1. L'oscilloscope : le regard temporel
L'oscilloscope affiche la tension en fonction du temps : c'est le regard temporel du chapitre 3. Les oscilloscopes actuels sont numériques : ils échantillonnent le signal, c'est-à-dire qu'ils mesurent sa valeur à intervalles réguliers. Trois caractéristiques comptent :
- la bande passante (à −3 dB) : au-delà, le signal est atténué et déformé. On choisit en général une bande passante de 3 à 5 fois la fréquence la plus haute à observer ;
- la fréquence d'échantillonnage : il faut au moins deux échantillons par période de la plus haute fréquence présente, et bien plus en pratique pour voir une forme correcte ;
- les sondes : elles ont leur propre bande passante et chargent le circuit. En RF, on préfère les entrées 50 Ω ou des sondes actives.
En hyperfréquence, l'oscilloscope atteint ses limites : un modèle capable de montrer un signal à plusieurs GHz est très coûteux, et son convertisseur, souvent sur 8 bits, n'offre qu'environ 48 dB de dynamique. Un signal 1 000 fois plus faible que le principal (−60 dB) y est invisible.
On veut observer un signal Bluetooth à 2,44 GHz à l'oscilloscope. Quelle fréquence d'échantillonnage minimale faut-il, en théorie ?
- 2,44 milliards d'échantillons par seconde
- Un peu plus de 4,88 milliards d'échantillons par seconde
- 1 million d'échantillons par seconde
2. L'analyseur de spectre : le regard fréquentiel
L'analyseur de spectre affiche la puissance, en dBm, en fonction de la fréquence. Ses réglages essentiels :
- la fréquence centrale et l'étendue (span) : la plage de fréquences affichée ;
- la bande de résolution (RBW, Resolution Bandwidth) : la largeur du « filtre » qui balaie le spectre. Une RBW étroite sépare deux raies proches et abaisse le bruit affiché, mais rend la mesure plus lente ;
- le niveau de référence : la puissance du haut de l'écran, à régler au-dessus du signal le plus fort pour ne pas saturer l'appareil.
Le bas de l'écran est occupé par le bruit de l'instrument lui-même. On le calcule comme au chapitre 6, avec la RBW comme largeur de bande et le facteur de bruit de l'analyseur (souvent 20 à 25 dB, valeur indicative) :
Son fonctionnement interne, un récepteur superhétérodyne qui balaie les fréquences, est expliqué au cours 4.
Un analyseur de facteur de bruit 24 dB est réglé avec une RBW de 100 kHz. Quel est son plancher de bruit affiché, en dBm ?
3. Temporel ou fréquentiel : le même signal sous deux regards
Voici le point central de ce chapitre et le fil conducteur de tout le cours. Comparez ce que montrent les deux instruments pour quatre signaux :
oscilloscope et analyseur de spectre côte à côte
Spectre calculé par transformée de Fourier discrète du signal affiché, avec un léger bruit de fond. dBc : décibels par rapport à la porteuse (le signal principal).
| Question posée | Instrument |
|---|---|
| Quelle est la forme d'une impulsion, le temps de montée d'un front, le retard entre deux signaux ? | oscilloscope |
| Y a-t-il des harmoniques, des raies parasites, un brouilleur ? Quelle puissance dans un canal ? | analyseur de spectre |
| Un signal très faible, ou un défaut 1 000 fois plus faible que le signal principal ? | analyseur de spectre |
| Un événement isolé, qui ne se répète pas ? | oscilloscope (déclenchement) |
Un émetteur Wi-Fi produit un harmonique à −40 dBc. Avec quel instrument le verrez-vous ?
- L'analyseur de spectre, où il apparaît comme une raie 40 dB sous le signal
- L'oscilloscope, où la forme d'onde est visiblement déformée
- Aucun des deux
4. Le générateur RF et l'analyseur de réseau vectoriel
Le générateur de signaux RF fournit un sinus pur, réglable en fréquence et en puissance (en dBm), ou un signal modulé. C'est la source de test : on l'injecte dans un circuit pour voir comment il réagit.
L'analyseur de réseau vectoriel (VNA, Vector Network Analyzer) combine un générateur et des récepteurs. Il envoie un signal connu dans un circuit, balaie les fréquences, et mesure ce qui est réfléchi (l'adaptation du chapitre 4) et ce qui est transmis (le gain ou la perte du circuit), en amplitude et en phase : d'où le nom « vectoriel ». On note ces mesures (réflexion) et (transmission) ; ce sont les paramètres S du cours 4. Avant de mesurer, il faut le calibrer avec des étalons connus pour retirer l'effet des câbles.
écran d'un VNA : l'antenne Bluetooth est-elle bien accordée ?
Modèle simplifié d'antenne résonante ; affichage des pertes de retour (−|S₁₁| en dB). Un brin plus long résonne plus bas. À vous de régler le brin pour centrer la résonance sur la bande Bluetooth.
| Analyseur de spectre | Analyseur de réseau (VNA) | |
|---|---|---|
| Ce qu'il mesure | un signal inconnu, venu de l'extérieur | la réponse d'un circuit à un signal qu'il envoie lui-même |
| Grandeurs | puissance (scalaire) | amplitude et phase (vectoriel) |
| Exemples | harmoniques d'un émetteur, occupation d'une bande, brouilleur | adaptation d'une antenne, réponse d'un filtre, gain d'un amplificateur |
Vous voulez tracer la réponse en fréquence d'un filtre passe-bande à 2,4 GHz. Quel instrument choisissez-vous ?
- Un oscilloscope
- Un analyseur de réseau vectoriel
- Un analyseur de spectre seul, sans source
5. Sources de bruit, chambres anéchoïques et essais de conformité
Les sources de bruit
Une source de bruit calibrée produit un bruit de niveau parfaitement connu, sur une large bande. Branchée à l'entrée d'un amplificateur, avec un analyseur à sa sortie, elle permet de mesurer le facteur de bruit de l'amplificateur (chapitre 6). La méthode est détaillée au cours 4.
Les chambres anéchoïques
Une chambre anéchoïque est une pièce blindée (une cage de Faraday, qui bloque les ondes extérieures) dont les murs sont couverts d'absorbants en forme de pyramides, qui empêchent tout écho. On y mesure ce qu'une antenne ou un appareil rayonne vraiment, sans perturbation. Dans une chambre semi-anéchoïque, le sol reste réfléchissant, comme un vrai sol. Usages :
- tracer le diagramme de rayonnement d'une antenne (chapitre 5), en faisant tourner l'appareil sur une table ;
- les essais de compatibilité électromagnétique (CEM) : vérifier qu'un produit ne rayonne pas trop de parasites (émissions), et qu'il continue à fonctionner quand on l'expose à des ondes (immunité).
Les essais de conformité
Avant d'être vendu en Europe, un produit radio comme une box Wi-Fi ou des écouteurs Bluetooth doit respecter la directive RED 2014/53/UE, et porter le marquage CE. Le fabricant s'appuie sur des normes harmonisées, par exemple :
- ETSI EN 300 328 V2.2.2 pour les émetteurs de la bande de 2,4 GHz (Wi-Fi, Bluetooth), ETSI EN 301 893 pour le Wi-Fi à 5 GHz ;
- EN 301 489-1 et EN 301 489-17 pour la compatibilité électromagnétique des équipements radio ;
- EN 55032 (émissions) et EN 55035 (immunité) pour les équipements multimédias.
Les mesures sont comparées à des gabarits limites : par exemple, la puissance rayonnée en dehors de la bande autorisée ne doit pas dépasser une courbe fixée par la norme. Les essais se font en laboratoire, souvent dès le développement, pour corriger les problèmes avant la production.
Associez chaque besoin à l'équipement adapté.
- Mesurer le diagramme de rayonnement d'une antenne
- Mesurer les pertes de retour d'une antenne
- Repérer un brouilleur dans la bande de 2,4 GHz
- Mesurer le facteur de bruit d'un amplificateur
- Oscilloscope : regard temporel ; bande passante, échantillonnage (au moins deux échantillons par période), sondes ; limité en hyperfréquence et peu sensible.
- Analyseur de spectre : regard fréquentiel en dBm ; fréquence centrale, span, RBW, niveau de référence ; plancher .
- Un défaut à −40 dBc est invisible à l'oscilloscope et évident à l'analyseur ; une forme d'impulsion se lit à l'oscilloscope.
- VNA : envoie un signal connu, mesure réflexion () et transmission () en amplitude et en phase ; à calibrer avant usage.
- Source de bruit : mesure du facteur de bruit. Chambre anéchoïque : mesures rayonnées sans échos (antennes, CEM). Produits radio : directive RED, normes harmonisées, marquage CE.
Pour conclure le cours, vérifiez que vous savez :
- Facteur de bruit des analyseurs de spectre, gains et pertes de retour des antennes : ordres de grandeur indicatifs.
- Résolution d'un convertisseur 8 bits (environ 48 dB de dynamique) et critère d'échantillonnage (au moins deux échantillons par période) : résultats classiques.
- Normes radio et CEM pour les essais : ETSI (etsi.org) ; TÜV SÜD ; Nemko ; déclarations de conformité de fabricants (vérifié le 2026-10-10)