Transmission des signaux

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

2. 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.
2
Les Ondes Electromagnétiques

3. Décembre 2017
Types d’ondes
Les ondes mécaniques
se propagent dans un milieu.
Les ondes électromagnétiques
se propagent dans le vide.
3
Les Ondes

4. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
4

5. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
5
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

6. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
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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

7. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
7
Spectre électromagnétique

8. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
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Signal électromagnétique
Signal analogique Signal numérique

9. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
9
Signal électromagnétique
Conversion d’un signal analogique en signal numérique

10. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
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Transmission d’un signal
Décomposition d’un signal numérique

11. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
11
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)

12. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
12
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)

13. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
13
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)

14. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
14
Transmission d’un signal
Décomposition d’un signal numérique

15. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
15
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

16. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
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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)

17. Décembre 2017
Les ondes électromagnétiques
17
Transmission par câbles
Adaptation de l’impédance d’une ligne
Ligne ouverte
Zg = ∞
Ligne en court-circuit
Zg = 0
Ligne adaptée
Zg = Zc

18. Décembre 2017
18
Les liaisons différentielles

19. Décembre 2017
19
Les liaisons différentielles
Full duplex
Half duplex
Tx
Rx Tx
Tx
Rx
Tx
Rx
Rx
Rx Tx
Rx Tx

20. Décembre 2017
20
Full duplex
Les liaisons différentielles

21. Décembre 2017
21
Half duplex
Les liaisons différentielles

22. Décembre 2017
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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 ).

23. Décembre 2017
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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

24. Décembre 2017
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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).

25. Décembre 2017
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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 :