5-3 - Lignes de transmissions

La ligne de transmission est un dispositif utilisé pour transférer l'énergie de l'émetteur vers l'antenne ou de l'antenne vers le récepteur.

La ligne de transmission peut être :
• asymétrique (coaxial)
• symétrique (ligne bifilaire)

Le transfert d’énergie (ou de puissance) est maximal lorsque les impédances de la charge (antenne) et du générateur (émetteur) sont égales.

La ligne de transmission a des caractéristiques propres :

•son impédance (exprimée en ohms, Ω)
• son affaiblissement linéique (exprimée en décibels par mètre, dB/m)
• sa vélocité : dans une ligne de transmission, les ondes se propagent moins vite que dans le vide (ou dans l’air), la vitesse dépend du diélectrique dont est constituée la ligne de transmission (mais ceci n’est pas au programme de l’épreuve de réglementation…).

Calcul d’affaiblissement linéique

• affaiblissement linéique à partir des puissances d'entrée et de sortie.

Réponse : 5 / 10 = 1/2 > -3dB ; -3dB/20 = 0,15 dB/m

• Puissance de sortie

Réponse : 0,3 dB/m x 10 m = 3 dB > x 1/2 ; 25 W /2 = 12,5 W

Calcul d’affaiblissement linéique et PAR

• notion indispensable pour déclarer la PAR (arrêté du 17/12/07 modifié)
• Calcul de la PAR

Réponse : Perte câble = 0,3 dB/m x 10 m ; gain total = -3 dB + 9 dB = +6 dB > x 4 ; PAR = 10 W x 4 = 40 W

• Calcul de la PIRE

Réponse : Perte câble = -6 dB, gain antenne = +6 dB, total = 0 dB > pas de gain ni de perte > PIRE = 20 W

Exemple
Soit un câble de 20 mètres ayant une perte de 0,1 dB/m, quel est l’affaiblissement de ce câble ?

Réponse
Perte dans le câble = longueur du câble x affaiblissement linéique = 20 m x 0,1 dB/m = 2 dB

Si ce morceau de câble alimente une antenne d’un gain de 8 dBd, l’ensemble câble + antenne aura un gain de 6 dB (gain de l’antenne de 8 dB – perte dans le câble de 2 dB : 8 – 2 = 6).

Si cet ensemble (câble + antenne) est alimenté par un émetteur d’une puissance de 50 W, la puissance apparente rayonnée de l’ensemble sera de 200 W (6 dB correspondent à un rapport de 4 ; 50 x 4 = 200).

Ce genre de question est fréquent mais les calculs devront être simples comme ici.
La question ne pourra pas porter ici sur le calcul de la puissance à la sortie du câble puisque -2 dB n’est pas un des 9 rapports en puissance à connaître. En revanche, le calcul de la PAR (ou de la PIRE si le gain de l’antenne est donné en dBiso) peut être demandé puisque le rapport de puissance correspondant à +6 dB doit être connu.

TOS et désadaptation

• Lorsque l'impédance de la ligne de transmission n'est pas la même que celle de la charge (l'antenne, par exemple), le transfert d’énergie n’est pas optimal :
  - il apparaît des ondes stationnaires sur la ligne
  - une partie de l’énergie émise retourne à l’émetteur.

• Cette désadaptation se mesure par le coefficient de réflexion, noté ρ (rhô), qui est égal au rapport
  - du courant (tension ou intensité) réfléchi
  - divisé par le courant émis (ou courant incident)
  - ces deux valeurs étant exprimées en volts ou en ampères.
ρ = Uréfléchie (V) / Uémise (V) = Ir (A) / Ie (A)

  - si la mesure est exprimée en watts, le calcul fera intervenir une racine carrée (ce qui rend cette formule hors programme de réglementation) :
ρ = √[Pr (W) / Pe (W)]

• Le TOS est égal à 100 fois ρ : TOS (%) = 100 x ρ
  - Attention : le TOS n’est pas le taux de puissance réfléchie

Cette désadaptation se mesure aussi par le Rapport d'Ondes Stationnaires (ROS). Ce nombre est le rapport des impédances caractéristiques de la ligne (câble) et de la charge (antenne). Le ROS est toujours supérieur à 1/1 si bien qu’il faut placer la plus forte impédance au numérateur (en haut de la fraction).

ROS (/1) = Z plus forte (Ω) / Z plus faible (Ω)

Dans le programme de l’examen, seul le TOS est cité. Cependant, le projet de modification de l’arrêté du 21/09/00 envisage de remplacer TOS par ROS dans le programme.

Formules de transformation :
ROS = (1 + ρ) / (1 – ρ) ρ = (ROS – 1) / (ROS + 1)

Voici les rapports les plus courants

Pourquoi appelle-t-on ce phénomène "ondes stationnaires" ?

• Parce que l’onde incidente (ou émise) et l’onde réfléchie sont de sens contraire et se superposent. L’endroit où sont les maxima (ventres) et les minima (noeuds) ne bougent pas par rapport à l’endroit de la désadaptation. Les ventres et les noeuds se répètent tous les quarts d’onde et bougent donc avec la fréquence de l’onde.

• Vous trouverez toutes les informations utiles pour mettre en évidence ce phénomène en cliquant ici.

Calcul de ROS et de TOS

• ROS

Réponse : Z plus forte / Z plus faible = 100 / 50 = 2/1

• TOS

A l’entrée d’un câble, on mesure une tension incidente de 20 V et une tension réfléchie de 5 V.
Quel est le TOS présent dans le câble ?

Réponse : ρ = Uréfléchie(V) / Uémise (ou incidente)(V) = 5/20 = 0,25
TOS (%) = 100 x ρ = 100 x 0,25 = 25 %

Pour adapter les impédances, on utilisera

• entre l’émetteur et la ligne de transmission
- une boîte de couplage (ou boîte d’accord).

• entre le câble et l’antenne, on peut insérer

  - un balun qui permet
    > l’adaptation symétrique/asymétrique de la connexion
    > l’adaptation des impédances si son rapport est différent de 1/1

  - une "ligne quart d’onde" (cette notion sera vue plus en détail dans la partie Technique. Quelques questions d’examen de classe 3 ont été relevées sur ce sujet mais sont, normalement, hors programme).
    > dans ce cas, le morceau de câble utilisé aura pour impédance :
Zcâble= √(Zentrée x Zsortie)
    > pour le calcul de la longueur du câble, tenir compte de son coefficient de vélocité

EXEMPLE

Réponse : Zcâble = √(Zentrée x Zsortie) = √(25 x 100) = √(2500) = 50 Ω

5-4 - Brouillage et protections des équipements électroniques

La directive européenne 2014/30/CE définit ainsi la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) :

• Aptitude d’équipements à fonctionner dans leur environnement électromagnétique de façon satisfaisante sans produire eux-mêmes de perturbations électromagnétiques intolérables pour d’autres équipements dans cet environnement.

• Un équipement est un appareil ou une installation mis dans le commerce en tant qu’unité fonctionnelle indépendante.

• Une perturbation électromagnétique peut être :

  - un bruit électromagnétique
  - un signal non désiré
  - ou une modification du milieu de propagation lui-même

Appliqué à notre activité, la CEM est la faculté :

• d'un émetteur de ne pas perturber son environnement

• d'un récepteur de ne pas être perturbé par son environnement

Un récepteur a un certain niveau d'immunité par rapport aux perturbations causées par son environnement électromagnétique.

• lorsque les perturbations dépassent ce niveau, le seuil de susceptibilité du récepteur est atteint.

• dans ce cas, des mesures de durcissement seront prises.

• une perturbation est conduite lorsqu'elle est véhiculée par l'intermédiaire des conducteurs.

• une perturbation est rayonnée lorsqu'elle se propage dans l'espace environnant par un champ électromagnétique.

Intermodulation

• Créée par un mélange de fréquences au niveau d'un étage (ou d'un composant) non linéaire aussi bien à la sortie d'un émetteur que sur l'entrée d'un récepteur.

• L’amplificateur non linéaire fait apparaître des mélanges égaux à la somme et la différence des fréquences fondamentales et de leurs harmoniques.

  - Exemple : soient A et B, deux fréquences à amplifier. A la sortie de l’étage défaillant, en plus des deux fréquences amplifiées (A et B), on peut trouver :
    > [A + A] et [B + B], soit (2 x A) et (2 x B)
    > [A + B] et [A – B], les mélanges "classiques"
      >> issus de distorsions quadratiques (paires, produits de 2nd ordre)
    > et des produits du troisième ordre comme (3 x A), (3 x B), [(2 x A)+B], [(2 x B)+A] et des mélanges très perturbants comme [(2 x B)–A] et [(2 x A)–B], difficiles à filtrer si A et B sont proches.
      >> issus de distorsions cubiques (impaires, 3ème ordre)

Transmodulation

• Problème lié au récepteur uniquement.

• Lorsqu’un signal de fréquence voisine du signal que l’on veut recevoir est un signal puissant de forte amplitude, celui-ci va provoquer une surcharge de l’étage d’entrée du récepteur qui va alors manquer de linéarité (saturation).

• Ce signal puissant, non désiré, va alors interférer avec le signal que l’on veut recevoir et moduler ce dernier.

• En conséquence, sera entendue non seulement la modulation du signal désiré mais également la nouvelle modulation

• Remarques :

  - dans le cas d’une intermodulation, les fréquences sont liées par une relation mathématique (produits d’ordre N).
  - la transmodulation est liée à un signal perturbateur modulé en amplitude.

5-5 - Protections électriques

Protection des personnes et du matériel

• Règles de sécurité

  - montage et maintenance des aériens sur un pylône
    > être équipé d’un harnais ou d’un baudrier
    > jeux de mousquetons toujours attachés à la ligne de vie
  - dangers de la haute fréquence (UHF et au-delà)

Baudrier et longe

• dangers de l’électricité

  - tension de sécurité (< 50 V en milieu sec)
  - brûlures (peau)
  - électrisation (muscles)
    > contraction locale des muscles
    > contraction des muscles respiratoires avec risque d’asphyxie
    > fibrillation du coeur qui peut entraîner un arrêt circulatoire
      >> électrocution = décès par électrisation
      >> Attention : LA HAUTE TENSION EST MORTELLE
  - moyens de protection
    > compartiments fermés
    > mise à la terre de toutes parties métalliques

La mise à la terre, une protection

• Caractéristiques et dangers de la foudre

  - qu’est ce que la foudre ?
    > décharge électrique entre les nuages et le sol
    > électricité statique dans l’antenne (situation orageuse)

Les dégâts de la foudre

  - réduire le risque de foudroiement
    > débrancher les câbles
    > disposer les câbles de manière à faire des coudes francs
  - installation d’un parafoudre
    > si le bâtiment est équipé d’une protection contre la foudre
    > relier l’antenne au plus droit à l’équipement du bâtiment.