1 - Site Maintenance in progress

à-d. que vous trouverez toute la matière de l'examen HAREC , "+" une série ...
Tout d'abord avant de parler de "la propagation des ondes ", il faudrait peut être
.... La "radio" appartient à un ensemble de rayonnements électromagnétiques,
cet ..... Elle est également utilisée en HF pour des liaisons mobiles où l'antenne
la ...

Part of the document


Chapitre 7 : La propagation par Pierre Cornélis, ON7PC rue J. Ballings, 88 1140 Bruxelles Depuis toujours, les radioamateurs ont essayé de comprendre quels
étaient différents mécanismes qui pouvaient influencer la propagation
des ondes.
D'une façon générale on pourrait dire que la propagation c'est tout ce
qu'il y a entre l'antenne d'émission et l'antenne de réception...
Très vite les radioamateurs se sont aperçus que la façon dont les
ondes se propagent dépend de la bande de fréquence, ainsi les
phénomènes en HF sont totalement différents de ceux en VHF ou en UHF.
S'agissant des bandes décamétriques, on a remarqué que la hauteur de
l'antenne au-dessus du sol, le type d'antenne utilisée, la fréquence
utilisée étaient déterminants. Mais d'autres facteurs relatifs à la
nature du terrain, aux conditions météorologiques, ainsi que la
hauteur et la densité des couches de l'ionosphère peuvent aussi
influencer la propagation de ces ondes.
Les phénomènes sont donc complexes et compliqués. Si on résume parfois
le chapitre propagation et à quelques notions élémentaires, on sait
aussi que le sujet n'est pas aussi simple. Si la propagation était
bonne hier et aujourd'hui, on sait très bien qu'on ne peut rien
prévoir pour demain et si on se risque à faire une prévision ce sera
toujours avec x % de chance. Par ailleurs des études ont été menées
par les scientifiques, et en abordant le sujet on remarque d'emblée
que la propagation est liée à une multitude de phénomènes physiques
et pour chacun d'eus il existe tout au plus un "modèle" mathématique
(ou physique) qui n'est qu'une ébauche. Quoiqu'il en soit nous
essayerons de "faire le tour de la question", sachant bien que la
réalité est bien plus compliquée.
Une fois de plus ce chapitre est décrit dans l'esprit "HAREC +", c.-à-
d. que vous trouverez toute la matière de l'examen HAREC , "+" une
série d'informations que nous pensons être utiles ou indispensables au
radioamateur.
7.1. Eléments fondamentaux concernant les ondes électromagnétiques[1]
Tout d'abord avant de parler de "la propagation des ondes ", il faudrait
peut être parler des ondes elles-mêmes. Dans nos cours de physique, nous
avons rencontré
. les ondes mécaniques, rappelons nous de la corde que l'on agite, la
pierre jetée dans l'eau et qui crée une onde à la surface de l'eau,
. les ondes acoustiques, rappelons nous des ondes crées par un diapason, un
tuyau d'orgue ou une corde de violon... Mais ici nous aborderons les ondes électromagnétiques.
7.1.1. Qu'est ce qu'une onde électromagnétique ?
Excellente question à laquelle on pourrait répondre "Une onde
électromagnétique, c'est de l'énergie qui voyage...". Mais une façon
d'aborder le sujet est de refaire les expériences de Hertz.
7.1.2. Les expériences de Hertz[2]
C'est Heinrich Hertz (1857-1894) physicien allemand qui a démontré
l'existence des ondes électromagnétiques. On peut refaire les expériences
de Hertz mais avec du matériel plus moderne, ou plus précisément avec des
appareils de radioamateur[3].
7.1.2.1. L'existence du champ électromagnétique
On utilise une antenne et un générateur de haute fréquence. A une certaine
distance de l'antenne, on place un second dipôle avec une petite lampe au
centre (figure a). On constate que la lampe s'éclaire ! Et pourtant il n'y
a pas de connexion électrique, oh merveille ! Comment expliquer cela ? Si la lampe s'éclaire c'est qu'il y a un courant qui traverse la lampe,
c'est donc qu'il y a des électrons en mouvements. Ces électrons ne peuvent circuler que le long du dipôle. Et pourtant il n'y
a pas de générateur qui puisse mettre ces électrons en mouvements ! Il y a donc un champ électrique induit dans le dipôle, et celui-ci met en
mouvement des électrons et ces électrons à leur tour font briller la lampe.
Si maintenant on met le dipôle avec l'ampoule perpendiculairement au dipôle
d'émission (figure b) : l'ampoule ne s'éclaire pas ! Et si on met le dipôle
dans le 3ème axe (figure c), perpendiculaire aux deux autres : l'ampoule ne
s'éclaire pas. Le champ électrique est donc une grandeur vectorielle et son
sens est parallèle au dipôle d'émission. Le dipôle avec la lampe constituent un détecteur de champ électrique. On
pourrait faire un détecteur de champ magnétique en faisant une boucle
fermée par une ampoule électrique. On refait la même expérience (figure a). Lorsque la boucle est
perpendiculaire au dipôle la lampe s'éclaire, dans les deux autres axes la
lampe reste éteinte. Il y a donc aussi un champ magnétique est perpendiculaire au dipôle et donc
ce champ est aussi une grandeur vectorielle ! Nous sommes ici en présence d'une onde électrique et d'une onde magnétique
qui forment une onde électromagnétique. Peut-on dissocier les phénomènes ? Grâce au montage décrit, on peut encore faire quelques expériences très
intéressantes :
7.1.2.2. Certains matériaux laissent passer les ondes électromagnétiques et
d'autres pas ...
Si on utilise le détecteur de champ électrique par exemple, et si on
intercale une tôle en aluminium (1 m x 0,5 m) la lampe s'éteint. Le même
phénomène se produit avec une tôle en fer, et aussi avec toutes les tôles
métalliques. Ce qui veut dire qu'une plaque métallique ne laisse pas passer
les ondes électromagnétiques. Si on fait la même expérience avec une plaque de bois ou de plastic on
constate que les ondes ne sont pas arrêtées par ces matériaux. Il y a donc
deux types de matériaux : ceux qui laissent passer les ondes
électromagnétiques et ceux qui ne les laissent pas passer. 7.1.2.3. Le phénomène de réflexion
Si on met une antenne et un dipôle détecteur de champ électrique à 90°, la
lampe est éteinte. Mais si on place une plaque métallique obliquement à
l'antenne, on constate que la lampe s'éclaire à nouveau si le détecteur de
champ électrique se trouve dans une position particulière. La plaque
réfléchit donc les ondes électromagnétiques, tout comme un miroir réfléchit
les ondes lumineuses. [pic]
7.1.2.4. Le phénomène d'interférence
Le dispositif peut être légèrement modifié de façon à produire deux sources
d'ondes électromagnétiques pour cela le signal est séparé en deux, grâce à
un coupleur d'antenne. Pour cette expérience il est plus facile également
de disposer les dipôles verticalement. En promenant un détecteur on remarque des endroits où la lampe éclaire plus
fort et d'autres endroits où elle est éteinte. Ceci s'explique par la combinaison des champs, à certains endroits les
champs produits par les antennes 1 et 2 se renforcent à d'autres ils
s'annulent. On peut aussi repérer les distances où la lampe est éteinte. Cette
distance est égale à la longueur d'onde.
7.1.2.5. La longueur d'onde
Le dispositif suivant est différent : on utilise un générateur de haute
fréquence et une ligne de transmission. En promenant une ampoule le long de cette ligne, on remarque qu'elle
s'éclaire à certains endroits et est éteint à d'autres. On trouve donc des
n?uds et des ventres de tension. La distance entre deux points où l'ampoule
éclaire au maximum est égale à la longueur d'onde. On peut ainsi mesurer la
longueur d'onde avec un mètre ruban. [pic]
Bien sûr cette méthode n'est pas très précise car on ne peut pas déterminer
le maximum d'intensité qu'à 2 ou 3 mm près. Le résultat est le même entre
les minimum d'éclairement.
7.1.2.6. La vitesse de la lumière
En faisant le produit de la longueur d'onde et de la fréquence(c = ( f) on
obtient la célérité. Ici aussi, quoique la précision de la mesure soit
assez grossière on obtient des résultats spectaculaires. Et si on fait la même expérience avec d'autres fréquences, on constate ("oh
merveille") que le produit est constant dont c = (1 f1 = (2 f2 = (3 f3 =
(n fn etc ... La vitesse c est donc une constante.
7.1.2.7. Les ondes stationnaires
Dans le montage ci-dessus, on charge la ligne avec une résistance. Puis on
promène un détecteur de tension électrique (notre ampoule) le long de la
ligne. On constate que pour une "certaine" valeur de la résistance de
charge il n'y a plus de maximums et des annulations ... On dit que la ligne
est adaptée. Lorsque la ligne est ouverte ou en court-circuit ou terminée par une
résistance autre que celle obtenue ci-dessus, il y a des maxima et des
minima. On dit que la ligne est désadaptée et qu'il y a un taux d'ondes
stationnaires.
7.1.2.8. La polarisation des ondes électromagnétiques
On reprend notre premier montage avec le dipôle et le détecteur de champ
électrique. On utilise ensuite un support en bois qui contient plusieurs
tubes de cuivre. Selon la position des tubes de cuivres (position verticale ou horizontale),
le détecteur de champ électrique s'allumera ou non. On reproduit exactement
le même phénomène que celui produit par un verre polarisé en optique. 7.1.3. Le spectre des ondes électromagnétiques
La "radio" appartient à un ensemble de rayonnements électromagnétiques, cet
ensemble comporte également les infrarouges, la lumière visible, les
ultraviolets et les rayons X |rayon-X |3 x 105 THz |10 Å et moins |
|ultraviolet|800 THz à 3 x |4000 Å à 10 Å |
| |105 THz | |
|lumière |400 à 800 THz |8.000 à 4000 Å |
|visible | | |
|infrarouge |300 GHz à 400 THz|1 mm à 0,0008 |
| | |mm |
|on