Fondamentaux RF

Composants RF

Composants RF

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Émetteur

L’émetteur est le composant initial dans la création d’un médium sans fil en commençant la communication RF. L’émetteur prend la donnée et modifie le signal AC en utilisant une technique de modulation pour encoder la donnée dans le signal. Le signal AC modulé devient un signal porteur transportant la donnée à transmettre. Le signal porteur est soit transmis directement à l’antenne, soit transporté à l’antenne à l’aide d’un câble.

En plus de générer un signal à une fréquence particulière, l’émetteur est responsable de la détermination de l’amplitude de transmission d’origine ou ce qu’on appelle plus communément le niveau de puissance de l’émetteur. Plus l’amplitude de l’onde est élevée, plus l’onde est puissante et peut être reçue loin. Les niveaux de puissance que l’émetteur est autorisé à générer sont déterminés par les autorités locales de régulation, comme le « Federal Communications Commission » (FCC) aux États Unis.

Bien que l’émetteur et le récepteur soient décrits indépendamment l’un de l’autre, ils forment souvent un seul et même équipement appelé « Transceiver ».

Antenne

Une antenne apporte deux fonction dans un système de communication. Connectée à l’émetteur, elle collecte le signal AC reçu de l’émetteur et dirige ou diffuse les ondes RF selon un patron spécifique au type d’antenne. Connectée au récepteur, l’antenne prend les ondes RF reçues dans l’air et dirige le signal AC au récepteur. Le récepteur convertit le signal AC en bits et octets.

La transmission RF d’une antenne est généralement comparée à un « Isotropic Radiator » ou antenne isotrope, qui est une source, appelée « Point Source », qui diffuse le signal équitablement dans toutes les directions. Le soleil est probablement un des meilleurs exemples d’antenne isotrope, car il génère une quantité équivalente d’énergie dans toutes les directions. Malheureusement, il n’est pas possible de fabriquer une antenne isotrope. La structure de l’antenne influence sa diffusion, comme la structure d’une ampoule influence également la façon dont elle peut émettre la lumière équitablement dans toutes les directions.

Il y a deux façons d’accroitre la puissance en sortie d’une antenne. La première est de générer plus de puissance à l’émetteur. La deuxième est de diriger ou concentrer le signal qui est diffusé par l’antenne, de la même façon que des lentilles sur une lampe de poche. Si on enlève les lentilles de la lampe de poche, l’ampoule n’est plus très brillante et la lumière se diffuse dans toutes les directions. Pour rendre la lumière plus forte, il est possible d’utiliser des batteries plus puissantes ou de remettre les lentilles. Elle ne génère pas plus de lumière, mais les lentilles concentrent la lumière. Certaines antennes diffusent les ondes comme une ampoule sans les lentilles le fait, et d’autres concentrent les ondes comme le fait la lampe de poche avec les lentilles.

Récepteur

Le récepteur est le composant final du médium sans fil. Il prend le signal porteur reçu de l’antenne et traduit les signaux modulés en zéros et uns. Il prend cette donnée et la transmet à l’ordinateur pour être traitée. Le signal reçu est beaucoup moins puissant que celui émis du fait de la distance qu’il a parcouru et des effets du « Free Space Path Loss » (FSPL). Le signal est aussi altéré, sans le vouloir, par les autres sources RF et par les effets du « Multipath ».

Intentional Radiator

La partie 15 du « FCC Code of Federal Regulations » (CFR) définit un « Intentional Radiator » (IR) comme étant un équipement qui génère et émet intentionnellement une énergie RF par radiation ou induction. Basiquement, c’est quelque chose qui est fait pour générer une énergie RF par opposition à quelque chose qui émet de l’énergie RF par effet de bord, comme un moteur qui émet du bruit RF par incidence.

Les organismes de régulation, comme le FCC, limitent la quantité de puissance qu’un IR est autorisé à générer. L’IR est constitué de tous les éléments depuis l’émetteur jusqu’à l’antenne sans inclure cette dernière (l’émetteur, tous les câbles et les connecteurs, la mise à la terre, les parafoudres, les amplificateurs, les atténuateurs, etc…). La puissance en sortie de l’IR est donc la somme de tous les composants depuis le transmetteur juqu’à l’antenne exclue. La puissance de l’IR est mesurée au connecteur qui fournit une entrée à l’antenne. Comme c’est l’endroit où l’IR est mesuré et régulé, on fait souvent référence à ce point comme étant l’IR. Ce niveau de puissance est typiquement mesuré en milliwats (mW) ou en décibels relatifs à un milliwat (dBm). Pour reprendre l’analogie avec la lampe torche, l’IR comporte tous les composants jusqu’à la douille de l’ampoule, sans l’ampoule ni les lentilles. Il s’agit de la puissance brute ou du signal, que l’ampoule et les lentilles peuvent concentrer.

Equivalent Isotropically Radiated Power

« Equivalent Isotropically Radiated Power » (EIRP) est la force du signal RF la plus importante qui est transmise par une antenne particulière. Imaginons que l’ampoule sans les lentilles génère une puissance de 1 watt. Lorsqu’on met les lentilles sur la lampe de poche ça concentre les 1 watt de lumière. Si vous regardez la lumière maintenant, vous la trouvez plus forte. Si on mesure le point le plus lumineux généré par la lampe torche, du fait de l’effet des lentilles, il est égal à la luminosité d’une ampoule de 8 watts. Donc, en concentrant la lumière, on est capable de faire un « Equivalent Isotropically Radiated Power » de l’ampoule focalisé égal à 8 watts.

Il est important de noter qu’il existe d’autres références à EIRP comme étant « Equivalent Isotropic Radiated Power » ou « Effective Isotropic Radiated Power », mais la définition FCC est « Equivalent Isotropically Radiated Power », la combinaison de la puissance fournie à l’antenne et du gain de l’antenne dans une direction donnée par comparaison à une antenne isotrope.

Du fait de la capacité d’une antenne à amplifier la sortie d’un signal RF, les organismes de régulation comme le FCC limitent la valeur EIRP à la sortie de l’antenne, au même titre qu’ils limitent aussi la valeur IR. En termes simples, ils limitent la quantité maximum de puissance qui rentre dans une antenne (IR) et la quantité de puissance maximum qui sort d’une antenne (EIRP).