5.5 Effets de propagation

Si l'équation de FRIIS a le mérite de conduire à la détermination de l'affaiblissement en espace libre et en l'absence de tout obstacle, la pratique se révèle tout autre. L'effet majeur dont il faut tenir compte à basse fréquence est la présence du sol; elle contribue à la présence d'une onde réfléchie dont les caractéristiques sont déterminées par la nature du sol. Le schéma de la figure 5.16 illustre le principe.

Figure 5.16: Rayon direct et réfléchi.

 

L'onde reçue au niveau de l'antenne réceptrice se compose donc de l'onde de trajet direct et d'une onde réfléchie au sol. Considérer le sol comme un conducteur électrique parfait permettrait d'appliquer la méthode des images. Mais la terre est loin d'être un conducteur électrique parfait. En conséquence, une onde est réfractée vers l'intérieur de la terre et le rayon d'incidence diffère du rayon réfléchi. De plus, le champ électrique ne s'annulle pas totalement à la surface de la terre, d'où le fait que le champ électrique parallèle à la terre ne subira pas une inversion totale de polarité.

Avec les conventions de notation de la figure 5.17, on montre que le potentiel vecteur se compose de trois termes

$$\hat{{A}} {\frac{{\mu_{0}\hat{I}dl}}{{4\pi}}} \left(\vphantom{\frac{e^{-j\beta_{0}d_{1}}}{d_{1}}+K_{v}\frac{e^{... ...{0}d_{2}}}{d_{2}}+f(d_{2},\theta_{2})\frac{e^{-j\beta_{0}d_{2}}}{d_{2}}}\right. {\frac{{e^{-j\beta_{0}d_{1}}}}{{d_{1}}}} {\frac{{e^{-j\beta_{0}d_{2}}}}{{d_{2}}}} \theta_{{2}}^{} {\frac{{e^{-j\beta_{0}d_{2}}}}{{d_{2}}}} \left.\vphantom{\frac{e^{-j\beta_{0}d_{1}}}{d_{1}}+K_{v}\frac{e^{... ...{0}d_{2}}}{d_{2}}+f(d_{2},\theta_{2})\frac{e^{-j\beta_{0}d_{2}}}{d_{2}}}\right)$$ (5.72)

Figure 5.17: Antenne linéaire au-dessus d'un plan conducteur.

 

Les deux premiers termes sont relatifs à une onde plane à polarisation verticale; le troisième est appelé onde de surface.

Outre les effets du sol, il convient de considérer les effets suivants:

• Réflexion sur certaines couches de l'atmosphère, dont l'ionosphère. Le phénomène n'est pas négligeable à certaines fréquences. C'est précisément en jouant sur l'effet de la réflexion, telle que représentée à la figure 5.18, que l'on parvient à envoyer des signaux en l'absence de visibilité directe entre deux points à très grande distance.
  

  Figure 5.18: Réflexion sur l'ionosphère.

   
  

• Diffusion due à la non-planéité des surfaces réfléchissantes. Ce phénomène est illustré à la figure 5.19.
  

  Figure 5.19: Réflexion sur une surface irrégulière.

   
  

• Diffraction causée par des obstacles. Elle contribue à augmenter l'affaiblissement de propagation. La figure 5.20 montre un obstacle et le niveau de puissance d'illumination à l'arrière de l'obstacle.
  

  Figure 5.20: Exemple de diffraction.

   
  

  Le phénomène de diffraction explique pourquoi il est malgré tout possible de capter un signal électromagnétique en l'absence de visibilité directe avec l'émetteur, notamment en radiodiffusion FM.
• Topographie du sol, la hauteur relative des antennes, les précipitations, ...

Les aspects physiques tels que présentés ci-avant peuvent être résumés très grossièrement en disant que l'onde de surface est prépondérante en dessous de 10 [MHz], qu'entre 10 [MHz] et 30 [MHz], la réflexion sur l'ionosphère est le phénomène majeur et qu'au-delà de 30 [MHz], l'onde n'est plus guidée mais qu'elle devient sensible aux réflexions multiples dues à toute sorte d'obstacles.

Il existe de très nombreux modèles déterminant le bilan de puissance pour les hautes fréquences. Ceux-ci sont exprimés en fonction de paramètres statistiques permettant de tenir compte de l'évolution de la température par exemple, ou de la présence d'obstacles en mouvement.