3.3.3 Principe de l'émission et de réception
par faisceau Hertzien
Structure de l'émission/réception pour les
faisceaux Hertziens
L'organisation représentée par le schéma
ci- dessous est essentiellement celles des FH terrestre, qui sont
bidirectionnels, mais on la retrouve sous des formes proches dans les liaisons
par satellite ou avec les mobiles.
Afin de se propager correctement, les signaux doivent
être modulés sur leur fréquence porteuse. On retrouve donc,
à l'entrée de la liaison, un modulateur auquel correspond un
démodulateur à la sortie de la liaison. Dans la majorité
des cas, cette modulation se fait en fréquence intermédiaire
notée FI, ce qui simplifie la technologie des
modulateurs/démodulateurs, et leur permet de travail
indépendamment de la fréquence porteuse.
Les modulations utilisées sont les modulations de
fréquences (liaison analogiques) ou en phase (liaison numériques)
dans la plupart des applications.
Ces modulations ne sont pas sensibles aux fluctuations de la
puissance transmise, mais le sont aux fluctuations de temps de propagation. En
numérique, un transcodage est en général effectué
en bande de base. La récupération de l'horloge et la
régénération du signal sont associées à la
démodulation.
On trouve ensuite l'émetteur qui transpose le signal en
hyperfréquence et l'amplifie. Il lui correspond un récepteur qui
amplifie et égalise le signal reçu, le transpose en
fréquence intermédiaire. Emetteur et le récepteurs sont
reliés aux antennes par des guides d'ondes,et des câble RF.
Dans les stations relais, le signal peut être
amplifié en fréquence intermédiaire sans retour en bande
de base. Une transposition de fréquence permet alors de passer de la
fréquence reçue à la fréquence FI puis une autre de
la FI à la fréquence réémise. Un satellite est
organisé de la méme façon qu'un relais
intermédiaire.
Les types d'équipements
utilisés
L'antenne a un rôle très important dans les
liaisons hertziennes : elle assure l'interface entre le circuit
électrique et le milieu de propagation.
Une antenne est un dispositif réciproque : En
émission, elle reçoit un courant et une tension, elle
génère un champ électrique et un champ magnétique
puis en réception, elle reçoit un champ électrique et un
champ magnétique, elle génère une tension et un
courant.
Antenne YagiL'antenne Yagi ou
antenne Yagi-Uda (du nom de ses inventeurs, Hidetsugu Yagi et Shintaro
Uda) est une antenne se caractérisant par une forme qui
se rapproche de celle d'un râteau : c'est l'antenne la plus
utilisée par les particuliers pour recevoir la télévision
(terrestre). Cette antenne a été brevetée en 1926.
Le principe est le suivant : on associe sur un même axe
un doublet et des brins non alimentés appelés (a tort)
éléments parasites. Ces éléments vont capter le
signal émis par l'antenne alimentée et vont le
re-émettre.
L'antenne alimentée est appelée «radiateur
», les éléments parasites situés à
l'arrière sont appelés « réflecteurs », ceux
situés devant sont appelés « directeurs ».
Le champ émis par l'antenne est la somme de tous les
champs émis par tous les éléments. En jouant sur les
positions et les longueurs des éléments, on modifie les phases et
amplitudes de chacun des champs électriques re-émis de sorte que
le champ soit maximal vers l'avant et minimum vers l'arrière. On obtient
ainsi une antenne directive.
Le gain d'une antenne Yagi augmente avec le nombre
d'éléments : autour de 6 dB pour une Yagi à 2
éléments, il peut atteindre jusqu'à 18 dB pour une antenne
à plus de 20 éléments.
L'antenne Yagi est le plus souvent utilisée entre 100MHz
et 1GHz. (Figure 20 :)
Antenne parabolique
Une antenne parabolique, communément appelée
parabole par le grand public, est une antenne disposant d'un réflecteur
en forme de parabole.
Les propriétés géométriques de la
parabole permettent de concentrer tous les rayons reçus en un point
unique appelé foyer.
C'est en ce point que l'on placera une petite antenne (la source)
qui est alimentée en émission, et qui capte le signal en
réception.
Analogie : Ici encore, on pensera à la lampe torche ou au
phare de voiture : le miroir derrière l'ampoule a la forme d'une
parabole.fig 21
Souvent, sur les antennes paraboliques, en particuliers sur
celles destinées à la réception satellite, la source est
décentrée, le réflecteur est alors une portion de parabole
: on parle de « parabole offset ». La source ne masque pas les ondes
reçues, contrairement à la « vraie parabole », ce qui
permet d'obtenir un meilleur gain. Autre avantage, les paraboles offsets
sont installées quasi verticalement alors qu'elles
pointent un satellite placé très haut dans le ciel, elles
permettent donc un gain de place.
Les antennes paraboliques peuvent aussi servir d'émetteur
Les autres types d'antennes paraboliques
Un VSAT (Very Small Aperture Terminal) est un 2-station
satellite au sol qui offre ainsi une communication bidirectionnelle par
satellite à Internet pour les consommateurs et les réseaux
privés. Il est couramment utilisé pour transmettre des
données à bas débit (carte de crédit, de sondages,
ou à la radio- frequency identification) ou de données à
haut débit (accès Internet par satellite à des endroits
éloignés, VoIP ou vidéo).
Satellite opérateurs permet de configurer des
réseaux VSAT dans la topologie. Dans une topologie en étoile, le
réseau VSAT utilise un site de liaison montante au coeur de transmettre
des données à partir de chaque terminal VSAT par satellite. Une
topologie de maillage, d'autre part, diminue le besoin pour un site de liaison
montante central, car les terminaux VSAT sont autorisés à relayer
des données via satellite en agissant comme un pôle à un
autre terminal.
Ad hoc plats par satellite sont principalement utilisés
comme des antennes à réflecteurs bénéficiaire de
fréquences radio. Il est plus facile de capter des signaux sur les
antennes satellite ad hoc lorsqu'il est utilisé avec une DTH (Direct To
Home) par satellite.
Plats SRD sont utilisés dans une seule
résidence. SMATV ou satellite à antenne Plats, d'autre part, sont
partagés entre de nombreuses maisons. Il est aussi appelé
l'antenne communale de distribution de radiodiffusion (CABD).
ATS (Automatic suivi par satellite) plats sont utilisés
dans les véhicules en mouvement. Ils utilisent des gyroscopes pour
détecter les changements de position et Global Positioning System (GPS)
des capteurs. Suivi automatique des plats utilisent des données
d'identification par satellite et un système intégré
Digital Video Broadcasting (DVB) pour identifier le décodeur satellite,
il pointe.
utilisés pour recevoir des signaux de
télévision satellite à partir de satellites de service
fixe aux micro-ondes en bande C. Le système s'appuie sur des flux
transmis en clair en utilisant des standards ouverts.
La tête HF
Le traitement hautes fréquences est
réalisé au niveau du bloc d'accord communément
appelé TUNER auquel est associé le circuit des synchronisations.
En absence d'un coupleur d'antenne (optionnel) qui réalise la
séparation des signaux VHF et UHF, le tuner, présente en
entrée un filtre passe bas pour acheminer les signaux VHF et un filtre
passe-haut pour les signaux UHF. Parfois le tuner UHF peut être
séparé du tuner VHF. Dans l'un ou l'autre des cas, le signal
délivré est de moyenne fréquence alors appelé
signal FI(Fréquence Intermédiaire c'est-à- dire
située entre les hautes fréquences et les basses
fréquences). La figure 22 présente la structure interne du
tuner.
L'oscillateur local reçoit le signal d'accord
(généralement une tension continue) qui fait varier sa
fréquence fo. Associé aux différentes fréquences
reçues par l'antenne, le signal de fréquence fo, au niveau du
mélangeur subit une opération pour donner à travers un
filtre passe-bande le signal de fréquence F-fo appelé
fréquence intermédiaire. F est l'une des de multiples
fréquences d'émission correspondant à la fréquence
de la porteuse image d'une station d'émission.le tableau n°2 donne
quelques chiffres de ces fréquences d'émission.
Les sélecteurs modernes groupent dans le même
boîtier le circuit VHF et les circuits UHF ; certains incluent la FI
vision. Les composants actifs sont des transistors MOS- FET tétrodes
avec protection interne des grilles contre les surtensions, des transistors
bipolaires montés en base commune, des diodes à capacité
variable pour l'accord des circuits,une ou plusieurs diodes shottky
mélangeuses UHF et des diodes de signal en particulier pour la
commutation des bobinages.
Des lignes accordées sur le quart de la longueur d'onde
placées dans des blindages appropriés, les bobinage sont
aujourd'hui miniaturisés en VHF et constitués par des lignes
imprimées ou par des bobines de 1 à 1 et demi spire en UHF.
Emetteur
Le signal en fréquence intermédiaire est
amplifié, filtré et écrêté lorsqu'on utilise
une modulation angulaire pure, pour attaquer l'émetteur à niveau
constant. La transposition de fréquences est réalisée par
un mélangeur, dispositif non linéaire à diodes schottky,
qui à partir du signal en fréquence intermédiaire et de
l'oscillateur locale, fait apparaître par inter- modulation les
fréquences somme et différence. L'une de ces deux
fréquences, sélectionnée par filtrage, correspond à
la fréquence d'émission FE. L'oscillateur local doit fonctionner
à une fréquence hétérodyne d'émission FHE
telle que :
FE= FHE + FT ou FE = FHE - FT
Les différents canaux utilisent tous la même FT
(70 ou 140 Mhz), la valeur de la FHE permettant la transposition sur la
porteuse spécifie chaque canal compte tenu de la haute stabilité
en fréquence recherchée, les oscillateurs sont asservis par une
boucle de verrouillage de phase sur une fréquence de
référence de faible puissance, obtenue par synthèse
à partir d'un oscillateur à quartz. Après le
mélangeur, on trouve un filtre à cavité résonnante,
qui ne doit introduire aucune distorsion de phase dans la bande passante, on
amplifie ensuite le signal, sauf dans les systèmes de faible puissance
où la puissance est fournie par l'oscillateur local. L'amplificateur
d'émission utilise en général des composants à
l'état solide, sauf pour de très fortes puissances où on
utilise toujours les tubes à ondes progressives. C'est le cas des
liaisons par satellite.
Récepteurs
Après un filtrage séparant les différents
canaux, on amplifie le signal reçu par un pré amplificateur
hyperfréquence à transistor à effet de champ GaAS dont le
facteur de bruit doit être le plus faible possible : 3 à 6 dB pour
les FH terrestres.
Cette technique, permise par les progrès des
composants, est assez récente. Dans les anciens systèmes, on
attaque directement le mélangeur qui transpose et amplifie le siganl.
Le mélangeur réception, analogue à celui
de l'émission, combine la fréquence FR et la fréquence
hétérodyne de réception FHR, fournie par l'oscillateur
local de réception, pour obtenir :
FT= FR - FHR ou FT= FHR- FR
La fréquence de l'oscillateur local permet de
s'accorder sur le canal reçu. Elle est asservie par une boucle de
verrouillage de phase comparant la FI obtenue à celle d'un oscillateur
de référence (contrôle automatique de fréquence
CAF).
Après le mélangeur, on trouve le pré
amplificateur en fréquence intermédiaire PAFI qui joue le
rôle de filtre, en coupant l'autre bande latérale du
mélange, puis un amplificateur à contrôle automatique de
gain CAG dont la dont la dynamique est très élevée
(plusieurs dizaines de dB). En effet, contrairement aux transmissions sur
câble, la puissance reçue peut subir des variations fortes
à cause des conditions de propagation et, éventuellement des
désorientations des antennes. Cela est encore plus vrai dans le cas des
liaisons avec les mobiles.
Enfin, un correcteur élimine les distorsions de temps
de propagation de groupe, auxquelles les modulations sont sensibles. Dans les
systèmes utilisant une diversité d'espace, le récepteur
est doublé, et un combineur combine les deux signaux de façon
à maximiser le rapport signal sur bruit.
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