Principales limitations de la technique `a un seul m´elangeur

La capacit´e du banc `a d´etecter le bruit de phase du DUT est li´ee au bruit propre de chaque ´el´ement mais aussi aux perturbations ext´erieures pouvant venir fausser la mesure. Les principaux probl`emes proviendront donc :

ˆ de la source ˆ du m´elangeur

ˆ de l’amplificateur BF en sortie du m´elangeur ˆ des parasites ext´erieurs

30 CHAPITRE 1. M ´ETROLOGIE – PROBL ´EMATIQUE

1.3.2.1 La source

La source utilis´ee est tr`es importante. Elle doit pr´esenter des fluctuations de fr´equence et d’amplitude les plus faibles possibles. Les fluctuations de fr´equence ne sont pas les plus gˆenantes dans notre cas car elles peuvent ˆetre compens´ees par un r´eglage fin de la quadrature au niveau des deux voies du m´elangeur. En revanche, le bruit d’amplitude de la source sera lui beaucoup plus gˆenant car, mˆeme plac´e en quadrature, le m´elangeur est encore sensible aux variations d’amplitude, bien que le maximum de d´etection AM se situe lorsque les deux signaux sont en phase ou en opposition de phase. Pour palier `a ce probl`eme, on pourra choisir un m´elangeur avec une bonne r´ejection de la d´etection d’amplitude (AM) ou encore d´ecaler l´eg`erement la quadrature afin de se mettre `a un minimum de d´etection AM sans perdre pour autant beaucoup au niveau de la d´etection FM [10]. Une autre technique pourra consister `a directement r´eduire le bruit AM de la source par l’utilisation d’un limiteur d’amplitude grˆace `a un transistor plac´e en compression juste apr`es la source elle-mˆeme [23].

1.3.2.2 Le m´elangeur

Le m´elangeur est tout aussi important dans notre cas. En effet, ce composant va imposer la limite minimale de d´etection au niveau du bruit en 1/f . Le choix de ce composant s’av`ere par contre plus difficile car tr`es peu de constructeurs donnent les performances en bruit de phase de leurs m´elangeurs. Il faudra donc caract´eriser le plancher de bruit du banc, c’est-`a-dire faire des mesures pr´eliminaires en l’absence de DUT pour mesurer l’impact qu’a le m´elangeur sur le bruit de phase propre du banc. On choisira donc le m´elangeur le moins bruyant et le plus sensible en phase (kϕ assez ´elev´e). L’amplificateur BF devra, dans ce cas, avoir auparavant ´et´e

choisi de fa¸con `a d´etecter au mieux le bruit du m´elangeur, c’est-`a-dire qu’il devra pr´esenter `a son entr´ee, un bruit inf´erieur `a celui du m´elangeur hyperfr´equence.

1.3.2.3 L’amplificateur BF

Nous avons vu que cet ´el´ement est aussi tr`es important, surtout si l’on a s´electionn´e un m´elangeur performant. C’est le dernier ´el´ement de la chaˆıne, il ne faut donc pas qu’il rajoute de bruit d’amplitude juste avant la d´etection par l’analyseur FFT. Son choix sera donc pri- mordial. Le bruit en tension en entr´ee de cet amplificateur sera d´etect´e comme du bruit de phase par l’analyseur en mode d´etection de spectre. Il faudra donc choisir cet amplificateur avec un plancher de bruit tr`es bas de l’ordre du nV/√Hz soit SV = −180 dB·V2·Hz−1 ou en

dessous et ´egalement avec une fr´equence de coupure du bruit en 1/f tr`es faible (typiquement inf´erieure au kHz). Il faudra aussi charger l’amplificateur avec une r´esistance ad´equate pour qu’il ait la meilleure performance en bruit tout en conservant assez de gain pour une d´etection optimale sur l’analyseur FFT. Dans le cas de notre banc de mesure utilis´e pour les mesures qui

1.3. M ´ETROLOGIE DU BRUIT DE PHASE R ´ESIDUEL DES QUADRIP ˆOLES 31

seront pr´esent´ees dans ce manuscrit, l’amplificateur utilis´e est celui dont les performances sont pr´esent´ees dans les Taleau 1.1.

Amplificateur Fabricant Gain en tension Bruit en tension ( dB) en entr´ee (nV /√Hz) AD797 Analog Devices 40 O,8

Tab. 1.1 –_{Performances en gain et en bruit de l’amplificateur BF}

utilis´e dans le cadre de ces travaux de th`ese

L’amplificateur utilis´e dans notre banc de mesure a un bruit basse fr´equence en tension ramen´e en entr´ee de 0,5nV/√Hz et un gain de 52 dB. Cette performance est atteinte grˆace `a un transistor JFET et une optimisation des r´esistances d’entr´ee pour obtenir une meilleure performance que celle disponible sur le march´e comme r´esum´e dans le tableau 1.1.

1.3.2.4 Perturbations ext´erieures

Aux diff´erentes contributions pr´ec´edentes s’ajoutent des perturbations li´ees `a l’environ- nement externe du banc de mesure. Ces perturbations sont principalement des vibrations m´ecaniques et des signaux ´electriques externes mais aussi dans certains cas encore, des fluctua- tions thermiques.

Les vibrations m´ecaniques seront responsables de la d´egradation du plancher de mesure tr`es pr`es de la porteuse jusqu’`a une vingtaine de Hertz. Dans ce cas, le spectre mesur´e ne sera plus celui du DUT mais pr´esentera un niveau anormal pour cette gamme de fr´equences. Pour palier `a ce probl`eme, l’utilisation de pieds anti-vibratoires pour le banc sera la solution la plus simple. On pourra aussi poser le banc de mesure directement sur une table anti-vibratoire.

En ce qui concerne les fluctuations thermiques ambiantes, les fr´equences perturb´ees seront celles plus petites que 10 Hz du fait de la lenteur du ph´enom`ene de d´erive de la temp´erature d’une pi`ece. Cette d´erive sera surtout gˆenante dans le cas de la mesure du bruit de phase d’oscillateurs car elle influe directement sur la fr´equence de r´esonance du r´esonateur et donc `a la d´erive fr´equentielle de l’oscillateur. L’id´eal pour r´esoudre ce probl`eme est d’ˆetre dans un environnement asservi en temp´erature, n´eanmoins une climatisation reste souvent largement suffisante.

Enfin, les perturbations ´electromagn´etiques sont souvent li´ees aux harmoniques du r´eseau de distribution EDF (50 Hz et ses harmoniques). Ces derni`eres provoquent l’apparition de pics parasites qui peuvent faire monter le niveau global de la mesure. Ces pics peuvent aussi provenir de la fr´equence de balayage des ´ecrans d’ordinateurs environnant ou encore de la fr´equence d’horloge des multim`etres ´eventuellement utilis´es pour contrˆoler la polarisation dans le cas d’une mesure de transistors. L’utilisation de batteries pour la polarisation des composants mesur´es, et servant `a mesurer (DUT, source, amplificateur BF, . . .), permet d’´eliminer une grande partie

32 CHAPITRE 1. M ´ETROLOGIE – PROBL ´EMATIQUE

de ces pics parasites. Pour am´eliorer encore la protection contre ses perturbations, le banc de mesure peut ˆetre plac´e dans une cage de Faraday et utiliser des filtres.

Toutes les pr´ecautions pr´ec´edentes ont ´et´e prises dans toutes les mesures qui seront pr´esent´ees par la suite dans ce manuscrit.