Notions de propagation d’ondes

Notions de propagation d’ondes

Chacun sait aujourd’hui, ou alors c’est le moment d’apprendre (quelques notions de propagation d’ondes), la propagation des ondes radioélectriques est influencée par le soleil et par sa plus ou moins grande activité. On parle de cycle solaire. Je vous passe la composition du soleil et sa réaction en chaîne thermonucléaire qui aboutie à rayonner son énergie en rayons lumineux, infrarouges et ultraviolets.

Observables parfois à l’œil nu (avec des précautions çà va sans dire…) les taches solaires dont les dimensions sont telles qu’elles pourraient contenir plusieurs fois la terre, nous apparaissent sombres car leur température est légèrement inférieure à celle de la surface solaire. Le nombre de taches et le nombre de groupes de taches sont en relations directe avec l’activité solaire. On en tire une donnée dont le nom est Wolf. Ce nombre de Wolf varie dans le temps par période d’environ 11 ans, c’est le cycle solaire. (c’est une moyenne évidement).

Je ne vais pas aborder la propagation ionosphérique ainsi que l’ionisation des hautes couches de l’atmosphère, sans lien direct avec notre activité PMR 446. Néanmoins, je rédigerais un article dessus car certaines couches “E” sporadiques peuvent nous intéresser.

La propagation troposphérique

La propagation troposphérique des ondes radios s’effectue dans la partie basse de notre atmosphère (de 0 à 3 000 m environ) ; dans cette zone constituée principalement d’azote, d’oxygène et de vapeur d’eau, la température diminue régulièrement lorsqu’on s’élève en altitude pour atteindre -56 ° environ vers 11 000 m : Toute cette portion d’atmosphère située entre 0 et 11 000 m constitue la troposphère. Notons aussi que la pression atmosphérique diminue également avec l’altitude.

Que ce soit pour les ondes lumineuses ou pour les ondes radioélectriques, la température, la pression de l’air et son humidité déterminent un indice qu’on appelle la réfraction atmosphérique.

L’indice de réfraction augmente avec la pression de l’air, augmente quand la température diminue et augmente avec l’humidité. Cet indice est donc élevé pour un air froid et humide à forte pression. Il est faible pour un air sec et chaud à faible pression. La Palisse n’aurait pas dit mieux !!!

Il faut bien comprendre qu’une onde radio se déplace dans un milieu non homogène comme l’est notre atmosphère, et le rayon est d’autant plus courbé que la variation d’indice est rapide. OUF !!!

Il existe des cartographies représentant la qualité de propagation troposphérique sur DXINFOCENTRE

Concrètement

Dans le cas d’une atmosphère standard, l’onde n’est que faiblement rabattue, mais le phénomène n’est pas négligeable puisque l’horizon radio se retrouve tout de même rejeté environ 1.33 fois plus loin que l’horizon géométrique (+33%). Si h est la hauteur de l’antenne au-dessus du niveau du sol, l’horizon radioélectrique d est donné par la formule :

d = 4,70 √h   (d [Dr] en Km et h en m, 4.7 source  : “Les antennes théorie et pratique” de F5AD)

horizon optique versus radioélectrique

Donc de manière simplifiée, admettons que je sois au sommet du Mont Ventoux (haut hasard) à une altitude de 1912 m, mon antenne verticale (description plus tard) à deux mètres du sol avec l’horizon parfaitement dégagée : 1912+2 = 1914.

4.7 x √1914 = 205 km pour l’horizon radioélectrique

De manière générale, nous pouvons considérer de manière simple que l’horizon radio est 33% plus lointain que votre horizon optique (x1.33).

Cette distance est la portée théorique. C’est à dire que, sauf problème particulier, la liaison est possible. Bien entendu, tenir compte de la hauteur de l’antenne de votre correspondant…

L’horizon radioélectrique dépend, comme nous l’avons vu plus haut de l’indice de réfraction qui change en permanence et dont les prévisions ne sont pas de la taille d’amateurs comme nous. Cette onde s’appelle l’onde de surface. Néanmoins y a moyen d’avoir une idée. Nous y reviendrons.

Pour revenir à d, je vous ai parlé dans le chapitre sur les généralités de l’antenne de l’angle de départ (27°) ou du rayonnement dans le plan vertical. Vous comprenez immédiatement à la vue du dessin ci-dessus, qu’une antenne ayant un angle élevé dans le plan vertical, son rayonnement passera au dessus de l’horizon géométrique et la liaison sera de très très courte portée.

J’en ai fait le test et l’expérience, y pas photo. Donc pour installer un relais même provisoire et surtout expérimental, le choix crucial des antennes sera la réussite ou pas du projet. Si un relais dont les antennes n’éclairent (c’est le terme à utiliser) qu’une très petite zone au sol, toute l’énergie est partira réchauffer les petits oiseaux, et cela sera peine perdue. Un tel projet se prépare sur le papier bien en amont.

Donc, toujours dans un esprit d’expérimentation… il s’agira d’avoir une antenne ayant le rayonnement vertical le plus bas possible sur l’horizon à zéro ou proche de zéro. Mais à contrario, si vous êtes encaissé dans une vallée et bien un angle proche de l’horizon ne vous fera pas sortir du trou. C’est tordu hein ?

Ce mode de propagation troposphérique ne concernant que les fréquences VHF et au-dessus (UHF pour nous) il faudra utiliser des aériens produisant leur maximum de rayonnement à l’horizontale ; toute énergie expédiée au-dessus de quelques degrés par rapport à l’horizon est irrémédiablement perdue dans l’espace sauf cas très particuliers et difficilement prévisible (Couche E sporadique – on verra plus tard).

Conclusion

L’amateur radio PMR qui s’intéresse aux liaisons « grandes distances » devra rechercher ces possibilités d’inversions de température. Il faudra s’intéresser par exemple aux fronts, qu’ils soient chauds ou froids ; au lever du soleil quand l’atmosphère déjà éclairé commence à se réchauffer alors que le sol et toujours froid ; au coucher du soleil qui provoque le même phénomène quoique moins marqué ; si le sol se refroidit assez rapidement. Notions de propagation d’ondes

Le brouillard au sol dénotant une humidité saturée (100%) est bénéfique s’il est surmonté d’air sec plus chaud ; la mer, les rivières et les vallées par évaporation créent cette situation idéale d’air frais et humide surmonté d’air sec et chaud. En mer, on obtient un véritable effet de « guide d’onde » transportant les signaux sur plusieurs centaines de km.

Vous me direz « le résilient » s’en moque de tout ces phénomènes. J’ai bien évidement envie de dire que non ! Si les conditions sont réunies, vous allez effectuer une liaison inattendue et importante pour la période de crise en cours, penser que c’est gagné et que vous pourrez compter sur ce nouveau contact dans votre réseau « résilient ». Perdu !

Assurez-vous une bonne liaison bien établie, antennes expérimentales performantes en service plutôt que de compter renouveler une liaison établie sur le principe de l’horizon radioélectrique instable par définition.

Ultérieurement, nous reviendrons sur des notions de propagation ionosphérique (même si le PMR446 n’est pas concerné) sur la propagation E sporadique et comment, avec la simple analyse d’une image de relevé Météo-France nous pourrions espérer ou pas une liaison « grande distance ».

Pour ceux voulant dès aujourd’hui aller un peu plus loin que les notions de propagation d’ondes voici un article Wikipedia : Propagation des ondes radio-électriques.

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