Analyseur de réseau à base de deux six-ports fonctionnant à 0.915 et 2.45 GHZ

Un analyseur de réseau est un appareil servant à mesurer les paramètres S d'un circuit RF sur une certaine plage de fréquences. Le but de ce travail est de construire un analyseur de réseau, grâce à deux six-ports, pouvant mesurer les paramètres S d'un circuit à deux ports aux fréquences de 0.915 et 2.45 GHz. La structure six-port permet de mesurer le coefficient de réflexion d'une charge branchée à son port 2, grâce seulement aux mesures des puissances aux sorties de ses ports 3, 4, 5 et 6. Elle possède l'avantage qu'elle ne requiert pas de mesurer la phase de l'un des signaux de sortie, mais seulement leur puissance, afin de mesurer un coefficient de réflexion. En effet, en haute fréquence, on ne peut pas insérer une sonde, comme en basse fréquence, à un endroit dans le circuit, sans alterner le signal. Cela aurait pour effet de modifier l'impédance caractéristique à cet emplacement dans le circuit. La structure six-port est un circuit très simple permettant de mesurer un coefficient de réflexion, mais au prix d'une procédure de calibration complexe. Cela est dû au fait que les defaults de la structure et des détecteurs de puissance sont pris en compte par l'algorithme de calibration. On a choisi de travailler aux fréquences de 0.915 et 2.45 GHz, puisque ces deux fréquences sont très importantes pour l'industrie. Cela est dû au fait que ces deux fréquences sont comprises dans la bande de fréquence ISM ( industrial, scientific and medical radio band). Les fréquences comprises dans ces bandes sont réservées à des applications autres que les télécommunications. On attribue des bandes de fréquences spécifiques à ces applications, afin qu'elles ne causent pas d'interférences avec les communications radios. L'usage de ces fréquences est réglementé, mais pour émettre à ces fréquences une licence n'est pas nécessaire. La fréquence de 2.45 GHz est reconnue pour être utilisée par les fours micro-ondes. Ces fréquences sont aussi utilisées par la technologie Bluetooth, les réseaux utilisant le protocole ZigBee et pour chauffer du plastique. Dans ce travail, on commence par présenter le six-port qui sera utilisé. Ce dernier est fabriqué, grâce à la technologie micoruban. Il est constitué d'un double cercle symétrique de cinq ports et d'un coupleur 10 dB. On utilise un double cercle, puisque le six-port doit fonctionner à deux fréquences. Après cela, on présente une courte introduction sur les concepts théoriques de base permettant de caractériser les circuits hautes fréquences. On explique notamment ce qu'est un coefficient de réflexion, un coefficient de transmission et une matrice de paramètres S.

Abstract

A network analyzer is a device used to measure the S parameters of a rf circuit on a specific frequency band. The goal of this work is to build a network analyzer, with two six-ports, that can measure the S parameters of a two ports rf circuit at the frequency of 0.915 and 2.45 GHz. The six-port structure allow us to measure the reflection coefficient of a charge connected to his port 2, using only the measures of the powers detected at the ports 3, 4, 5 and 6. This structure has the advantage that no phase measurement is required, but only powers measurement. Indeed, at high frequency, we can't use a probe to measure the phase of a signal like at low frequency. This would have the consequence to change the characteristic impedance at this emplacement of the circuit. The six-port structure is a simple rf circuit that allow us to measure a reflection coefficient, but at the price of a complex calibration procedure. This is because the defaults of the six-port and the power detectors are considered in the calibration procedure. We have chosen to work at the frequency of 0.915 and 2.45 GHz because these frequencies are important for the industry. This is because these frequencies are included in the ISM band of frequencies (industrial, scientific and medical radio band). These frequencies are reserved for other applications than the telecommunications. We attribute specific frequencies to these applications, so they don't cause interferences with the radio communications. The usage of these frequencies is regulated, but there is no need for license to use them. The frequency of 2.45 GHz is known for being used by microwave to heat food. These frequencies are also used by the Bluetooth technology, the networks using the ZigBee protocol and to heat plastic. In this work, we start by presenting the six-port that we are going to use. This six-port was made using the microstrip line technology and work at two frequencies. He is constituted of a double ring of five ports and a 10dB coupler. We use a double ring because this six-port must work at two frequencies. After that, we present a short introduction on the theoretical concepts that allow us to characterize a rf circuit. We explain what a reflection coefficient is, a transmission coefficient is, and a S parameters matrix is. In the second part of this work, we explain how the architecture chosen for the six-port allow us to have the S parameters matrix needed to measure the reflection coefficient of a charge connected to his port two.