Affaiblissement de propagation et champ électromagnétique reçu

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Ouverture rayonnante

Diagramme de rayonnement

Lorsqu’un élément conducteur de dimensions infinies par rapport à la longueur d’onde est placé dans un champ électromagnétique, il subit une certaine induction : un courant d’induction circule alors sur sa surface et cet élément rayonne à son tour de l’énergie.

La distribution spatiale de ce rayonnement peut être définie par l’intégration de la distribution de courant sur la surface en utilisant le principe de superposition de l’énergie.

A grande distance, la distribution de champ est la transformée de Fourier du champ E(x) dans l’ouverture.

Champ proche et champ lointain d’une ouverture rayonnante

En fonction de la distance, on distingue trois zones dans le champ diffracté par une ouverture rayonnante.

• zone de Rayleigh

Il s’agit de la zone proche qui s’étend sur la distance ZRayleigh  D 2 à l’intérieur de laquelle 2.

l’énergie se propage dans un tube délimité en section par l’ouverture D. La distance d’une telle zone dépend de la forme de l’ouverture ainsi que de la distribution du champ à l’intérieur de celle-ci.

· zone de Fresnel

Elle représente la zone intermédiaire où commence le champ diffracté et où le front d’onde tend à devenir sphérique, tout en s’étendant avec une loi d’atténuation en D sur la distance Z Fresnel 2. D2

· zone de FRAUNHOFER

Au-delà de la zone de Fresnel, l’énergie se propage en raison inverse du carré de la distance et les caractéristiques de l’ouverture sont définies (diagrammes de rayonnement, gain dans l’axe, front d’onde sphérique). C’est également la zone au-delà de laquelle l’écart entre l’onde sphérique et l’onde plane devient inférieur à 16 .

Caractéristiques générales des antennes

En vertu du principe de réciprocité, les caractéristiques d’une antenne sont les mêmes en émission et en réception. Pour des raisons de commodités de calcul, on considère généralement une antenne d’émission.

Expression du gain et de l’angle d’ouverture

Les gains isotropiques nominal ou maximal des antennes de type ouverture circulaire, exprimé en dBi, peut être calculé à l’aide de la relation suivante (cf. figure 1.3):

Gabarits de rayonnement

Les diagrammes de rayonnement doivent, en outre, respecter certaines règles de coordination, qui sont définies par le Règlement des Recommandations, afin de réduire autant que possible les brouillages mutuels non seulement entre faisceaux hertziens en visibilité directe mais aussi entre faisceaux hertziens et services de radiocommunications spatiales.

En absence d’informations particulières concernant le diagramme de rayonnement de l’antenne de faisceaux hertziens en visibilité directe, la Recommandation UIT-R F.699 préconise, pour traiter les aspects relevant la coordination, d’adopter le diagramme de rayonnement de référence, exprimé en dBi, au moyen des formules suivantes qui sont valables entre 1GHz et 40GHz (cf. figure1.4).

Il convient également de s’assurer que le diagramme de rayonnement de l’antenne choisi permet de respecter les niveaux maxima de puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE en dBW) ou les densités spectrales isotropes rayonnées équivalentes maximales (dBW.Hz-1 ) aussi bien pour le signal utile que pour les rayonnements non essentiels .

Les valeurs à prendre en compte dépendent de la bande de fréquences ainsi que du service à protéger (fixe, mobile, utilisant le FH ou les satellites…)

A titre d’exemple : la direction du rayonnement maximal d’une antenne délivrant une PIRE supérieure à +35dBW doit s’écarter d’au moins 2° de l’orbite des satellites géostationnaires dans les bandes de fréquences comprises entre 10GHz et 15GHz. Dans le cas où il n’est pas possible de se conformer à cette recommandation, la PIRE ne doit pas dépasser +47dBW dans toute direction s’écartant de moins de 0.5° de l’orbite géostationnaire ou +47dBW à +55dBW dans toute direction comprise entre 0.5° et 1.5°.

Affaiblissement de propagation et champ électromagnétique reçu

Une onde rayonnée se propage dans toutes les directions de l’espace et pour relier deux points particuliers de l’espace, appelés émetteur et récepteur on fait appel à la notion de rayon radioélectrique caractérisée par un champ électromagnétique et une longueur d’onde.

Selon la théorie ondulatoire les ondes électromagnétiques se propagent de proche en proche grâce au phénomène de diffraction sphérique qui consiste à considérer que chaque point d’un front d’onde réémet à sont tour dans toutes les directions.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I. LA PROPAGATION DES ONDES ELECTROMAGNETIQUES
I.1. Propriétés d’une onde électromagnétique plane [1], [2], [3]
I.1.1. Equation d’onde ou de propagation
I.1.2. Vitesse de propagation
I.1.3. Densité surfacique de puissance
I.2. Ouverture rayonnante
I.2.1. Diagramme de rayonnement
I.2.2. Champ proche et champ lointain d’une ouverture rayonnante
I.2.3. Aire effective
I.3. Caractéristiques générales des antennes [3], [4]
I.3.1. Expression du gain et de l’angle d’ouverture
I.3.2. Gabarits de rayonnement
I.4. Affaiblissement de propagation et champ électromagnétique reçu
I.4.1. Affaiblissement de propagation
I.4.2. Champ électromagnétique reçu
I.5. Répéteur passif en champ lointain [2], [8]
I.6. Modèle de propagation [9], [10], [11], [12]
I.6.1. Diffraction sphérique
I.6.2. Ellipsoïde de Fresnel
I.7. Réflexion et réfraction [2]
I.7.1. Coefficient de réflexion
I.7.2. Dimension de la zone réfléchissante
I.7.3. Facteur de divergence
I.7.4. Facteur de rugosité
I.7.5. Facteur de limitation de la zone de réflexion
I.8. Influence de l’atmosphère
I.8.1. Coïndice de réfraction
I.8.2. Gradient vertical de l’indice de réfraction
I.8.3. Courbure des rayons radioélectriques
I.8.4. Rayon terrestre équivalent
I.8.5. Variations des angles de départ et d’arrivées des rayons
I.8.6. Valeur minimale positive du facteur K
I.8.7. Les conduits troposphériques
I.8.7.1. Conditions d’apparitions des conduits troposphériques
I.8.7.2. Trajectoire des rayons dans un conduit troposphérique
I.9. Propagation par diffraction [2], [10]
I.9.1.Diffraction sur Terre sphérique
I.9.2. Diffraction sur une arête en lame de couteau
I.9.3. Diffraction sur un obstacle unique de sommet arrondi
I.9.4. Diffraction sur deux arêtes isolées
I.9.5. Cas général
I.10. Effets des réflexions sur la propagation
I.10.1. Réflexion sur le sol
I.10.1.1. Incidence sur le champ électromagnétique reçu
I.10.1.2. Retard différentiel
I.10.1.3. Franges d’interférence
I.10.1.4. Influence des variations de l’indice de réfraction de l’atmosphère
I.10.1.5. Intégration des franges d’interférence par l’antenne
I.10.2. Réflexions multiples
I.10.3. Ondes stationnaires
I.11. Affaiblissement par les gaz de l’atmosphère
I.11.1. Liaisons Terrestres
I.11.2. Liaisons Terre-Espace
I.12. Atténuation et transpolarisation par les hydrométéores
I.12.1. Atténuation par la pluie
I.12.1.1. Trajet Terrestre
I.12.1.2. Trajet Terre – Espace
I.12.1.3. Diversité d’emplacement
I.12.1.4. Affaiblissement dû au gaz, aux nuages et au brouillard
I.12.2.Transpolarisation par les hydrométéores
I.12.2.1. Polarisation d’une onde électromagnétique
I.12.2.2. Transpolarisation
I.13. Influence de l’ionosphère [3]
I.13.1. Scintillation
I.13.2. Effet Faraday
I.13.3.Retard de propagation
I.14. Bruit thermique [3], [10]
I.14.1. Origine du bruit thermique
I.14.2. Tension de bruit thermique
I.14.3. Analogie entre rayonnement thermique et bruit thermique
I.14.4. Facteur de bruit
I.14.5. Température équivalente de bruit
I.14.6. Sources de bruit externes
I.14.6.1. Principales sources de bruit naturelles et artificielles
I.14.6.2. Emission radioélectrique due aux gaz de l’atmosphère
I.14.6.3. Emission radioélectrique due aux hydrométéores
I.14.6.4. Bruit externe total
CHAPITRE II.LES LIAISONS TRANSHORIZON
II.1.Eléments d’ingénierie d’une liaison transhorizon : [2], [8], [10]
II.1.1.Généralités
II.1.2.Etablissement du profil d’une liaison transhorizon
II.2.Méthode de prévision [3], [13], [17]
II.2.1. Affaiblissement médian de propagation à long terme
II.2.1.1.Distance angulaire et angles de site à l’horizon radioélectrique
II.2.1.2.Fonction d’affaiblissement
II.2.1.3.Affaiblissement par l’atmosphère
II.2.1.4.Gain en fréquence
II.2.1.5.Rendement de diffusion
II.2.2.Variation de l’affaiblissement médian à long terme sur l’année
II.2.2.1.Hauteur effective des antennes
II.2.2.2.Distance d’occultation
II.2.2.3.Distance équivalente
II.2.2.4. Affaiblissement non dépassé pendant du temps
II.2.2.5.Probabilité de service
II.3.Bilan de transmission [2], [14], [15], [16], [17]
II.3.1.Perte de couplage de l’antenne
II.3.2.Perte de directivité transversale
II.3.2.1.Pointage manuel des antennes
II.3.2.2.Pointage automatique des antennes
II.3.3.Fréquence des évanouissements rapides
II.3.4.Réception en diversité
II.3.4.1.Diversité d’espace
II.3.4.2.Diversité de fréquence
II.3.4.3.Diversité angulaire
II.3.4.4.Diversité de polarisation
II.3.5.Disponibilité de la liaison
II.3.6.Bande de cohérence du canal
II.3.6.1. Modèle de SUNDE
II.3.6.2.Modèle de RICE
II.3.6.3.Modèle de COLLIN
II.3.7.Composition de l’onde diffusée et l’onde diffractée
II.3.8.Influence des réflexions sur le sol
II.3.8.1.Exemple
II.4.Exemple de liaisons transhorizon [2], [16]
II.4.1.Liaison en diffraction sur arête
II.4.2.Liaison en double diffraction
II.4.3. Liaison en diffusion sur terre sphérique
II.5.Autres modèles de prédiction
II.5.1.Méthode II de l’UIT-R
II.5.2.Méthode I de l’UIT-R
II.5.3.Méthode III de l’UIT-R
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE