Réglementation - Le cours

Préparation à la licence radioamateur

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spectre des ondes

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.

  

• Ne répondez qu’aux questions dont vous êtes sûrs de la réponse (- 1 point pour une réponse fausse mais pas de pénalités si vous ne répondez pas)

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

 

Journal officielCet 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)

triangle rapport de puissance• 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 :

 

tableau gain en db

 

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 bellAlexander 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

 

exemple calcul db

 

 

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).

 

puissance crete

 

• 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)

 

modelisation longueur onde

 

 

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

triangle calcul long onde- 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.

 

les gammes d ondes

 

 

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

 

doublet demi onde

 

• 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

 

antenne trombone

 


• 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 W

 

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°

 

antenne quart onde gp

 

• 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) 

 

yagi

• 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 :

 

antenne isotrope

 

- 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)

 

diagramme rayonnement

 

• 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.

 

angle ouverture antenne

 


• 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 antennes f4htz• 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

 

 

 

 

 

A retenir

• Connaissances techniques de base
- condition de brouillage
- Antennes et lignes de transmission.


• Puissances, rapports de puissance et décibels (dB)
- La puissance d’émission est issue d’amplificateurs successifs et s’exprime en watts (symbole W)
- mobile (suffixe /M)
- Un amplificateur se représente par un triangle
- Le décibel (dB) est une unité permettant d'exprimer un rapport entre deux grandeurs de même nature
- Caractéristiques des décibels : gain ou perte + calcul
- Puissance crête de la porteuse modulée
- Le rendement détermine la qualité du transfert de puissance.

• 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.
- La fréquence (F en hertz, Hz) est le nombre de période (ou cycle) du signal par seconde. Connaître les calculs.
- Les gammes d’ondes
- connaître les 4 types d'antennes : doublet demi-onde (dipôle), doublet demi-onde replié (trombone), antenne verticale quart d’onde (GP), • antenne Yagi (directive, beam en anglais).
- L’antenne isotropique est une antenne idéale et n’existe que dans la tête des physiciens
- Notion de PAR et de PIRE
- 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.
- Polarisations : selon la position du brin rayonnant, l’onde rayonnée est polarisée verticalement ou horizontalement.
- Connaître les gains en dB obtenus par le couplage des antennes.

 

Exemples de questions posées à l'examen

Les décibels
1. Rapport de puissance correspondant à un gain de 6 dB ?

- 4 - bonne réponse
- 2
- 8
- 12

2. Quelle est la puissance en sortie d'un émetteur de 25 W suivi d’un amplificateur de 20 dB de gain ?
- 2500 W – bonne réponse Calcul simple réalisable sans calculette : 20dB => x 100 ; 25 x 100 = 2500
- 5 W
- 20 W
- 500 W

3. Quelle est la PAR ?

calcul de la par- 43 W
- 80 W bonne réponse
- 120 W
- 160 W

 

 

 

 

4. Puissance de sortie ?

calcul puissance db- 40 W
- 200 W
- 400 W
- 2000 W - bonne réponse

 

 

 

Les gammes d’ondes
1. Symbole des ondes myriamétriques ?
- VLF - bonne réponse
- UHF
- VHF
- SHF

2. Étendue des ondes décimétriques ?
- 0,3 à 3 GHz - bonne réponse
- 3 à 30 GHz
- 30 à 300 GHz
- 3 à 30 MHz

•3. Longueur d’onde des ondes décimétriques ?
- 100 m - 10 m
- 10 m - 1 m
- 1 m - 10 cm - bonne réponse
- 10 cm - 1 cm

Les antennes
1. Quelle est l'impédance du doublet demi-onde replié par rapport à un "doublet classique" ?
- le quadruple - bonne réponse (300 / 73 = 4,11 - la réponse est arrondie)
- le double
- la même
- la moitié

2. Quelle antenne ne peut utiliser un radioamateur ?
- Yagi
-  5/8
- isotrope - bonne réponse (cette antenne n’existe pas…)
- omnidirectionnelle

3. Quelle est l'affirmation vraie sur une antenne Yagi ?
- le fait d'ajouter des éléments diminue l'impédance - bonne réponse
- le rayonnement est parallèle au dipôle - faux : perpendiculaire
- l’élément directeur est plus long que le brin rayonnant - faux : plus court
- tous les éléments sont des brins rayonnants – faux : il n’y a qu’un brin rayonnant et des éléments parasites.

4. A quelle antenne correspond ce diagramme de rayonnement ?

doublet exercice- Yagi
- GP
- doublet demi-onde - bonne réponse
- ¼ d’onde

 

 

 

5. Unité du rapport avant/arrière d'une antenne ?
- volts
- décibels - bonne réponse
- mètres
- hertz

6. Polarisation d'une antenne GP ?
- verticale – bonne réponse (antenne GP = quart d’onde vertical)
- horizontale
- circulaire
- omnidirectionnelle – faux : ne pas confondre polarisation et directivité. Dans une antenne GP ou un doublet, la position du brin rayonnant détermine la polarisation du champ électromagnétique générée par l’antenne.

7. impédance d'un dipôle plié à 90 degrés ?

dipole 90 degres- 36 ohms - bonne réponse
- 52 ohms
- 73 ohms
- 90 ohms

 

 

 

 

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C'EST QUOI LES ONDES RADIO ? - L'ONDE RADIO #2

rayonnement en volume yagi Diagramme Yagi

butternut Butternut Type GP

installation th3 higain 02 TH3 de type Yagi

dipole 80m Dipôle 80m

plan sol 120 radians Plan de sol  120 radians