Antennes et lignes de transmission - de sorte que la radio puisse dcoder le signal convenablement....

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  • 4Antennes et lignes de

    transmissionL'metteur qui produit lnergie RF1 pour l'antenne est habituellement situ une certaine distance des bornes d'antenne. Le lien de connexion entre lesdeux est la ligne de transmission RF. Son but est de transporter lnergieRF d'un endroit l'autre et de le faire aussi efficacement que possible. Duct du rcepteur, l'antenne est responsable dattraper tous les signaux deradio dans le ciel et de les passer au rcepteur avec un minimum de distor-sion de sorte que la radio puisse dcoder le signal convenablement. Cestpour ces raisons que le cble RF a un rle trs important dans les systmesde radio: il doit maintenir l'intgrit des signaux dans les deux directions.

    Il y a deux catgories principales de lignes de transmission: les cbles et lesguides dondes. Les deux sont trs efficaces pour transporter de lnergie RF 2,4 GHz.

    CblesLes cbles RF sont, pour des frquences suprieures la frquence HF,presque exclusivement des cbles coaxiaux (ou coax en en abrg, drivdes mots dune axe commun). Les cbles coaxiaux se composent dunconducteur de cuivre entour par un matriel non-conducteur nomm di-lectrique ou simplement isolation. Le matriel dilectrique est entour parun bouclier de fils tresss qui empchent une connexion lectrique. le cblecoax est galement protg par une gaine externe qui est gnralement faite partir d'un matriel PVC. Le conducteur intrieur transporte le signal RF et

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    1. Radio Frquence. Voir le chapitre 2 pour une discussion sur les ondes lectromagntiques.

  • le bouclier externe empche le signal RF de rayonner dans l'atmosphre touten empchant galement les signaux extrieurs de faire interfrence sur lesignal port par le noyau. Un autre fait intressant est que le signal lectri-que voyage toujours le long de la couche externe du conducteur central: plusle conducteur central est grand, mieux le signal circulera. Ceci s'appelle l'effet pelliculaire .

    Conductor

    Dielectric

    Shield

    Outer JacketGaine extrieure

    Blindage

    Dilectrique

    Conducteur

    Figure 4.1: Cble coaxial avec gaine extrieure, bouclier, matriel dilectriqueet conducteur.

    Mme si la construction coaxiale est efficace pour contenir le signal au seindu noyau, on observe une certaine rsistance la circulation lectrique:pendant que le signal voyage au sein du noyau, il perd de sa force. Ceci estconnu en tant que phnomne dattnuation, et pour les lignes de trans-mission il est mesur en dcibels par mtre (dB/m). Le taux d'attnuationest une fonction de la frquence du signal et de la construction physique ducble lui-mme. mesure que la frquence du signal augmente, son attnu-ation le fera galement. videmment, nous devons rduire au minimum,autant que possible, l'attnuation du cble en le maintenant trs court et enemployant des cbles de haute qualit.

    Voici quelques points considrer au moment de choisir un cble pour treutilis avec des dispositifs micro-ondes:

    1. Plus cest court, mieux cest! : ceci est la premire rgle suivre aumoment dinstaller un cble. Comme la perte dnergie nest pas linaire,si vous doublez la longueur du cble, vous pourrez perdre beaucoupplus que le double dnergie. De la mme manire, rduire la longueurdu cble de la moiti donnera lantenne plus que le double dnergie.La meilleure solution est de placer lmetteur le plus prs possible delantenne, mme si ceci suppose de le placer sur une tour.

    2. Moins cest cher, pire cest! : la deuxime rgle dor est que largentque vous investissez au moment dacheter un cble de qualit nest pasvain. Les cbles peu dispendieux sont faits pour tre utiliss de faiblesfrquences, comme la frquence VHF. Les micro-ondes exigent des

    90 Chapitre 4: Antennes et lignes de transmission

  • cbles dune qualit suprieure. Toutes les autres options ne sont quunecharge factice.2

    3. viter toujours les RG-58. Ils sont conus pour les rseaux Ethernet, lesCB ou radio de VHF et non pour les micro-ondes.

    4. viter galement les RG-213. Ils sont conus pour les radios CB et HF.Dans ce cas, le diamtre du cble nimplique ni grande qualit ni faibleattnuation.

    5. Lorsque cest possible, employez des cbles Heliax (galement nomms"mousse") pour relier l'metteur l'antenne. Quand ceux-ci ne sont pasdisponibles, employez le meilleur cble LMR que vous pouvez trouver.Les cbles Heliax ont un conducteur central solide ou tubulaire et unconducteur externe solide ondul qui leur permet de flchir. Les cblesHeliax peuvent tre construits de deux faons: en utilisant l'air ou lamousse comme matriel dilectrique. Les cbles dilectriques air sontles plus chers et garantissent une perte minimum dnergie, mais ils sonttrs difficiles manipuler. Les cbles dilectriques en mousse causentune perte dnergie lgrement plus leve mais sont moins chers etplus faciles installer. Un procd spcial est exig au moment desouder les connecteurs afin de garder le cble dilectrique en moussesec et intact. LMR est une marque de cble coax disponible sous diff-rents diamtres qui fonctionne bien avec des frquences micro-ondes.Comme alternative aux cbles Heliax, on utilise gnralement les LMR-400 et LMR-600.

    6. Autant que possible, employez des cbles qui ont t pr-sertis et ex-amins dans un laboratoire appropri. L'installation de connecteurs surdes cbles peut tre une tche ardue, et il est difficile de la faire cor-rectement mme avec les outils appropris. moins que vous ayezaccs un quipement qui vous permette de vrifier le cble que vousavez ralis (tel un analyseur de spectre et un gnrateur de signal ouun rflectomtre temporel), le dpannage dun rseau utilisant un cblefait maison peut tre difficile.

    7. Ne maltraitez pas votre ligne de transmission. Ne marchez jamais sur uncble, ne le pliez pas trop et nessayez pas de dbrancher un con-necteur en tirant directement sur le cble. Tous ces comportements peu-vent changer la caractristique mcanique du cble et donc sonimpdance, provoquer un court-circuit entre le conducteur intrieur et lebouclier, voir mme briser la ligne. Ces problmes sont difficiles rep-rer et reconnatre et peuvent produire un comportement imprvisiblesur le lien radio.

    Chapitre 4: Antennes et lignes de transmission 91

    2. Une charge factice est un dispositif qui absorbe l'nergie RF sans la rayonner. Imaginez un radiateur qui fonctionne aux radio frquences.

  • Guides d'ondesAu-dessus de 2 GHz, la longueur donde est assez courte pour permettre untransfert dnergie efficace et pratique par diffrents moyens. Un guide d'on-des est un tube conducteur par lequel l'nergie est transmise sous formed'ondes lectromagntiques. Le tube agit en tant que frontire qui confine lesondes en son intrieur. L'effet pelliculaire empche tous les effets lectro-magntiques d'maner hors du guide. Les champs lectromagntiques sontpropags par le guide d'ondes au moyen de rflexions contre ses murs int-rieurs, qui sont considrs comme des conducteurs parfaits. L'intensit deschamps est plus grande au centre le long de la dimension X et doit diminuer zro en arrivant aux murs car l'existence de n'importe quel champ parallleaux murs sur la surface ferait entrer un courant infini dans un conducteurparfait. Naturellement, les guides d'ondes ne peuvent pas acheminer dner-gie RF de cette faon.

    Les dimensions X, Y et Z dun guide dondes rectangulaire sont reprsentesdans la figure suivante:

    Z

    X

    Y

    Figure 4.2: Les dimensions X, Y, et Z d'un guide d'onde rectangulaire.

    Il y a un nombre infini de manires par lesquelles les champs lectriques etmagntiques peuvent s'ordonner dans un guide d'ondes pour desfrquences au-dessus de la frquence de coupure basse. Chacune de cesconfigurations de champ s'appelle un mode. Les modes peuvent trespars en deux groupes gnraux. Un groupe, nomm TM (transversemagntique), a un champ magntique entirement transversal la directionde propagation mais une composante du champ lectrique dans la directionde la propagation. L'autre groupe, nomm TE (transverse lectrique) a unchamp lectrique entirement transversal mais une composante de champmagntique dans la direction de la propagation.

    Le mode de propagation est identifi par deux lettres suivies de deux num-ros. Par exemple, TE 10, TM 11, etc... Le nombre de modes possibles aug-

    92 Chapitre 4: Antennes et lignes de transmission

  • mente avec la frquence pour une taille donne de guide et il ny a quunmode possible, nomm le mode dominant, pour la plus basse frquencetransmissible. Dans un guide rectangulaire, la dimension critique est X. Cettedimension doit tre plus leve que 0,5 la plus basse frquence tretransmise. Dans la pratique, la dimension Y est habituellement gale 0,5 Xpour viter la possibilit d'oprer dans un autre mode que le dominant.Dautres formes de guide peuvent tre employes, la plus importante tant laforme circulaire. Dans ce dernier cas, nous appliquons plus ou moins lesmmes considrations que pour les guides rectangulaires. Les dimensionsdes longueurs donde pour les guides rectangulaires et circulaires sont in-diques dans la table suivante, o X est la largeur d'un guide rectangulaire etr est le rayon d'un guide circulaire. Toutes les figures s'appliquent au modedominant.

    Type de guide Rectangulaire Circulaire

    Longueur donde de coupure 2X 3,41r

    Plus longue longueur donde transmise avec peu dattnuation

    1,6X 3,2r

    Plus courte longueur donde avant que le prochain mode devienne possible

    1,1X 2,8r

    L'nergie peut tre prsente dans ou extraite partir d'un guide d'ondes aumoyen d'un champ lectrique ou magntique. Le transfert d'nergie se pro-duit typiquement au moyen dune ligne coaxiale. Deux mthodes possiblesexistent pour coupler une ligne coaxiale: utiliser le conducteur intrieur de laligne coaxiale ou former une boucle. Une sonde qui est simplement une pro-longation courte du conducteur intrieur de la ligne coaxiale peut tre ori-ente de sorte qu'elle soit paralll