lignes de transmission

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CANAUX DE TRANSMISSION I
PROPAGATION GUIDEE
LIGNES DE TRANSMISSION
FIBRES OPTIQUES
L3 : Année 2008-09
Isabelle Sirot
Alain Fromentel

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PROPAGATION GUIDEE
1. INTRODUCTION : PRINCIPES GENERAUX ................................................................... 3
1.1 Structures d’un système de transmission : ...................................................................... 3
1.2 Classification des supports : ............................................................................................ 4
2. TRANSMISSION SUR UNE LIGNE A DEUX CONDUCTEURS METALLIQUES :
REGIME HARMONIQUE ........................................................................................................ 6
2.1 Réalisations matérielles : .................................................................................................. 6
2.2 Modélisation des lignes de transmission, constantes primaires ...................................... 7
2.3 Equation des télégraphistes, constantes secondaires ....................................................... 9
2.4 Interprétation physique, propagation et réflexion : ....................................................... 11
2.5 Vitesse de propagation et longueur d’onde ................................................................... 12
2.6 Lignes sans pertes .......................................................................................................... 13
2.7 Coefficient de réflexion ................................................................................................. 14
2.8 Abaque de Smith ........................................................................................................... 15
2.9 Variations de la tension le long de la ligne, rapport d’ondes stationnaires ................... 19
2.10 Notion d’impédance ramenée ...................................................................................... 20
2.11 Adaptation d’une ligne de transmission ....................................................................... 22
2.11.1 Adaptation de la terminaison ................................................................................ 22
2.11.2 Adaptation de la source : ...................................................................................... 30
3. LIGNES EN REGIME TRANSITOIRE ............................................................................. 31
3.1 Propagation transitoire sur une ligne sans pertes : ........................................................ 31
3.2 Effet d’une charge .......................................................................................................... 33
3.3 Effet d’une source .......................................................................................................... 34
3.4 Ligne placée entre source et charge .............................................................................. 35
3.4.1 Prenons un exemple où la source est adaptée : Zg=Zc, e=0 ................................. 37
3.4.2 Si la source n’est pas adaptée mais la charge est adaptée Zl=Zc donc l=0 ........... 37
3.5 Lignes en régime transitoire entre source et charge résistives ....................................... 37
3. 5.1 Source adaptée, extrémité en circuit ouvert ........................................................... 38
3.5.2 Source adaptée, extrémité en court circuit ............................................................. 40
3.5.3 Source adaptée, charge résistive ............................................................................. 41
3.6. Adaptation des lignes pour le régime transitoire .......................................................... 42
4 FIBRES OPTIQUES ............................................................................................................. 43
4.1 Présentation générale ...................................................................................................... 43
4.2 Principe de fonctionnement ............................................................................................ 44
4.3 Les types de fibres optiques ........................................................................................... 45
4.3.1 Les fibres multimodes ............................................................................................. 45
4.3.2 Les fibres monomodes ........................................................................................... 47
4.4 Dispersion dans les fibres optiques ................................................................................ 47
4.5 Atténuation dans les fibres optiques ............................................................................... 48
4.6 Fenêtres de transmission ................................................................................................ 48
Bibliographie ............................................................................................................................ 50

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1. INTRODUCTION : PRINCIPES GENERAUX
1.1 Structures d’un système de transmission :
Le problème posé est celui de la recherche d’un système de communication à distance
reposant sur l’utilisation du courant électrique comme vecteur de transmission ou plus
généralement sur l’exploitation de la propagation électromagnétique sur un support matériel
ou encore au travers de l’espace. L’information à transmettre pourra être indifféremment :
- une grandeur physique (température, pression, vitesse, …) : on parle alors de
télémesure ou de télécommande (selon le sens et la destination de la transmission)
- une suite de caractères
- du son : audio transmission
- de l’image : vidéo transmission
- …
L’origine de l’information sera nommée « source », « expéditeur » ou « émetteur ». La
destination de l’information sera nommée « utilisation », « destinataire » ou récepteur ».
Au niveau topologique comme au niveau fonctionnel, on distingue d’abord plusieurs
structures :
- liaison fixe point à point : il y a un expéditeur et un destinataire localisés
géographiquement, la transmission se fait unilatéralement (« simplex », cas de la « voie
d’ordres » telle l’oreillette du présentateur), bilatéralement mais alternativement (« duplex
alternat », cas des interphones) ou totalement bilatéralement (« duplex » ou « full duplex »,
cas du téléphone). La liaison peut utiliser un support matériel (câble électrique, fibre optique)
- liaison mobile point à point : mêmes définitions que ci-dessus, mais l’un des deux
lieux est mobile (ou les deux) (cas des « talkies-walkies » ou des « téléphones mobiles »
La liaison est forcément sans support matériel (« sans fil »).
- liaison de diffusion (« broadcasting ») : un émetteur unique (en général) envoie
l’information vers un nombre indéfini de récepteurs. Ceux-ci peuvent être localisés
géographiquement (ce qui autorise la diffusion câblée) ou mobiles (ce qui impose la diffusion
« sans fil »). Il faut noter que la non-connaissance des lieux où sont situés les récepteurs
impose également la diffusion « sans fil », même si les récepteurs sont fixes (cas des « postes
de radio ») .
En règle générale, les diffusion « sans fil » sont unilatérales (pas de « voie de retour », pour
des problèmes essentiellement techniques), alors que les diffusions câblées autorisent cette
« voie de retour »).
La diffusion par satellite est aussi une diffusion « sans fil ».

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1.2 Classification des supports :
A l’information que délivre la source, on peut associer un certain nombre de grandeurs
descriptives dont, en premier lieu, son énergie puis sa description temporelle (propriétés et
évolution du signal associé à cette information) et enfin sa description fréquentielle
(transformation de Fourier).
Nous proposons ici un classement à deux variables : la première est le type de vecteur
de transmission envisagé et la deuxième est la fréquence (en terme de plages de fréquences
admissibles sur ce support).
Le vecteur de transmission peut être un support électrique de base (nécessitant donc 2
conducteurs de cuivre, « paire de cuivre »), ou un support à un seul conducteur (comme l’est
la « fibre optique »), ou encore l’espace (liaison « sans fil » ou « radio »).

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ONDES ELECTROMAGNETIQUES
300km
30km
3km
300m
30m
3m
30cm
3cm
3mm
0,3mm
30µm
3µm
1µm
0,4µm
0,3µm
30nm
gammes
TGO
VLF
GO
LW
PO
MW
OC
SW
VHF
UHF
SHF
EHF
F (Hz)
1
10
100
1k
10k
100k
1M
10M
100M
1G
10G
100G
1T
10T
100T
300T
700T
1P
10 P
terminologie
Basses fréquences (BF)
Radiofréquences
(RF)
Hyperfréquences
Micro-ondes
Infrarouge
lointain proche
Visible
rouge >>> violet
Ultraviolet
proche lointain
2
conducteurs
------------------------paire métallique -----------------………
----------------------------------- câble coaxial ---------------------------------
…….. a
1
conducteur
b
Guide d’ondes
Fibre optique
c
0
conducteur
d
….
Propagation en espace libre
------------------------ liaison « hertzienne » -----------------+++liaison « optique »+++
e
: signifie que ce domaine est difficilement utilisable (même si cela est possible théoriquement)
a : à cause des pertes croissantes avec la fréquence (effet de peau dans les conducteurs augmentant la résistance, pertes diélectriques de l’isolant)
b : à cause des dimensions prohibitives de la structure pour les fréquences « faibles » (ses dimensions doivent être de l’ordre de )
c : à cause des pertes dans le diélectrique qui constitue la fibre (essentiellement absorption et résonances moléculaires)
d : à cause des dimensions prohibitives de l’antenne à l’origine de l’onde électromagnétique (ses dimensions devraient être de l’ordre de )
e : à cause de la réflexion et de la diffraction sur tous les obstacles rencontrés, même « petits »
Gammes : noms donnés historiquement (relativement à la longueur d’onde ou à la fréquence)
TGO : très grandes ondes (Very Low Frequency) - GO : grandes ondes (Long Waves) – PO : petites ondes (Middle Waves) – OC : ondes courtes (Short Waves) –
VHF : very high frequency – UHF : ultra h f – SHF : super h f – EHF : extremely h f
On utilise aussi des appellations relatives à l’ordre de grandeur chiffré de la longueur d’onde : ondes myriamétriques (10km), kilométriques (1km), hectométriques (100m),
décamétriques(10m), métriques (1m), décimétriques (10cm), centimétriques (1cm), millimétriques (1mm)