QucsStudio : Guide de Débutant pour l’Analyse du ROS (Rapport d’Ondes Stationnaires)

Des bases de VSWR à l’évaluation des performances de l’antenne

Le VSWR est un indicateur essentiel dans la conception et l’évaluation des antennes et des lignes de transmission haute fréquence. Dans cet article, nous expliquons le concept de VSWR, ses méthodes de mesure et le processus de visualisation du graphique VSWR à partir des paramètres S d’une antenne en utilisant QucsStudio.

Qu’est-ce que le VSWR ?

Le VSWR (Voltage Standing Wave Ratio, rapport d’onde stationnaire de tension) représente le rapport entre les valeurs maximales et minimales des amplitudes d’ondes stationnaires qui se produisent lorsque des signaux haute fréquence passent à travers une ligne de transmission et sont partiellement réfléchis. Idéalement, une valeur de VSWR de 1 indique une adaptation d’impédance parfaite entre la ligne de transmission et la charge. Plus la valeur de VSWR est élevée, plus l’adaptation est mauvaise et les réflexions augmentent, ce qui peut nuire à la qualité de la communication.

Mesure et calcul du VSWR

La mesure du VSWR est effectuée à l’aide d’un coupleur directionnel pour différencier les ondes incidentes et réfléchies. Le calcul du VSWR est ensuite réalisé en utilisant un mesureur de VSWR dédié ou un analyseur de réseau qui mesure les amplitudes des ondes incidentes et réfléchies, et utilise la formule suivante pour calculer le VSWR.

Ici, Γ (Gamma) représente le coefficient de réflexion. Une faible valeur absolue de Γ indique un bon état d’adaptation.

Importance du VSWR

Lorsque la valeur de VSWR est proche de 1, indiquant une adaptation d’impédance idéale, presque toute la puissance fournie est utilisée par l’antenne. Cela signifie un rendement de transmission et une sensibilité de réception élevés, optimisant ainsi la qualité et la portée de la communication. Inversement, une valeur de VSWR élevée indique une mauvaise adaptation, une partie de la puissance fournie est réfléchie et perdue, entraînant une dégradation des performances du système d’antenne.

VSWR et perte de retour

La perte de retour, étroitement liée au VSWR, représente la quantité de puissance fournie à la ligne de transmission qui est consommée par la charge sans être réfléchie, généralement exprimée en décibels (dB). Une perte de retour élevée indique moins de réflexion et une meilleure adaptation. La perte de retour est calculée par la formule suivante :

Perte de retour = -20 log10 |Γ|

VSWR et perte de retour sont des indicateurs complémentaires pour évaluer l’état d’adaptation de la ligne de transmission.

Affichage du graphique VSWR avec QucsStudio

QucsStudio est un outil logiciel pour la conception et la simulation de circuits électroniques. Il peut mesurer les paramètres S (paramètres de diffusion) des antennes et d’autres composants haute fréquence, et afficher le graphique VSWR en fonction de ces paramètres.

Voici comment afficher le graphique des paramètres S dans QucsStudio. Dans cet article, nous utiliserons une antenne de puce de bande 2.4GHz de JOHANSON, 2450AT07A0100001T. Les paramètres S peuvent être téléchargés depuis le site Web.

1. Ouvrir QucsStudio : Lancez QucsStudio et créez un nouveau projet.
2. Importer le fichier de paramètres S : Allez dans l’onglet « Components » de la vue « Project » et sélectionnez « s-parameter file » dans « system components ». Placez le composant « s-parameter file » sur le schéma et double-cliquez pour ouvrir la fenêtre des propriétés, définissez le nombre de ports et sélectionnez le fichier de paramètres S dans les propriétés « File ».
3. Exécuter la simulation : Ajoutez une source d’alimentation et exécutez la simulation des paramètres S.
4. Créer le graphique : Dans le menu « Insert », sélectionnez « Diagram » et ajoutez un diagramme cartésien au projet. Accédez aux paramètres du diagramme et, dans l’onglet « Data », sélectionnez les données de perte de retour dB(S[1,1]) pour créer le graphique (ceci peut être fait automatiquement après l’exécution de la simulation).

Le graphique affiché montre la perte de retour. Bien qu’il indique peu de réflexion entre 2,4 et 2,5 GHz, il est difficile de juger visuellement, donc nous changeons le graphique en VSWR.

Double-cliquez sur le graphique pour afficher les propriétés. Sélectionnez le graphique dB(S[1,1]) et remplacez-le par vswr(S[1,1]).

Cela suffit pour convertir le graphique en VSWR. Par rapport à l’affichage de la perte de retour, le graphique VSWR rend le champ de résonance de l’antenne plus visible visuellement.

Dans cet article, nous avons présenté les principes de base du VSWR, sa méthode de calcul, et enfin le processus d’affichage du graphique VSWR à partir des paramètres S d’une antenne dans QucsStudio. Le VSWR est un indicateur indispensable pour évaluer l’état d’adaptation d’impédance d’une antenne et optimiser les performances du système de communication. Grâce à ce guide, nous espérons que vous comprendrez mieux le VSWR et pourrez l’utiliser dans la conception et l’évaluation des antennes.

📌 Voir l’ordre de lecture recommandé (Roadmap)

➡️ À lire ensuite : Créer un circuit d’adaptation (outil)