Licence Radio Amateur

Section B : Connaissances techniques de base

CONNAISSANCES TECHNIQUES DE BASE

Puissances, rapports de puissance et décibels (dB)

Le décibel (dB) est une unité permettant d’exprimer un rapport entre deux grandeurs de même nature.

Tableau des rapports en puissance

Exemple : Un amplificateur a un gain de 6 dB. Sa puissance d’entrée est de 15 W. Quelle est sa puissance de sortie ? Réponse : 6 dB = ×4, donc 15 W × 4 = 60 W

Les décibels peuvent exprimer des niveaux relatifs :

• dBW : décibel par rapport à 1 watt
• dBm : décibel par rapport à 1 milliwatt
• dBμ : décibel par rapport à 1 microwatt
• dBc : décibel par rapport à la puissance d’émission

Conversion : dBW = dBm + 30 = dBμ + 60

Rendement

Le rendement, exprimé en %, est le rapport entre la puissance utile et la puissance consommée totale :

Rendement (%) = (Puissance utile × 100) / Puissance consommée

Exemple : Un émetteur consomme 50 watts. Sa puissance de sortie est 30 watts. Rendement = (30 × 100) / 50 = 60%

Types et caractéristiques des antennes

a) Relation longueur d’onde / fréquence

Dans le vide (ou dans l’air), les ondes radio se déplacent à la vitesse de la lumière (300 000 km/s).

f(MHz) = 300 / λ(m) et λ(m) = 300 / f(MHz)

Exemples :

• Longueur d’onde de 150 MHz ? → 300 / 150 = 2 mètres
• Fréquence pour 100 mètres ? → 300 / 100 = 3 MHz

b) Gammes d’ondes

c) Antenne doublet demi-onde (dipôle)

L’antenne de base. Elle est constituée d’un fil d’une longueur égale à une demi-longueur d’onde alimenté en son milieu.

Impédance au point d’alimentation :

• Brins alignés (180°) : 73 Ω
• Angle de 120° : 52 Ω
• Angle droit (90°) : 36 Ω

d) Antenne doublet demi-onde replié (trombone)

Les extrémités libres du dipôle sont reliées par un fil parallèle. La longueur totale du fil est égale à une longueur d’onde.

Impédance : environ 300 Ω au point d’alimentation.

e) Antenne quart d’onde verticale (Ground Plane)

Une moitié de dipôle avec un plan de sol ou une masse.

Impédance :

• Radiants perpendiculaires (90°) : 36 Ω
• Radiants à 120° : 52 Ω

Exemple : Longueur d’une antenne quart d’onde pour 150 MHz ? λ = 300 / 150 = 2 m → Quart d’onde = 2 m / 4 = 50 cm

f) Antenne Yagi (Beam)

Antenne directionnelle avec :

• Éléments directeurs : plus courts que le dipôle (devant)
• Éléments réflecteurs : plus longs que le dipôle (derrière)

Plus il y a d’éléments, plus le gain augmente et l’impédance diminue.

g) Gain d’une antenne

Le gain se mesure dans la direction maximum de rayonnement :

• dBd : par rapport au doublet
• dBiso : par rapport à l’antenne isotropique

Le doublet a un gain de 2,14 dB par rapport à l’antenne isotropique.

h) Puissance apparente rayonnée (PAR)

PAR = Puissance d’alimentation × Gain de l’antenne (rapport)

La PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente) prend pour référence l’antenne isotropique.

i) Angle d’ouverture

L’écart d’angle entre les directions pour lesquelles la puissance rayonnée est la moitié (-3 dB) de la puissance rayonnée dans la direction la plus favorable.

Lignes de transmission

a) Caractéristiques

La ligne de transmission peut être :

• Asymétrique : câble coaxial
• Symétrique : twin-lead ou « échelle à grenouille »

L’affaiblissement linéique (perte) est exprimé en dB/m et augmente avec la fréquence.

Exemple : Câble de 20 m avec perte de 0,1 dB/m :

• Perte totale = 20 × 0,1 = 2 dB
• Si antenne = 8 dBd, gain ensemble = 8 - 2 = 6 dB
• Si puissance = 50 W, PAR = 50 × 4 = 200 W (6 dB = ×4)

b) TOS et désadaptation

Lorsque la ligne et la charge n’ont pas la même impédance, il apparaît des ondes stationnaires.

Coefficient de réflexion (ρ) = U réfléchie / U émise

TOS (%) = 100 × ρ

ROS = Z plus forte / Z plus faible

Exemple : Antenne 100 Ω, câble 50 Ω → ROS = 100 / 50 = 2:1

c) Adaptation d’impédance

• Boîte de couplage (ou boîte d’accord)
• Balun : adaptation symétrique/asymétrique
• Ligne quart d’onde : Zligne = √(Zentrée × Zsortie)

Brouillage et protections des équipements électroniques

a) Compatibilité Électromagnétique (CEM)

Aptitude d’équipements à fonctionner dans leur environnement électromagnétique sans produire de perturbations intolérables.

Types de perturbations :

• Conduite : véhiculée par les conducteurs
• Rayonnée : propagée par champ électromagnétique

b) Moyens de protection

• Filtrage de l’alimentation secteur
• Blindages des étages de puissance
• Filtres passe-bas pour bloquer les harmoniques
• Filtres passe-haut pour les récepteurs TV

c) Intermodulation

Mélange de fréquences créé par un étage non linéaire. Produit des fréquences [A+B], [A-B], [2A-B], [2B-A]…

d) Transmodulation

Un signal puissant provoque une surcharge de l’étage d’entrée du récepteur et module le signal désiré.

Protection électrique

a) Protection des personnes

• La HF (particulièrement SHF et EHF) peut être dangereuse
• Tensions importantes dans l’antenne pendant l’émission
• Sécurité pour l’installation des aériens (baudrier, casque, etc.)

b) Risques électriques

Tensions de sécurité maximales :

• Milieu sec : 50 V
• Milieu humide : 24 V
• Immersion : 12 V

Couleurs des fils 50 Hz :

• Jaune-vert : terre (protection)
• Bleu : neutre
• Rouge/marron/noir : phase (le plus dangereux)

Moyens de protection :

• Mise à la terre des parties métalliques
• Disjoncteurs différentiels

c) Protection contre la foudre

• Câble coaxial disposé avec des coudes francs
• Parafoudre si paratonnerre sur le bâtiment
• Par temps d’orage : cesser d’émettre et débrancher les câbles