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Télécommunications · Écoles d'ingénieurs — INPT

Propagation des ondes électromagnétiques et lignes de transmission

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Une onde électromagnétique est composée d'un champ électrique $\vec{E}$ et d'un champ magnétique $\vec{H}$ perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation. Pour une ligne de transmission, on utilise le modèle des paramètres linéiques ($R, L, G, C$). L'impédance caractéristique est donnée par : $$Z_c = \sqrt{\frac{R + j\omega L}{G + j\omega C}}$$ Pour une ligne sans pertes ($R=0, G=0$), $Z_c = \sqrt{\frac{L}{C}}$. Le coefficient de réflexion à la charge $Z_L$ est $\Gamma = \frac{Z_L - Z_c}{Z_L + Z_c}$.

Méthodes à maîtriser

  1. Calculer $Z_c$ à partir des paramètres linéiques.
  2. Déterminer le coefficient de réflexion $\Gamma$ et le TOS ($S$) : $S = \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|}$.
  3. Calculer la longueur d'onde sur la ligne : $\lambda = \frac{v}{f}$.

Exemples corrigés

Exemple : Ligne sans pertes, $L=250 , \text{nH/m}$, $C=100 , \text{pF/m}$. $Z_c = \sqrt{\frac{250 \cdot 10^{-9}}{100 \cdot 10^{-12}}} = \sqrt{2500} = 50 , \Omega$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier que le TOS est toujours $\geq 1$.
  • Confondre la vitesse de la lumière dans le vide ($c$) avec la vitesse de phase sur la ligne ($v < c$).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Propagation des ondes électromagnétiques et lignes de transmission

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L'impédance caractéristique d'une ligne sans pertes dépend de :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre une ligne avec pertes et sans pertes ?
  1. Une ligne sans pertes suppose que la résistance des conducteurs ($R$) et la conductance du diélectrique ($G$) sont nulles.
  2. Une ligne avec pertes prend en compte la dissipation d'énergie sous forme de chaleur.

💡 À retenir : Dans les calculs théoriques, on utilise souvent l'approximation "sans pertes" pour simplifier, mais en réalité, toute ligne dissipe de l'énergie.

kifach n7seb l'impédance caractéristique ila 3tani L o C ?
  1. Tu utilises la formule $Z_c = \sqrt{\frac{L}{C}}$.
  2. Assure-toi que $L$ est en Henry/m et $C$ en Farad/m.
  3. Fais la racine carrée du résultat.

💡 À retenir : $Z_c$ s'exprime toujours en Ohms ($\Omega$).

Pourquoi on cherche à adapter l'impédance ?
  1. Pour éviter que l'onde ne soit réfléchie vers la source.
  2. Pour maximiser le transfert de puissance vers la charge.

💡 À retenir : L'adaptation parfaite se produit quand $Z_L = Z_c$, ce qui donne $\Gamma = 0$.

chnou houwa l'TOS ?
  1. C'est le Taux d'Ondes Stationnaires.
  2. Il mesure la qualité de l'adaptation entre la ligne et la charge.

💡 À retenir : Un TOS de 1 signifie une adaptation parfaite.

Est-ce que la vitesse de propagation est la même que celle de la lumière ?
  1. Non, dans une ligne, elle dépend du milieu (diélectrique).
  2. Elle est donnée par $v = \frac{1}{\sqrt{LC}}$.

💡 À retenir : $v$ est toujours inférieure à $c$ (vitesse de la lumière dans le vide).

kifach n3ref wach l'onde stationnaire kayna ?
  1. Elle apparaît quand il y a une réflexion sur la charge.
  2. Si $Z_L \neq Z_c$, il y a réflexion, donc onde stationnaire.

💡 À retenir : Pas de réflexion = pas d'onde stationnaire.

Quelle est l'unité du coefficient de réflexion ?
  1. C'est une grandeur sans unité (complexe).
  2. Son module est compris entre 0 et 1.

💡 À retenir : $|\Gamma| = 1$ signifie réflexion totale.

Qu'est-ce qu'un guide d'onde ?
  1. C'est une structure métallique qui confine l'onde électromagnétique.
  2. Utilisé pour les très hautes fréquences (micro-ondes).

💡 À retenir : Il remplace les câbles classiques pour limiter les pertes.

Comment calculer la longueur d'onde lambda sur une ligne ?
  1. Utilise la formule $\lambda = \frac{v}{f}$.
  2. $v$ est la vitesse de phase et $f$ la fréquence.

💡 À retenir : La fréquence ne change pas, mais la vitesse change selon le milieu.

C'est quoi le rôle du diélectrique dans un câble ?
  1. Il maintient l'écartement entre les conducteurs.
  2. Il influence la vitesse de propagation et l'impédance.

💡 À retenir : Le diélectrique définit le facteur de vélocité du câble.

Pourquoi on utilise des câbles coaxiaux ?
  1. Pour protéger le signal des interférences extérieures (blindage).
  2. Pour limiter le rayonnement électromagnétique du câble.

💡 À retenir : Le conducteur extérieur sert de masse et de blindage.

Est-ce que la fréquence influence Zc ?
  1. Pour une ligne sans pertes, non, $Z_c$ est constante.
  2. Pour une ligne réelle, $Z_c$ dépend légèrement de la fréquence à cause de $R$ et $G$.

💡 À retenir : En haute fréquence, on considère souvent $Z_c$ comme réelle et constante.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une ligne de transmission sans pertes a une inductance linéique $L = 0,2 , \mu\text{H/m}$ et une capacité linéique $C = 80 , \text{pF/m}$.

  1. Calculer l'impédance caractéristique $Z_c$.
  2. La ligne est terminée par une charge $Z_L = 100 , \Omega$. Calculer le coefficient de réflexion $\Gamma$.
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Exercice 2

Une ligne de transmission a une impédance $Z_c = 50 , \Omega$. Elle est chargée par $Z_L = 25 , \Omega$.

  1. Calculer le coefficient de réflexion $\Gamma$.
  2. Calculer le TOS ($S$).
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Exercice 3

Une onde se propage à $v = 2 \cdot 10^8 , \text{m/s}$ sur une ligne. La fréquence du signal est $f = 1 , \text{GHz}$.

  1. Calculer la longueur d'onde $\lambda$.
  2. Si la ligne mesure $L = 15 , \text{cm}$, combien de longueurs d'onde cela représente-t-il ?
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