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Responsable(s) Ammar B. Kouki

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Ammar B. Kouki


PLAN DE COURS

Hiver 2020
ELE788 : Circuits et antennes micro-ondes (3 crédits)





Préalables
Programme(s) : 7483,7694
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    ELE413    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 66,7 % 33,3 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
 Qualité visée dans ce cours  
Qn
   Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiante ou l'étudiant sera en mesure :
• de définir les paramètres S (paramètres de répartition) d’un circuit de radio fréquence (RF) et ses caractéristiques linéaires et non-linéaires;
• d’analyser une architecture d’une chaîne RF, et expliquer la fonctionnalité de ses composants;
• d’expliquer le mécanisme de rayonnement d’une antenne et de calculer ses paramètres de base;
• de classer les antennes multiples et les modes d’utilisation.

Notions de base sur les paramètres S d’un circuit RF. Composants et sous-systèmes utilisés dans les domaines de la radiocommunication, les radars et la radionavigation et les architectures RF des transmetteurs/récepteurs des terminaux de communication sans fil (2G/3G/4G). Techniques de caractérisation expérimentale en mode linéaire et non linéaire des composants. Intégration des circuits RF et des antennes. Principes fondamentaux de fonctionnement des antennes, leurs mécanismes de rayonnement et leurs caractéristiques spatiales et fréquentielles. Utilisation d’antennes multiples et d’antennes intelligentes.



Objectifs du cours
  • Mettre en contexte les applications des systèmes RF
  • Étudier les architectures des transmetteurs/récepteurs RF
  • Maîtriser les notions de base sur les lignes de transmission, l’abaque de Smith et l’adaptation d’impédance
  • Introduire les paramètres de répartition (matrice [S]) et leurs propriétés
  • Apprendre à identifier les composants et sous-systèmes RF et à étudier leurs fonctions et leurs caractéristiques en termes de matrice [S]
  • Comprendre le mécanisme de rayonnement des antennes.
  • Comprendre les propriétés des antennes et les paramètres qui influencent ces propriétés.
  • Avoir un aperçu sur les techniques de conception des antennes et les techniques de mesure.
  • Acquérir des notions qui aident dans le choix d’antennes pour des applications spécifiques.



Stratégies pédagogiques

Un (1) cours magistral par semaine. Des travaux dirigés et des exemples seront faits en classe. Quelques devoirs seront aussi remis aux étudiant(e)s afin de parfaire leurs connaissances théoriques.

Quatre (4) heures de laboratoire par deux semaines compléteront le contenu théorique.



Utilisation d’appareils électroniques

Dans ce cours nous utiliserons les appareils suivants :

Analyseur de réseaux vectoriel (VNA)

Analyseur de spectre

Puissance-mètre

 

Et les logiciels suivants :

SolidWorks (CAO 3D)

HFWorks (Simulation électromagnétique 3D)

ADS (conception de circuits, générations de masque, simulation électromagnétique en 2.5D)



Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Mercredi 08:30 - 12:30 Laboratoire aux 2 semaines



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Ammar B. Kouki Activité de cours Ammar.Kouki@etsmtl.ca A-2646



Cours
Date Contenus traités dans le cours Heures
 

Systèmes hyperfréquences

  • Applications des hyperfréquences.
  • Liaisons micro-ondes – notions de bruit/SNR/figure de bruit.
  • Débit binaire et largeur de bande RF, efficacité spectrale, largeur de bande fractionnelle.
  • Transmission et réception radio.
  • Systèmes, sous-systèmes et composantes RF.
  • Architecture des transmetteurs/récepteurs sans fils et des radars.

3 heures
 

Rappel des notions de base et introduction de la matrice [S]  

  • Ligne de transmission.
  • Transformation d’impédance.
  • Abaque de Smith.
  • Paramètres de répartition (paramètres [S]).
  • Propriétés de la matrice [S].

4,5 heures
 

Composants hyperfréquences

  • Composants passifs (coupleurs, diviseurs, filtres, atténuateurs, déphaseurs, isolateurs, circulateurs, duplexeurs).
  • Composants actifs (transistors, diodes, amplificateurs, mélangeurs, détecteurs).
  • Circuits balancés.
  • Comportements linéaire et non linéaire des composants.
  • Distorsions et produits d’intermodulation.

7,5 heures
 

Mesures des systèmes hyperfréquences

  • Analyseurs de réseaux : étalonnage et terme d’erreur.
  • Mesures vectorielles linéaires : paramètres [S].
  • Mesures non linéaires : AM/AM, AM/PM, P1dB, harmoniques et intermodulation.

1,5 heures
 

Rappel des notions de base d’électromagnétisme  

  • Équations de Maxwell, relations constitutives et conditions aux limites.
  • Caractéristiques d’une onde : type, polarisation, vitesse, longueur d’onde, impédance et atténuation.
  • Propagation guidée vs. propagation libre.

3 heures
 

Principes et propriétés des antennes

  • Mécanisme de rayonnement.
  • Calcul des champs rayonnés.
  • Antenne isotrope / antenne directionnelle.
  • Gain, directivité, résistance de radiation, impédance d’entrée, efficacité, bande passante, largeur de faisceau et taille effective.
  • Patron de rayonnement.
  • Zone de Fresnel.

9 heures
 

Différents types d’antennes  

  • Classification des types d’antennes.
  • Antennes pour les communications sans fils.
  • Antennes pour les communications par satellite.
  • Réseaux d’antennes.
  • Orientation électronique des faisceaux d’antennes (BFN).
  • Antennes intelligentes et systèmes MIMO.

7,5 heures
  Examen mi-session 3 heures
  Total 39 heures



Laboratoires et travaux pratiques
Date Description Heures
  Initiation au logiciel ADS 2 heures
  Étude comparative de lignes de transmission. 2 heures
  Conception, réalisation et test d’un diviseur de Wilkinson. 6 heures
  Conception, réalisation et test d’un coupleur directif et d'un déphaseur variable. 6 heures
  Caractérisation linéaire et non linéaire d’un amplificateur. 2 heures
  Conception, réalisation et test d'antennes en plaque. 8 heures
     
  Total 24



Utilisation d'outils d'ingénierie

Conceptions, réalisations de circuits hyperfréquences et d’antennes à l’aide du logiciel « Advanced Design System – ADS »

Mesure des circuits et des antennes fabriqués à l'aide des analyseurs vectoriel et de spectre.

Initiation à la simulation électromagnétique en 2.5D et en 3D.


Évaluation
Activité Description % Date de remise
  Examen mi-session 25 % 17 février 2020
  Examen final 30 %  
  Travaux pratiques 20 %  
  Devoirs 15 %  
  Quiz 10 %  



Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 17 février 2020



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Pénalité de 5% de la note. 



Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

POZAR, David, Microwave Engineering, 4th Ed., Addison-Wesley & Sons, 2011.

BALANIS, Constatine A. , Antenna Theory, Analysis and Design, 2nd Ed., Wiley 1997.

 



Ouvrages de références

STEER, M., Microwave and RF Design, Scitech Publishing, 2010.

KRAUS, J. D. et MARHEFKA, R. J., Antennas For All Applications, 3rd Ed., McGraw Hill, 2002. 

 



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://cours.etsmtl.ca/ele788/