Propagation et Hyperfréquences - Semestre 3

PART A - Présentation Générale du Cours

Contexte et objectifs

Fondements théoriques de la propagation électromagnétique et techniques hyperfréquences (>300 MHz). Base pour Circuits HF, Antennes S4 et conception RF.

Objectifs :

Prérequis

PART B: EXPÉRIENCE, CONTEXTE ET FONCTION

Module 1 : Lignes de transmission

Équations télégraphistes :

Coefficient de réflexion : \(\Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0}\)

TOS (Taux d’Ondes Stationnaires) : \(TOS = \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|}\)

Types de lignes :

Module 2 : Abaque de Smith

Principe :

Opérations :

Applications :

Module 3 : Paramètres S

Définition (réseau 2 ports) : \(\begin{bmatrix} b_1 \\ b_2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} S_{11} & S_{12} \\ S_{21} & S_{22} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a_1 \\ a_2 \end{bmatrix}\)

Mesure :

Interprétation :

Module 4 : Adaptation d’impédance

Méthodes :

  1. Stub simple :
    • Stub parallèle (court-circuit ou ouvert)
    • Position : distance depuis charge
    • Longueur stub : calculée par Smith chart
  2. Transformateur λ/4 :
    • Impédance : $Z_{\lambda/4} = \sqrt{Z_1 \cdot Z_2}$
    • Bande étroite
  3. Réseaux en L, π, T :
    • Composants localisés (L, C)
    • Basse fréquence ou large bande

PART C: ASPECTS TECHNIQUES

TP Lignes et Smith chart

TP1 : Mesure TOS

TP2 : Adaptation par stub

TP3 : Paramètres S

Projet adaptation

Objectif : Adapter antenne patch (ZL = 120 - j80 Ω) à 50Ω à 2.4 GHz

Solutions comparées :

Critères : S₁₁ < -15 dB, bande passante, simplicité

PART D: ANALYSE ET RÉFLEXION

Évaluation

Compétences acquises

Applications professionnelles

Propagation en espace libre

Propagation dans les milieux

Lignes de transmission

Théorie des lignes

Types de lignes

Câble coaxial :

Ligne microstrip :

Stripline :

Guide d’onde :

Paramètres S (Scattering parameters)

Adaptation d’impédance

Coefficient de réflexion

Abaque de Smith

Principe :

Utilisation :

Techniques d’adaptation

Stub simple (série ou parallèle) :

Stub double :

Ligne quart d’onde (λ/4) :

Réseau en L, π, T :

Circuits hyperfréquences

Composants passifs

Composants actifs

Dispositifs spéciaux

🛠️ Travaux pratiques

TP Abaque de Smith

TP Adaptation stub simple

TP Ligne quart d’onde

TP Paramètres S

💻 Outils utilisés

Simulation EM

Outils graphiques

Mesure

📊 Évaluation

🔗 Liens avec d’autres cours

📐 Formules essentielles

Impédance caractéristique (coaxial)

\(Z_0 = \frac{60}{\sqrt{\varepsilon_r}} \ln\left(\frac{D}{d}\right)\)

Largeur microstrip pour Z0

Formules empiriques selon h, εr, Z0

Perte en espace libre (dB)

\(FSPL = 20\log_{10}(d) + 20\log_{10}(f) + 32.45\) (d en km, f en MHz)

Longueur d’onde

\(\lambda = \frac{c}{f\sqrt{\varepsilon_r}}\)

💡 Applications pratiques

Communications

Radar

Instrumentation

Chauffage

📖 Compétences développées

🎯 Bandes de fréquences

Bande Fréquence Longueur d’onde Applications
HF 3-30 MHz 100-10 m Radio AM, amateur
VHF 30-300 MHz 10-1 m FM, TV, aviation
UHF 300 MHz - 3 GHz 1 m - 10 cm TV, GSM, GPS, WiFi
SHF 3-30 GHz 10-1 cm Radar, satellite, 5G
EHF 30-300 GHz 10-1 mm Millimétrique, imagerie

⚠️ Pièges courants

Conception

Mesure

Adaptation

🔧 Dimensionnement pratique

Ligne microstrip 50Ω sur FR-4

Stub quart d’onde à 2.4 GHz

📚 Ressources