Certes, nous abordons là un sujet qui semble plus "technique" mais il est important d'aborder ces quelques notions à ce stade du cours. Vous devez savoir situer le spectre de fréquences sur lequel nous sommes amenés à expérimenter ainsi que leurs caractéristiques de bases.

Préambule

Attention : ce chapitre est à l’origine de nombreux échecs à l’épreuve de réglementation : NE LE NEGLIGEZ PAS

Les quelques calculs demandés sont simples et doivent pouvoir être effectués “de tête” bien que l’utilisation d’une calculette soit autorisée.

• information confirmée par de nombreux témoignages.
• un seul candidat s’est vu refuser l’utilisation d’une calculette à Toulouse en septembre 2013, ce qui a semé le doute.
• nous verrons plus en détail ces connaissances dans la partie technique du cours.

Les questions portant sur ce chapitre forment 3 familles de questions de l’épreuve de réglementation, soit 6 questions.

Connaissances techniques de base 

Extraits de l’annexe I de l’arrêté du 21 septembre 2000 :

Chapitre 3 : Brouillages et protections

1. Brouillage des équipements électroniques :

Brouillage avec le signal désiré
Intermodulation
Détection par les circuits audio

2. Cause de brouillage des équipements électroniques :

Champ radioélectrique rayonné par une chaîne d'émission
Rayonnements non essentiels de l'émetteur
Effets indésirables sur l'équipement : par l'entrée de l'antenne, par d'autres lignes, par rayonnement direct, par couplage.

3. Puissance et énergie :

Rapports de puissance correspondant aux valeurs en dB suivantes : 0 dB, 3 dB, 6 dB, 10 dB et 20 dB (positives et négatives)
Rapports de puissance entrée/sortie en dB d'amplificateurs et/ou d'atténuateurs
Adaptation (transfert maximum de puissance)
Relation entre puissance d'entrée et de sortie et rendement : h = P entrée / P sortie x 100%
Puissance crête de la porteuse modulée [PEP]

4. Protection contre les brouillages :

Mesures pour prévenir et éliminer les effets de brouillage
Filtrage, découplage, blindage.

5. Protection électrique :

Protection des personnes et des installations radioamateurs
Alimentation par le secteur alternatif
Hautes tensions
Foudre
Compatibilité électromagnétique

Cet arrêté est inscrit au journal officiel

Chapitre 4 : Antennes et lignes de transmission

1. Types d'antennes :

Doublet demi-onde alimenté au centre, alimenté par l'extrémité et adaptations
Doublet avec trappe accordée, doublet replié
Antenne verticale quart d'onde [type GPA]
Aérien avec réflecteurs et/ou directeurs [Yagi]
Antenne parabolique

2. Caractéristiques des antennes :

Impédance au point d'alimentation
Polarisation
Gain d'antenne par rapport au doublet par rapport à la source isotrope
Puissance apparente rayonnée [PAR]
Puissance isotrope rayonnée équivalente [PIRE]
Rapport avant/arrière
Diagrammes de rayonnement dans les plans horizontal et vertical

3. Lignes de transmission :
Ligne bifilaire, câble coaxial
Pertes, taux d'onde stationnaire
Ligne quart d'onde impédance
Transformateur, symétriseur
Boîtes d'accord d'antenne

Ces deux chapitres sont extraits du programme HAREC (recommandation T/R 61-02 ), partie technique : chapitre 6 (antennes et lignes de transmission), chapitre 9 (brouillage et protection) et chapitre 10 (protection électrique).

5-1 - Puissances, rapports de puissance et décibels (dB)

• La puissance d’émission est issue d’amplificateurs successifs et s’exprime en watts (symbole W).

• Un amplificateur se représente par un triangle : l’entrée se trouve sur un côté (à gauche généralement) et la sortie se trouve sur la pointe opposée.

• Le décibel (dB) est une unité permettant d'exprimer un rapport entre deux grandeurs de même nature mesurées par exemple à l’entrée et à la sortie d’un circuit.

- pour l’épreuve de réglementation, seuls sont à connaître les 9 rapports en puissance suivants :

Caractéristiques des décibels

• C'est Alexander Graham Bell (1847 - 1922) qui crée cette unité de mesure (dB). Il crée également la "Bell Telephone Company" en 1877.

Alexander Graham Bell (1847 - 1922)

• un nombre de décibels positif indique un gain

• un nombre de décibels négatif indique une perte

• les gains successifs s’additionnent

• les pertes successives se soustraient des gains

- toutes ces caractéristiques viennent du fait que les décibels sont définis à partir de logarithmes (notion approfondie dans la partie technique du cours).

• Les décibels permettent d’exprimer aussi des niveaux relatifs (par rapport à une référence connue) :

- le gain d'une antenne se définit par rapport à une antenne de référence (dBd ou dBi, doublet ou antenne isotropique)
- le gain avant/arrière définit la directivité des antennes Yagi
- les atténuations des rayonnements parasites sont données en dBc (par rapport à la puissance de l’émission fondamentale).

• Certains décibels expriment une puissance (puissance en dBW : par rapport à 1 watt ; en dBm : par rapport à 1 milliwatt).

Exemples de calcul sur les décibels

Puissance crête de la porteuse modulée

• En modulation d’amplitude, la puissance d’émission varie au cours du temps. Dans ce cas, la mesure de la puissance se fera sur les pointes d’amplitude ce qui amène à définir la puissance crête appelée aussi puissance de pointe de l’enveloppe (PEP en anglais).

• Le rendement détermine la qualité du transfert de puissance. Le rendement est :

- exprimé en %
- toujours inférieur à 100%
- égal au rapport obtenu en divisant la puissance utile (puissance émise) par la puissance consommée totale.

• Exemples de calcul de rendement :

Question
Un émetteur consomme 100 watts. Sa puissance de sortie est de 60 watts. Quel est son rendement ?

Réponse
Rendement = Puissance utile / Puissance consommée = 60 / 100 = 0,6 soit 60 %.

5-2 - Types et caractéristiques des antennes

Relation longueur d’onde / fréquence

• La longueur d’onde (λ, en mètres) est la distance parcourue dans le vide (ou dans l’air) par l’onde au cours d’une durée égale à la période du signal.

- Dans le vide (ou dans l’air), les ondes radio se déplacent à la vitesse de la lumière (300.000 km/s)

• La fréquence (F en hertz, Hz) est le nombre de période (ou cycle) du signal par seconde.

- la fréquence peut être donnée dans un multiple du hertz :
> 1 kHz (kilohertz) = 1.000 Hz
> 1 MHz (mégahertz) = 1.000 kHz
> 1 GHz (gigahertz) = 1.000 MHz

F(MHz) = 300 / λ(m)

λ(m) = 300 / F(MHz)

• Exemples de conversion longueur d’onde/fréquence :

Question
Quelle est la longueur d'onde de la fréquence 150 MHz ?

Réponse
300 / 150 = 2 mètres

Question
A quelle fréquence correspond la longueur d'onde 10 mètres ?

Réponse
300 / 10 = 30MHz

• Méthode applicable pour trouver la fréquence d’une bande à partir de sa longueur d’onde :

- Q : quel est le statut de la bande des 40 mètres ?
- R : la bande des 40 mètres est aussi celle des 7 MHz (300/40 = 7,5)

Les gammes d’ondes

• les gammes d’ondes sont à connaître dans le cadre de la déclaration PAR prévue par le décret du 17/12/07 modifié.

• ces questions ont été classées par l’ANFR dans l’une des trois familles de technique de l’épreuve de réglementation.

Quatre antennes sont à connaître

• doublet demi-onde (dipôle)

• doublet demi-onde replié (trombone)

• antenne verticale quart d’onde (GP)

• antenne Yagi (directive, beam en anglais)

• le programme cite aussi l’antenne parabolique, le doublet à trappes et le doublet alimenté à une extrémité mais aucune question n’a été recensée

Pour chacune de ces antennes, il faut connaître

• sa longueur théorique

• son impédance

• ses spécificités de fonctionnement

• son diagramme de rayonnement

la répartition tension/intensité le long du brin rayonnant n’est pas au programme de l’épreuve de réglementation (partie technique de l’examen).

Doublet demi-onde (dipôle)

• antenne de base

• alimentée par son milieu > formée de 2 quarts d’onde

• isolée dans l’espace et loin du sol

• longueur
- λ/2

• impédance

- 73Ω : les 2 brins ont un angle de 180°
- 52Ω : les 2 brins ont un angle de 120°
- 36Ω : les 2 brins ont un angle de 90°

Doublet demi-onde replié (trombonne)

• longueur

- λ/2
- la longueur totale du fil mesure une longueur d’onde entière

• impédance

- 300 Ω
- le fil « retour » doit être proche du fil du dipôle
- lorsque la forme se rapproche d’un carré (dont le côté mesure un quart d’onde), l’impédance de l’antenne en espace libre tend vers 140 Ω

Antenne quart d’onde verticale (GP)

• la partie manquante du dipôle (2ème quart d’onde) est remplacé par :

- le sol ou une masse métallique (contrepoids)
- plan de sol (radiants)

• longueur

- λ/4

• impédance

- 36Ω
- 52Ω lorsque les radiants sont à 120°

• GP signifie Ground Plane (« plan de sol » en anglais).

• on préfèrera utiliser un sol conducteur (glaise humide plutôt que granit sans végétation) ou on le rendra plus performant en enterrant des radiants.

Antenne directive Yagi (beam) 

• en ajoutant des éléments parasites, on déforme les lobes de rayonnement du brin rayonnant en concentrant l’énergie dans une direction.

- les brins les plus courts sont devant (brins directeurs)
- les brins les plus longs sont les réflecteurs

• impédance

- dans une antenne Yagi, plus il y a d’éléments parasites, plus son gain est important, plus son impédance est faible.
- la distance entre les éléments joue un rôle important dans la mise au point de l’antenne

• Le gain d'une antenne se mesure dans la direction maximum de rayonnement (vers l’avant où les éléments sont plus courts).

• Le gain d’une antenne se mesure en dB

- par rapport à l'antenne doublet (dBd)
- ou par rapport à l'antenne isotropique (dBiso)
- ou encore par rapport à la puissance émise vers l’arrière de l’antenne (gain avant/arrière d’une antenne directive)

• L’antenne isotropique est une antenne idéale et n’existe que dans la tête des physiciens :

- c’est un point qui rayonne uniformément
- son diagramme de rayonnement est une sphère
- le doublet demi-onde a un gain de 2,15 dB par rapport à l'antenne isotropique.

Antenne directive Yagi (beam)

• La puissance apparente rayonnée (P.A.R.) est :

- la puissance d'alimentation de l'antenne
- multipliée par le rapport arithmétique correspondant au gain de l’antenne par rapport au doublet (il faut transformer préalablement les dBd en rapport de puissance).
- égale à la puissance qu'il faudrait appliquer à un dipôle pour avoir la même puissance rayonnée dans la direction la plus favorable de l'antenne.

• La puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE) prend pour référence l'antenne isotropique.

- des calculs (simples) de PAR et de PIRE seront présentés dans le prochain cours. Patience !

• la PAR est à déclarer dans le cadre du décret du 17/12/07 modifié.

• L’angle d'ouverture d'une antenne est l’écart d'angle entre les directions pour lesquels la puissance rayonnée est la moitié (–3 dB) de la puissance rayonnée dans la direction la plus favorable.

• Rapport avant/arrière

- se mesure en dB (pour les antennes directionnelles)

• Polarisations : selon la position du brin rayonnant, l’onde rayonnée est polarisée verticalement ou horizontalement.

- il existe aussi des polarisations circulaires (droite ou gauche) et obliques

• Couplage d’antennes :

- coupler idéalement 2 antennes permet de doubler la PAR (gain de +3 dB)
- coupler idéalement 3 antennes multiplie par 3 la PAR
- coupler idéalement 4 antennes multiplie par 4 la PAR (gain de +6 dB)

• Vous pouvez également tourver sur ce site, bon nombre d'informations complémentaires concernant les différents types d'antennes, pour parfaire votre culture. Il est bien entendu, qu'il n'y aura pas de questions à l'examen concernant les informations qui se trouvent hors de ce cours.

Voici les liens pour accéder directement à ces pages :

- Les dipôles

- Les antennes Verticales Ground Plane