Propagation en haute fréquence

La propagation en haute fréquence (ici synonyme d'ondes courtes, de 3 à 30 MHz), utilise des phénomènes physiques variés, onde de sol, onde directe ou réflexion ionosphérique, rendant la réception fluctuante. Son utilisation pour les liaisons à courtes ou longues distances n'est possible que par la connaissance de ces modes de propagation, le choix des fréquences, des modulations et des antennes à utiliser.

Principes

Les ondes courtes se propagent d'un point à un autre du globe de trois manières différentes :

• par l'onde de sol qui suit la courbure terrestre, d'autant plus importante que la fréquence est basse ;
• par l'onde d'espace ou onde directe, c'est la propagation de type optique commune à toutes les fréquences ;
• par réflexion simple ou multiple sur les couches supérieures de l'ionosphère, c'est la propagation ionosphérique.

La fiabilité des radiocommunications à moyenne et longue distance sur ondes courtes est donc très variable, principalement en fonction des variations de l'activité solaire :

• diurne
• saisonnier
• cycle solaire de 11 ans

Malgré la grande variabilité de ces dernières, il existe, distance et temps donné, en général une bande de fréquences sur lesquelles communication est possible. Malheureusement cette bande varie considérablement avec jour/nuit, saison et le Cycle solaire. Donc l´emploi des ondes décamétriques exige une prévision ionosphérique.

Elles peuvent ainsi être reçues à une grande distance de l'émetteur, même en présence d'obstacles (relief) ou même lorsque la courbure de la surface terrestre empêche une liaison en vue directe entre la station émettrice et la station réceptrice.

Pour une fréquence fixe pas trop basse il apparait une "zone de silence" autour de l´émetteur parce que les rayons qui pourraient servir cette zone ne sont pas réfléchis. Plus loin il y a communication avec une seule réflexion jusqu´à une distance d´environ 3500 km (limite due à la courbure de la terre), au dela les réflexions multiples (2, 3, 4 .. fois) arrivent encore. Exceptionnellement même le point antipodal est atteint.

Certains phénomènes, comme les cycles solaires, peuvent rendre toute communication impossible pendant plusieurs heures, soit ainsi, sur des milliers de kilomètres.

L´activité solaire joue un role important dans tous ces phénomènes dont la complexité a souvent effrayé les utilisateures. En fait, travaillant sur fréquence fixe des pertes de communication peuvent se produire si cette fréqence se trouve en dehors de a bande favorable. Les ondes courtes ne sont pas un milieu entièrment stable.

Durant la Seconde Guerre mondiale les forces allemandes ont appliqué le code analytique établi par Karl Rawer. Ils ont pu obtenir ainsi des liaisons assez fiables. Au Japon, K.-I. Maeda a joué un rôle comparable.

En ce qui concerne l´activité solaire Rawer s´est servi de la méthode de prévision due à Wolfgang Gleißberg qui repose sur la comparaison de plusieurs cycles consécutifs.

La propagation des ondes HF dépend donc fortement de la réflexion sur les couches de l'ionosphère. Si celle-ci est davantage ionisée par le rayonnement solaire, elle assure une meilleure propagation des ondes décamétriques.

Propagation en fonction de la fréquence

La propagation des ondes électromagnétiques en fonction de la fréquence:

• En dessous de 4 MHz: Communication n’est possible à grande distance que lorsqu’il fait nuit entre le lieu d’émission et de réception.
  Excellente bande régionale en début et en fin de journée avec une portée jusqu’à 600 km.
  Communications possibles sans distance de saut en rayonnement NVIS.
• 4 à 8 MHz: Communication intercontinentale et continentale n’est possible que lorsqu’il fait nuit entre le lieu d’émission et de réception avec une distance de saut 500 Km.
  Excellente bande nationale en fin de matinée et l’après-midi, portée jusqu’à 2000 km.
  Communications possibles sans zone de silence en rayonnement NVIS (Onde de Ciel à Incidence Quasi Verticale) avec une portée inférieur à 400 km.
• 8 à 12 MHz: Ouverture 24 heures sur 24 pour les communications continentales.
  Distance de saut passant de 300 Km le jour à 1000 Km de nuit.
  Communication intercontinentale possibles lorsqu’il fait nuit entre le lieu d’émission et de réception.
• 12 à 16 MHz: Bande ouverte presque 24 heures sur 24 pour les communications intercontinentales lorsque l’émetteur est dans le jour et le récepteur dans la nuit, ou inversement.
  Bande ouverte pour les communications nationales et continentales.
  Distance de saut variant de 800 Km le jour à 1600 Km la nuit.
• 16 à 19 MHz: Bande ouverte pour les communications intercontinentales et continentales lorsque le parcours entre l’émetteur et le récepteur est éclairé par le soleil.
  Durée d’ouverture liée au cycle solaire. Distance de saut 1200 km.
  Fermée en pleine nuit.
• 19 à 22 MHz: Excellente bande intercontinentale et continentales lorsque le parcours entre l’émetteur et le récepteur est éclairé par le soleil.
  Durée d’ouverture très liée au cycle solaire. Distance de saut 1400 km.
  Fermée en pleine nuit.
• 22 à 26 MHz: Excellente bande en période de grande activité solaire seulement pour la communication intercontinentale lorsque le parcours entre l’émetteur et le récepteur est éclairé par le soleil. Distance de saut 1600 km.
  Fermée en pleine nuit.
  Ouvertures en E sporadique entre mai et août et entre novembre et janvier chaque année.
• Au dessus de 26 MHz: Ouverte le jour, en période de grande activité solaire pour la communication intercontinentale avec une distance de saut de 2000 à 4000 Km.
  Ouvertures en E sporadique assez fréquentes entre mai et août et entre novembre et janvier chaque année.
  Comportement semblable à ce lui des V.H.F. pour la communication locale en période de faible activité solaire.

• De plus on rencontre en partant de l’émetteur une zone de réception directe, une zone de silence, une zone de réception indirecte, une zone de silence, une zone de réception indirecte, une zone de silence et ainsi de suite. L’énergie radiofréquence est réfléchie par les couches E, Es, F, F1 et F2. Les ondes reviennent sur terre à une distance de saut de l’émetteur " zone de silence ". Les rayonnements réfléchis sont instables en amplitude et en phase, c’est le "fading”. Il peut être régulier, lent, rapide, irrégulier, sélectif ou déformant.

Facteurs agissant sur la qualité de la transmission

Le fading ou QSB

Lorsque deux ondes issues d'un même émetteur et ayant parcouru des trajets différents parviennent sur une antenne de réception, les signaux électriques produits s'ajoutent. Le signal résultant a une amplitude qui dépend de l'amplitude de chacun des signaux reçus mais aussi du déphasage de l'un par rapport à l'autre :

• signaux en phase : le signal résultant est la somme des deux signaux
• signaux en opposition de phase : l'amplitude du signal résultant est égal à la différence des deux signaux
• déphasage variable : l'amplitude du signal varie en fonction du déphasage.

Le déphasage dépend de la différence de trajet entre les deux ondes, due par exemple au fait que l'une des deux a été réfléchie sur une couche haute de l'ionosphère. Mais comme la hauteur des couches ionisées varient en fonction de l'activité solaire, l'amplitude du signal reçu va varier avec une fréquence de l'ordre de quelques hertz : c'est le fading,( de l'anglais to fade, s'évanouir, diminuer), appelé QSB dans le code Q des opérateurs HF.

Le bruit radioélectrique

Il a pour origine plusieurs sources distinctes :

• naturelles et terrestres : orages qui éclatent à chaque instant dans le monde
• naturelles et venant de l'espace : bruit radioélectrique émis par le soleil, les étoiles...
• artificielles : parasites électriques industriels et ménagers, automobiles, téléphone portable, transmissions radio...

Le bruit radioélectrique couvre toute l'étendue du spectre des ondes radio mais avec une intensité très variable. Son niveau dépend également beaucoup de la proximité des sources industrielles : il est nettement plus élevé dans les zones urbaines que dans les régions inhabitées.

Les distorsions de modulation

Les ondes qui se sont réfléchies sur l'ionosphère subissent parfois une distorsion importante qui rend la compréhensibilité de la modulation difficile. C'est le cas des ondes dont le trajet s'approche des pôles magnétiques ou qui se sont réfléchies sur une aurore polaire.

Prédiction et mesure de propagation

Pour permettre des communications professionnelles fiables, des prévisions de propagation sont fournies par les agences, exprimées selon le trajet entre stations, par deux valeurs, fonction de la date et heure:

• la fréquence maximale d'utilisation (ou MUF)
• la fréquence minimale d'utilisation (ou LUF)

Cet valeurs sont exprimées en probabilité de liaison: par exemple en mars 2006, pour une liaison France-Tahiti, à 9h00 UTC, la fréquence maximale serait de 12 MHz et la fréquence minimale de 8 MHz, pour 50 % du temps (exemple fictif).

En dehors de cet intervalle, les liaisons sont aléatoires, et la fréquence optimale (réception maximale) est en général proche de la fréquence maximale. Ces prévisions sont également reproduites sur les revues techniques radioamateurs.

Des systèmes automatiques permettent aux réseaux de communications HF de s'adapter à la propagation en mesurant l'atténuation sur plusieurs fréquences simultanées.

Choix des antennes

La propagation s'effectuant soit par onde de sol, soit par réflexion, l'angle de départ de l'antenne (angle d'élévation du premier lobe) est primordial. En général :

• les communications en onde de sol nécessitent des antennes avec un angle de départ nul ou faible (ex. : antenne verticale sur plan de masse idéal) ;
• les communications NVIS (à l'intérieur d'une zone de quelques centaines de kilomètres autour de la station d’émission) nécessitent un angle très élevé (75 à 90°)
• les communications à moyenne distance (1 000 à 5 000 km) nécessitent un angle moyen (20 à 30°)
• les communications à longue distance (10 000 à 20 000 km) nécessitent un angle très faible (10°).

Voir aussi

• Service de prévision ionosphérique
• Antenne radioélectrique
• Propagation des ondes radio
• Radioamateur
• Code SINPO