QUELQUES RAPPELS FONDAMENTAUX

Entre l'émetteur et le récepteur, il n'y a rien, rien que l'espace qui sépare les deux antennes. C'est Justement dans cet espace, et il n'y a là rien de magique, que s'établit la liaison grâce à la propagation des ondes. Les ondes sont rayonnées par l'antenne d'émission, elle-même excitée par un courant à haute fréquence délivré par l'émetteur.

Les fréquences des ondes électromagnétiques peuvent être réparties selon un spectre s'étalant des ondes très longues (dites VLF), aux ondes ultra-courtes (ou UHF - SHF). La propagation n'est pas la même pour un bout et l'autre du spectre. Nous allons nous intéresser essentiellement aux fréquences situées dans les bandes «HF», «VHF» et «UHF».

Elle est composée de deux champs : l'un est magnétique (H), l'autre électrique (E). Tous deux sont perpendiculaires entre eux et perpendiculaires à la direction de propagation, comme le montre la figure 1.1. Si l'antenne qui génère cette onde était un point perdu dans l'espace, et si on pouvait matérialiser l'onde elle-même, on la verrait s'éloigner de l'antenne suivant une sphère. La meilleure image semble être celle d'une fusée de feu d'artifice qui, en explosant dans le ciel, projette autour d'un point ses fleurs multicolores.

Comme il n'est pas aisé de représenter des ondes ainsi, on a coutume de les dessiner dans un seul plan. Cette représentation d'une amplitude en fonction d'un temps est, en fait, figée à un instant donné, l'onde elle-même progressant régulièrement. On a une sorte d'instantané... La variation de l'amplitude en fonction du temps est sinusoïdale.

La vitesse de propagation de l'onde dans l'espace est de 300000 km à la seconde. Si le milieu était différent, la vitesse serait bien inférieure. Cette vitesse est grande et l'onde fait le tour de la Terre (40000 km) en 133 millisecondes. Elle effectue l'aller-retour Terre-Lune-Terre en à peine plus de 2 secondes... En général, le temps de propagation, en HF, est négligeable sauf dans certains cas particuliers de liaisons numériques.

On définit une onde par sa fréquence ou par la longueur d'onde. Ces deux grandeurs sont liées par la relation :

où L est la longueur d'onde, C la vitesse de propagation, F la fréquence. Sur les fréquences qui nous intéressent, on prendra la formule :

avec L en mètres et F en MHz (Mégahertz). La longueur d'onde est souvent désignée par la lettre grecque lambda

Sur la figure 1.2, on a placé deux points, XI et X2, à deux instants donnés. Ils sont de phase égale et, entre eux, on peut mesurer la longueur d'onde. Les points X3 et X4 sont, eux, situés sur des crêtes de la sinusoïde mais de phase opposée.

Quand on s'intéresse à la propagation des ondes et aux antennes, il faut aussi tenir compte de la polarisation. Elle définit la direction des lignes du champ électrique. Elle est verticale ou horizontale, la référence retenue étant le sol. C'est l'antenne (position physique ou mode de fonctionnement) qui la détermine mais la propagation peut l'altérer, voire la modifier considérablement : l'onde traverse des milieux différents, rencontre des obstacles, s'y réfléchit ou se réfracte, et ne conserve pas toujours la polarisation qu'elle avait au départ. Si cette polarisation restait toujours verticale ou horizontale, elle serait «linéaire». Lorsqu'elle varie, on dit qu'elle est «circulaire» (ou «elliptique»).

En traversant l'espace, l'onde subit de nombreuses perturbations. La plus importante est l'atténuation qui affaiblit le champ initial. On peut imaginer cet affaiblissement en regardant la surface d'un plan d'eau dans lequel on a jeté une pierre. Au centre, là où se situe le point de chute, les remous sont importants. Plus on s'éloigne, moins la vague qui progresse est haute-Ce champ est l'énergie que l'on récupère sur une surface située à une certaine distance de l'antenne. Il décroît avec la distance. On le mesure en volts par mètres ou, pour être plus réaliste, en millivolts ou microvolts par mètres. Vous avez peut-être déjà vu l'un de ces appareils utilisés par les installateurs d'antennes TV, appelés «mesureur de champ»...

L'énergie de l'onde est donc atténuée principalement par la distance. On peut calculer l'atténuation «en espace libre», au moyen d'une formule. Nous reviendrons sur ce sujet un peu plus loin. Dans l'absolu, l'atténuation est plus importante encore, puisque le «vide» supposé par la formule n'est pas total, et que les obstacles qui entourent les antennes d'émission et de réception sont, eux, bien présents.

Les obstacles et couches rencontrés vont réfléchir, réfracter, diffracter, diffuser l'onde qui se propage. Les effets de ces perturbations seront plus ou moins importants selon la fréquence.

L'onde subit une déviation en traversant tes couches, les indices de réfraction de celles-ci n'étant pas les mêmes.

Les termes de réflexion, réfraction, diffraction et diffusion ont le même sens qu'en optique. Les ondes électromagnétiques et les rayons lumineux ont pratiquement les mêmes propriétés.

La figure 1.5 illustre le phénomène de réflexion : l'onde électromagnétique arrive avec un angle d'incidence i. Elle repart sous l'angle réfléchi r. Les deux angles sont égaux.

La diffraction est illustrée par la figure 1.7. Du côté B d'un mur ou d'un obstacle éclairé du côté A il ne fait pas entièrement sombre. Le pied de l'obstacle est dans l'ombre, puis apparaît une zone de pénombre et enfin la lumière. Les ondes électromagnétiques subissent également ce phénomène de diffraction. Un récepteur VHF situé au pied de l'obstacle constitué par une montagne ne recevrait qu'un faible signal de l'émetteur situé de l'autre côté.

fig 1.7

Quant à la diffusion, c'est ce que subit la lumière quand elle traverse une couche nuageuse. Chacune des minuscules gouttes d'eau qui composent le nuage éparpille un peu de lumière dans toutes les directions. Certaines couches peuvent diffuser, de la même manière les ondes électromagnétiques qui leur parviennent.

Dispersion de l'énergie par diffusion dans le milieu