GT7-Chapitre 1-Faisceaux Hertziens
GT7-Chapitre 1-Faisceaux Hertziens
GT7-Chapitre 1-Faisceaux Hertziens
SYSTÈMES RADARS
A. BELBACHIR K. 1
DESCRIPTION DU MODULE
Généralités sur la propagation des ondes
Chapitre 1 : électromagnétique (OEM)
Faisceaux Généralités sur les antennes
Hertziens Faisceaux hertziens (FH)
Liaison FH
A. BELBACHIR K. 3
CHAPITRE 1:
FAISCEAUX HERTZIENS
4
A. Belbachir K.
Introduction
Dans les télécommunications, on distingue actuellement
trois grandes familles de supports de transmission de
l’information :
▪ Les liaisons filaires (qui exploitent les propriétés de Ligne bifilaire (paires torsadées)
conductibilité des métaux des lignes de transmission).
▪ Les liaisons optiques (le spectre visible de la lumière).
Câble coaxial
Fibre optique
A. Belbachir K. 5
Introduction
▪ Les faisceaux hertziens (les ondes électromagnétiques).
Faisceau hertzien
A. Belbachir K. 6
I. Généralités sur la propagation des ondes électromagnétique OEM
1. Définition
Dans un faisceau hertzien, c’est une onde
électromagnétique qui « porte » l’information à
transmettre. Une onde électromagnétique est constituée
d’un champ électrique E et d’un champ magnétique H,
couplés entre eux :
▪ Le champ électrique (ou le champ magnétique ) varie
de façon sinusoïdale le long de l'axe de propagation : on
a donc affaire à une onde monochromatique (une seule
fréquence) . champ électrique
𝑐 = 3 ∙ 108 𝑚/𝑠
Notez Bien :
Onde de sol
En basse fréquence, le sol est bon conducteur et
l’onde se propage alors par conduction dans le
sol. On parle d’onde de sol. C’est essentiellement
ainsi que sont diffusées les grandes ondes.
Onde directe
Entre 3 GHz et 30 GHz : la propagation se fait par
onde directe, il y a peu de réflexions sur le sol car
les antennes sont très directives (paraboles). Les différents modes de propagation des OEM
C’est le cas des faisceaux hertziens.
Les systèmes de transmission de données basés sur les faisceaux hertziens utilisent des fréquences dont le
mode de propagation principal est la propagation par l’onde directe, c’est-à-dire que l’antenne de
réception doit être visible de l’antenne d’émission .
A. Belbachir K. 11
4. Modes de propagation d’une OEM (2/2)
Onde réfléchie
Lorsque on effectue sur la terre une transmission
entre un émetteur et un récepteur, le récepteur reçoit
une onde directe émise par l’émetteur mais aussi une
onde réfléchie.
La réflexion peut se faire sur la terre, sur la mer, mais
parfois aussi sur les hautes couches de l’atmosphère.
Suite à la réfraction due à la variation de l’indice de
l’ionosphère, le rayonnement de l’OEM (Onde
d’espace) suit une trajectoire incurvée vers le bas.
L’onde réfléchie parcourt toujours une distance plus
importante que l’onde directe. Les deux ondes arrivent
donc déphasées au récepteur. Si le déphasage
est de 180° et les amplitudes égales, les
deux ondes se soustraient et la
puissance reçue devient nulle
(évanouissement, fading)!
A. Belbachir K. 12
ൗ
𝟐
II. Généralités sur les antennes
1. Définition
• Une antenne est un conducteur dont la longueur
est un sous-multiple entier de la longueur d’onde
(ൗ𝟐 ou ൗ𝟒). Une telle antenne rayonne une onde
électromagnétique, qui résulte de la combinaison
d’un champ magnétique et éclectique.
A. Belbachir K. 14
3. Exemples des antennes
A. Belbachir K. 15
4. Rayonnement d’une antenne isotrope
L’antenne isotrope rayonne la puissance Po de l’émetteur uniformément dans toutes les
directions.
A. Belbachir K. 18
6. Antenne quart-d’onde à réflecteur parabolique
On peut rendre une antenne quart-d’onde
directive en la plaçant dans une portion de
guide d’onde.
La directivité du guide peut être
considérablement améliorée en lui
ajoutant un cornet.
La directivité et le gain du cornet peuvent
encore être améliorés en l’associant à un
réflecteur parabolique. L’onde se réfléchit
sur la parabole et se concentre au foyer.
L’antenne qui en résulte, appelée
ordinairement parabole, est une des
meilleurs antennes directives et donc très
utilisée au-delà de 1 GHz.
le gain de l’antenne augmente avec son
diamètre :
𝟐 𝟐
𝑫 𝒇. 𝑫
𝑮𝒂𝒊𝒏 = 𝟔 =𝟔
𝒄
A. Belbachir K. 19
7. Caractéristiques d’une antenne (1/6)
▪ Bande passante
A. Belbachir K. 20
7. Caractéristiques d’une antenne (2/6)
▪ Polarisation d’une antenne
Antenne cornet
A. Belbachir K. 21
7. Caractéristiques d’une antenne (3/6)
▪ Directivité et diagramme de rayonnement
Une antenne est un composant passif, elle ne peut donc pas amplifier le signal. Mais par une disposition
particulière des brins rayonnants, elle peut concentrer la puissance émise dans une direction privilégiée :
• La directivité est
caractérisée par l’angle
d’ouverture à –3dB.
A. Belbachir K. 23
7. Caractéristiques d’une antenne (5/6)
▪ Gain d’une antenne directive (suite)
Supposons une liaison (théorique) entre un émetteur et un récepteur. L’émetteur est équipé d’une antenne
isotrope. Le récepteur à l’autre extrémité reçoit une certaine puissance P0. Si on remplace maintenant
l’antenne isotrope d’émission par
une antenne directive, la
puissance reçue P1 sera plus
importante que P0. Le gain de
l’antenne sera de P1-P0.
Par analogie à la lumière : une
ampoule nue peut être
considérée comme une source
isotrope, une lampe torche peut
être considérée comme une
source directive. La lumière émise
par la lampe torche (dans la
direction privilégiée) est plus
concentrée, pourtant, l’ampoule
est la même dans les deux cas.
A. Belbachir K. 24
7. Caractéristiques d’une antenne (6/6)
Pour recevoir le maximum de puissance , il faut que les deux antennes d’émission et de réception
soient alignés au niveau des lobes principales.
A. Belbachir K.
25
8. Guide d’onde
Le guide d’onde permet de guider le signal RF entre l’antenne et le récepteur dans un sens et entre
l’émetteur et l’antenne dans l’autre sens :
Exemple:
Antenne cornet
Antenne parabolique
A. Belbachir K. 26
9. Types de transmissions
Les ondes électromagnétiques subissent peu
d’affaiblissement, leur mise en œuvre est assez
aisée et le coût d’infrastructure généralement
faible devant les coûts de génie civil engendrés
par le passage de câbles physiques.
Les transmissions par ondes électromagnétiques sont
utilisées chaque fois qu’il est nécessaire :
• De diffuser une même information vers
plusieurs utilisateurs (réseaux de diffusion),
• De relier, à haut débit, deux entités éloignées
(faisceaux hertziens) ou très éloignées
(satellites de communication).
• Avec une antenne d’émission isotrope, une surface S au niveau du récepteur reçoit une densité de puissance :
𝑷𝟎 𝑷𝟎
𝑷= = 𝑒𝑛 𝑊/𝑚2
𝑺 𝟒𝝅𝒅𝟐
• Comme l’antenne d’émission a un gain G1 dans la direction utile, la densité de puissance devient :
𝑮𝟏 𝑷𝟎 𝑮𝟏 𝑷𝟎
𝑷= = 𝑒𝑛 𝑊/𝑚2
𝑺 𝟒𝝅𝒅𝟐
• Le champ électrique E au niveau du récepteur devient donc :
𝟑𝟎𝑮𝟏 𝑷𝟎
𝑬 = K.𝟏𝟐𝟎𝝅𝑷 =
A. Belbachir 𝑒𝑛 𝑉/𝑚 28
𝒅
11. Bilan de puissance de la liaison
La puissance Pr du signal capté par l’antenne et envoyée à l’entrée du récepteur se calcule grâce à la formule de Friis :
𝟐
• L’antenne de réception caractérisée par sa surface apparente 𝐴2 reçoit une puissance : 𝑷𝒓 = 𝑨𝟐 . 𝑷 avec 𝑨𝟐 = 𝑮𝟐
𝟒𝝅
𝟐
• La puissance reçue Pr vaut donc : 𝑷𝒓 = 𝑷𝟎 . 𝑮𝟏 . 𝑮𝟐 . 𝑒𝑛 𝑊 c’est la formule de Friis.
𝟒𝝅𝒅
• Si on exprime la puissance en dBm et les gains en dB, la formule de Friis devient, après simplification :
𝑷𝒓 𝒅𝑩𝒎 = 𝑷0 𝒅𝑩𝑚 + 𝑮𝟏 𝒅𝑩𝒊 + 𝑮𝟐 𝒅𝑩𝒊 − 20. log 𝑓 𝐻𝑧 − 20. log 𝑑 𝑚è𝑡𝑟𝑒 + 147.56
A. Belbachir K. 29
III. Faisceaux hertziens (FH)
1. Définition (1/2)
Un faisceau hertzien (FH) est un système de transmission de signaux entre deux points fixes permettant
l’interconnexion de sites distants utilisant les ondes radioélectriques haute fréquence.
A. Belbachir K. 31
2. Domaines d’application
Domaines
Téléphonie fixe, Cellulaire, Diffusion de télévision,
Liaisons louées, Internet.
En général, tout type de signal numérique ou
analogique qui peut être modulé et transféré par
ondes radioélectriques.
Régions
Les pays en voie de développement: infrastructure
de transmission est légère ou inexistante ; coût est
déterminant.
Les pays développés: dans des régions difficilement
accessibles, (les régions montagneuses ou les
déserts), ou pour un déploiement dans des délais
courts, ou pour sécuriser une liaison câblée déjà
existante.
A. Belbachir K. 32
3. Avantages et inconvénients
Avantages
• Débits élevés, …
Inconvénient
• Exploitation sous licences, sur certaines
fréquences,
• Coûts des licences,
• Liaison sensible aux hydrométéores,
notamment lors de fortes pluies,
• Contrainte Distance/Débit
A. Belbachir K. 33
4. Catégories des FH
A. Belbachir K. 34
IV. Liaison faisceau hertzien
1. Structure générale d’une liaison FH (1/2)
Puisque le faisceau hertzien utilise la propagation des ondes, une liaison doit comporter dans chaque sens de
transmission :
• Un émetteur E
• et un récepteur R,
• Un modulateur M
• et un démodulateur D,
• Des antennes.
Le modulateur modifie les caractéristiques d'une onde électromagnétique pour lui faire porter l’information à
transmettre. Le démodulateur effectue l’opération inverse : il doit fournir un signal S aussi semblable que
possible à celui qui a été appliqué au modulateur.
L’émetteur produit une onde de puissance et de fréquence convenables pour qu’elle puisse transporter
l’information à travers l’atmosphère. Le récepteur élabore, à partir de l’onde qu’il reçoit, un signal utilisable
par le démodulateur.
Les antennes sont des dispositifs de couplage entre les lignes de transmission reliées à l’émetteur ou au
récepteur et l’espace libre où se propage l’onde électromagnétique.
A. Belbachir K. 35
1. Structure générale d’une liaison FH (2/2)
Une liaison hertzienne comprend deux stations terminales et des stations relais ; elle est composée d’un ou
plusieurs bonds.
On appelle station terminale, toute station située à la fin d’une liaison hertzienne. On appelle stations relais,
celles situées entre les stations terminales. On appelle bond hertzien, la distance séparant deux stations
consécutives.
A. Belbachir K. 36
2. Antenne à réflecteur parabolique (1/2)
Pour diminuer les puissances d’émission, la technique des faisceaux hertziens utilise des antennes très directives.
L’une des meilleurs antennes directives très utilisée au-delà de 1 GHz est l’antenne à réflecteur parabolique,
appelée ordinairement « parabole ».
𝟐 𝟐
𝑫 𝑫×𝒇
𝑮𝒂𝒊𝒏 = 𝟔 =𝟔
𝒄
A. Belbachir K. 37
2. Antenne à réflecteur parabolique (2/2)
L’antenne émettrice est placée au foyer optique d’une parabole qui réfléchit les ondes en un faisceau d’ondes
parallèles très concentré, limitant ainsi la dispersion de l’énergie radioélectrique.
En réception, l’antenne réceptrice est aussi placée au foyer optique de la parabole. Tous les rayons reçus
parallèlement à l’axe optique de la parabole sont réfléchis vers le foyer optique, on recueille ainsi, un maximum
d’énergie.
Antenne cornet
Guide d’onde
On pouvait donc, transmettre des ondes électromagnétiques de très faible longueur d'onde (radioélectriques)
par un faisceau étroit dirigé dans la direction d'une station réceptrice. Cette station doit être en vue directe de
la station émettrice car les hyperfréquences, comme la lumière, ne se propagent bien qu'en vue directe, et
située à une distance suffisamment faible pour que le signal soit assez fort pour être détecté.
A. Belbachir K. 38
3. Stations relais (1/5)
Lorsque la transmission s'effectue sur une longue distance, le signal est amplifié et retransmis par des stations
dites "relais" ou "répéteurs". Les stations relais doivent être placées la plus élevée possible: au sommet de
montagnes, de tours en béton ou de pylônes métalliques.
La liaison entre les stations relais se fait par "bonds" successifs d'environ 50 km de longueur, et parfois plus.
Du fait de l'absence de tout support physique entre les stations, les faisceaux hertziens peuvent surmonter
plus facilement des difficultés des parcours et franchir des obstacles naturels tels que : étendues d’eau,
terrains montagneux, terrains fortement brisés etc.
A. Belbachir K. 39
3. Stations relais (2/5)
▪ Type des stations relais
A. Belbachir K. 40
3. Stations relais (3/5)
▪ Type des stations relais : Relais actifs
Les répéteurs actifs sont utilisée dans le cas où la
distance entre les terminaux est grande , il y a deux type :
1) Répéteur (RF)
Le signal reçu est amplifié puis retransmis.
1) Paraboles réflecteurs
La station paraboles réflecteurs est un relais passif constitué de deux antennes paraboliques reliées par un guide
d'onde douce dos à dos. Les antennes paraboliques de ses station sont souvent à grande dimension.
2) Plan réflecteur
Dans le cas de régions montagneuses où un obstacle s’interpose entre deux stations rapprochées, il est possible
d’utiliser un relais passif constitué par un réflecteur plan lisse en métal, en visibilité directe de chacune des
stations. Il reflète l’onde venant de l’émetteur vers le récepteur.
A. Belbachir K. 43
4. Structure d’un émetteur-récepteur
A. Belbachir K. 44
5. Les modulations utilisées en FH (1/4)
Le modulateur adapte le signal à transmettre au canal de propagation. L'opération de modulation transforme le
signal, à l'origine en bande de base, en signal à bande étroite IF, dont le spectre se situe à l'intérieur de la bande
passante du canal.
Les équipements radio analogiques et numériques sont différent fondamentalement par le type de
modulation qu'ils utilisent. Pendant que les FHA utilisent la modulation de fréquence, les FHN utilisent les
modulations par sauts de phase.
A. Belbachir K. 45
5. Les modulations utilisées en FH (2/4)
En modulation d'amplitude, l'information utile est véhiculée par l'amplitude du signal porteur. Or en
réception, certains composants traversés par le signal présentent parfois des non linéarités en
amplitude, ce qui modifie la qualité du signal après démodulation. D’autre part, la propagation de la
porteuse dans l'atmosphère entraîne des variations du niveau de réception d'où après la démodulation,
le signal présente des parasites.
En tenant compte de ces phénomènes, le choix s'est porté sur la modulation de fréquence pour les
FHA car elle est très peu sensible aux conditions de propagation et aux réponses non linéaires en
amplitude des équipements et offre une bonne protection contre le bruit.
Les modulations analogiques, mise au point pour adapter le signal analogique à son support de
transmission ne peuvent pas être utilisé pour les signaux numériques. Il a été conçu pour ces signaux un
type particulier de modulation numérique dit à saut de phase (PSK). Dans un train binaire, lorsqu'il y a
changement entre deux éléments binaires successifs, on procède à un changement de phase.
A. Belbachir K. 46
5. Les modulations utilisées en FH (3/4)
Le démodulateur transforme le signal modulé en fréquence qu'est la FI en un signal identique à celui qui a
été modulé en fréquence à l'origine : le signal bande de base.
A. Belbachir K. 47
5. Les modulations utilisées en FH (4/4)
• Les équipements de modulation numériques
Les modems utilisés en FHN sont des modulateurs démodulateurs à saut de phase (PSK).
Exemple de modulateur 2-PSK : C'est un modulateur en anneau qui réalise l'inversion de phase
A. Belbachir K. 48
6. L’émetteur (Tx) RF de sortie
vers le CBN
IF 140 MHz d’entrée
à partir du Modulateur
Le préamplificateur à faible bruit « RF LNA » effectue une compensation des fluctuations et déformations
du signal provoquées par les évanouissements.
RF d’entrée à
partir du CBN
▪ Le duplexeur :
A. Belbachir K. 53
9. Le circuit de branchement (3/4)
Fonctionnement du duplexeur :
A. Belbachir K. 54
9. Le circuit de branchement (4/4)
A. Belbachir K. 55
V. Montage des équipements d’une liaison FH
1. L’antenne parabolique avec un radôme
A. Belbachir K. 56
2. Montage externe (Outdoor)
▪ Installation facile
A. Belbachir K. 57
3. Montage réparti (Split-Mount) (1/2)
A. Belbachir K. 58
3. Montage réparti Split-Mount (2/2)
L’ODU peut être connecté directement à l’antenne : montage direct
ou via un guide d’onde flexible très court : montage séparé
A. Belbachir K. 59
VI. Fréquences des FH
1. La bande de fréquences FH
L’UIT a divisé le spectre radio électrique en bandes selon l’utilisation. Les ondes utilisées par les systèmes
hertziens sont très courtes (centimétriques) : la bande de 1,5 à 30 GHz.
A. Belbachir K. 60
2. Les sous-bandes FH (1/6)
Pour utilisé judicieusement les fréquence , L’UIT subdiviser la bande dédié au FH selon des sous bande :
A. Belbachir K. 61
2. Les sous-bandes FH (2/6)
Pour chaque sous-bande de fréquence on définit :
• La fréquence centrale de la sous-bande : f0
• La largeur de la sous-bande (Frequency range)
• La sous-bande peut être divisée en deux spots bandes : sous-bande inférieure (Low) et sous-bande
supérieure (High).
• Les sous-bandes sont à leur tour subdivisée en canaux de 14 à 140 MHz de largeur (pour les FH de grande
capacité) ou 7 MHz (capacité inférieure).
A. Belbachir K. 62
2. Les sous-bandes FH (3/6)
• Chaque canal a une capacité en fonction de sa largeur, qui peut aller jusqu'à un débit de 140 Mbits/s.
• Les fréquence des canaux du sous-bande inférieure (Low) : f1 ,f2 , …,fn .
• Les fréquence des canaux du sous-bande supérieure (High) : f1′ , f2′ , …, fn′ .
• L’espacement entre deux canaux adjacent (Channel spacing).
• L’espacement entre la fréquence d’émission et celle de la réception (T/R spacing). Le choix des sous
bandes à utiliser pour l'émission et celle à utiliser pour la réception dépend de l'utilisateur.
• L’espacement entre la sous-bande supérieure et inférieure (Adjacent channel T/R spacing).
A. Belbachir K. 63
2. Les sous-bandes FH (4/6)
• Espace duplexe est l’espacement entre la fréquence choisie pour l’émission et la fréquence choisie pour
la réception (Duplex spacing).
• Largeur de canal (Channel width)
A. Belbachir K. 64
2. Les sous-bandes FH (5/6)
Exemple: ITU-R F.385 5 Ch. 28 MHz 7442 - 7708 MHz
7G frequency 𝐟𝟎 (MHz) T/R Spacing Channel Spacing Primary and Non- 𝐟𝐧 𝐟𝐧′
n
Range (MHz) (MHz) primary Stations (Low) (High)
fn = f0 − 161 + 28n 1 7442 7596
7425 - 7725 7575 154 28 fn′ = f0 − 7 + 28n 2 7470 7624
n∶1à5
3 7498 7652
4 7526 7680
NB : fn désigne la fréquence des canaux de la sous-bande inferieure,
fn′ désigne la fréquence des canaux de la sous-bande supérieure 5 7554 7708
A. Belbachir K. 65
2. Les sous-bandes FH (6/6)
Exercice : ITU-R F.385 5 Ch. 28 MHz 7442 - 7708 MHz
7G frequency 𝐟𝟎 (MHz) T/R Spacing Channel Spacing Primary and Non- 𝐟𝐧 𝐟𝐧′
n
Range (MHz) (MHz) primary Stations (Low) (High)
fn = f0 − 161 + 28n 1 7442 7596
7425 - 7725 7575 154 28 fn′ = f0 − 7 + 28n 2 7470 7624
n∶1à5
3 7498 7652
4 7526 7680
NB : fn désigne la fréquence des canaux de la sous-bande inferieure, fn′
désigne la fréquence des canaux de la sous-bande supérieure 5 7554 7708
A. Belbachir K. 66
3. Plan de Fréquences
• Pour les distance longue (Réseau Backbone), on utilise la bande de fréquence de 3,3 GHz à 11 GHz.
• Pour les réseaux d’accès et réseaux intermédiaires (Réseau Backhauling) on utilise les fréquences
8 GHz et plus.
A. Belbachir K. 67
4. Les brouillages et les interférences (1/3)
Les brouillages peuvent être à l’intérieur d’un système ou entre systèmes. Observons quels sont les
différents brouillages que nous pouvons avoir :
A. Belbachir K. 68
4. Les brouillages et les interférences (2/3)
▪ N°2 : Brouillage par couplage de la réception en A à la fréquence F2 de l’émission en A de la fréquence F1. Une
partie émise est réinjectée au niveau des branchements sur les guides d’onde dans la chaine de réception;
Solution : Un écart convenable entre la fréquence de l’émission et de la réception (F1 et F2) ainsi qu’un bon
filtrage des signaux reçus.
▪ N°3 : Brouillage de la réception B venant de C par la réception venant de A vers B. La directivité des antennes
est imparfaite et l’antenne B dirigé vers C capte une partie de l’ énergie par le lobe arrière;
Solution : Il faut utiliser des antennes extrêmement directives.
▪ N°4 : Brouillage de la réception en A de l'énergie rayonnée par le lobe arrière de l’antenne B dirigées vers C;
Solution : Il faut utiliser des antennes extrêmement directives.
A. Belbachir K. 69
4. Les brouillages et les interférences (3/3)
Afin d’éviter aux maximum l’effet des interférence nous respectons les règles suivantes :
▪ Règle 1 : Il faut utiliser des antennes très directives
▪ Règle 2: les fréquence d’émission et réceptions doivent être situées dans deux sous bande différente
Exemple :
Pour l’émission f1 (de la sous bande inférieure ) et pour la réception f1′ (de la sous bande supérieure)
▪ Règle 3 : Dans les station répéteurs/régénérateur, les fréquences d’émissions doivent être choisies dans la
bande inférieure ou dans la bande supérieure :
Site régénérateur
A. Belbachir K. 70
VI. Les facteurs influant sur la propagation des FH
Trajets multiples
A. Belbachir K. 71
1. La portée d’un système FH
Les FH se propagent en ligne droite. Il faut donc que les deux antennes soient en visibilité directe, mais cela
ne suffit pas. Il faut que le trajet de visibilité soit dégagé à l'intérieur de la zone dite "ellipsoïde de Fresnel"
A. Belbachir K. 73
2. Ellipsoïde de Fresnel (2/7)
𝒅 ∙𝒅
𝒓𝟏 = ∙ 𝒅 𝟏+ 𝒅𝟐
𝟏 𝟐
La grandeur 𝑟1 correspond à la valeur strictement minimale pour laquelle l’espace entourant le rayon
direct joignant les deux antennes est dégagé de tout obstacle.
L’énergie de l’onde électromagnétique est plus concentré dans la zone du 1er Ellipsoïde de Fresnel
A. Belbachir K. 74
2. Ellipsoïde de Fresnel (3/7)
Remarques :
𝑑1 𝑑2
• La deuxième formule du 1er ellipsoïde de Fresnel :
l
𝒅𝟏 𝑲𝒎 ∙ 𝒅𝟐 (𝒌𝒎)
𝒓𝟏 (𝒎) = 𝟏𝟕. 𝟑𝟐 r
𝒇 𝑮𝑯𝒛 ∙𝒍(𝑲𝒎)
• Au milieu de la liaison d1 = d2 :
𝟏
𝒓𝒏 = 𝟐 𝑛 ∙ ∙𝑙
𝑟𝑛 est maximum
A. Belbachir K. 75
2. Ellipsoïde de Fresnel (4/7)
Facteur K :
La forme géométrique de la terre est sphérique. Le rayon de la terre change entre deux points.
Pour tenir en compte la courbure
de la terre, on introduit un rayon
de courbure terrestre fictif 𝑅෨ :
𝑅෨ = 𝐾 ∙ 𝑅
Règle de dégagement :
Pour garantir la réception du maximum de puissance, il faut respecter les règles suivantes:
• Pour K =2/3 : 60% du 1er ellipsoïde de Fresnel doit être dégagé de tout obstacle
• Pour K = 4/3 : 100% du 1er ellipsoïde de Fresnel doit être dégagé de tout obstacle
• Pour le cas de diversité d’espace et K = 4/3 : le dégagement de 60% de la zone de Fresnel est suffisant
A. Belbachir K. 77
2. Ellipsoïde de Fresnel (6/7)
Exemple :
Sachant que :
• K = 2/3 ,
• L = 50 Km,
• l’obstacle est situé au milieu entre A et B,
• et f = 6,8 GHz.
Déterminer la condition pour que le 1er ellipsoïde de Fresnel soit dégagée au milieu de la distance AB ?
A. Belbachir K. 78
2. Ellipsoïde de Fresnel (7/7)
Exemple :
Sachant que K = 2/3 et d = 50 Km, l’obstacle est situé au milieu entre A et B et f = 6,8 GHz.
Déterminer la condition pour que le 1er ellipsoïde de Fresnel soit dégagée au milieu de la distance AB ?
Le rayon de la première zone de Fresnel :
𝒅 ∙𝒅
𝒓𝟏 = ∙ 𝒅 𝟏+ 𝒅𝟐
𝟏 𝟐
Ou 𝒅𝟏 𝑲𝒎 ∙ 𝒅𝟐 (𝒌𝒎)
𝒓𝟏 (𝒎) = 𝟏𝟕. 𝟑𝟐 𝒇 𝑮𝑯𝒛 ∙𝒍(𝑲𝒎)
Or 𝑑1 = 𝑑2 = 𝑙/2
Lorsque le trajet de propagation est entièrement dégagé, l'affaiblissement entre les deux antennes d'un
bond de FH est donné par la formule dite « formule des télégraphistes » :
𝑮𝒆 𝑮𝒓
𝟒𝝅𝒍ൗ
𝟐 𝒍
𝑷𝒆 𝑷𝒆 𝑷𝒓
𝒂= =
𝑷𝒓 𝑮𝒆 𝑮𝒓
A. Belbachir K. 80
4. Influence du terrain (1/2)
L'onde réfléchie par la surface du sol est le principal facteur qui influe sur le niveau de réception.
Le terrain plat ou l'eau peuvent refléter une partie de l'énergie de signal émise par l'antenne.
L’antenne de réception reçoit le signal du trajet direct venant de l’ émetteur et d’autre signaux causés
par réflexion.
La sommes vectoriel de l’onde principale (trajet direct) et l’onde réfléchie peut augmenter (si les deux
ondes sont en phase) ou diminue (si les deux ondes sont en décalage de phase) l’onde composite. Par
conséquent, la transmission devient instable.
Lors de la conception de la liaison à faisceaux hertzien, il faut éviter les ondes réfléchies, autant que
possible. Si la réflexion est inévitable, utiliser les hauts et les bas du terrain pour bloquer les ondes
réfléchies. A. Belbachir K. 81
4. Influence du terrain (2/2)
Différentes conditions de réflexion de différents terrains ont des effets différents sur l’onde
électromagnétique. Les terrains sont classées dans les quatre types suivants :
• Zone de type A: montagnes (ou villes avec des bâtiments denses)
• Zone de type B: collines (surface du sol doucement ondulé)
• Zone de type C: surface plaine (campagne)
• Zone de type D: surface de l'eau à grande taille
Le coefficient de réflexion de montagnes est la plus petite, et donc le terrain de montagne est le plus
approprié pour la transmission à faisceaux hertzien. Le terrain colline est moins adapté au transmission FH.
Lors de la conception d’une liaison FH, essayez d'éviter les surface plate comme la surface de l'eau.
A. Belbachir K. 82
5. Influence de l’atmosphère
Les différents effets causés par l’inhomogénéité de l’atmosphère sont : la réfraction (ou loi de Descartes, c’est
un changement de direction de l’onde EM lorsqu’elle passe dans un milieu transparent) , l’absorption, la
réflexion et la diffusion (c’est une déviation de l’onde EM dans diverses directions par une interaction avec
d’autres objets). La réfraction est l'impact le plus significatif sur la propagation des FH.
La troposphère est la couche la plus basse de l'atmosphère, elle est situé à 15 km de la terre. Les effets de
troposphère sur la propagation des ondes électriques sont énumérés ci-dessous :
• L’absorption par résonance des molécule gazeuse. Ce type d'absorption affecte les fréquences 12 GHz et plus.
• L’absorption et diffusion causée par la pluie, le brouillard et la neige. Ce type d'absorption affecte les
fréquence 10 GHz et plus.
A. Belbachir K. 83
6. Influence de la pluie
Par exemple : pour les fréquences supérieures à 13 GHz, 100 mm/h de pluie provoque une perte de
5 dB/km. Ainsi, pour les fréquences 13 GHz et 15 GHz, la distance maximale entre les relais est
environ 10 km. Pour la fréquence de 20 GHz et plus, les bonds sont limités à quelques kilomètres en
raison du perte à cause de la pluie.
A. Belbachir K. 84
7. Les évanouissements et la propagation des FH
A. Belbachir K. 85
8. Les techniques anti-évanouissement (1/5)
A. Belbachir K. 86
8. Les techniques anti-évanouissement (2/5)
Techniques de diversité :
Les type de diversités les plus utilisées sont :
• Diversité d’espace et
• Diversité de fréquence.
A. Belbachir K. 87
8. Les techniques anti-évanouissement (3/5)
Diversité d’espace :
Un signal sur deux trajets différents ne subit pas les mêmes effets du multi-trajet. La diversité d’espace
consiste à mette deux antennes à la réception pour recevoir le même signal (sur une seule fréquence)
mais sur deux trajets différent et ce pour remédier au problème de réflexions.
La distance verticale séparant les deux antennes de réception est de 100 à 200 fois la longueur d'onde
dans les bandes de fréquences les plus utilisés (H = 100 à 200 )
Avantages : Les fréquences sont économisées.
Inconvénients : L'équipement est compliqué, deux d'antennes et deux récepteurs sont nécessaires.
A. Belbachir K. 88
8. Les techniques anti-évanouissement (4/5)
Diversité de fréquence :
Pour remédier aux évanouissements sélectives on transmet le signal sur deux fréquences différente.
L’effet de l’ évanouissement n’est pas le même sur les deux fréquences.
Avantage : bonnes résultats, utilisation d’une seule antenne
Inconvénient : technique couteuse au niveau équipement électronique (deux émetteurs et deux
récepteurs), utilisation de deux fréquence pour un seul signal.
A. Belbachir K. 89
8. Les techniques anti-évanouissement (5/5)
A. Belbachir K. 90
9. Les protection dans les FH
Protection N+1 (N ≤ 3, 7, 11)
Dans la figure ci-dessous, nous avons N canaux opérationnels (ch1, ch2, …, chN) et un canal de protection chp
• Si il y a un problème sur l’un des canaux N, le trafic bascule automatiquement sur la protection chp.
• Lors de la configuration de la protection on définit une priorité pour chaque canal :
Par exemple : ch1 de priorité 1 et ch2 de priorité 2. Si Les deux canaux tombe en panne en même
temps, c’est le trafic du canal 1 qui sera basculé sur la protection chp.
• On peut utilisé le chp pour véhiculer un trafic qui est moins important (Occasionnel trafic) mais dès qu’il
y a un problème sur les autres canaux, le trafic du canal en panne est basculé automatiquement sur chp .
A. Belbachir K. 91
VII. Le processus de conception d’une liaison FH
Le schéma suivant résume tout le processus de conception d’une liaison FH :
Analyse
des interférences Planification
des fréquences
Pertes de propagation
Pluie
en espace libre
Effets de
Pertes dans le Bilan de Marge
circuit de l’atmosphère,
branchement liaison d’évanouissement absorption,
réfraction
Autres pertes Multi-trajets
Sensibilité récepteur/
Qualité de liaison
A. Belbachir K. 92
1. Planification des fréquences
L'objectif de la planification des fréquences est d’attribuer des fréquences à un réseau en utilisant
les fréquences possible et d’une manière telle que la qualité et la disponibilité de liaison radio
soient moins affectée par les interférences.
Analyse
▪ Le choix d’une fréquence dépend de : des interférences
Planification
• La longueur de la liaison (les bonds), des fréquences
• Le débit, etc.
A. Belbachir K. 93
2. Pertes de la liason
▪ Les pertes de propagation dans l’espace libre (Free Space
Loss) en dB :
Analyse
𝟒𝝅𝒅 des interférences
𝑳𝑭𝑺 = 𝟐𝟎 ∙ 𝐥𝐨𝐠 Planification
des fréquences
d est la distance entre les deux antennes (en mètre)
Pertes de propagation
en espace libre
▪ Les perte dans le circuit de branchement : guide d’onde,
filtre, circulateur, …
Pertes dans le Bilan de
▪ Les pertes diverses : circuit de liaison
branchement
• Phénomène imprévisible comme le brouillard,
Autres pertes
• les objets en mouvement traversant le chemin, …
L’impact de ces phénomène n'est pas calculée, mais il est
pris en compte dans le processus de planification comme
une perte supplémentaire.
A. Belbachir K. 94
3. Marges d’évanouissement
Même avec les techniques anti-évanouissement on ne peut que minimiser le phénomène
d’évanouissement. Il faut prévoir une marge pour l’évanouissement dans le calcul du bilan de liaison.
On rappel que les évanouissements sont causées par l’effet atmosphère (absorption, réflexion), le terrain
(trajet multiple), la pluie, etc.
Analyse
des interférences Planification
des fréquences
A. Belbachir K. 95
4. Bilan de liaison (1/3)
Avant d’installer un système de radiocommunication ou une liaison hertzienne, il est nécessaire
d’effectuer le calcul du bilan de liaison. En effet, ce calcul permet de déterminer si le niveau de
puissance reçue par le récepteur sera suffisant pour que la liaison fonctionne correctement.
Dans le cas général, le schéma du principe d’une liaison hertzienne est le suivant :
Récepteur 1 Récepteur 2
Gain d’antenne
Gain d’antenne
Puissance Pertes de Pertes de
d’émission (Tx) branchement propagation Pertes de
branchement
Puissance
reçue (Rx)
Marge
d’évanouissement Seuil de réception
A. Belbachir K. 96
4. Bilan de liaison (2/3)
Puissance d'émission : C'est la puissance du signal que l'équipement hertzien peut délivrer. Elle est
couramment comprise entre +20 et +30 dBm.
Seuils de réception : ils traduisent la capacité du récepteur à traiter le signal affaibli après
propagation. Dépendant de la bande de fréquence, du débit et du type de démodulation. Ils sont
généralement compris entre -70 et -95 dBm
Gain de l'antenne : Les antennes, principalement paraboliques, apportent un gain de puissance (de
l'ordre de +25 à +45 dB) d'autant plus grand que leur diamètre est important. La directivité (le gain)
du faisceau augmente avec la bande de fréquence et les diamètres de l'antenne.
2 2
𝐷𝑖𝑎𝑚è𝑡𝑟𝑒 𝑓 ∙ 𝐷𝑖𝑎𝑚è𝑡𝑟𝑒
𝐺𝑎𝑖𝑛 = 6 =6
𝑐
A. Belbachir K. 97
4. Bilan de liaison (3/3) Puissance Gain de
en dBm l’antenne
+25 à +45 dB
20 à 30 dBm 𝐺𝑒 Pertes de
Puissance émise 𝑃𝑒 propagation
𝛼𝑡 -50 à -150 dB
Pertes de 𝐿𝐹𝑆
branchement Pertes de
-1 à -10 dB branchement
𝛼𝑟 -1 à -10 dB
Puissance reçue 𝑃𝑟
-20 à -70 dBm 𝐺𝑟 Gain de
l’antenne Marges
+25 à +45 dB au seuil
De plus, on prendra généralement une marge (on essayera d’avoir des dB en plus) pour tenir compte
des atténuations supplémentaires qui peuvent être dues à des réflexions multiples ou à la météo
(pluie, neige, brouillard, etc..)
𝑷𝒓 ≥ 𝑷𝒔𝒆𝒖𝒊𝒍 + 𝒎𝒂𝒓𝒈𝒆 𝒅’é𝒗𝒂𝒏𝒐𝒖𝒊𝒔𝒔𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕
3) Sachant que la sensibilité du récepteur est de -85 dBm et les conditions climatiques sont mauvaises,
est ce que le récepteur est capable de traiter le signal envoyé par l’émetteur ?