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NOTRE TPE

- Problématique
- Répartition du travail

PRESENTATION DU SUJET

- Les différents moyens d'émettre de l'information
- Pourquoi étudier les ondes radio ?
- Quelques généralités sur les ondes
- Historique

TRANSMISSION DE L'INFORMATION

- Transmission de l'information
- Etude d'un émetteur
- Influence du milieu de propagation

MODULATION ET DEMODULATION D'AMPLITUDE

- Préambule
- La modulation d'amplitude
- La modulation de fréquence

LES ANTENNES

- Bref historique des antennes
- Les différents types d'antennes
- Le fonctionnement d'une antenne
- Les limites d'utilisation

HAUT-PARLEUR ET MICROPHONE

- Microphone
- Haut-parleur

1) Historique des antennes et les différents types utilisés au cours du temps

Le russe POPOV invente l'antenne, élément essentiel pour la transmission sur de longues distances de signaux de TSF.

Le 24 mars 1896 il réussit la première transmission et réception d'ondes hertziennes entre divers bâtiments de l'université de SAINT PETERSBOURG avec des antennes d'émission et de réception verticales pour améliorer la réception.

De nombreux scientifiques ont mené des études expérimentales et théoriques sur les antennes.

Parmi ceux-ci, on peut citer Karl Ferdinand BRAUN, (1850-1918), prix Nobel de physique avec MARCONI en 1909, qui bien que souvent connu comme inventeur de l'oscillographe cathodique à également imaginé l'antenne directionnelle.

2) Les différents types utilisés au cours du temps

Les solutions les plus diverses sont utilisées pour les antennes de réception. Du simple fil tiré entre deux arbres aux antennes "à brins multiples" tendues entre deux mats et isolées du sol par une batterie d'isolateurs.



Dans le cas d'essais de courte durée ou d'utilisation militaire, les ballons et les cerfs-volants ont été utilisés pour déployer des antennes de grande longueur.

Les antennes d'émission sont plus complexes.

Les images ci-après montrent différentes dispositions d'antennes d'émission testées lors des premiers essais de radio au début du 20ième siècle.



L'antenne de l'émetteur de NAUEN près de Berlin (Telefunken) était gigantesque avec un mas de 100 m de hauteur.



L'image ci-dessus montre une Antenne Parapluie.

Ce type d'antenne a été utilisé par le commandant Ferrié, pour les manœuvres de corps d'armée de 1905 à 1908.Le dispositif utilisait un mat télescopique central "Casanova".

L'ensemble des éléments étaient facilement transportables (à dos d'âne) et le montage était très rapide.



La photograpie ci-dessous datant des années 1925 a été prise dans notre Lorraine, plus précisément à Epinal. Elle montre la conception des pylônes de l'antenne de l'émetteur de la télégraphie sans fil. Cette antenne était de type "en nappe" et se composait de plusieurs brins tendus entre des pylones de grande hauteur (120 à 180 m).




L'antenne de l'émetteur de Boulogne-sur-Mer avait une structure extrêmement complexe. Cette antenne construite par M. BLONDEL est de type "rideau" et comporte 4 nappes verticales et 4 nappes horizontales.




L'ancienne antenne de l'émetteur d'Ennezat près de Clermont-Ferrand a fait place depuis quelques années à une antenne moderne qui diffuse quotidiennement des émissions en Ondes Moyenne (Radio Bleue).
C'est une antenne de type vertical dont la hauteur est supérieure à 100 m.



Afin de pouvoir recevoir les émissions de radio des stations de radiodiffusion, les industriels mettent à disposition du public à partir de 1925 des antennes d'intérieur appelées cadres du fait de leur forme.

Elles sont constituées d'un ou plusieurs enroulements de fils qui constituent une bobine. Cet ensemble est supporté par un cadre orientable et l'utilisateur le fait tourner jusqu'à obtenir la meilleure réception.

Le pied de l'appareil est parfois même muni d'une boussole pour faciliter l'orientation sur des postes lointains.

Un bouton permet de choisir la longueur d'onde (Petites ondes ou grandes ondes).

La hauteur de ces cadres est couramment de plus d'un mètre ce qui en fait un appareil encore encombrant.

De ce fait il devient un objet décoratif et prend place dans le salon.



3) Le fonctionnement d'une antenne

a) Généralités
Toute transmission d'informations sans fil, commence et finit par une antenne. L'émetteur utilise une antenne pour produire des ondes électromagnétiques et le récepteur en utilise une pour capter les même ondes et les transformer en courant électrique. L'antenne constitue donc l'élément de liaison entre l'émetteur et l'espace dans lequel se propagent les ondes électromagnétiques (antenne d'émission) et d'autre part, elle est aussi l'élément de liaison entre l'espace et le récepteur. Quelle que soit la manière de décrire sa fonction, une chose est sûre, l'antenne est et reste l'élément le plus important de toute liaison sans fil. Le succès de la communication dépend de son bon fonctionnement. Le meilleur émetteur (grande puissance, bonne modulation) et le meilleur récepteur (grande sensibilité) sont inutiles si l'antenne d'émission ou de réception fait défaut.

Comment fonctionne une antenne ?
Tout conducteur peut servir d'antenne, c'est à dire tout objet au travers duquel un courant électrique peut circuler. Considérons un émetteur raccordé à un morceau de fil placé verticalement par rapport au sol. L'émetteur fournit une tension alternative au bout du fil. Soit le signal HF généré par l'émetteur.



Pendant la zone A, le bout de fil est parcouru par un courant qui la charge positivement. Cette charge de l'antenne crée dans son entourage un champ électrique. Autour de l'antenne, il existe une certaine énergie électrique délivrée par l'émetteur.

Pendant la zone B, la tension alternative décroît du maximum positif jusqu'à zéro. L'antenne va se décharger, le champ électrique qui l'entoure va décroître également et l'énergie qu'il contient retourne à l'antenne.

Pendant la zone C, le bout de fil est parcouru par un courant négatif, l'antenne se charge négativement et, le fil crée alors, dans son entourage un champ électrique. De la même façon, il existe au niveau de l'antenne une énergie électrique délivrée par l'émetteur.

Pendant la zone D, la tension remonte jusqu'à atteindre 0, l'antenne va se décharger. Le champ électrique qui l'entoure va décroître également, l'énergie qu'il contient sera restitué à l'antenne. Tout ce processus se répète au rythme de la fréquence de la tension délivrée par l'émetteur. A partir d'une certaine fréquence, liée aux dimensions du fil, le champ électrique et magnétique, naissants à tour de rôle ne peuvent renvoyer toute l'énergie à l'antenne. Ceci est d'autant plus vrai que le champ est éloigné de l'antenne. Une antenne de réception fonctionne selon les mêmes principes.

b) Caractérisation d'une antenne
1. Le type

Dans le cas d'installations mobiles on utilise des antennes fouets très raccourcies. Nous n'émettons aucune préférence quant au choix entre les différents modèles existants dans le commerce.

2. La puissance admissible
La puissance admissible donnée par le constructeur est la puissance maximum que l'antenne est susceptible de supporter.
Remarque : certains constructeurs donnent des puissances efficaces mais très souvent il s'agit de puissance en crête. Il est recommandé de diviser cette puissance par quatre. Ceci nous donne la puissance que supporte l'antenne pour un émetteur AM sans modulation. Dans le cas d'un émetteur BLU modulé par un ton la puissance est 4 fois plus petite que celle du même émetteur modulé par deux tons. Il est conseillé de diviser systématiquement la puissance admissible de l'antenne par quatre (ceci évite tout risque d'erreur).

3. La dimension
Dans le cas d'une antenne fouet, l'antenne qui est la plus longue est celle qui rayonne le plus.

4. La fréquence de travail
Ceci est assez évident, on choisit une antenne qui est conçue pour travailler sur la même fréquence que l'émetteur.

5. Largeur de bande
Ceci nous indique le nombre de canaux que peut passer une antenne
ex. :cas d'une installation 40 canaux
canal 1 : 26.965
canal 40 : 27.405 27.405 - 26.965 = 440 KHz
Il faut choisir une antenne ayant une largeur de bande supérieure à 440 KHz.


4) Les limites d'utilisation des antennes



Le dessin ci-dessus nous montre un émetteur au point A. Deux récepteurs B et C l'un placé dans une vallée B, l'autre en liaison directe C. La station B est ici placée en zone dite d'ombre. C'est à dire qu'elle ne pourra pas recevoir les ondes électromagnétiques provenant de A.




ZONE DE REFLEXION


Le dessin ci-dessus fait apparaître une possibilité de réception pour la station par réflexion sur le flanc de colline au point R.

Ondes indirectes
Nous appellerons propagation par ondes indirectes, les liaisons rendues possibles par la propriété de réflexion sur les couches ionosphériques.

L'atmosphère
L'atmosphère est divisée en couches troposphère, stratosphère, etc... Certaines de ces couches ont la propriété de s'ioniser sous l'effet du soleil

La réflexion des ondes sur les différentes couches de l'atmosphère dépend du soleil, du temps, de l'heure, de la période de l'année, de la fréquence de travail et de l'angle d'incidence de l'onde par rapport à la couche ionisée, etc... De façon simpliste pour la bande des 11 m (27 MHz) la couche de l'ionosphère qui jouera un rôle prépondérant est la couche E. Cette couche a la particularité de réfléchir les ondes radio.




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