I. Caractéristiques fondamentales des ondes radio

WWW.WHWIRELESS.COM

Temps de lecture estimé : 15 minutes

1.1 Définition des ondes radio

Les ondes radio servent de vecteurs aux signaux et à l'énergie générés par le couplage mutuel des champs électriques et magnétiques oscillants, selon la loi de couplage alterné « l'électricité génère le magnétisme et le magnétisme génère l'électricité ». Lors de leur propagation, les champs électrique et magnétique sont toujours perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation de l'onde, ce qui en fait des ondes électromagnétiques transversales (ondes TEM).

Leur génération provient de circuits oscillants à haute fréquence : lorsque le courant dans un circuit varie rapidement, un champ électromagnétique alternatif est généré dans l’espace environnant. Une fois détaché de la source d’ondes, ce champ électromagnétique se propage dans l’espace sous forme d’ondes radio, sans nécessiter de milieu particulier ; elles peuvent même se propager dans le vide.

1.2 Relation entre la longueur d'onde, la fréquence et la vitesse de propagation

La formule fondamentale régissant la relation entre la longueur d'onde (λ), la fréquence (f) des ondes radio et leur vitesse de propagation (vitesse de la lumière \( C \) dans le vide, approximativement \( 3×10^8 \, \text{m/s} \)) est :

\[ \lambda = \frac{C}{f} \]

**Conclusion principale** : Dans un même milieu, la fréquence et la longueur d’onde sont strictement inversement proportionnelles : plus la fréquence est élevée, plus la longueur d’onde est courte. Cette relation détermine directement les dimensions de conception des antennes : par exemple, la longueur d’onde d’une antenne… Wi-Fi 2,4 GHz Le signal mesure environ 12,5 cm, ce qui correspond à une antenne dipôle demi-onde d'une longueur d'environ 6,25 cm ; pour un 700 MHz Pour un signal de communication basse fréquence, la longueur d'onde est d'environ 42,8 cm, ce qui nécessite un dipôle demi-onde de 21,4 cm. De plus, les performances électriques d'une antenne (telles que le rendement de rayonnement, le gain et l'impédance) sont directement liées à sa **longueur électrique** (le rapport entre la longueur physique et la longueur d'onde). En pratique, la longueur électrique requise doit être convertie en longueur physique spécifique pour garantir le bon fonctionnement de l'antenne.

1.3 Polarisation des ondes radio

La polarisation désigne la variation de la direction du champ électrique lors de la propagation d'une onde radio, déterminée par la trajectoire spatiale du vecteur champ électrique, formant un spectre complet : **Polarisation circulaire ← Polarisation elliptique → Polarisation linéaire**. Leurs principales caractéristiques et applications sont les suivantes :

- **Polarisation linéaire** : La direction du champ électrique reste fixe. Il s’agit de la forme de polarisation la plus couramment utilisée. Une onde dont le champ électrique est perpendiculaire au sol est une **onde à polarisation verticale**, qui présente une forte résistance aux interférences dues à la réflexion du sol et convient aux communications mobiles terrestres (par exemple, les stations de base 2G/3G traditionnelles). Une onde dont le champ électrique est parallèle au sol est une **onde à polarisation horizontale**, couramment utilisée pour la transmission radio et télévision, les communications par relais micro-ondes et d’autres applications.

- **Polarisation circulaire** : La trajectoire du vecteur champ électrique est circulaire et se divise en **polarisation circulaire gauche** et **polarisation circulaire droite**, qui sont mutuellement exclusives (une antenne gauche ne peut recevoir que des ondes à polarisation circulaire gauche, et inversement). Son principal avantage réside dans sa forte résistance aux interférences multi-trajets et à la torsion de polarisation, ce qui explique son utilisation répandue dans les communications par satellite (par exemple, Beidou , GPS satellites), la télécommande de véhicules aériens sans pilote (UAV) et d'autres scénarios.

- **Polarisation elliptique** : La trajectoire du vecteur champ électrique est elliptique. Il s’agit de la forme générale de polarisation elliptique : la polarisation circulaire se produit lorsque le grand axe et le petit axe de l’ellipse sont égaux, et la polarisation linéaire lorsque le petit axe tend vers zéro. Dans les environnements de communication réels, en raison des réflexions multi-trajets, de l’occlusion par des obstacles et d’autres facteurs, les ondes à polarisation linéaire ou circulaire pure sont souvent converties en ondes à polarisation elliptique.

1.4 Propagation multi-trajets

Lors de leur propagation, les ondes radio subissent, outre les ondes directes, réflexions, diffraction et transmission au contact d'obstacles tels que des collines, des forêts et des bâtiments. Il en résulte que le terminal récepteur reçoit simultanément des ondes radio à trajets multiples : c'est le phénomène de propagation à trajets multiples. Ses principaux impacts sont les suivants : (1) complexification de la distribution de la puissance du signal, provoquant des phénomènes d'« affaiblissement par masquage » et d'« affaiblissement rapide », et entraînant de fortes fluctuations de la puissance du signal à la réception ; (2) modification de la direction de polarisation de l'onde radio, provoquant un désaccord de polarisation et une réduction de la puissance du signal reçu ; (3) génération d'un étalement temporel (différence de temps entre les signaux arrivant par différents trajets), à l'origine d'interférences intersymboles ; (4) superposition (renforcement) ou annulation (affaiblissement) locale du signal, selon le rapport entre la différence de trajet et la longueur d'onde. Par exemple, dans les zones urbaines denses, les réflexions sur les bâtiments génèrent un grand nombre de signaux à trajets multiples, entraînant de fréquentes fluctuations de la puissance du signal reçu par les téléphones mobiles.

La solution principale à ce problème est la **technologie de réception en diversité**, qui reçoit et combine des signaux provenant de trajets multiples afin d'atténuer les interférences. Elle se divise en deux catégories :

1. **Diversité spatiale** : Utilise plusieurs antennes à polarisation unique disposées spatialement de manière optimale (espacement supérieur à 10 fois la longueur d’onde) pour recevoir les signaux par différents trajets. Convient aux environnements où les exigences en matière de polarisation sont faibles.

2. **Diversité de polarisation** : Exploite les caractéristiques orthogonales des antennes à double polarisation pour recevoir simultanément deux signaux à polarisation verticale (par exemple, +45°/-45°). Grâce à la faible corrélation des signaux, la sortie combinée améliore considérablement la fiabilité de la réception, ce qui en fait la solution privilégiée actuellement. 5G stations de base.

WWW.WHWIRELESS.COM