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Physique de la Radio
Matériel de formation pour les formateurs
du sans fil
Objectifs
‣ Introduire les concepts fondamentaux liés aux ondes
électromagnétiques (fréquence, amplitude, vitesse,
longueur d'onde, polarisation, phase)
‣ Montrer où positionner WiFi dans la large gamme de
fréquences utilisées dans les télécommunications
‣ Fournir une compréhension du comportement des
ondes radio qui se déplacent à travers l'espace
(absorption, réflexion, diffraction, réfraction,
interférences)
‣ Introduire le concept de la zone de Fresnel
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Qu’est ce qu’une Onde?
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Ondes électromagnétiques
‣ longueur d'onde caractéristique, fréquence et amplitude
‣ Pas besoin d'un support porteur (carrier medium)
‣ Exemples: la lumière, les rayons X et les ondes radio
Temps: 1 seconde
Longueur d'onde ( ! )
amplitude
amplitude
Longueur d'onde ( ! )
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Revue rapide des préfixes d’unité
Puissances de dix
Nano-
10-9
1/1000000000
n
Micro-
10-6
1/1000000
µ
Milli-
10-3
1/1000
m
Centi-
10-2
1/100
c
Kilo-
103
1 000
k
Mega-
106
1 000 000
M
Giga-
109
1 000 000 000
G
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Longueur d’onde et fréquence
c = f * λ
c = vitesse (mètres / seconde)
f = fréquence (cycles par seconde, ou Hz)
λ = longueur d'onde (mètres)
Si une one voyage sur l'eau à un mètre par seconde et
oscille cinq fois par seconde, alors chaque onde sera
de vingt centimètres de longueur:
1 mètre / seconde = 5 cycles / seconde * λ
λ = 1 / 5 mètres
λ = 0,2 mètres = 20 cm
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Longueur D’onde et Fréquence
Comme la vitesse de la lumière est d'environ 3 x 108
m/s, nous pouvons calculer la longueur d'onde pour une
fréquence donnée.
Prenons l'exemple de la fréquence du 802.11b/g réseau
sans fil, qui est:
f = 2.4 GHz
= 2,400,000,000 cycles / seconde
wavelength (λ) =
=
=
=
c / f
3 * 108 m/s / 2.4 * 109 s-1
1.25 * 10-1 m
12.5 cm
Par conséquent, la longueur d'onde du WiFi 802.11b/g est
d'environ 12,5 cm.
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Spectre électromagnétique
Approximate frequency in Hz
104
106
108
1010
1012
microwave
102
10-2
1018
10-4
1020
10-6
1024
10-8
gamma rays
10-10
Approximate wavelength in meters
Portée approximative pour le WiFi
8
1022
X rays
ultraviolet
infrared
100
1016
visible light
radio
104
1014
10-12
10-14
10-16
Perspective
wavelength
(meters)
(Hertz)
frequency
104
the radio
spectrum
town
10000
105
1000
106
100
house
107
man
10
108
cat
1
0,1
109
insect
0,01
1010
seed
0,001
1011
AM radio
microwaves
shortwaves FM radio GPS WiFi telecom links
mobile phones satellite TV
radars
links with
submarines
radiohams
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TV
Fréquence et Longueurs
d’onde WiFi
2.4 GHz
5 GHz
10
Norme
Fréquence
Longueur
d’onde
802.11 b/g/n
2.4 GHz
12.5 cm
802.11 a/n
5.x GHz
5 to 6 cm
Comportement des Ondes Radios
Il ya quelques règles simples de pouce qui peut s'avérer
extrêmement utile lors de la conception des premiers
plans pour un réseau sans fil:
‣ Plus longue est la longueur d'onde, plus loin
l’onde ira
‣ Plus longue est la longueur d'onde, plus l’onde
se déplace à travers et autour des choses
‣ Plus courte est la longueur d'onde, plus l’onde
peut transporter les données
Toutes ces règles, aussi simplifiées qu’elles peuvent
être, sont assez faciles à comprendre par un exemple.
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Les Ondes Radios Voyageuses
Les ondes radio ne se déplacent pas strictement en
ligne droite. Sur leur chemin du "point A" à "B point, les
vagues peuvent être soumises à:
‣ L’absorption
‣ La réflexion
‣ La diffraction
‣ La réfraction
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Absorption
Lorsque les ondes électromagnétiques passent a travers un
certaines matériau quelconque, elles sortent généralement
affaiblies ou atténuées.
Les matériaux qui absorbent l'énergie comprennent:
‣ Métal. Les électrons peuvent se déplacer librement dans les
métaux, et peuvent aisément balancer et absorber ainsi l'énergie
d'une onde qui passe.
‣ L’eau. Les molécules d'eau se bousculent en présence d'ondes
radio, absorbant ainsi une partie de l’énergie de l’onde.
‣ Arbres et bois. Les arbres et le bois absorbent l'énergie de radio
proportionnellement à la quantité d'eau qu'ils contiennent.
‣ Les humains. Les êtres humains sont principalement composés
d'eau: nous absorbons l'énergie radio très bien!
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Réflexion
Les règles de réflexion sont très simples: l'angle sous
lequel une onde frappe une surface est le même angle
sue lequel elle sera déviée. Le métal et l'eau sont
excellents réflecteurs d'ondes radio.
!i
!r
!i = !r
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Difraction
En raison de l'effet de diffraction, les vagues se
courbent dans les coins ou à travers une ouverture
dans une barrière.
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Réfraction
La réfraction est la « courbure » apparente des ondes lors de
leur rencontre avec un matériau ayant des caractéristiques
différentes.
Quand une onde se déplace d'un milieu à un autre, elle change
de direction et de vitesse à l'encontre du nouveau milieu.
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Autres propriétés importantes
des ondes
Ces propriétés sont également importantes à considérer
lors de l'utilisation des ondes électromagnétiques pour les
communications.
‣ La Phase
‣ La Polarization
‣ La Zone de Fresnel
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Phase
La phase d'une onde est la
fraction d'un cycle que l'onde est
décalée par rapport a un point de
référence. C‘est une mesure
relative qui peut être exprimée de
différentes manières (radians,
cycles, degrés, pourcentage).
Deux vagues qui ont la même
fréquence et différentes phases
ont une différence de phase,
et les vagues sont dites en
opposition de phase les uns avec
les autres.
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Interférence
Lorsque deux ondes de même fréquence, amplitude et
phase se rencontrent, le résultat est une interférence
constructive: l'amplitude double.
Lorsque deux ondes de même fréquence et amplitude et
de phase opposée se rencontrent, le résultat est une
interférence destructive: la vague est anéantie.
+
=
+
=
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Polarisation
‣ Les ondes électromagnétiques ont des composantes
électriques et magnétiques.
‣ Les composantes électriques et magnétiques oscillent
perpendiculairement l’une par rapport à l'autre et par
rapport à la direction de la propagation.
Direction de propagation
Champ électrique
Champ magnétique
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Ligne de vue et Zones de Fresnel
une ligne de vue dégagée n'est pas égale à une zone de
Fresnel dégagée.
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Conclusions
‣ Les ondes radio ont une longueur d'onde caractéristique,
une fréquence et une amplitude, qui affectent la façon dont
ils voyagent à travers l'espace.
‣ WiFi utilise une infime partie du spectre
électromagnétique.
‣ Les basses fréquences voyagent plus loin, mais au
détriment du débit.
‣ Les ondes radio occupent un volume dans l'espace appelée
la zone de Fresnel qui devrait être dégagée pour une
réception optimale.
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Merci pour votre attention
Pour plus de détails sur les sujets abordés dans
cette leçon, veuillez, s'il vous plaît, vous référer
au livre « Réseaux sans fil dans les Pays
en Développement », disponible en
téléchargement gratuit dans de nombreuses
langues sur http://wndw.net/