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Les canaux de transmission

Généralités

 Dans le domaine de la transmission du signal, le problème qui se pose est celui de définir le type de support de ce signal devant relier l’émetteur au récepteur sans déformer le signal véhiculé et sans atténuer. Ces supports de transmission du signal sont appelés canaux de transmission, il existe trois types de canaux à savoir:

  • Les lignes de transmission
  • Les guides d’onde
  • Les filtres optiques

En propagation libre il y’a un seul type appelé propagation hertzienne (via les antennes).

Aspect technologiques

 La préoccupation fondamentale de tout opérateur dans le domaine de transmission est de résoudre le problème de l’adaptation d’impédance, problème qui se pose entre la sortie de l’émetteur et le canal d’une part, l’entrée au récepteur par le canal d’autres part. La vérification de cette adaptation est réalisée par le TOS qui doit impérativement être voisin de 1 (TOS toujours supérieur à 1)

L’émetteur permettant de transiter le signal ou l’information de l’émetteur au canal ou du canal au récepteur s’appelle le connecteur.

Cas des lignes de transmission

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Guide d’onde

Trois éléments interviennent dans la propagation des ondes électromagnétiques guidées, il s’agit du champ électrique E, du champ magnétique H, de la direction de propagation. Ces 3 composantes constituent un repère orthogonal.

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La propagation des ondes électromagnétiques dans le vide se caractérise par les modes, ainsi on distingue trois types de mode de propagation à savoir:

  • Le mode TEM appelé mode transverse électrique et magnétique.
  • Le mode TE appelé mode transverse électrique.
  • Le mode TM appelé mode transverse magnétique.

Fibre optique

On rappelle que la lumière est une onde de champ électromagnétique de longueur d’onde voisine de 1mm. Au-dessus de cette longueur d’onde on se situe dans l’infrarouge et au-dessous dans l’ultra violet. On distingue aussi l’indice de réfraction n d’un milieu d’ou on tire la vitesse de phase. V=C/n
c: vitesse de la lumière
n: indice du milieu
n=1 cas de l’air

Principe théorique

A l’interface des deux milieux l’indice de réfraction n1 et n2 un rayon incident se partage en deux rayons donc un réfléchi et l’autre transmis.

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Si n1>n2 il existe un angle d’incidence au-dessus duquel il y’a plus de transmission, cet angle s’appelle angle de Brewster. La fibre optique est un guide d’onde lumineux ayant des caractéristiques suivantes.


Paramètres caractéristiques des fibres optiques

Atténuation

L’atténuation de la puissance d’un rayon le long de la fibre optique se définit par:

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Exemple: Une atténuation de 0,1dB/Km correspond à une perte de 2,3% par Km et l’atténuation 0,2dB/Km correspond à 4,7% par Km. Cette atténuation a pour origine principale:

  • L’absorption de la lumière par des défauts, des impuretés ou des ondes:
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  • La dispersion module dû aux différences de trajet entre les rayons (se traduisant par un élargissement progressif le long de la fibre), d’une impulsion de Dirac injectée à l’entrée:
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  • La dispersion chromatique dû au fait que l’indice varie avec la fréquence
  • La diffusion de la lumière dans le diélectrique constituant la fibre.

Ouverture numérique (ON)

L’ouverture numérique ON définit l’angle sur lequel la lumière peut pénétrer dans la fibre. Plus ON est grande plus il est facile d’injecter la lumière dans la fibre, cette ouverture définit par la relation ON= (n12-n22)½

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Différents types de fibre

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Le principe de guidage de la lumière par un diélectrique était connu depuis très longtemps (cas des fontaines lumineuses), mais il a fallu attendre 1972 pour voir apparaître la première fibre optique industrielle fabriquée par CORNING GLASS ayant une atténuation raisonnable de 20dB/Km. Deux critères permettent de classer une fibre optique:

  • Le nombre de mode m qu’elle propage
  • le matériau de construction

Classification suivant le nombre de mode

On distingue les fibres monomodes (m=1) et celle multi modes, parmi ces dernières on fait en outre la distinction entre des fibres à saut d’indice des ceux à gradient d’indice. On constate que leur bande passante est très différente.
Pour une fibre optique à saut d’indice, la bande passante se calcule par la formule passante se calcule par la formule BP= (0,88n1C)/ON2

Classification suivant le matériau constituant la fibre optique

Fibre en verre

Les fibres optiques cylindriques sont réalisées au silice (SiO4) dopée ou non, elles ont pour propriété une faible atténuation c’est-à-dire une atténuation inférieure à 1dB/Km, donc elles permettent des liaisons à grande distance (par comparaison un câble électrique a une atténuation typique de 100dB/Km à la fréquence 1GHz et une ON de l’ordre de 0,1 à 0,4). Malheureusement elles sont assez chères et fragiles.
Comme pour tout guide d’onde il existe un rayon de courbure minimal à ne pas dépasser pour éviter la détérioration du câble d’où l’absence de propagation, ce rayon de courbure est de l’ordre de quelque centimètre.
En microélectronique il est possible d’intégrer dans un substrat de verre des micros canaux dopés capables de guider le flux lumineux. Cette technologie de pointe est nécessaire et réservée à des liaisons ultracourtes.

Fibre en plastique

Ces fibres cylindriques sont réalisées en plastique (exemple du PMMA) elles ont pour propriété d’avoir une forte atténuation généralement très supérieure à 1dB/Km, c’est pour cela qu’elles sont réservées à des liaisons à courte distance de plus elles ont un ON de l’ordre de 0,5, elles sont onéreuses.


Connexion des fibres optiques

Le principe d’une connexion de fibre optique est de faire coïncider les axes optiques, elle est plus difficile à réaliser en monomode qu’en multi mode. Tout défaut d’alignement se traduit par une atténuation et une réflexion, en règle générale l’atténuation engendrée localement par une connexion est de l’ordre de 0,1dB. La puissance réfléchie par une mauvaise connexion par exemple interruption du faisceau lumineux par un espace d’un milieu différent est donnée par le cœfficient de réflexion.

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Si ce milieu est l’air n=1.
Elle se manifeste par un écho de l’onde lumineux qui se propage en sens inverse de l’onde émise à l’entrée de la fibre. On utilise cette propriété pour détecter les défauts sur les fibres optiques enterrées, cette technique s’appelle l’échomètre. Des appareils plus perfectionnés permettent de déterminer la nature du défaut (exemple le réflectomètre optique OTDR).
Il existe deux types de connexion:

  • Les plissures fixes (collage, soudure, blocages mécaniques) réalisées au chantier avec outillage spécial.
  • Le connecteur démontable qui s’inspire en ma miniaturisant de la technologie des connecteurs en micro-onde (nombreux connecteurs plus ou moins centralisés tels que ST; SMA; FC; DIN/IEC; VFO etc.

Transmission d’information sur fibre optique

Les fibres optiques sont de plus en plus utilisées pour la transmission de l’information à longue distance, car leurs pertes sont faibles et leur bande passante élevée, de plus elles sont insensibles aux parasites électromagnétiques.
On utilise principalement la transmission en bande de base (bien que en fait il s’agisse d’une modulation d’amplitude de la puissance de la porteuse optique).
Elles sont plus économiques que les câbles, leur bande passante élevée permet d’augmenter le nombre de canaux multiplexé sur une seule fibre et de diminuer les équipements de transmission nécessaires. Leur poids est plus faible. Par comparaison on sait atteindre 300Gbits/s sur les fibres contre 0,2Gbits/s sur un câble coaxial.
Les longueurs d’onde les plus utilisées en pratique sont: 810mm; 1300mm; 1550mm.

1 décembre 2021
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