Propagation et Lignes de Transmission 1 Propagation et Lignes de Transmission Guillaume VILLEMAUD Laboratoire CITI

Introduction Un peu d’Histoire... Transmission filaire 1832 1839 1876 Morse met au point le télégraphe 1832 Morse Cooke met au point le 1er télégraphe électrique 1839 Cooke 1851 : 1ère liaison trans-manche (Siemens) 1866 : 1ère liaison trans-atlantique 1876 Bell découvre le téléphone Bell

Introduction Transmissions hertziennes 1831 1864 1887 Faraday Maxwell Faraday émet l’hypothèse de champs électriques et magnétiques 1831 Faraday Maxwell établit sa fameuse théorie de l’électromagnétisme 1864 Maxwell Hertz met en évidence la propagation des ondes électromagnétiques 1887 Hertz

Débuts des communications radio 4 Débuts des communications radio Branly met au point son « cohéreur » permettant de recevoir les ondes électromagnétiques Récepteur de Branly 1890 Branly Popov invente la première antenne pour l’observation de phénomène météorologiques 1895 Popov En se basant sur les travaux d ’Hertz, Branly et Popov, Marconi réalise la première transmission radio (>2 km) 1895 Marconi

Premiers déploiements 5 Premiers déploiements 1899 Première transmission trans-manche 1901 Première transmission Antibes-Corse (175 km) 1903 Transmission Irlande-Terre Neuve (3400 km) Gustave Ferrié installe la première antenne sur la tour Eiffel pour communications militaires (portée de plusieurs centaines de km) 1905 Ferrié 1908 Portée de 6000 km

L’émetteur de Lyon - la Doua 6 L’émetteur de Lyon - la Doua 1914 : 8 pylônes de 120 mètres 1917 : 2 pylônes de 200 mètres et 6 pylônes de 180 mètres Installations transférées dans l’Ain en 1960

7 Déploiement du réseau 1912 Le SOS du Titanic est capté par le navire Carpathia et sauve 800 personnes 1916 Obligation d’équipement des navires en radio 1920 1ère liaison radiotélégraphique France-Amérique ouverte au public 1927 1ère liaison radiophonique Londres-New-York 1939 Début du multiplexage 1955 1er réseau radio-mobile en France (taxis, médecins) 1956 1er câble sous-marin téléphonique trans-atlantique TAT1 (48 voies)

Et aujourd’hui ? Propagation filaire 8 Et aujourd’hui ? Propagation filaire Réseau Téléphonique Commuté (RTC) ADSL Réseau par courant porteur (PLC) Câble Fibre optique Propagation hertzienne Liaison satellite Téléphonie mobile (GSM, DCS, GPRS, UMTS) Réseaux locaux sans fil (WLAN) Boucle Locale Radio (WLL)

Multiplication des supports 9 Multiplication des supports

Propagation espace libre 10 Les deux types de transmissions Propagation guidée Propagation espace libre Propagation guidée

Les principaux types de lignes 11 Les principaux types de lignes Ligne bifilaire diélectrique diélectrique conducteur d 1ère ligne utilisée ne permet qu’une voie par paire de fils regroupement de fils dans un même câble : -d’abord par 2 (paire) -puis encore par 2 (quarte)

les câbles urbains et inter-urbains regroupent plusieurs paires : 12 Ligne bifilaire Regroupement les câbles urbains et inter-urbains regroupent plusieurs paires : resp. 182 et 1792. fils de cuivre (0,5 à 2mm) isolés par du polyéthylène

Lignes évoluées Câble coaxial L’enveloppe extérieure sert à la fois 13 Lignes évoluées Câble coaxial L’enveloppe extérieure sert à la fois de blindage pour le conducteur intérieur et de conducteur de retour. Grande bande passante : plusieurs voies par multiplexage : - à courant porteur (échelonnage des différentes voies selon l’axe des fréquences) - par impulsions codées : répartition dans le temps des impulsions binaires codées (forcément numérique)

Performances Les performances des câbles coaxiaux sont liées à 14 Performances Les performances des câbles coaxiaux sont liées à la qualité du diélectrique Nature du Constante Facteur de pertes à diélectrique diélectrique à 20°C 20°C Polyéthylène 2,26 0.0002 à 1MHz de 1 à 3000 MHz 0.0005 à 3000 MHz Chlorure de 3,2 à 3,8 0,008 à 100 MHz polyvinyle 100% de 60 à 3000 MHz 0,006 à 3000 MHz Polystyrène 2,56 0,0001 à 100 MHz de 60 à 3000 MHz 0,003 à 3000 MHz Téflon 2,1 0,002 à 100 MHz ( polytétrafluoréthylène ) de 60 à 3000MHz 0,00015 à 3000 MHz

Câbles téléphoniques à lignes coaxiales 15 Câbles téléphoniques à lignes coaxiales 3 types de câbles à circuits coaxiaux sont utilisés en France : - le câble 2,6/9,5 : 4 paires coaxiales (2,6mm, 9,5mm) - le câble 1,2/4,4 : 4 à 28 paires coaxiales - le câble 3,7/13,5 : 4 à 10 paires coaxiales 12MHz (2700 voies). 60MHz (10800 voies).

16 Lignes microrubans Technique de circuits imprimés : précision et faible coût Dispositifs micro-ondes faible puissance

Guides d’ondes métalliques 17 Guides d’ondes métalliques Tube métallique (diélectrique=air) Pertes très faibles Dimensions transverses de l’ordre de la longueur d’onde

Les guides d’ondes diélectriques 18 Les guides d’ondes diélectriques gaine diélectrique La partie centrale (cœur) est un diélectrique, entourée par un autre diélectrique (gaine) de permittivité légèrement plus faible. La propagation s’effectue par réflexions successives à l’interface des 2 diélectriques. Aux fréquences optiques, la silice et ses dérivées présentent des pertes très faibles (< 1dB/km). coeur fibres optiques

Comparaison des capacités 19 Comparaison des capacités nbre de voies par ligne les câbles bifilaires les câbles coaxiaux les guides d’onde (fibre optique) 1 2700 à 10800 multiplexées >23000 (débit >280MBit/s) TAT13 : 2,5GBit/s

Les câbles téléphoniques à fibre optiques 20 Les câbles téléphoniques à fibre optiques En télécommunications, on regroupe également les fibres dans des câbles. Ici représentation de la technique dite « à jonc cylindrique rainuré ». en a), 1 jonc contenant 10 fibres dans des rainures gravées. en b) regroupement de 7 joncs. => câble à 70 fibres.

Les câbles sous-marins transatlantique 21 Les câbles sous-marins transatlantique débit / fibre 1956 1976 1988 1991 1995 1996 1999 TAT1 TAT6 TAT8 TAT9 TAT12 TAT13 SeaMeWe3 48 analogique ----- 10km 4000 ----- 10km 23000 280Mbit/s 0.35dB/km 60km 46000 560Mbit/s 0.22dB/km 120km 500000 2,5 Gbit/s ----- 45km 20Gbits/s ----- 300km coaxiale fibre optique

Structure des câbles sous-marins 22 Structure des câbles sous-marins

Les supports de liaisons hertziennes 23 Les supports de liaisons hertziennes

24 Les antennes filaires Station de base Monopôle Antenne dipôle

Les antennes directives 25 Les antennes directives Yagi-Uda Antenne cornet

Antenne à lentille diélectrique 26 Les antennes directives compactes Antenne à lentille diélectrique Réseaux de patchs

Les antennes à réflecteur 27 Les antennes à réflecteur Parabole Station d’Arécibo

28 Quelles fréquences ?

Plan du cours Partie 1 : Propagation guidée 29 Plan du cours Partie 1 : Propagation guidée Domaine des lignes de transmission équations des télégraphistes régime en régime sinusoïdal ligne fermée sur une charge utilisation de l’abaque de Smith paramètres S systèmes d’adaptation régime impulsionnel 16h de cours Partie 2 : Propagation en espace libre Ondes électromagnétiques Introduction liaison radio

Plan du cours 4GE : Antennes (~10h) Communication radio et antennes 30 Plan du cours 12h TD : bifilaire, coaxial (TV), microstrip (Wifi), impulsionnel 4GE : Antennes (~10h) Communication radio et antennes Principes des antennes Caractéristiques des antennes Différents types d’antennes Le milieu de propagation