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Etude de champs électromagnétiques

  1. mgil

    Date d'inscription
    juillet 2017
    Messages
    5

    Etude de champs électromagnétiques

    Bonjour,

    Je suis stagiaire et je dois mener une étude RF. J'ai réalisé des tests avec différents appareils (Analyseurs de spectre R&S, antenne, générateur de signal, champmètre)
    J'ai réalisé des tests en intérieur et en extérieur. Dans les deux cas j'ai un soucis concernant la valeur théorique que je devrais récupérer, et les valeurs mesurées car 2 analyseurs et le champmètre.
    Vous avez en pièces jointes une capture d'écran de mon petit tableau Excel (que je n'arrive pas à insérer)

    Concernant les valeurs théoriques, partant de dBµV et voulant des dBµV, j'ai fait ce calcul là:
    puiss injectée - pertes + FA - PEL - FA - pertes.

    Pour les Pertes en Espace Libre, j'ai fait 32.45+20LOG(MHz)+20LOG(km)

    Pourriez vous m'indiquer où je me suis trompé ? Car un écart de 15/20 dBµV me semble beaucoup.

    Cordialement,

    Matthieu

    -----

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  2. LPFR

    Date d'inscription
    mars 2008
    Messages
    42 796

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Bonjour et bienvenu au forum.
    Les mesures du champ d’une antenne à 1 ou 3 m de distance sont toujours suspectes. Ce serait-ce parce que les termes du champ de l’antenne qui ne varient pas comme 1/r mais comme 1/r² ne sont pas négligeables.

    Je ne connais pas les dBµV. C’est quoi ? Le résultat de calculer le champ en V/m et calculer le 20log en utilisant 1 µV/m comme référence ?

    Mais ce qui m’inquiète le plus ce sont les logarithmes de valeurs avec des dimensions (ici le logarithme de MHz et de km). Personne ne sait calculer le logarithme d’un km pas plus que celui d’un litre.
    D’où sort cette formule ?

    Dans quel type de société il s’agit ?
    Que pense votre encadreur de vos résultats ?
    Au revoir.
    Dernière modification par LPFR ; 06/07/2017 à 05h46. Motif: typo
     

  3. Patrick_91

    Date d'inscription
    novembre 2014
    Messages
    1 050

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Bonjour,

    Le dBµV correspond à 10.log(V²/Vref²)
    V = Tension mesurée sur Z
    Vref= tension de référence = 1µV sur la même Z

    Classique en mesure de niveau télécom , sur 75 Ohms, ou 50 Ohms ou encore 600 Ohms ..
    le dBµV est donc un nombre sans dimension certes mais il représente une valeur absolue de tension.
    Mme chose avec le dBm , puissance relative au mW ... je préfère ..

    Pour le reste la formule ne peut rester la même en champs proche et lointain ..
    A PLUS
    C'est l'étincelle qui a fait déborder le vase !
     

  4. LPFR

    Date d'inscription
    mars 2008
    Messages
    42 796

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Re.
    Moi aussi je préfère les dBm.
    Mais ici, ce n’est pas une ligne avec une impédance connue et des volts, mais du champ électrique d’une onde et des V/m.
    Si on voulait prendre comme référence un champ de 1 µV/m, il aurait été plus logique (et confus) d’écrire dB[µV/m].

    Je me demande comment est le dispositif expérimental des mesures faites.
    Mais j’ai peur.
    A+
     

  5. gwgidaz

    Date d'inscription
    décembre 2014
    Localisation
    Caussade, tarn-et-garonne
    Messages
    1 062

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Bonjour,

    @LPFR :

    Concernant les log d'une grandeur physique, dans ce genre de calcul, on trouve couramment cette notation, qui n'est pas correcte.
    Pour log( MHz) , Il faut sous entendre log ( F (en MHz) / 1 MHz ) où F , exprimée en MHz, est donc sans dimension.
    C'est hélas une notation courante dans le "métier"......

    @mgil:

    Vos pertes en espace libre sont supérieures de 5 ou 6 dB à celles entre deux antennes isotropes. Vous avez les pertes entre deux dipôles. Donc il faut que vos gains d'antenne soient exprimés par rapport au dipôle . Est-ce le cas?

    Vous ne dites rien sur vos mesures , je ne sais pas ce que signifient PEL et FA. Il faudrait plus de détails concernant ce tableau ...On voit mal les pertes des câbles, on voit des µV /m et des µV , etc.....

    Notamment, si vous faites la mesure à 1 m, à ces fréquences, vous êtes certes dans la zone ou l'impédance d'onde E/H est respectée, mais quelles sont vos antennes? S'l y a du gain, vous n'étes pas forcément dans la zone de Fraunhofer en 1/R2

    "un écart de 15/20 dBµV me semble beaucoup" : phrase incorrecte . L'écart est en dB ...

    Le coefficient 32:45 , signifie-t-il 32,45 ?

    Mieux vaudrait nous donner une seule mesure, à une fréquence, avec : pertes cables ( dB/100m) , longueur du câble E , longueur du câble R, gain antennes E et R( iso ou dipôle?) , distance entre antennes, puissance injectée en dBm, puissance reçue en dBm ( sinon préciser si les dBµV sont en fem ( géné de thévenin) ou si c'est la tension sur la charge ( 50 ohms)car ça fait des erreurs de 6dB...
     


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  6. Patrick_91

    Date d'inscription
    novembre 2014
    Messages
    1 050

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Hello,

    FA = facteur d'antenne (dB/m)..... c'est l'inverse de Hauteur d'antenne Heff ( dB.m )
    Heff (dB) = -FA (dB) ou Heff = 1/FA

    Pour la définition du FA : AF_GAIN.png

    Pour ce qui est de l'utilisation des dBµV , a l'émission au cul de l'antenne et à la réception au même endroit sur l'antenne de réception (50 Ohms ou 75 Ohms les deux) pas de problème, en revanche par rapport a l'atténuation d'espace , je ne sais plus quelle est l'impédance à prendre en compte (376 Ohms ?) il me semble que c'est incohérent d'ajouter des dBµV ou retrancher des dBµV aux dBµV/m .
    Il faut refaire ces calculs en puissance ou ratio de puissance ou dB ou encore dBm ...

    A plus
    C'est l'étincelle qui a fait déborder le vase !
     

  7. gwgidaz

    Date d'inscription
    décembre 2014
    Localisation
    Caussade, tarn-et-garonne
    Messages
    1 062

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Bonjour,

    Oui, il y a des incohérences.
    En principe, les pertes en espace libre sont données soit entre antennes isotropes, soit entre dipôles demi-onde.
    Entre deux antennes isotropes, c'est par exemple PEL = 22dB + 20 log (D/lambda)
    Mais alors , il ne faut pas introduire le facteur d'antenne, qui est déjà pris en compte dans ces formules.
    Ni besoin de considérer l'impédance d'onde de 376 ohms...

    Je suis surpris des faibles pertes d câble coaxial ( 0,4 ou 0,8 dB)
    Si il y a un champ-mêtre qui mesure directement le champ, alors pourquoi introduire un facteur d'antenne en réception?

    Je suis d'accord que le mieux pour ne pas faire d'erreur, c'est de tout convertir en puissance :

    exemple :
    générateur 126 dBµV fem
    soit v= 120 dBµV sur cable 50 ohms
    soit 1 volt , donc 20 mW donc 13 dBm
    si perte cable E = 0,5 dB
    P appliquée sur antenne = 12,5 dBm
    si on a un dipôle ( gain iso 2dB)*: PIRE = 14,5 dBm
    PEL = 22 dB + 20 log(D/lambda)
    pour D = 1 m et F = 1 GHz*:
    PEL = 32,5 dB
    reçu sur une antenne iso*: 14,5 dBm – 32,5 dB = -18 dBm
    sur un dipôle de gain 2 dB iso*: -16 dBm
    Si perte cable réception = 1 dB ,
    reçu sur un analyseur scalaire*: -17 dBm
    Dernière modification par gwgidaz ; 06/07/2017 à 09h51.
     

  8. Patrick_91

    Date d'inscription
    novembre 2014
    Messages
    1 050

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    bonjour,

    A 1 GHz il ne fait pratiquement pas de sens de partir avec des dBµV fem sur 50 Ohms .. on part du principe de l'adaptation la meilleure qui soit.
    En raisonnant puissance uniquement on trouve la même chose :
    à partir de la formule :

    Aff_espace.PNG


    sans oublier de multiplier les gains par les pertes : Pt et Pr et en prenant 10 log (Pr/Pt) on trouve -16,5 dB c'est tout bon .

    Juste une remarque le ratio R/lambda est de 3,33 ce qui est un peu faible pour être franchement en champs lointain il faudrait au moins 10 soit calculer à trois mètres et ce pour mieux coller à la réalité bien sur.

    Je vais essayer de transformer la formule en passant par les AF , a mon avis cela doit être plus précis (si on a la valeur des AF des antennes) car cela introduit les imperfections (pertes) des antennes elles mêmes et non pas seulement les pertes dans les câbles.

    A +
    C'est l'étincelle qui a fait déborder le vase !
     

  9. mgil

    Date d'inscription
    juillet 2017
    Messages
    5

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Il est vrai que je n'ai pas pris le temps d'expliquer clairement mon soucis donc je vais reformuler et expliquer mon problème pour une fréquence donnée.
    (Pour répondre à LPFR, je réalise mon stage au centre spatial guyanais)

    Donc: mon dispositif: un générateur de signal relié par un câble de 1,5 mètres à une antenne directionnelle (Horn Antenna).
    De l'autre côté, j'ai une antenne omnidirectionnelle (Electro Metrics EM-6853) avec un câble de 3 mètres relié à un analyseur de spectre rohde & schwarz.

    Concernant l'émission du signal, je génère 20dBm (ou 127 dBµV). J'ai calculé les pertes du câble en reliant le générateur, un câble "étalon" et mon analyseur, puis même mesure avec le câble à caractériser pour observer la différence.

    Concernant le facteur d'antenne, j'ai récupéré la documentation de celle-ci et pris la valeur en dB/m correspondant à la fréquence visée.

    Pour les Pertes en Espace Libre, j'ai cherché sur internet une formule et j'ai trouvé celle dont j'ai parlé: 32.45+20*LOG(distance[km])+20*LOG(fréquence[MHz]).

    De même pour l'autre antenne j'ai récupéré le FA en dB/m et même chose pour le câble de 3 mètres cette fois. En bout se trouve mon analyseur.

    Ainsi, pour une fréquence de 3000MHZ et une distance de 3 mètres j'ai les résultats suivants:

    Puissance injectée: 127 dBµV (soit 20dBm)
    Pertes câble: 0.6 dB
    Facteur d'antenne émettrice: 30.85 dB/m
    Pertes en espace Libre: 32.45+20*LOG(0.003)+20*LOG(300 0) = 51.53 dB
    Facteur d'antenne réceptrice: 40.89 dB/m
    Pertes câble: 1.7 dB

    L'avantage de ces unités (il me semble) est qu'on peut les additionner ou les soustraire plus facilement que 20log(**)+etc...

    Donc pour moi, 127 - 0.6 + 30.85 - 51.53 - 40.89 - 1.7 = 61.13 dBµV (soit dBm = 61.13-107 = -45.83 dBm?)
    dBµV => dBµV => dBµV/m => dBµV/m => dBµV => dBµV

    (Lorsque l'on ajoute un facteur d'antenne a des dBµV cela devient des dBµV/m. Donc pour passer des dBµV/m aux dBµV, il suffit d'enlever l'autre facteur d'antenne car la valeur lue par mon analyseur est en dBµV)

    En espérant avoir été plus clair,

    Matthieu
     

  10. gwgidaz

    Date d'inscription
    décembre 2014
    Localisation
    Caussade, tarn-et-garonne
    Messages
    1 062

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Bonjour,

    La formule de propagation en espace libre que vous utilisez est fausse.

    Et même si elle était juste, cette formule concerne l'atténuation entre deux antennes isotropes.

    Je pense qu'il faut faire très attention en maniant les facteurs d'antenne , notamment voir si la tension en dBµV est la source du générateur de Thévenin, ou bien la tension présente sur votre charge ( donc 6dB de moins...)

    Pour ces raisons, il est préférable , comme déjà dit, de considérer les puissances.

    Une formule donnant l'atténuation en espace libre ( toujours entre antennes isotropes) est; je vous rappelle :

    A = 22dB + 20 log ( D /lambda)



    Bien sur, il vous faudra alors convertir les facteurs d'antennes que vous avez en gain /iso
    et tout deviendra facile .....
     

  11. mgil

    Date d'inscription
    juillet 2017
    Messages
    5

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Je viens de réaliser quelques calculs en comparant votre formule et la mienne (pour les PEL).

    La différence est vraiment faible:

    2GHz à 3 mètres: 22+20log(3/(300/2000)) = 48.02
    32.45+20log(0.003)+20log(2000) = 48.01

    3GHz à 3 mètres: 22+20log(3/(300/3000)) = 51.54
    32.45+20log(0.003)+20log(3000) = 51.53

    Les deux formules semblent correctes pour calculer les pertes en espace libre sauf erreur de ma part.

    Le fait que j'utilise une antenne directionnelle pour émettre et une omnidirectionnelle pour la réception fausserait mes calculs?
     

  12. Gwinver

    Date d'inscription
    octobre 2013
    Messages
    335

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Bonsoir.

    Je confirme que la formule
    32.45+20*LOG(distance[km])+20*LOG(fréquence[MHz]).
    est bonne.

    C'est la "transcription" du facteur multiplicateur de la formule de l'équation des télécommunication qui a été donnée.

    Nom : Aff_espace.PNG
    Affichages : 14
    Taille : 3,0 Ko
    Curieusement, dans certaines applications les calculs de champs se font usuellement en dB/V ou dB/µV ou V/m (mesures de champ pour les études de couverture, ou spécification de niveau RF pour couverture en téléphonie mobile), même si ce n'est pas le plus naturel, il vaut effectivement mieux raisonner en dBm ou autre formes de puissance.
     

  13. mgil

    Date d'inscription
    juillet 2017
    Messages
    5

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Le but de mon projet est de veiller à la santé des personnes pour éviter une surexpositions aux champs électromagnétiques.

    Les seuils que l'ont m'a donné sont en V/m donc dans mon programme j'utilise les dBµV/m (dBµV/m = 20log(V/m)+120)

    C'est pour cela que j'utilise ces unités.

    Petite question: dans les calculs de bilan de liaison, je vois qu'il faut ajouter la sensibilité du récepteur. Est ce que un analyseur de spectre à une sensibilité? Ou est ce la sensibilité de l'antenne (autre que le gain et FA mais dans ce cas pourquoi ne pas l'utiliser pour l'antenne émettrice?)
     

  14. Patrick_91

    Date d'inscription
    novembre 2014
    Messages
    1 050

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    Bonsoir,

    Oui un analyseur de spectre a bien sur une sensibilité, certes ,c'est un récepteur, un peu pourri car celui ci est optimisé pour la linéarité c'est a dire pour la production la plus faible possible de produits d'intermodulation et harmoniques. C'est pour cela que certains d'entre eux possèdent un ampli faible bruit (LNA) en tête de mélangeur. En général on définit la sensibilité par un niveau de signal donnant un rapport signal sur bruit minimum. (par exemple 6 dB)
    le rapport signal sur bruit se heurte au bruit de fond thermique qui vaut : K.T.B
    K = constante de Boltzmann, elle vaut : 1,38064852 × 10-23 m2 kg s-2 K-1
    T = La température en degrés Kelvin
    B= la bande passante équivalente de bruit en Hz
    On exprime le bruit habituellement W/Hz ou dBm/Hz ou en W dans une bande équivalente de bruit de 10 kHz par exemple ..


    En télécoms on utilise des LNA en tête de réception avec des facteurs de bruit les plus faibles possibles .. le rapport signal bruit pour déterminer la sensibilité d'un récepteur est de nos jours souvent remplacé par une mesure de Bit Error rate (BER) , on donnera par exemple :
    Sensibilité: 3 µV pour un BER de 10^-7 par exemple pour les systèmes numériques.

    L'antenne n'a pas de sensibilité, principalement elle a un gain/iso et un rendement qui conditionne la performance d'une chaine de réception.



    A plus
    C'est l'étincelle qui a fait déborder le vase !
     

  15. gwgidaz

    Date d'inscription
    décembre 2014
    Localisation
    Caussade, tarn-et-garonne
    Messages
    1 062

    Re : Etude de champs électromagnétiques

    bonjour,

    Le bilan de liaison qui fait intervenir la sensibilité du récepteur, c'est autre chose.
    pour l'instant, ce que vous calculez, c'est soit un champ, soit un niveau reçu par une antenne réception.
    Un récpteur demande que le signal ait un niveau minimum pour être exploitable, que l'on nomme "sensibilité" . Par exemple, si le récepteur possède une sensibilité de -100 dBm; et s'il reçoit un signal de -80 dBm, il y aura une marge de 20 dB , le récepteur recevra correctement. En numérique, on définit le taux d'erreurs en fonction de cette marge.


    Si vous voulez calculer un champ, il y a aussi une autre formule.

    Si une antenne rayonne une PIRE ( puissance isotrope rayonnée equivalente) égale à P ( en watts) ,
    - a une distance D ( en mètres) , on a un champ E ( en V/m) ,

    le tout est relié par la formule : 30 P = (ED) carré

    exemple : vous appliquez à votre antenne émettrice une tension de 126 dbµV ( 132 dBµV fem) , ce qui fait 2 volts sur 50 ohms . Cela correspond à une puissance appliquée P = Vcarré / R = 0,08 W
    Si votre antenne a un gain de 6 dB iso, cela fait une PIRE de 0,32 W
    D'après la formule ci-dessus, vous aurez à 1 mètre un champ de 3,1 V/m.


    Vous avez posé une question au sujet de a distance nécessaire entre antennes : Si l'antenne a du gain ( je crois qu'il y a un horn dans votre manip) , la distance minimum à laquelle il faut se placer est la distance de Fraunhofer. S'il y a beaucoup de gain, cette distance peut-être bien plus grande que 1 mètre . Pour un cornet, par exemple, il faut se placer en un point M , tel que les distances entre M et les différents points de l'embouchure diffèrent de moins de lambda/4.

    Mais ce n'est pas cela qui à mon avis provoque cet écart entre votre théorie et vos mesures. Je pense plutôt qu'il y a un problème dans l'utilisation des dBµV, et du facteur d'antenne, comme je l'ai déjà suggéré....
     


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