TS Spéc 1 Cours Télécommunication TS Spécialité
Télécommunications
LES ONDES HERTZIENNES
1. Ondes électromagnétiques
Ce sont des ondes de même nature que la lumière visible dont la théorie fut proposée par James Clerk MAXWELL (1864).
Leur vitesse de propagation est donc : c = 3.108 m.s-1 . Elles se propagent dans le vide à l'opposé des ondes mécaniques comme par exemple, les ondes acoustiques (fréquences audio : 20 Hz à 20 kHz) qui ont besoin d'un milieu de propagation.
Les ondes électromagnétiques se propagent aussi dans certains milieux matériels appelés milieux transparents ou milieux dispersifs. Elles sont classées selon la fréquence f de l'onde.
Dans l'ordre des fréquences croissantes, on rencontrera :
les ondes hertziennes, les rayons infrarouges, la lumière visible (4.1014 à 7,5.1014 Hz), les rayons ultraviolets, les rayons X, les rayons γ et rayons cosmiques.
Fréquence f, vitesse de propagation c et longueur d'onde λ sont reliées par la relation fondamentale : λλλλ = c Le domaine des ondes hertziennes [≈ 100 kHz ; quelques GHz] est lui-même subdivisé : f
Gamme Longueur d'onde dans le vide Fréquence
Grandes Ondes (LW) ≈ 1 à 2 km 100 ; 300 kHz
Ondes moyennes (MW) ≈ 1 à quelques hm 0,3 à 3 MHz Ondes courtes (SW) ≈ 1 à quelques dizaines m 3 à 300 MHz Ondes centimétriques
(ou micro ondes) quelques cm 0,3 à 30 GHz
http://www.landmap.ac.uk/ipc/ccrs/chapter1/chapter1_3_f.html
2- Notion d’information
Ex. Un courant qui passe dans un circuit et qui permet à un voyant de briller ne constitue pas une information. Cela devient une information s’il y a extinction du voyant et éventuellement son allumage. Les durées éventuelles d’extinction et d’éclat peuvent traduire plusieurs informations, c’est sur cette base que l’alphabet mors avait été conçu (ex. le message de détresse S.O.S.)
Un son pur (strictement sinusoïdal) ne constitue pas une information, c’est son interruption qui pourrait en constituer une.
En revanche une succession de sons complexes constitue une information : c’est la voix ou la musique.
L’information (son ou image) est captée et transformée en signal électrique qui est traité. Ce signal électrique traité est véhiculé par un canal de transmission jusqu’au récepteur où il est décodé de façon à reconstituer le signal électrique initial qui est appliqué à un haut-parleur ou un écran.
L’information doit être véhiculée par un canal qui lui est propre. Ce canal emprunte une voie matérielle dans le cas des transmissions par câbles ou fibres optiques ou non matériel dans le cas d’une transmission par voie hertzienne.
Traitement et transmission de l’information sonore
Onde sonore Signal électrique Signal électrique traité
Canal de transmission
Signal électrique traité Signal électrique
Onde sonore
Micro
Haut-parleur
Traitement du signal
Traitement du signal
Émetteur
Récepteur
TS Spéc 2 Cours Télécommunication 3. Principe d'émission
Lorsqu'un conducteur est le siège d'oscillations électriques, ce conducteur a tendance à émettre une onde électromagnétique de même fréquence (les ondes hertziennes sont découvertes par Heinrich Hertz en 1886). Nous admettrons que cette onde ne peut être émise avec une énergie suffisante que si la fréquence est suffisamment élevée (quelques centaines de kilohertz à quelques dizaines de gigahertz).
Signal électrique de
fréquence f Oscillations des électrons de
l’antenne à la fréquence f Onde électromagnétique fréquence f
A. Antenne
Les oscillations d'émission (ou de réception) ont lieu dans un circuit appelé "circuit d'antenne" qui rayonne ainsi (ou capte) l'onde électromagnétique. L'oscillateur peut être constitué par une branche RLC de fréquence propre : fo = 2π LC1 … à condition d'entretenir les oscillations.
L'antenne la plus facile à imaginer est constituée d'un simple conducteur filiforme de longueur appropriée, reliée au circuit oscillant par une de ses extrémités.
Pour des raisons théoriques, on peut montrer qu'une antenne filiforme rayonne l'énergie avec un rendement convenable pour des longueurs L d'antenne de l'ordre d'un demi ou d'un quart de longueur d'onde :
L = λλλλ2 antenne "1/2 onde" ou L = λλλλ4 antenne "1/4 onde"
L'antenne réceptrice est "accordée", si elle peut détecter la fréquence émise, c'est à dire si le circuit d'antenne réceptrice (ou circuit d'accord) a une fréquence propre égale à la fréquence à détecter.
B. Problème de l'acheminement de l'information
Compte-tenu de ce que nous avons signalé précédemment, les fréquences audio (celles qui ont même valeur que celles des ondes acoustiques audibles : de 20 à 20 000 Hz) ne peuvent être émises directement avec une énergie convenable.
Par exemple une antenne "1/2 onde" devrait avoir une longueur : L = λ2 = c
2 f soit pour une fréquence f = 5 kHz, une longueur L = 3 108
2 x 5.103 = 30 km(… impraticable !) et pour une fréquence de 1 kHz elle serait de 150 km.
La longueur des antennes devrait être différente pour les aigus et les graves !
La sélection de l'ensemble des signaux de fréquence audio serait très difficile (voire impossible) à la réception ; les signaux reçus en provenance de différents émetteurs seraient tous superposés, donc inaudibles.
Conclusions :
• Il faut donc des hautes fréquences d'émission pour avoir une longueur d'antenne raisonnable.
• Les ondes électromagnétiques se propagent à la vitesse de la lumière donc l’information peut être véhiculée à grande distance en des durées très brèves.
• L’onde électromagnétique ne nécessite pas de support matériel pour se propager. Elle se propage dans le vide, elle peut atteindre ou être émise par des satellites en dehors de l’atmosphère.
Telles sont les raisons pour lesquelles le signal à transmettre peut être véhiculé par une onde électromagnétique de haute fréquence. Elle est crée en superposant le signal à transmettre à un signal électrique de haute fréquence, c'est le signal résultant qui est envoyé sur l'antenne émettrice, cette dernière rayonnant une onde hertzienne qui en a les mêmes caractéristiques.
