Décembre 2017
Les Ondes
Electromagnétiques
CESI - exia
6 décembre 2017
Aix-en-Provence
Intervenant : Guy SINNIG

Décembre 2017
Objectif général de la présentation
Présenter les propriétés et caractéristiques
des ondes électromagnétiques et les
principales problématiques liées à leur
propagation dans les câbles et fibres
optiques.
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Les Ondes Electromagnétiques

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Types d’ondes
Les ondes mécaniques
se propagent dans un milieu.
Les ondes électromagnétiques
se propagent dans le vide.
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Les Ondes

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Les ondes électromagnétiques
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Les ondes électromagnétiques
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temps
amplitude
T = période
T : période en s
f : féquence en Hz
f = 1/T
λ : longueur d’onde
en m
c : vitesse de la
lumière = 3 108 m/s
λ = c/f = cxT
distance
amplitude
λ = longueur d’onde

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E : énergie en eV
f : fréquence en Hz
λ : longueur d’onde en m
c : vitesse de la lumière = 3 108 m/s
h : constante de Planck = 6,625 10-34 Jxs
E = hxf = hxc/λ
Le photon est le quantum d'énergie associé aux ondes
électromagnétiques.
Chaque photon transporte une énergie proportionnelle à
la fréquence de l’onde électromagnétique considérée.
Dualité onde - corpuscule

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Spectre électromagnétique

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Signal électromagnétique
Signal analogique Signal numérique

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Signal électromagnétique
Conversion d’un signal analogique en signal numérique

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Les ondes électromagnétiques
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Transmission d’un signal
Décomposition d’un signal numérique

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Transmission d’un signal
Amplification (ou atténuation) d’un signal
Amplification : Gain (DB)
G = 10 log ( Ps / Pe) exprimé en dB
P = V x I et V = R x I => I = V / R d’où P = V² / R
Pe = Ve² / Re et Ps = Vs² / Rs
si la ligne est adaptée Re = Rs = R alors Pe = Ve² / R et Ps = Vs² / R
alors G = 10 log ( Vs² / Ve² ) = 10 log (Vs / Ve)²
=> G(dB) = 20 log (Vs / Ve)

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Transmission d’un signal
RSB = Psignal / Pbruit = ( Vsignal / Vbruit )²
Le rapport signal sur bruit est souvent représenté sur une échelle logarithmique,
il est alors exprimé en dB
RSB(dB) = 10 log (Psignal / Pbruit) = 20 log (Vsignal / Vbruit)
Rapport signal / bruit (RSB)

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Transmission d’un signal
La bande passante d’un système
BP = fH - fL
fL : fréquence de coupure basse à -3dB
fH : fréquence de coupure haute à -3dB
G(dB) = 10 log (Ps / Pe)
si Ps = 1/2 Pe
alors G(dB) = 10 log (1 / 2) ≈ -3dB
Bande Passante G(dB)

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Transmission d’un signal
Décomposition d’un signal numérique

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Transmission d’un signal
Air ou vide :
Les ondes électromagnétiques se propagent à la vitesse de la
lumière.
Câbles :
La vitesse de propagation dépend de la nature des matériaux
et du type de câble.
Fibres optiques :
Le signal porteur est une onde lumineuse qui se propage
dans un guide appelé " fibre optique ".
Milieux de propagation du signal

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Transmission par câbles
Impédance d’un ligne Impédance caractéristique
Zc : Impédance caractéristique de la
ligne en Ω
R : Résistance en Ω/m
L : Inductance en H/m
G : Conductance en S/m (G=1/R)
C : capacité en F/m
ω : pulsation en rd/s (ω = 2πf)

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Transmission par câbles
Adaptation de l’impédance d’une ligne
Ligne ouverte
Zg = ∞
Ligne en court-circuit
Zg = 0
Ligne adaptée
Zg = Zc

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Les liaisons différentielles

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Les liaisons différentielles
Full duplex
Half duplex
Tx
Rx Tx
Tx
Rx
Tx
Rx
Rx
Rx Tx
Rx Tx

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Full duplex
Les liaisons différentielles

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Half duplex
Les liaisons différentielles

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Transmission par fibre optique
Les ondes électromagnétiques
Avantages de la liaison optique
Isolation galvanique ( pas de contact électrique entre
émetteur et récepteur ).
Immunité au bruit ( insensibles aux perturbations
radio … ).
Très faible perturbation de l'environnement
électromagnétique.
Grand débit d'information ( bande passante élevée ).

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Transmission par fibre optique
Les ondes électromagnétiques
Réfraction
Un rayon incident se propageant
dans un milieu d'indice n1 vers
un milieu d'indice n2 subit une
déviation ( rayon réfracté )
n1 sin i1 = n2 sin i2
n = c / v
c : vitesse de la lumière
dans le vide 3 108 m/s
v : vitesse de la lumière
dans le milieu
Réflexion totale
si n2 > n1
et si i2 > i2R
On obtient une réflexion totale

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Transmission par fibre optique
Les ondes électromagnétiques
Une fibre optique est constituée par un premier milieu d'indice n1
( coeur ) entouré par un second milieu d'indice n2 ( gaine ou
manteau ). L'indice n1 est supérieur à l'indice n2 .
Lorsque la lumière est injectée dans le cœur elle se propage, soit
en ligne droite (monomode), soit par une succession de réflexions
internes (multimode).

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Transmission par fibre optique
Les ondes électromagnétiques
Utilisée pour des liaisons
jusqu'à 2 km, avec un débit
maximal de 50 M bits/s.
Utilisée pour des liaisons
longues, avec un grand
débit : 150 M bits/s.
Utilisée pour des liaisons
longues, avec un haut
débit : 500 M bits/s.
les trois principaux types de fibres :