Transcript Propagation et Lignes de Transmission Guillaume VILLEMAUD Laboratoire CITI

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Propagation et Lignes de
Transmission
Guillaume VILLEMAUD
Laboratoire CITI
Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes
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Introduction
Un peu d’Histoire...
Transmission filaire
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
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Introduction
Transmissions hertziennes
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
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Débuts des communications radio
1890
Branly
1895
Popov
1895
Marconi
Branly met au point
son « cohéreur »
permettant de
recevoir les ondes
électromagnétiques
Récepteur de Branly
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)
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Premiers déploiements
1899
Première transmission trans-manche
1901
Première transmission Antibes-Corse
(175 km)
1903
Transmission Irlande-Terre Neuve
(3400 km)
1905
Ferrié
1908
Gustave Ferrié installe la
première antenne sur la
tour Eiffel pour
communications militaires
(portée de plusieurs
centaines de km)
Portée de 6000 km
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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
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Déploiement du réseau
1912
1916
Le SOS du Titanic est capté par le navire Carpathia
et sauve 800 personnes
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)
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Et aujourd’hui ?
Propagation filaire
Réseau Téléphonique Commuté (RTC) xDSL
Réseau par courant porteur (PLC)
Câble
Fibre optique
Propagation hertzienne
Liaison satellite
Téléphonie mobile (GSM, DCS, GPRS, UMTS)
Réseaux locaux sans fil (WLAN, UWB)
Boucle Locale Radio (WiMax)
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Multiplication des supports
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Les deux types de transmissions
Propagation guidée
Propagation espace libre
Propagation guidée
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Les principaux types de lignes
Ligne bifilaire
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)
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Ligne bifilaire
Regroupement
les câbles urbains et interurbains regroupent
plusieurs paires :
resp. 182 et 1792.
fils de cuivre (0,5 à 2mm)
isolés par du polyéthylène
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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)
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Performances
Les performances des câbles coaxiaux sont liées à
la qualité du diélectrique
Nature du
diélectrique
Constante
diélectrique à
20°C
Polyéthylène
2,26
0.0002 à
1MHz
de 1 à 3000 MHz 0.0005 à 3000 MHz
Chlorure de
polyvinyle 100%
Facteur de pertes à
20°C
3,2 à 3,8
0,008
de 60 à 3000 MHz 0,006
à 100 MHz
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
de 60 à 3000MHz 0,00015 à 3000 MHz
(polytétrafluoréthylène)
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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) 12MHz
(2700 voies).
- le câble 1,2/4,4 : 4 à 28 paires coaxiales
- le câble 3,7/13,5 : 4 à 10 paires coaxiales
60MHz
(10800 voies).
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Lignes microrubans
Technique de circuits imprimés : précision et faible coût
Dispositifs micro-ondes faible puissance
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Guides d’ondes métalliques
Tube métallique (diélectrique=air)
Pertes très faibles
Dimensions transverses de l’ordre de la longueur d’onde
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Les guides d’ondes diélectriques
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).
gaine diélectrique
coeur
fibres optiques
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Comparaison des capacités
nbre de voies par ligne
• les câbles bifilaires
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• les câbles coaxiaux
2700 à 10800 multiplexées
• les guides d’onde
(fibre optique)
>23000 (débit >280MBit/s)
TAT13 : 2,5GBit/s
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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.
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1976
1988
1991
1995
1996
1999
fibre optique
1956
coaxiale
Les câbles sous-marins transatlantique
TAT1
48
TAT6
TAT8
TAT9
4000
23000
46000
280Mbit/s
560Mbit/s
TAT12
TAT13
500000
2,5 Gbit/s
-----
45km
20Gbits/s
-----
300km
SeaMeWe3
analogique
-----
10km
----10km
0.35dB/km 60km
0.22dB/km 120km
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Structure des câbles sous-marins
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Les supports de liaisons hertziennes
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Les antennes filaires
Station de base
Monopôle
Antenne dipôle
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Les antennes directives
Yagi-Uda
Antenne cornet
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Les antennes directives compactes
Réseaux de patchs
Antenne à lentille
diélectrique
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Les antennes à réflecteur
Parabole
Station d’Arécibo
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Quelles fréquences ?
30m
30cm
3m
10MHz 100MHz 1GHz
lignes bifilaires
3cm
3mm
300m
1.55 -0.85 m
Long.ondes
10GHz
100GHz
1THz
200 - 350 THz
Fréquences
guides d'ondes
lignes cocoaxiales
fibre optique
guides diélec.
lignes imprimées
Yagi
ant. filaires
lentilles
paraboles, cornets
réflecteurs
ant. imprimées
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Plan du cours
16h de 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
 Partie 2 : Propagation en espace libre
Ondes électromagnétiques
Introduction liaison radio
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Plan du cours
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
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