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Introduction Une onde est une perturbation qui se propage. On appelle onde tout

Introduction Une onde est une perturbation qui se propage. On appelle onde toute répétition à intervalle régulier d’une perturbation. Une onde est caractérisée par ces trois paramètres : λ, Sa longueur d’onde ν, sa fréquence c, sa vitesse de propagation. Donc la vitesse de la lumière (300 000 km/s). La relation entre ces trois grandeurs est ν = c / λ La longueur d’onde en mètres est la mesure de deux crêtes successives de l’onde. La fréquence (en Hertz : Hz) est le nombres de crêtes qui passent en une seconde. Quand une longueur d’onde et de l’ordre du kilomètre elle appartient au domaine des ondes radio. Il y a aussi les microondes qui elles sont du domaine du mètre au millimètre. En dessous du millimètre, c’est le domaine des infrarouges qui s’étend jusqu’au micron. Ensuite vient la lumière visible qui se place entre 7 dixièmes et 4 dixièmes de micron. Pour des longueurs d'ondes plus courtes on trouvera les ultraviolets puis les rayons X et enfin les rayons gamma (qui composent les rayons cosmiques). Définition : les ondes hertziennes Ondes hertziennes. Ce sont les ondes radioélectriques. Elles sont le résultat de la génération d'un rayonnement électromagnétique par un déplacement alternatif de charges dans un milieu conducteur. Leur étude suppose la production d'un champ électromagnétique à partir d'un courant sinusoïdal stationnaire (CW) à la fréquence F. Loin de la source, l'onde hertzienne est une onde plane, c'est-à-dire que l'énergie qu'elle transporte est contenue dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation. Par ailleurs, ses propriétés électriques et magnétiques sont portées par deux vecteurs en quadrature dans le plan de l'onde. L'énergie par unité de surface est obtenue par le calcul du Vecteur de Poynting. L'onde hertzienne est polarisée. L'angle de polarisation est l'angle entre la direction du vecteur E et un plan de référence choisi par convention (le sol au point d'observation pour un environnement terrestre). Si cet angle est constant en fonction de la propagation, nous avons une polarisation linéaire et s'il varie en synchronisme avec la longueur d'onde, nous avons une polarisation elliptique (dont la polar circulaire est un cas particulier). La polarisation sera traitée en détail dans un prochain "comment ça marche" Propagation de l'onde hertzienne Dans un milieu diélectrique parfait, l'onde se propage sans amortissement (sans perte d'énergie). Elle ne pénètre pas dans un milieu conducteur parfait. Dans un milieu semi conducteur comme le sol, l'onde pénètre à une profondeur dépendant de la conductivité du milieu, en s'amortissant selon une loi exponentielle (2). Réflexion de l'onde hertzienne Si l'onde arrive tangentiellement à un plan conducteur parfait, elle chemine le long du plan qui devient un guide d'onde (s'il se courbe ensuite, la direction de l'onde aussi). Il y a réflexion de l'onde pour toutes les autres positions du plan conducteur. Lors de la réflexion, le vecteur E inverse sa direction et le vecteur H la garde (ainsi le vecteur de Poynting change de direction). La direction de réflexion est symétrique de la direction d'arrivée par rapport à un plan perpendiculaire au plan de réflexion. Si l'arrivée se fait dans ce plan (plan de l'onde parallèle au plan de réflexion), la direction de retour est l'inverse de celle de l'aller. La combinaison de l'onde aller avec l'onde retour forme alors des ondes stationnaires. Considérant que la densité surfacique du champ électromagnétique décroît comme le carré de la distance, les ondes stationnaires s'atténuent rapidement lorsque l'on remonte vers la source. Il n'y a que dans les cas d'ondes guidées (flux de densité constante) que les ondes stationnaires peuvent remonter jusqu'à l'antenne, occasionnant une modification de son impédance (3). Le cas où la réflexion se fait proche de l'antenne émission ou de celle de réception sera examiné dans des futurs "Comment ça marche". Les multi trajets On parle de multi trajets lorsqu'au point de réception l'onde émise arrive par des trajets différents suite à des réflexions. Le multi trajet est à l'origine du fading à la réception. Nous étudierons les cas de deux trajets qui occasionnent un fading maximum. 1) Onde d'espace et onde réfléchie par le sol Ce cas se rencontre en pratique pour les ondes VHF et supérieures Pour éviter les évanouissements en fonction de la distance, il faut monter les antennes émission et réception de façon que le premier ellipsoïde de Fresnel soit dégagé du sol. La hauteur diminue quand la fréquence augmente. La diffusion de l'onde sur les obstacles au sol réduit l'amplitude du signal et la profondeur des évanouissements. 2) Onde d'espace et onde réfléchie par l'ionosphère Ce cas se rencontre pour la bande MF en propagation nocturne, lorsque la réflexion de l'onde est possible dans la couche E car la couche D a disparu. Voir la figure 4. Figure 4 La combinaison des deux ondes entraîne un fading lié à l'évolution de la couche E. La parade consiste à utiliser une antenne émission directive dans le plan V (antenne dite "anti-fading"). 3) Deux réflexions dans l'ionosphère Ce cas se rencontre quand la réflexion est faite dans la couche F (10-30 MHz). Les propriétés de la couche F font qu'il y a deux hauteurs de réflexion possibles pour une même distance. La réflexion du bas est dite "rayon bas" et c'est elle qui subit en général le moins d'atténuation. Celle du haut est dite "rayon de Pedersen" et peut dans certains cas (fréquence, géographie, polarisation des antennes) avoir une atténuation comparable à celle du bas. Voir la figure 5. Figure 5 L'interférence entre les deux rayons entraîne un fading lié à l'évolution de la couche F. 4) Deux réflexions de l'onde d'espace Ce cas se rencontre en VHF et UHF, lorsque l'émetteur et/ou le récepteur sont mobiles. Il est montré sur la figure 6. Figure 6 L'interférence entre les deux arrivées entraîne un fading dont la rapidité est liée à la vitesse relative entre l'émetteur et le récepteur. Fading de Rayleigh Pour les VHF et au dessus, dans un environnement urbain où l'on rencontre beaucoup de surfaces réfléchissantes de dimensions grandes devant la longueur d'onde, et pour un mobile, il se produit des évanouissements (fading) liés aux ondes stationnaires et aux multi trajets de types 1) et 4). La combinaison de toutes ces causes amène des fluctuations du signal reçu qui dépendent de la fréquence et de l'environnement de propagation (urbain, suburbain, campagne). C'est le fading de Rayleigh. Il oblige à prendre une marge de puissance dans les calculs des bilans de liaison. Par exemple, elle est de 30 dB pour le GSM en ville. uploads/Philosophie/ onde.pdf