Injection rayonnée d’une agression via la sonde Hx1 et Ez3

Nous regardons l’effet de l’injection d’un signal d’agression via les sondes Ez3 et Hx1 sur le courant de consommation de l’oscillateur à quartz (Figure 147). L’oscilloscope n’est pas connecté à la sortie du circuit et le signal d’agression est injecté en zone 1 et sa fréquence est fixée à 1.12 𝐺𝐻𝑧.

Figure 147 : Variation du courant de consommation I en fonction de la puissance du signal d’agression lors de l’injection de l’agression en zone 1 pour une fréquence du signal d’agression 𝑓 = 1.12 𝐺𝐻𝑧 via les sondes Ez3

et Hx1

Des effets similaires sont alors mesurés. L’injection via la sonde Hx1 présente une variation du courant de consommation équivalente à la variation mesurée lors de l’injection via la sonde Hz1. L’injection via la sonde Ez3 semble présenter moins d’effet.

2.2.3 C

’

Nous avons étudié la susceptibilité du circuit oscillateur à quartz. Afin de ne pas perturber son fonctionnement, nous avons étudié l’effet d’un signal d’agression sur son courant de consommation lorsqu’aucun câble n’est branché à sa sortie. Nous avons commencé par déterminer les zones rayonnants un champ 𝐸_𝑧 et 𝐻_𝑧. Cette étude a permis de mettre en avant deux zones sensibles. La première zone est la piste de sortie du circuit, la deuxième correspond à une boucle formée par le routage du circuit. Nous avons ensuite étudié l’effet d’un signal d’agression sur le courant de consommation du circuit. Les deux zones précédemment déterminées se sont trouvées sensibles à l’injection d’un signal d’agression. Lors de l’injection sur la boucle du routage une variation positive du courant a été mesurée, lors de l’injection en sortie, une diminution du courant a été mesurée.

Chapitre V : Etude de la susceptibilité électromagnétique d’une PLL

157

Enfin pour avoir une estimation de l’effet d’un signal d’agression sur le signal de sortie de l’oscillateur, un oscilloscope a été branché à sa sortie. Sous agression, une diminution de l’amplitude du signal de sortie a été mesurée. Il semble donc qu’une diminution de courant de consommation de l’oscillateur corresponde à une diminution de l’amplitude de son signal de sortie. Cependant, pour une étude plus précise de l’effet d’un signal d’agression sur l’amplitude du signal de sortie, un étage tampon tel un suiveur devrait être utilisé pour éviter l’influence des câbles et des appareils de mesures.

2.3 ETUDE DE L’OSCILLATEUR COMMANDE EN TENSION

Un oscillateur commandé en tension (VCO pour Voltage Controlled Oscillator) possède une fréquence d’oscillation réglable par une tension de commande. En haute fréquence, on peut utiliser pour l’accord en fréquence une diode varicap associée à une inductance. En appliquant une tension aux bornes de la diode varicap, la valeur de sa capacité équivalente varie, faisant ainsi varier la fréquence d’oscillation. Le circuit utilisé est le ROS-2800-719+ de la société Mini-circuits. Le composant est un circuit CMS enfermé dans un boîtier métallique (Figure 148).

(a) (b) (c)

Figure 148 : VCO ROS-2800-279+ de chez Mini-circuit, (a) face arrière, (b) face avant avec capot, (c) face avant sans capot

Le composant est soudé à un circuit imprimé composé d’un substrat hyperfréquence dont les caractéristiques sont les suivantes : une épaisseur 𝑒 = 0.693 𝑚𝑚 , une épaisseur de métallisation 𝑡 = 17.5 µ𝑚, une constante diélectrique 𝜀𝑟= 2.16. Les pertes associées au substrat sont 𝑡𝑎𝑛 𝛿 = 0.002 𝑉/𝑚.

Nous présenterons dans un premier temps les différentes caractéristiques d’un oscillateur commandé en tension. Ensuite nous mesurerons certaines caractéristiques du VCO utilisé pour valider son fonctionnement. Enfin, nous étudierons l’effet d’un signal d’agression sur le fonctionnement de ce dernier. Le signal d’agression sera injecté en mode conduit puis en mode rayonné.

13 mm

Chapitre V : Etude de la susceptibilité électromagnétique d’une PLL

158

2.3.1 F

’

On distingue deux approches différentes pour décrire le fonctionnement d’un oscillateur. L’une est généralement désignée par l’oscillateur en transmission qui consiste à représenter l’oscillateur sous la forme d’un amplificateur non linéaire contre-réactionné par un filtre sélectif dont l’objet est de fixer la fréquence d’oscillation. L’amplificateur a lui pour rôle de compenser les pertes dans la maille. L’autre approche plus souvent utilisée dans le domaine des hyperfréquences est désignée par l’oscillateur en réflexion ou à contre-réaction série [Raoult, 2003].

Cette approche que nous détaillerons davantage consiste à voir l’oscillateur comme la mise en série de deux dipôles, dont l’un des deux est un dipôle actif présentant une résistance négative qui va réfléchir l’onde incidente en l’amplifiant. En effet, on montre par le calcul du coefficient de réflexion (𝛤_{𝑅é𝑠_𝑛𝑒𝑔}) que la puissance réfléchie par une résistance négative est supérieure à la puissance incidente :

𝛤_{𝑅é𝑠_𝑁é𝑔} =^{𝛤𝑅é𝑠_𝑁é𝑔− 𝑅𝑐} 𝛤_{𝑅é𝑠_𝑁é𝑔}+ 𝑅_𝑐 ⁼

− 𝑅 + 𝑅_𝑐

− 𝑅 − 𝑅_𝑐> 1 (Eq 42)

Dans cette équation, 𝑅_𝑐 est l’impédance caractéristique du système. On a d’autre part :

𝑃_𝑟𝑒𝑓 = 𝑃_𝑖𝑛𝑐. 𝛤_{𝑅é𝑠_𝑁é𝑔}² (Eq 43)

Où 𝑃𝑖𝑛𝑐 représente la puissance incidente et 𝑃𝑟𝑒𝑓 la puissance réfléchie par la résistance négative. On obtient donc :

𝑃_𝑟𝑒𝑓 > 𝑃_{𝑖𝑛𝑐 (Eq 44)}

Dans cette approche, c’est donc le dipôle à résistance négative qui va permettre de compenser les pertes des éléments de la boucle (Figure 149).

Figure 149 : Schéma de principe de l’oscillateur en réflexion

Pour que l’oscillation soit possible, il faut qu’un courant 𝐼 𝑡 = 𝐼0𝑒𝑗 𝜔₀𝑡circule dans la boucle. Dans ce cas, on peut écrire la condition d’oscillation suivante liée aux impédances :

Chapitre V : Etude de la susceptibilité électromagnétique d’une PLL

159

𝑍_{𝑅é𝑠_𝑁é𝑔} 𝐼₀, 𝜔₀ + 𝑍_{𝑐𝑕𝑎𝑟𝑔𝑒} 𝐼₀, 𝜔₀ = 0 _{(Eq 45)}

On peut déterminer l’amplitude et la fréquence de l’oscillation produite en décomposant l’équation précédente selon ses parties réelles et imaginaires. On utilise alors une représentation graphique dans le plan complexe pour illustrer cette condition d’oscillation. Dans celle-ci, on représente le lieu des impédances 𝑍_{𝑅é𝑠_𝑁é𝑔} et −𝑍_{𝑐𝑕𝑎𝑟𝑔𝑒}. Pour simplifier, on néglige la dépendance en fréquence de 𝑍_{𝑐𝑕𝑎𝑟𝑔𝑒} et on considère qu’au contraire 𝑍𝑅é𝑠_𝑁é𝑔 n’est fonction que de la fréquence [Kurokawa, 1973].

Figure 150 : Représentation graphique dans le plan complexe de la condition d’oscillation

Le point d’intersection des deux lieux correspond au point pour lequel la condition d’oscillation est vérifiée.

2.3.2 C

’

Différentes caractéristiques définissent les performances d’un oscillateur commandé en tension [Mini-circuits-VCO] :

 Sa fréquence d’oscillation ;

 Sa plage de fréquence d’accord : elle correspond à la bande passante de l’oscillateur ;  La linéarité d’accord de l’oscillateur ;

 Sa puissance de sortie ;

 Sa réjection d’harmonique 2 : elle correspond à l’écart de puissance entre le signal à la fréquence fondamentale et celui de l’harmonique 2. On peut généraliser la notion à l’harmonique n ;

 Son facteur de pulling. Il sert à quantifier la sensibilité de l’oscillateur à des variations de l’impédance de charge. Une simple étude de sensibilité de la fréquence d’oscillation à une variation de l’impédance de charge permet une bonne estimation de ce facteur.

Chapitre V : Etude de la susceptibilité électromagnétique d’une PLL

160

 Son facteur de pushing. Il rend compte de la sensibilité de l’oscillateur à des variations de tension d’alimentation. Ce facteur est généralement exprimé en MHz/V.

 Sa stabilité à long terme.

 Sa stabilité à court terme : elle correspond au bruit de phase et d’amplitude [Raoult, 2003]. Pour un composant du commerce, la plupart de ces caractéristiques sont fournies par le document constructeur. Il est cependant intéressant de pouvoir les mesurer afin de les vérifier. Notre but n’étant pas la caractérisation précise de l’oscillateur, les principales caractéristiques mesurées sont :

- La fréquence d’oscillation - La plage de fréquence d’accord - La puissance du signal d’oscillation

2.3.3 M

’

Le montage de la mesure est le suivant. Nous appellerons 𝑉_{𝑐𝑡𝑟𝑙} la tension de commande du VCO et 𝑉𝑐𝑐 sa tension d’alimentation.

Figure 151 : Schéma du montage de mesure

Des tés de polarisation sont utilisés pour éviter qu’un signal HF ne remonte dans les alimentations continues et ils permettent aussi de stabiliser le circuit.