PC1 Les ondes électromagnétiques.

Lycée Jean XXIII
REIMS
Chapitre PC1
Spécialité physique
TRANSMISSION DE L’INFORMATION PAR ONDES ELECTROMAGNETIQUES
I. Les ondes électromagnétiques
1. Définition
Une onde électromagnétique est composée d’un champ électrique et d’un champ magnétique qui se propagent tous les deux à la
même vitesse. Dans le vide les ondes électromagnétiques se propagent à la vitesse de la lumière c = 3.10 8m.s-1. Les ondes
électromagnétiques n’ont pas besoin de support matériel pour se propager. On observe des phénomènes de diffraction,
d’interférences, de réflexion et de réfraction comme dans le cas des ondes lumineuses. Les ondes lumineuses sont des ondes
électromagnétiques.
2. Caractéristiques des ondes électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques progressives sinusoïdales sont caractérisées par :
- leur période T (en s)
- leur fréquence f =
1
; f (en Hz) ; la fréquence est fixée par l’émetteur, le milieu de propagation n’a pas d’influence sur
T
la fréquence.
- leur longueur d’onde  qui est une distance parcourue par l’onde pendant une durée égale à une période, avec une
vitesse égale à la célérité c :  = c  T
3. Classification des ondes électromagnétiques
Le document ci-dessous indique à chaque domaine les types d’ondes électromagnétiques suivants : infra-rouge, rayon X, UV, ondes
hertziennes, rayon  et visible.
Les ondes hertziennes sont utilisées dans les télécommunications.
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II. Réception et émission d’ondes électromagnétiques par voie hertzienne
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1. Mise en évidence expérimentale
a) Expérience
On réalise le montage suivant :
- On alimente le fil électrique E par un GBF
- On observe le signal électrique reçu par le fil électrique R.
b) Observations
La forme du signal émis par l’antenne émettrice E et la forme du signal reçu par l’antenne réceptrice R sont identiques. Leurs
fréquences ont la même valeur.
L’antenne émettrice envoie de l’énergie produite par le GBF dans l’espace : elle rayonne.
L’antenne réceptrice capte une partie de cette énergie (une très faible partie) : il en résulte un courant et des tensions de haute
fréquence dans cette antenne.
Il n’y a pas de transport de matière entre les deux antennes, mais le transport d’énergie par une onde électromagnétique.
2. Les systèmes de transmission
a) Transmission par ligne
En téléphonie, pour des liaisons de faibles distances entre abonnés et les centraux téléphoniques comme pour le réseau informatique,
les liaisons se font par câble.
b) Transmission par onde rayonnée
On peut transmettre une information à distance, sans transport de matière, en modulant une onde électromagnétique, lumineuse ou
hertzienne qui se propage d’un émetteur à un récepteur.
L’onde modulée qui transporte un signal informatif est appelée onde porteuse.
III. Nécessité d’une modulation
1. L’information à transmettre.
L’information que l’on souhaite transmettre (parole, musique,…) est constituée de signaux qui ont des fréquences de l’ordre du
kilohertz et donc les longueurs d’onde voisine de 100 km. Ces basses fréquences ne sont pas adaptées à la transmission par ondes
hertziennes pour des raisons suivantes :
- les antennes qui ont des dimensions du même ordre de grandeur que la longueur d’onde du signal qu’elles émettent seraient
immenses. L’antenne réceptrice doit avoir les dimensions de l’ordre de la moitié de la longueur d’onde.
- une propagation dans l’air sur des grandes distances nécessite des fréquences plus élevées (MHz) : les signaux BF sont
fortement amortis avec la distance, en revanche la transmission des signaux radio se fait mieux à haute fréquence, située
dans le domaine de 0-20 kHz.
- les récepteurs ne pourraient pas séparer les différentes émissions reçues et cela provoquerait un brouillage de l’information.
2. Modulation d’une tension sinusoïdale
a) Modulation d’une onde porteuse.
Converti en tension électrique, le signal de basse fréquence qui contient l’information à transmettre est utilisé pour modifier
(moduler) une des grandeurs caractéristiques (amplitude, fréquence ou phase) d’une tension de haute fréquence. On utilise ainsi
une onde de haute fréquence, appelée porteuse, pour véhiculer le signal informatif.
b) tension sinusoïdale.
On se limite à des signaux sinusoïdaux.
L’expression mathématique d’une tension sinusoïdale est de la forme :
u(t) = Um cos(2  ft +  ) où Um, f,  sont des constantes.
- Um est l’amplitude (en V)
- f est la fréquence (en Hz)
-  est la phase à l’origine des temps.
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3. Paramètres pouvant être modulés
Le signal à transmettre module l’onde porteuse. L’amplitude, la fréquence ou la phase sont les caractéristiques de l’onde porteuse qui
peuvent être modulées. On a alors respectivement une modulation d’amplitude, de fréquence ou de phase.
a) modulation d’amplitude
L’amplitude de l’onde porteuse est modifiée par le signal modulant. L’amplitude Um n’est plus constante, elle suit les variations du
signal modulant.
L’expression de la tension modulée u(t) est de la forme :
u(t) = Um(t) cos(2  ft +  ) où seules f et  sont constantes,
f est la fréquence de la porteuse
b) modulation de fréquence.
En modulation de fréquence, la fréquence f(t) suit suit les variations
du signal modulant..
L’expression de la tension modulée en fréquence est :
u(t) = Umcos(2  f(t)  t +  ) où seules Um et  sont constantes.
c) modulation de phase
En modulation de phase, la phase  (t) suit les variations du signal modulant.
L’expression de la tension modulée est de la forme :
u(t) = Umcos 2ft   (t ) où seules Um et f sont constantes.


En résumé :
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