Propagation du Signal Radio

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1 Propagation du Signal Radio
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2 Sommaire • Introduction • Termes RF et définitions - dB
- Niveau de puissance RF - Atténuation - Perte de puissance sur le chemin - Perte de puissance en milieu libre • Caractéristiques d'antennes Antenne isotropique - Gain - Diagramme de rayonnement - Lobes latéraux - Antenne omnidirectionnelle - Antenne directionnelle - Faisceau d'antenne • Caractéristiques de système Sélectivité du récepteur - PIRE (Puissance Isotropique Rayonnée Effective) - Paramètres de liaison - Calcul du budget de liaison - Affaiblissement du signal - Concept de la ligne de vue ccnp_cch

3 Introduction ccnp_cch
Ce document est fait pour donner une explication simple des termes liés à la Radio Fré- quence (RF) et des antennes utilisisées dans les systèmes radio. Le schéma suivant illustre un système radio typique: Transmetteur Récepteur Information à transmettre (Données/voix) Un système radio transmet des informations à l'aide d'un transmetteur. L'information est transmise par une antenne qui convertit le signal en une onde électromagnétique. Le support de transmission pour la propagation de l'onde électromagnétique est l'espa- libre (l'air). L'onde électromagnétique est interceptée par une antenne qui convertit l'onde electro- magnétique en signal. Idéalement ce signal dvrait être le même que le signal original à la sortie du transmetteur. L'information originale est ensuite extraite de ce signal. Termes et définition - dB : Par convention dB est un acronyme de décibel. C'est une expression mathémati- que exprimant le rapport de deux valeurs. - Niveau de puissance RF : Le niveau de puissance RF à la sortie du transmetteur ou à l'entrée du récepteur est exprimée en watts. Il peut être également exprimé en dBm. Cette relation entre dBm et Watt peut être exprimée comme suit: PdBm = 10.log PmW Par exemple : 1 Watt = 1000 mW; PdBm = 10 log 1000 = 30 dBm 100 mW; PdBm = 10 log 100 = 20 dBm Pour les calculs de budget de liaison, la convention dBm est plus adaptée que le Watt Atténuation : L'atténuation d'un signal RF est définie comme suit: Pin Atténuation Pout ccnp_cch

4 Caractéristiques des antennes
Pin est le niveau de puissance incident à l'entrée de l'atténuateur Pout est le niveau de puissance en sortie à la sortie de l'atténuateur L'atténuation est exprimée en dB comme suit: PdB = 10 log (Pout/Pin) Exemple : Si à cause de l'atténuation la moitié de la puissance est perdue ((Pout/Pin) = 2) alors l'atténuation en en dB est : 3 dB = 10.log 2 - Perte de puissance sur le chemin : La perte de puissance sur le chemin est la perte de puissance d'un signal radio traversant l'espace de propagation. Elle est exprimée en dB. Cette perte de puissance dépend de : ● La distance entre les antennes émettrices et réceptrices ● La clarté de la vue entre les antennes émettrices et réceptrices ● La hauteur des antennes - Perte de puissance dans l'espace : C'est l'atténuation d'une onde électromagnétique lorsqu'elle se propage dans l'espace. Cette atténuation est calculée en utilisant les formules suivantes: Perte dans l'espace = 32, log F(MHz) + 20 log R (Km) F est la fréquence exprimée en MHz. R est la distance entre les antennes émettrices et réceptrices. A 2,4 GhZ, cette formule devient : log R(Km). Caractéristiques des antennes - Antenne isotropique : Une antenne hypothétique supposée sans perte ayant une in- tensité de rayonnement égale dans toutes les directions. Utilisée comme référence de gain 0 dB dans le calcul de directivité (gain) - Gain : Le gain d'une antenne est la mesure de directivité. C'est le rapport entre l'in- tensité de rayonnement dans une direction donnée et l'intensité de rayonnement qui aurait été obtenue avec une antenne isotropique. Le gain de l'antenne est exprimé en dBi. - Diagramme de rayonnement : Le diagramme de rayonnement est la représentation graphique soit en coordonnées polaires ou rectangulaires de la distribution spatiale de l'énergie d'une antenne. - Lobes latéraux : Lobes de rayonnement dans des directions différentes du lobe princi- pal. ccnp_cch

5 Antenne Omnidirectionnelle
Cette antenne rayonne et reçoit de manière égale dans toutes les directions en azimuth. Les figures suivantes montrent les diagrammes de rayonnement d'une antenne omnidi- rectionnelle avec ses lobes latéraux dans la forme polaire. Lobe Principal Lobe Latéral Vue de côté Vue de dessus Antenne Directionnelle Cette antenne rayonne et reçoit la plus grande partie de la puissance du signal dans une direction. La figure suivante montre le diagramme de rayonnement d'une antenne directionnelle avec ses lobes latéraux sous forme polaire. Lobe Principal Lobe Latéral ccnp_cch

6 Largeur de faisceau d'une antenne
La directivité d'une antenne directionnelle est définie comme l'angle entre deux points à demi-puissance (-3 dB) de chaque côté du lobe principal de rayonnement. Caractéristiques de système Sensibilité du récepteur Le niveau minimal de puissance RF requis à l'entrée du récepteur pour une performan- ce donnée. PIRE (Puissance Isotropique Rayonnée Effective) C'est la puissance transmise à l'antenne. Elle est égale à la puissance transmise moins la perte dans le câble de liaison plus le gain de transmission de l'antenne. Pout Puissance de sortie transmise en dBm Ct Atténuation du câble de liaison en dB Gt Gain en transmission de l'antenne Gr Gain en réception de l'antenne Pl Perte sur le chemin en dB Cr Atténuation du câble de liaison du récepteur Si Niveau de puissance reçu à l'entrée du récepteur en dBm Ps Sensibilité du récepteur en dBm Si = Pout - Ct+Gt-Pl+Gr-Cr PIRE = Pout -Ct+Gt Paramètres de liaison Fréquence: 2,4 GHz Pout : 4 dBm (2,5 mW) Longueur du câble Tx et Rx = 10 m (câble type RG214 (0,6 dB/m)) Gain des antennes Tx et Rx (Gt et Gr) = 18 dBi Distance entre sites : 3 Km Sensibilité du récepteur (Ps) = -84 dBm Calcul du budget de liaison PIRE = Pout - Ct+Gt = 16 dBm Pl = 32, log log 3 ≈ 110 dB Si = PIRE -Pl + Gr - Cr = -82 dbm En conclusion, la puissance du signal reçu est supérieure au seuil de sensibilité donc la liaison doit fonctionner. Le problème est qu'il y a une différence de 2 dB entre la puissance du signal reçu et le seuil de sensibilité. Normalement une marge plus grande est souhaitable à cause de la fluctuation de la puissance reçue. ccnp_cch

7 Affaiblissement du signal
L'affaiblissement du signal radio est causé par plusieurs facteurs: ● Chemins multiples Le signal transmis arrive au récepteur par plusieurs directions, avec différentes dis- tances, atténuations et délais. La somme de tous ces signaux au récepteur peut ré- sulter en un signal atténué. Transmetteur Recepteur ● Mauvaise ligne de vue Une ligne de vue optique existe si une ligne directe imaginaire peut relier les anten- nes de chaque côté de la liaison. Une ligne de vue radio dégagée existe si une zone autour de la ligne de vue optique (zone de Fresnel) ne contient pas d'obstacle. Une mauvaise ligne de vue existe si la première zone de Fresnel est obscurcie. ● Mauvais calculs de budget de liaison ● Conditions climatiques (Pluie, vent,etc) Pour une pluie de densité élevée (150 mm/hr) , l'affaiblissement à 2,4 GHz peut atteindre un maximum de 0,02 Db/km. Le vent peut causer de l'affaiblissement en faisant bouger l'antenne. ● Interférences Les interférences peuvent être dues à un autre système dans la même bande de fré- quences, du bruit externe ou un autre système situé au même endroit. Concept de la ligne de vue Une ligne de vue optique existe si une ligne droite imaginaire peut être tracée entre les deux antennes de chaque côté de la liaison. Ligne de vue libre Une ligne de vue claire existe quand aucun objet ou obstacle physique obstrue la vue d'une antenne par rapport à l'autre. ccnp_cch

8 Une ligne de vue optique existe si une ligne droite imaginaire peut être tracée entre les deux antennes de chaque côté de la liaison. Ligne de vue libre Une ligne de vue claire existe quand aucun objet ou obstacle physique obstrue la vue d'une antenne par rapport à l'autre. Une ligne de vue radio claire existe si une zone définie autour de la ligne de vue optique (zone de Fresnel) est libre de tout obstacle. Zone de Fresnel La zone de Fresnel est la zone d'un cercle autour de la ligne de vue. La zone de Fresnel est définie comme suit: R Transmetteur (Site A) Récepteur (Site B) R = ½ √ (λxD) R : Rayon de la première zone de Fresnel λ : Longueur d'onde D : distance entre les deux sites Quand au moins 80% de la première zone de Fresnel est sans obstacle, la perte de pro- pagation est équivalente à celle dans l'espace. ccnp_cch