Page 21 - Propagation_antenne_adaptation

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Si l'onde arrive tangentiellement à un plan conducteur parfait, elle chemine le long
du plan qui devient un guide d'onde (s'il se courbe ensuite, la direction de l'onde
se courbe aussi). Il y a réflexion de l'onde pour toutes les autres positions du plan
conducteur. Lors de la réflexion, le vecteur E inverse sa direction et le vecteur H la
garde (ainsi le vecteur de Poynting change de direction). La direction de réflexion est
symétrique de la direction d'arrivée par rapport à un plan perpendiculaire au plan de
réflexion. Si l'arrivée se fait dans ce plan (plan de l'onde parallèle au plan de réflexion),
la direction de retour est l'inverse de celle de l'aller. La combinaison de l'onde aller Figure n° 2
et de l'onde retour forme alors des ondes stationnaires. Considérant que la densité
surfacique du champ électromagnétique décroît comme le carré de la distance, les
ondes stationnaires s'atténuent rapidement lorsque l'on remonte vers la source. Il
n'y a que dans les cas d'ondes guidées (flux de densité constante) que les ondes sta-
tionnaires peuvent remonter jusqu'à l'antenne, occasionnant une modification de son
impédance (3) . Le cas où la réflexion se fait proche de l'antenne émission ou de celle
de réception sera examiné dans des futurs "Comment ça marche ?".

Les multi trajets.
On parle de multi trajets lorsque l'onde émise arrive au point de réception par des trajets
différents suite à des réflexions. Le multi trajet est à l'origine du fading à la réception.
Nous étudierons les cas de deux trajets qui occasionnent un fading maximum.
1) Onde d'espace et onde réfléchie par le sol :
Ce cas se rencontre en pratique pour les ondes VHF et supérieures. Le problème et
Figure n° 3
ses conséquences sont montrés sur la figure 3.
Pour éviter les évanouissements en fonction de la distance, il faut monter les antennes
émission et réception de façon que le premier ellipsoïde de Fresnel soit dégagé du
sol. La hauteur diminue quand la fréquence augmente. La diffusion de l'onde sur les
obstacles au sol réduit l'amplitude du signal et la profondeur des évanouissements.

2) Onde d'espace et onde réfléchie par l'ionosphère :
Ce cas se rencontre pour la bande MF en propagation nocturne, lorsque la réflexion de
l'onde est possible dans la couche E parce que la couche D a disparu. Voir la figure 4.

La combinaison des deux ondes entraîne un fading lié à l'évolution de la couche E. La
parade consiste à utiliser une antenne émission directive dans le plan V (antenne dite
"anti-fading").

3) Deux réflexions dans l'ionosphère : Figure n° 4
Ce cas se rencontre quand la réflexion est faite dans la couche F (10-30 MHz). Les
propriétés de la couche F font qu'il y a deux hauteurs de réflexion possibles pour une
même distance. La réflexion du bas est dite "rayon bas" et c'est elle qui subit en gé-
néral le moins d'atténuation. Celle du haut est dite "rayon de Pedersen" et peut dans
certains cas (fréquence, géographie, polarisation des antennes) avoir une atténuation
comparable à celle du bas. Voir la figure 5.
L'interférence entre les deux rayons entraîne un fading lié à l'évolution de la couche F.
4) Deux réflexions de l'onde d'espace :
Ce cas se rencontre en VHF et UHF, lorsque l'émetteur et/ou le récepteur sont mobiles. Figure n° 5
Il est montré sur la figure 6.
L'interférence entre les deux arrivées entraîne un fading dont la rapidité est liée à la
vitesse relative entre l'émetteur et le récepteur.
Fading de Rayleigh.
Pour les VHF et au dessus, dans un environnement urbain où l'on rencontre beaucoup
de surfaces réfléchissantes de dimensions grandes devant la longueur d'onde, et pour
un mobile, il se produit des évanouissements (fading) liés aux ondes stationnaires et
aux multi trajets de types 1) et 4). La combinaison de toutes ces causes amène des
fluctuations du signal reçu qui dépendent de la fréquence et de l'environnement de Figure n° 6
propagation (urbain, suburbain, campagne). C'est le fading de Rayleigh. Il oblige à
prendre une marge de puissance dans les calculs des bilans de liaison. Par exemple,
elle est de 30 dB pour le GSM en ville.

La Rubrique "Comment ça marche" est une activité collective du radio-club F6KRK (http://
www.f6krk.org). Pour toute correspondance technique concernant cette rubrique : "f5nb@orange.fr".

Notes.
1) Une autre conséquence plus subtile de la relativité est que la différence entre le champ E et le champ H d'une
onde électromagnétique ne provient que de la manière dont on observe le champ électromagnétique.
2) L'amortissement est dû à une dissipation thermique dans le conducteur. Revoir le "comment ça marche" sur
l'effet de peau.
3) L'antenne présente un ROS > 1, même si elle est parfaitement adaptée sans la réflexion.

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