Cours Generalite Sur La Transmission de Signaux

7/27/2019 Cours Generalite Sur La Transmission de Signaux

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Chapitre 15 : Gnralits sur la

Transmission de signaux

Sommaire :

I- Gnralits

a) le support onde lectromagntiqueb) classification des ondes lectromagntiquesc) Exemple dune transmission radio

II- Transmission de linformation par une ligne

a)prsentationb)mise en quationc) impdance caractristiqued) rflexion sur chargee) limites des lignes de transmission

III- Transmission de linformation par une antenne

a) exemple de lantenne demi ondeb)Caractristique dune antennec) antenne rceptrice

IV- Transmission de linformation par fibre optique

a)prsentationb)proprits

Aucune des formules mathmatiques prsentes au cours de ce chapitre ne sont apprendre. Ce cours a pour objectif de vous dcrire les diffrents moyens de

transmission de linformation. Il faudra cependant savoir retrouver puis appliquer lesrsultats principaux pour faire le TD.


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I- Gnralits :

a) le support onde lectromagntique :

Nous allons, au cours de ce chapitre, tudier diffrents moyens utiliss pour transmettre uneinformation sur une longue distance. Afin de faciliter notre tude nous travaillerons

essentiellement dans un premier temps sur lexemple dune information audio transmettre

(mais cela nenlve rien la gnralit des mthodes prsentes qui sont employes pour la

transmission dautres types dinformations).

Si lon considre une conversation transmettre un village voisin, la voix ne portant au

mieux qu une vingtaine de mtre, on peut donc opter dans un premier temps un systmedamplification pour transmettre cette information. Cependant pour des raisons videntes de

nuisances sonores (car tout le monde ne veut peut-tre pas couter cette conversation) cesystme est rejeter.

Ainsi, si lon veut transmettre sur une longue distance une information (audio par exemple)

on saperoit quil va falloir utiliser un autre support : Ce sera londe lectromagntique.

Ltude des ondes lectromagntiques et de leurs propagations sort du cadre de ce cours, onpeut cependant retenir les ides suivantes :

- Les ondes lectromagntiques sont des champs lectriques (exprims en V/m) etmagntiques (exprims en Tesla (T)) qui se propagent partir des sources (dans notrecas un courant variable traversant un conducteur) qui leurs donnent naissances.

- La propagation des ondes lectromagntiques est rgie par des quations appelesquations de Maxwell.

- Dans le vide (ou dans lair) la solution de ces quations de Maxwell est unecombinaison linaire (somme portant la fois sur la direction de propagation et la

pulsation) de solutions particulires : les ondes planes progressives harmoniques.

- Chacune de ces solutions particulires traduit un champ lectrique et magntique quise propage sans attnuation la vitesse c ( 3.108 m/s) dans une direction (ici z) et une pulsation donne. La dfinition de ces ondes planes progressives harmoniques est

donne par :

xuztEErr

)2

cos(0

=

yuztBBrr

)2

cos(0

=

AvecT

2= pulsation temporelle et

2pulsation spatiale o Test la priode

temporelle et la priode spatiale. On peut galement utiliser la notation

complexe et noter ces champs :

xuztjEErr

= )

2(exp0

yuztjBB

rr

= )

2(exp0


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- la signification physique de ces ondes est la suivante :

i) un instant donn on observe une priodicit spatiale : cette distance caractristiqueest la longueur donde note et exprime en mtre (m)

ii) une position z donne, on observe une priodicit temporelle, note T, exprime en

seconde (s)

iii) On admettra que les ondes lectromagntiques se propagent (pour toute pulsation) une vitesse constante (note c) dans lair (assimil du vide). Sachant que londe met T

secondes pour parcourir mtres, on dfinit la vitesse ou clrit note c (exprime m/s) de

ces ondes par :

- Pour finir, ces ondes lectromagntiques (sortent de gnrateur de tension sepropageant dans lair) vont engendrer des courants et tensions images de ceux qui

leurs ont donns naissances lorsquelles vont rencontrer des matriaux conducteurs (en

gros des antennes de rception)

t

T

ccT== o f est la frquence de londe parfois note


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b) classification des ondes lectromagntiques :

On effectue un classement des ondes lectromagntiques en fonction de leurs frquences oude leurs longueurs dondes :

Typedonde

production Quelquesutilisations

Rayon

dsexcitation du noyau

dun atome suite une

raction nuclaire

(fission, fusion)

Rayonnement trs

dangereux car trs

nergtique :

Destruction de tumeurs

Rayon

X

Dsexcitation des

lectrons de cur dun

atome suite un

bombardementdlectrons rapides

La faible longueur

donde de ce

rayonnement lui confre

un fort pouvoirpntrant :

Radiographie

UVDsexcitation deslectrons

Ractionphotochimique,

bronzage

Visible

Dsexcitation des

lectrons

Raction photochimique

dans les yeux

IR

Rayonnement mis parun corps chauff

Spectroscopie IR,camra IR, diode laser

pour fibres optiques

Micro

ondes

Antenne + courant

oscillant TV satellite (10 GHz)

Four ondes(2,46GHz),

GSM (900MHz)

TV ( 800 MHz)

Ondes

Herztie

nnes

Antenne + courant

oscillant

Radio FM : 100MHz

Radioamateur

Petites ondes : radios

AM 1MHz

Grandes ondes :

frquence de secours

Rq : Londe lectromagntique ne peut tre dissocie dune pseudo particule, appel photon qui

transporte une nergie hfhc =

. Les changes dnergie entre matire et rayonnement se

traduisent par labsorption de photons. Ainsi plus on monte en frquence et plus les photons

sont nergtiques et nuisibles pour lhomme.

Rq : Dans le cas des ondes Hertzienne, la frquence de classement est la frquence porteuse ou

support de linformation.


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c) Exemple dune transmission radio

Prenons lexemple de la station France inter (radio AM repre par la frquence 163kHz

cest--dire envoye laide dondes lectromagntiques de frquence 163kHz).

Deux animateurs discutent ensemble et lon veut transmettre cette discussion :

Les tapes suivre sont les suivantes :

1- capter linformation audio et la transcrire lectriquement (on obtient alors, avec un

microphone, un signal Vs oscillant entre 20 et 20000 Hz)

2- le signal lectrique Vs est trait par un modulateur afin de moduler lamplitude dun

signal de 163kHz par le signal issu de la conversation (linformation se trouve alors dans

les variations de lamplitude du signal 163kHz)

3- Le signal Vm modul en amplitude est ensuite envoy vers une antenne mettrice par lebiais de cble ou ligne. Cette antenne rayonne alors une onde lectromagntique dont

lamplitude et la frquence sont images du signal lectrique Vm.

4- Cette onde lectromagntique va se propager dans lair et, capte par une antennerceptrice, va alors rgnrer le signal Vm.

5-Grce un systme de dmodulation on rcupre le signal lectrique mre Vs qui

peut ensuite alimenter un haut-parleur.

tape2tape1 Vs Vm

cble coaxial

tape 4

tape 5Vm tape 3

Vs

On voit donc quau cours dune transmission que plusieurs supports sont ncessaires. La suite

de ce chapitre sattardera tudier la transmission des signaux sur ces diffrents supports :- cble ou ligne de transmission

- antenne- fibre optique (support qui napparat pas sur lexemple ci-dessus mais qui, pour des

raisons de dbit, est de plus en plus utilis)

Amplification Modulateur

Dmodulateur


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II- Transmission de linformation lectrique par une ligne

a)prsentation

Une ligne lectrique est une structure deux conducteurs parallles dont la gomtrie est

uniforme sur toute la longueur.Il en existe plusieurs types dont le cble coaxial:

b) mise en quation

Si lentre dune ligne on porte le conducteur central un potentiel Ve(t) et que le

conducteur extrieur est la masse. On a alors une tension (ou gradient de potentiel) et donc

un champ lectrique. Cette tension (ou champ lectrique) va jouer le rle de pompe charge

et va injecter un courant dans le cble : on a donc galement un champ magntique.

Donc quand on envoie un signal lectrique dans une ligne on a simultanment un champ

lectromagntique qui est cr (les deux sont indissociables et se propagent sur la ligne).

Londe ne peut se propager une vitesse suprieure c mais va se propager la vitesse c.

Un cble coaxial est constitu de

deux conducteurs spars par un

matriau isolant. Le conducteur

extrieur sert en gnral de

rfrence de potentiel et est reli

la masse lorsque le cble est

connect. On a ainsi un effet de

blindage vis vis des champ

lectromagntiques extrieursperturbateurs.

Les lectrons de conduction du cble sont initialement immobiles

Modification du

potentiel t = 0

Donc si le cble mesure une distance d, il faut d/c seconde au signal pour le parcourir.


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On saperoit donc que lon va rencontrer des problmes en hautes frquences avec un cbleassez long. En effet, si le signal varie vite et que la distance parcourir par le signal est

grande alors la tension ne sera pas la mme en tout point du cble un instant donn.

On peut faire un calcul rapide dordre de grandeur :

Si on considre un cble de 100m et que le signal se propage 108

m/s, alors le temps de

parcours du cble est de 10-6 s. Si en plus on travaille avec un signal de 1 GHz (ce qui est

courant pour les transmissions hertziennes) alors le signal varie pendant un temps

caractristique de 10-9. Ce simple calcul montre que dans un cble toute la ligne nest pas au

mme potentiel un instant donn. Dans ce cas, toutes les lois de llectronique sont fausses

(loi des mailles et des nuds) et nous somme alors dans le domaine de llectronique hautes

frquences.

La tension sur la ligne dpend donc du temps t mais aussi de la position x sur la ligne. On

notera u(x;t) la tension sur un cble coaxial

On peut modliser un cble coaxial par une suite de cellule LC:

dx est un petit lment de longueur du cble (ce modle nous permet quand mme dappliquer

localement la loi des mailles et des nuds)

x x+dx

Les lectrons de conduction ne sont as excits instantanment

A un

instant t


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Etudions lune de ces cellules et dfinissons :

- L : inductance par unit de longueur ou inductance linique (H/m)- C : la capacit par unit de longueur ou capacit linique (F/m)

donc un lment dx est caractris par :

LdxI(x,t) I(x+dx,t)

Cdx

Lapplication de la loi des mailles et des nuds nous donnent les quations qui rgissent les

volutions temporelles et spatiales de la tension u(x,t) et du courant I(x,t) :

0),(),(

0),(),(

2

2

2

2

2

2

2

2

=

+

=

+

t

txILC

x

txI

t

txuLC

x

txu

Ces quations sont appeles quations des tlgraphistes (ou plus gnralement dedAlembert). Elles traduisent la propagation (suivant les x croissants et dcroissants) de la

tension u(x,t) et du courant i(x,t) une vitesseLC

c1

'= constante et sans attnuation.

On montre que la solution gnrale (appele onde plane) peut tre dcrite par une

combinaison linaires de solutions particulires (cest en fait du Fourrier) : les ondes planes

progressives harmoniques dcrites telles que :

))2

(exp())2

(exp();(

))2

(exp())2

(exp();(

xtjIrxtjIotxI

xtjUrxtjUotxu

++=

++=

Avec Tc'=

La thorie lectromagntique nous permet de calculer thoriquement les coefficients L et C et

donc c:

)12ln(

2 0

RR

C r

= )1

2ln(

2

0

R

RL

=

rr

cc

==00

1'

Avec :

- R1 : rayon du conducteur central- R2 : rayon du conducteur extrieur

- 0 : permittivit du vide (8,854.10-12

F/m)

- r : permittivit relative au dilectrique

- 0 :Permabilit du vide (1710.4 Hm )

U(x+dx,t)u(x,t)

Tension et courant se

propageant suivant les xdcroissants

Tension et courant sepropageant suivant les x

croissants


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c) impdance caractristique

Il est possible de calculer limpdance Zc quivalente de la ligne en considrant le cas dune

tension et dun courant se propageant suivant les x croissants sur une ligne infinie:

)1

2ln(

2

1

),(

),(

0

0

R

R

C

L

txI

txuZc

ri

i

===

Pour un cble coaxial on obtient typiquement 50 ou 75

Dans le cas dune ligne finie on a rflexion possible de la tension incidente :

))2

(exp())2

(exp();(

))2

(exp())2

(exp();(

xtjIrxtjItxI

xtjZcIrxtjZcItxu

i

i

+=

++=

d) rflexion sur charge

Nous avons vu que, dans le cas gnral, la ligne tait le sige dune onde se propageant vers

les x croissants et les x dcroissants.

En effet, limage dune perturbation apporte une corde fixe une de ses extrmits, on a

une rflexion possible de londe incidente sur lextrmit fixe donnant ainsi naissance une

onde rflchie.

Dans notre cas, une rflexion sera possible si la ligne est ferme par une charge Zo :

Rq : on supposera pour simplifier que limpdance de la charge Zo est purement rsistive.

On dfinit le coefficient de rflexion par :

),(

),(

tLVincident

tLVrflchi=

Zc

L

VincidentVincident Vrflchi


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ZcZo

ZcZo

ZcZotLViZoZctLVr

tLVrtLViZotLVrtLViZc

Zc

tLVr

Zc

tLViZotLitLiZotLVrtLVi

TLZoItLV

ri

+=

=+=+

==+

=

])[,(])[,(

)),(),((),(),((

)),(),(

()),(),((),(),(

),();(

On voit que la condition dadaptation dimpdance Zo = Zc permet dviter toute rflexion et

donc une dformation du signal incident par un signal rflchit.

On retiendra que lutilisation dune ligne ncessite de calibrer limpdance

de sortie sur limpdance de la ligne sur limpdance de sortie.

A noter que si la ligne est ouverte (Zo est infini) la rflexion est totale et le signal rflchit ne

subit pas dinversion, en revanche si la ligne est court-circuite (Zo=0) alors la rflexion esttotale mais le signal rflchit est invers car est ngatif.

Afin dapprcier la bonne adaptation dune ligne par rapport une charge, il est courant demesurer le rapport donde stationnaire ROS qui est dfinit telle que :

+

=1

1ROS

Dans le cas dune ligne adapte une charge =0 et le ROS=1

Dans le cas dun court circuit ou dun circuit ouvert,| | = 1 et le ROS tend vers linfini.

On retiendra que le ROS augmente quand la ligne est de moins en moins

adapte la charge

On dfinit galement le taux donde stationnaire TOS en dcibel :

)(20:)(20min

max LoggalementouV

VLogTOS=

On trouve galement le TOS dfinit sans unit. Il est alors confondu avec le

ROS. On retiendra que le TOS est gal 1 lorsque la ligne est adapte et est

suprieur 1 dans le cas dune ligne male adapte

e) limites des lignes de transmission

Jusqu prsent notre modlisation ne prvoit aucune attnuation de la tension et du courant.

Cependant, la ligne prsente une certaine rsistivit qui est lorigine dune attnuation etdune dformation du signal.


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Il faut savoir que la thorie lectromagntique prvoit que le signal lectrique variable qui se

propage dans le conducteur central noccupe que la surface de celui-ci sur une profondeur

dfinit telle que :

0

2= .

- tant la conductivit du matriau conducteur exprime (en Siemens)

- 0 permabilit du vide en H/m- tant la pulsation du signal

On voit donc que plus on monte en frquence et plus cette paisseur (appeles paisseur de

peau) diminue. Sachant que la rsistance du matriau vrifie :S

LR

= ( tant la rsistivit, L

la longueur du conducteur, S sa section), on peut donc conclure que la rsistance du matriauva augmenter avec la frquence et les pertes avec.

Explication du phnomne deffet de peau :

Un courant variable va cre un champ magntique variable crant son tour un courantinduit dans le conducteur qui va sopposer ce premier courant. La rsultante de ces deux

contributions cre alors un courant nul au cur du matriau conducteur.

Exprimentalement, on dfinit une constante dattnuation (dB/m) pour une ligne adapte

et pour une frquence :

2010.

l

l

= VoV soit )(20

ll V

VoLog= o lV est la tension aprs une distance l et Vo la tension

lentre.

On vient de voir que la ligne un comportement qui diffre en fonction de la frquence. Celava se traduire par une vitesse de propagation c du signal qui ne sera pas la mme pour toutes

composantes spectrales. Ce phnomne sappelle la dispersion et est responsable dunedformation du signal au cours de sa propagation.

Rq : Ce phnomne dispersif est surtout observable sur de grandes distances, on retiendra que

les cbles coaxiaux ne sont pas utiliser sur des grandes distances.

On retiendra que les lignes de transmission comme les cbles coaxiaux ne

peuvent tre utiliss en hautes frquences (quelque GHz seulement) et sur

de longues distances cause des pertes nergtiques et de la dispersion qui

engendrent une attnuation et dformation du signal.

Distance arcourue

Amplitude


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III- Transmission de linformation par une antenne

a) exemple de lantenne demi-onde

Les antennes sont des lignes lectriques dont la gomtrie permet la propagation libre desondes lectromagntique.

Contrairement au cble coaxial qui autorise uniquement une propagation guide de londe

lectromagntique le long de la ligne conductrice, lantenne va rayonner dans tout lespace

sous formes donde lectromagntique le signal lectrique de pulsation qui lalimente.

On rappelle que londe lectromagntique mise une longueur donde qui

vrifie : cf

ccT

2===

La taille de lantenne nest pas laisse au hasard, en effet comme pour un cble coaxial,

larrive dun courant de pulsation dans lantenne va entraner la superposition dun signal

incident et rflchit. Par exemple, en choisissant une taille de lantenne

c.

2==l on

observera un maximum damplitude en courant (ventre) et des minimas (nuds) (on dit que

lon a le sige donde stationnaire. On a en fait un circuit qui rsonne et appropri pourmettre la pulsation , pulsation fondamentale de lantenne)

Lallure du courant le long de lantenne o

c.

2==l est la suivante :

l Cblecoaxial

l reprsente ici la longueur de lantenne

dite demi-onde car2=l


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b) caractristiques dune antenne

a) slectivit :La frquence de rsonance de l'antenne dpend d'abord de ses dimensions mais aussi des

lments qui lui sont ajouts.

Par rapport la frquence de rsonance fondamentale de l'antenne, on peut tolrer un certain

affaiblissement de la puissance rayonne (gnralement 3 dcibels) qui dtermine lafrquence minimum et la frquence maximum d'utilisation; la diffrence entre ces deux

frquences est la bande passante.

On montre que plus une antenne est grande et plus elle est slective en

frquence

ii) directivit et diagramme de rayonnement:

L'antenne isotrope, c'est--dire rayonnant de la mme faon dans toutes les directions, est un

modle thorique irralisable dans la pratique. En ralit, l'nergie rayonne par une antenne

est rpartie ingalement dans l'espace. Certaines directions tant privilgies : ce sont les

lobes de rayonnement. Le diagramme de rayonnementd'une antenne permet de visualiser ces

lobes dans les trois dimensions. La proximit et la conductibilit du sol environnant l'antenne

peut avoir une influence importante sur la forme du diagramme de rayonnement.

La gomtrie des antennes joue normment sur ce diagramme dmission

et conditionne leurs usages. Plus une antenne est grande et plus son lobe

principal est fin (antenne slective en angle)

Dans le cas dune antenne demi onde le diagramme de

rayonnement en puissance montre une anisotropie cest--

dire que la puissance mise diffre suivant ladirection.(imaginez un beignet autour de lantenne)Aucune puissance nest envoye suivant laxe de lantenne

et un maximum est observ suivant dans le plan quatorial


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iii) puissance mise :

On calcule thoriquement la puissance moyenne mise par une antenne demi-onde dans tout

lespace et on montre quelle peut sexprimer en fonction du courant efficace Io la traversant.

= 22

2

22,1IoRIo

ctrayonnemen

o =

On introduit alors la rsistance de rayonnement Rrayonnement=73,2 . Cette rsistance est uneautre grande caractristique dune antenne car elle dtermine, pour un courant donn,limportance de la puissance totale rayonne.

Comme on la vu il faut adapter limpdance caractristique du cble coaxial qui alimente

lantenne limpdance de lantenne. Si lon ralise ladaptation dimpdance alors toute lapuissance transmise lantenne est convertit en rayonnement et lantenne joue le rle de

convertisseur.

La puissance mise par une antenne est exprime en Watts ou alors dans

l'unit relative en dcibels par rapport au milliwatt (dBm).

P(dBm)= 10*log(P(W)/ 0.001)

ou alors dans l'unit relative en dcibels par rapport au Watt (dBW):

P(dBW)= 10*log(P(W)/ 1)

Les antennes relles possdent

des lobes secondaires en plus des

lobes principaux. Ce phnomne

est un dfaut car il diminue la

puissance mise dans la direction

du lobe principal


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iv) le gain :

Le gain d'antenne est normalement donn en dcibels isotropiques [dBi]. C'est le gain de

puissance pour une mme alimentation entre la puissance maximum dune antenne directive

Pmax et la puissance dune antenne isotropique Po

Ce gain est donn par :Po

PLog max10

Le gain dun doublet est de 2,14 dBi.

Plus une antenne a du gain plus elle est directive (nergie dans une direction privilgie).

On montre que plus une antenne est grande et plus elle rayonne de manire

forte et slective. Une grande antenne possde donc un gain fort.

v)Taille de lantenne :

On retiendra de manire gnrale que la taille de lantenne est de lordre de

la longueur donde du signal mettre.

Pour les antennes UHF (tlvision) et VHF (radio) la longueur donde est de lordre du mtre

ce qui correspond bien au dimension des antennes rencontres dans la vie courante.

c) Antenne rceptrice

Larrive de londe lectromagntique au voisinage de lantenne va permettre par

lintermdiaire du champ lectrique de cre une ddp excitatrice aux bornes de ce conducteur

crant ainsi une tension image de linformation contenue dans londe.

Le plus souvent, une antenne peut tre utilise aussi bien en mission qu'en rception.

Il est donc logique quune antenne de rception soit caractrise par son gain en rception.Exprimentalement, on oriente une antenne pour que linformation arrive dans la direction du

gain le plus fort.

Il est frquent qu'une antenne soit utilise en rception largement en dehors de sa bandepassante, c'est le cas des antennes d'auto-radio dont la frquence de rsonance se situe souvent plus de 200 MHz et que l'on utilise pour l'coute de la bande de radiodiffusion FM vers

100 MHz, voire la gamme des grandes ondes ne dpassant pas quelques centaines de

kilohertz. Ce genre dantenne est donc peu slective


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Reprenons lexemple de France inter, modulation AM avec porteuse de162kHz :

La slection de cette frquence se fait par lintermdiaire de circuit bouchon LC (reli

lantenne) en modifiant la valeur de C et de L afin dobtenir la bonne frquence Fo de

rsonance du filtre :LC

Fo2

1=

A noter que dans le cas dmetteur lointain, il est ncessaire dutiliser un amplificateur avant

dmodulation ce qui pose problme vu la large bande frquence utilise (car on ne veut capter

que France inter). La solution consiste donc utiliser un oscillateur local, qui, associ un

mlangeur et un filtre passe bas permet dobtenir linformation souhaite sur une frquence

intermdiaire plus faible.

Le signal est ensuite amplifi par un amplificateur slectif centr sur la frquence

intermdiaire ; on utilise souvent un double tage de type metteur commun.En outre le gain de lamplificateur doit tre corrig en permanence de manire maintenir une

tension constant en dpit des fluctuations du niveau de rception.Lamplificateur comporte cet effet une boucle de raction permettant de raliser un contrle

automatique du gain

Il faut remarquer quil est possible (en plus de la transmission directe entre deux antennes) de

transmettre linformation dun metteur un rcepteur par :

- rflexion de londe lectromagntique sur lionosphre. La ionosphre peut tre vuecomme un filtre passe haut pour les ondes dont la frquence de coupure est de lordre

du MHz. Pour avoir rflexion, il faut travailler avec des grandes ondes : >100 m

donc typiquement pour les radios GO)

- une transmission sur un satellite en orbite gostationnaire autour de la Terre (ondecentimtrique typiquement pour les tls)

antenne Parabole

mettrice des TV rceptrice

Ondes dont la bande

passante est comprise

entre 10,7GHz et12,75GHz


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IV- Transmission par fibre optique

a)prsentation

Le support utilis pour la transmission dinformation sera l aussi les ondes

lectromagntiques mais dans un domaine de frquences diffrent des ondes hertzienne :

utilisation des IR et frquences visibles car la longueur donde doit tre infrieure ou gale au

diamtre de la fibre optique soit de lordre du m la centaine de micromtre.

.

Principe

Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une fibre optique l'une de ses extrmits avec un angle

adquat, il subit de multiples rflexions totales internes. Ce rayon se propage alors jusqu'l'autre extrmit de la fibre optique, en empruntant un parcours en zigzag. La propagation de

la lumire dans la fibre peut se faire avec trs peu de pertes mme lorsque la fibre est courbe.

Il existe plusieurs types de fibre optique. Dans la fibre saut d'indice, l'indice de rfractionchange brutalement entre le cur et la gaine. Dans la fibre gradient d'indice, ce changement

d'indice est beaucoup plus progressif.

Une fibre optique est un fil de verretransparent trs fin qui a la proprit de

conduire la lumire et sert dans lestransmissions terrestres et ocaniques de

donnes. Elle a un dbit d'informationsnettement suprieur celui des cbles

coaxiaux et supporte un rseau largebande par lequel peuvent transiter aussi

bien la tlvision, le tlphone, ou les

donnes informatiques. Entoure d'une

gaine protectrice, la fibre optique peut

tre utilise pour conduire de la lumire

entre deux lieux distants de plusieurs

centaines, voire milliers, de kilomtres.

Le signal lumineux cod par une

variation d'intensit est capable de

transmettre une grande quantit

d'informations.


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Dans le domaine des tlcommunications optiques, le matriau privilgi est la silice trs purecar elle prsente des pertes optiques trs faibles. Quand l'attnuation n'est pas le principal

critre de slection, on peut galement mettre en uvre des fibres en matire plastique.

Un cble de fibres optiques contient en gnral plusieurs paires de fibres, chaque fibre

conduisant un signal .

b)proprits

i) Attnuation

L'attnuation caractrise l'affaiblissement du signal au cours de la propagation. En effet londelectromagntique va cder de lnergie aux atomes de silice de la fibre par absorption

SoientP0 etPL les puissances lentre et la sortie d'une fibre de longueur L. L'attnuation

linaire se traduit alors par une dcroissance exponentielle de la puissance en fonction de la

longueur de fibre : 1010.

l

l

=PoP )(10

ll P

PoLog= o est le coefficient dattnuation

linaire.

Le principal atout des fibres optiques est une attnuation extrmement faible.

Les fibres en silice connaissent un minimum d'attnuation vers 1 550 nm. Cette longueur

d'onde du proche infrarouge sera donc privilgie pour les communications optiques. De nos

jours, la matrise des procds de fabrication ont permis datteindre couramment uneattnuation aussi faible que 0.2 dB/km 1 550 nm : aprs 100 km de propagation, il restera

donc encore 1% de la puissance initialement injecte dans la fibre, ce qui peut tre suffisant

pour une dtection. Si l'on dsire transmettre l'information sur des milliers de kilomtres, il

faudra avoir recours une ramplification priodique du signal, le plus gnralement par

l'intermdiaire d'amplificateurs optiques qui allient simplicit et fiabilit.


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ii) Dispersion chromatique

La dispersion chromatique caractrise l'talement du signal li sa largeur spectrale (deux

longueurs d'ondes diffrentes ne se propagent pas exactement la mme vitesse). Pour une

fibre en silice, le minimum de dispersion se situe vers 1300-1310 nm (zone oumalheureusement lattnuation sera plus forte, il faudra donc utiliser des systmedamplification au cours de la transmission).

On peut rcapituler les proprits des cbles coaxiales et des fibres optiques

par le tableau suivant :

Fibre optique Cble coaxial

On peut avoir typiquement 40km sans rpteur

Dbit 2240 Mbit/s

Diamtre de lordre dunecentaine de micromtres

quelques millimtresPoids :400kg/km

On peut avoir typiquement 2km sans rpteur

Dbit 560 Mbits/s

Diamtre de lordre ducentimtre

Poids : 3700kg/km

Cours Generalite Sur La Transmission de Signaux

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