux n’ont pas de fréquence stable et constante, ce qui rend l’approche de la mesure temps-fréquence complexe. Cet article a pour objet la présentation des compteurs travaillant en haute fréquence (supérieure à 300 MHz), ainsi que les mesures de bruit de phase. Ainsi, sont traitées les mesures de fréquence micro-ondes qui nécessitent de faire appel à des formes de conversion abaisseuse de fréquences. Ensuite, sont présentées les différentes techniques qui permettent de caractériser un signal dans le domaine fréquentiel.

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Auteur(s)

Fabrice STHAL : Professeur des Universités à l'ENSMM - Institut FEMTO-ST, département Temps-Fréquence, Besançon
Enrico RUBIOLA : Professeur des Universités à l'UFC - Institut FEMTO-ST, département Temps-Fréquence, Besançon

INTRODUCTION

Dans un premier dossier [R 686] sont présentés les principes de comptage ainsi que les compteurs de base utilisés dans le domaine temporel. Les techniques d’amélioration de la résolution pour obtenir des appareils de mesure plus précis sont abordées dans un second dossier [R 687].

Dans ce dossier [R 688], nous nous concentrons sur les compteurs travaillant sur les fréquences supérieures à 300 MHz, ainsi que sur les mesures de bruit de phase.

Après avoir passé en revue les différents principes des compteurs, il est nécessaire d'apporter des compléments dans le cas des compteurs micro-ondes. En effet, les limites des composants électroniques nécessitent différentes techniques pour ramener les mesures de fréquence micro-ondes dans le domaine usuel. Elles sont décrites dans notre premier paragraphe.

La dualité temps-fréquence fait qu'il peut être intéressant de caractériser un signal non pas dans le domaine temporel mais dans le domaine fréquentiel. Les différentes techniques sont abordées dans le deuxième paragraphe.

Il existe aujourd'hui des appareils à techniques numériques très compacts et performants capables de faire les deux caractérisations. C'est l'objet de notre dernier paragraphe.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r688

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1. Compteurs de fréquences micro-ondes

Comme il est montré dans le (dossier) [R 687], un compteur de fréquences est limité dans sa gamme de fréquences par la rapidité de ses circuits logiques. Aujourd'hui, les compteurs commerciaux en version de base ont une gamme de fréquences autour de 300 MHz. Le spectre des micro-ondes est défini approximativement pour la plage de fréquences de 0,3 GHz à 300 GHz. La plupart des applications communes utilisent la gamme de 1 GHz à 40 GHz.

Le concepteur d'un compteur de fréquences micro-ondes doit se tourner vers des formes de conversion abaisseuse de fréquences afin d’étendre la fréquence de mesure à des valeurs supérieures à 300 MHz . Quatre techniques sont disponibles aujourd'hui pour effectuer cette conversion vers les basses fréquences :

le prédiviseur (Prescaling) ;
le convertisseur hétérodyne (Heterodyne Converter) ;
l’oscillateur de transfert (Transfert Oscillator) ;
le convertisseur hétérodyne harmonique (Harmonic Hétérodyne Converter).

1.1 Prédiviseur

Le prédiviseur implique une simple division de la fréquence d'entrée. Il en résulte un signal à basse fréquence qui peut être compté par un compteur réciproque pouvant disposer d’interpolateurs fins (figure 1). La fréquence mesurée par le compteur est liée à l’entrée simplement par l'entier N. Un affichage de la fréquence correcte est accompli soit en multipliant le contenu du compteur par N, soit en augmentant le temps de porte (Gate time) du compteur par un facteur N. En règle générale, N varie de 2 à 512 et est souvent réalisé par une cascade de diviseurs...

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