Propagation hertzienne en espace libre et antennes dipolaires adaptées

Terminale Technologique · Physique-Chimie Terminale Technologique

À retenir

• Antenne dipolaire demi-onde : L = /2 = c/2. • Antenne quart d'onde sur plan de masse : L = /4 = c/4. • Célérité radio : c 3,00 10^8\ m·s^-1. • Plus la fréquence est haute, plus l'antenne est compacte et intégrable (smartphone, Wi-Fi). • Impossibilité d'émettre des basses fréquences directement : taille d'antenne démesurée.

Le cours

1. Propagation en espace libre et atténuation géométrique Dans une transmission hertzienne sans fil, l'antenne émettrice rayonne la puissance P_e sous forme d'ondes électromagnétiques. En espace libre sans obstacle, la puissance surfacique se dilue sur une sphère de rayon d : P_surfacique = P_e/4 d^2. La formule de télécommunication de Friis donne l'atténuation en espace libre : A_espace = 20 _10(4 d/) L'atténuation croît avec le carré de la distance d et avec le carré de la fréquence (les fréquences élevées s'atténuent plus vite à distance égale). 2. Dimensionnement de l'antenne dipolaire demi-onde (/2) Pour rayonner ou capter efficacement une onde électromagnétique, la longueur physique d'un conducteur doit être adaptée à la longueur d'onde pour entrer en résonance électrique. L'antenne dipolaire élémentaire de référence est le dipôle demi-onde : L_antenne = /2 = c/2 Pour un brin quart d'onde vertical sur plan de masse (antenne fouet de véhicule) : L_antenne = /4. 3. Conséquence pour les signaux de fréquence audio Le signal électrique issu d'un microphone a la fréquence du son (de 20\ Hz à 20\ kHz). Rayonné directement sous forme d'onde électromagnétique à 10\ kHz, il aurait une longueur d'onde = c/ = 3 10^8/10^4 = 30\ km : un dipôle demi-onde mesurerait 15\ km ! Il faut donc transposer l'information en haute fréquence : c'est la modulation. Attention : l'onde sonore elle-même (dans l'air, à 340\ m·s^-1) n'a que 3,4\ cm de longueur d'onde à 10\ kHz.

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