Ondes hertziennes - lagouge@ecole

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.
c
Fréquence f, vitesse de propagation c et longueur d'onde λ sont reliées par la relation fondamentale :
λ=f
Le domaine des ondes hertziennes [≈ 100 kHz ; quelques GHz] est lui-même subdivisé :
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.
Micro
Onde sonore
Signal électrique
Traitement du
signal
Signal électrique traité
Émetteur
Canal de transmission
Haut-parleur
Onde sonore
Signal électrique
Traitement du
signal
Récepteur
Signal électrique traité
Traitement et transmission de l’information sonore
1
TS Spéc
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 =
1
2 π LC
…
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 :
λ
L = 2 antenne "1/2 onde"
ou
λ
L = 4 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 :
8
c
3 10
λ
L = 2 = 2 f soit pour une fréquence f = 5 kHz, une longueur L =
3 = 30 km (… impraticable !)
2 x 5.10
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.
2
TS Spéc
Cours Télécommunication