Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Propagation et Lignes de Transmission 1.

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1 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Propagation et Lignes de Transmission 1

2 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Introduction Un peu d’Histoire... Morse 1832 Morse met au point le télégraphe Bell 1876 Bell découvre le téléphone Transmission filaire Cooke 1839 Cooke met au point le 1er télégraphe électrique 1851 : 1ère liaison trans-manche (Siemens) 1866 : 1ère liaison trans-atlantique 2

3 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Faraday 1831 Faraday émet l’hypothèse de champs électriques et magnétiques 1864 Maxwell Hertz Introduction Transmissions hertziennes Maxwell établit sa fameuse théorie de l’électromagnétisme Hertz met en évidence la propagation des ondes électromagnétiques 1887 3

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

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

6 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes 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 6

7 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes 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) 7

8 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Et aujourd’hui ? Propagation filaire Propagation hertzienne Réseau Téléphonique Commuté (RTC)xDSL Réseau par courant porteur (PLC) Câble Fibre optique Liaison satellite Téléphonie mobile (GSM, DCS, GPRS, UMTS) Réseaux locaux sans fil (WLAN, UWB) Boucle Locale Radio (WiMax) 8

9 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Multiplication des supports 9

10 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Propagation guidée Propagation espace libre Les deux types de transmissions 10

11 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Les principaux types de lignes Ligne bifilaire diélectriqueconducteurdiélectrique 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) 11

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

13 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Câble coaxial Lignes évoluées 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) 13

14 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Nature du diélectrique Constante diélectrique à 20°C Facteur de pertes à 20°C Polyéthylène2,26 de 1 à 3000MHz 0.0002 à 1MHz 0.0005 à 3000MHz Chlorure de polyvinyle 100% 3,2 à 3,8 de 60 à 3000MHz 0,008 à 100MHz 0,006 à 3000MHz Polystyrène2,56 de 60 à 3000MHz 0,0001 à 100MHz 0,003 à 3000MHz Téflon (polytétrafluoréthylène ) 2,1 de 60 à 3000MHz 0,002 à 100MHz 0,00015 à 3000MHz Les performances des câbles coaxiaux sont liées à la qualité du diélectrique Performances 14

15 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes 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). Câbles téléphoniques à lignes coaxiales 15

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

17 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Guides d’ondes métalliques Tube métallique (diélectrique=air) Pertes très faibles Dimensions transverses de l’ordre de la longueur d’onde 17

18 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Les guides d’ondes diélectriques coeur 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). fibres optiques 18

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

20 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes 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 téléphoniques à fibre optiques 20

21 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Les câbles sous-marins transatlantique 1956 1976 1988 1991 1995 1996 1999 TAT1 TAT6 TAT8 TAT9 TAT12 TAT13 SeaMeWe3 coaxiale fibre optique débit / fibre 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 21

22 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Structure des câbles sous-marins 22

23 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Les supports de liaisons hertziennes 23

24 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Les antennes filaires Antenne dipôle Station de base Monopôle 24

25 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Yagi-Uda Antenne cornet Les antennes directives 25

26 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Antenne à lentille diélectrique Réseaux de patchs Les antennes directives compactes 26

27 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes ParaboleStation d’Arécibo Les antennes à réflecteur 27

28 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes Quelles fréquences ? 28

29 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes 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 29  Partie 2 : Propagation en espace libre Ondes électromagnétiques Introduction liaison radio 16h de cours

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