1 Propagation et Lignes de Transmission Guillaume VILLEMAUD

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

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

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

4 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) Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

5 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 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

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 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

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

8 Et aujourd’hui ? Propagation filaire Réseau Téléphonique Commuté (RTC) x. DSL 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 (Wi. Max) Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

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

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

11 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) Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

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

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) Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

14 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 de 1 à 3000 MHz 0. 0005 à 1 MHz à 3000 MHz Chlorure de polyvinyle 100% 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 de 60 à 3000 MHz 0, 003 à 100 MHz à 3000 MHz Téflon (polytétrafluoréthylène ) Facteur de pertes à 20°C 2, 1 0, 002 à 100 MHz de 60 à 3000 MHz 0, 00015 à 3000 MHz Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

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, 6 mm, 9, 5 mm) 12 MHz (2700 voies). - le câble 1, 2/4, 4 : 4 à 28 paires coaxiales - le câble 3, 7/13, 5 : 4 à 10 paires coaxiales 60 MHz (10800 voies). Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

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

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

18 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 (< 1 d. B/km). gaine diélectrique coeur fibres optiques Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

19 Comparaison des capacités nbre de voies par ligne • les câbles bifilaires • les câbles coaxiaux 1 • les guides d’onde (fibre optique) >23000 (débit >280 MBit/s) TAT 13 : 2, 5 GBit/s 2700 à 10800 multiplexées Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

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. Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

21 Les câbles sous-marins transatlantique 1976 1988 1991 1995 1996 1999 fibre optique 1956 coaxiale bre i f t/ i déb analogique TAT 1 48 TAT 6 TAT 8 TAT 9 4000 23000 46000 280 Mbit/s 560 Mbit/s TAT 12 TAT 13 500000 2, 5 Gbit/s ----- 45 km 20 Gbits/s ----- 300 km Sea. Me. We 3 ----- 10 km ----10 km 0. 35 d. B/km 60 km 0. 22 d. B/km 120 km Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

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

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

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

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

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

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

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

29 Plan du cours 16 h 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 Guillaume VILLEMAUD - Cours de Propagation et Lignes

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