Cest le rayonnement électromagnétique le plus simple, car, nous lavons dit plus haut, on peut négliger laspect " corpusculaire " (photons) : leur énergie individuelle est tellement faible quaucun effet de discontinuité nest perceptible.
Un peu dhistoire
Comme tous les autres rayonnements EM, les ondes hertziennes existent depuis lorigine de lUnivers, mais il ny a pas beaucoup plus dun siècle que lhomme a soupçonné leur existence, puis a appris à les produire et à les utiliser.
Jai signalé, dans le premier article de cette série, que cest une remarque de Maxwell sur la dimension et la valeur du rapport des deux quantités délectricité (CGS électromagnétique et CGS électrostatique) qui avait conduit ce savant anglais à la théorie électromagnétique de la lumière, formulée dans les célèbres " équations de Maxwell " (1875 environ).
Cette théorie mathématique était extrêmement générale et rien ne la confinait au seul domaine de la lumière.
En 1888, un chercheur allemand de 31 ans, Heinrich Rudolf Hertz, imagine et réalise une série dexpériences pour engendrer des oscillations électromagnétiques et manifester leur propagation à distance. A courte distance, il est vrai, quelques mètres, car son " résonateur " qui sert de récepteur est très peu sensible. Et cest tant mieux, car il peut vérifier que ses ondes se comportent comme la lumière : elles se réfléchissent sur des plaques métalliques ; on peur les focaliser avec des miroirs métalliques concaves ; on peut les dévier avec un prisme en paraffine ; elles forment un système dondes stationnaires devant un miroir plan ; etc à condition que les miroirs et les prismes soient suffisamment grands, car les longueurs donde sont beaucoup plus grandes que celles de la lumière.
Si Hertz avait disposé dun détecteur sensible, il aurait trouvé ses ondes partout, et pas seulement dans les faisceaux réfléchis ou réfractés ; de même, si son dispositif avait engendré des ondes kilométriques ou même décamétriques, il naurait pas pu montrer leur analogie avec la lumière. Daprès les dessins de lépoque, il me semble que les dimensions de léclateur correspondent à des ondes métriques ou décimétriques, ce qui permettait des expériences dans une salle de laboratoire.
Les expériences de Hertz furent répétées dans divers laboratoires, notamment par Lodge en Angleterre .Lexistence des ondes hertziennes fut admise et la théorie de Maxwell confirmée. Mais il nétait pas question dune quelconque application pratique, faute dun récepteur suffisamment sensible.
Un professeur français, Edouard Branly, faisait à cette époque des recherches sur la variation de résistance électrique de lames minces sous laction de la lumière. Pour éclairer ses échantillons, il utilisait une lampe à arc (la source lumineuse électrique la plus répandue en ce temps-là).
Un jour, il constata que la résistance de léchantillon diminuait lors de lallumage de la lampe à arc, alors même que le faisceau lumineux nétait pas dirigé sur léchantillon. Il répéta lexpérience et constata un effet qui nétait pas dû à la lumière et donc " polluait " ses mesures.
Branly se demanda sil
ny avait pas là quelque chose en rapport avec les
expériences de Hertz, qui venaient dêtre publiées,
et il se mit sur cette piste. Ses recherches dans cette direction
le conduisirent à la réalisation du radioconducteur
appelé aussi cohéreur (terme que Branly naimait
pas), qui fut le premier détecteur des ondes hertziennes
suffisamment sensible pour que lon pense à la Télégraphie
sans Fil. La communication initiale de Branly est datée
de novembre 1890.
(Nous avons ici
une illustration claire de deux démarches opposées
et complémentaires qui font progresser la science : Hertz
imagine un ensemble d'expériences pour vérifier
une théorie ; Branly observe un phénomène
non prévu, sait l'interpréter et entirer une application.
N'oublions pas le théoricien, qui intervient parfois en
amont, comme ici, mais assez souvent en aval pour expliquer des
phénomènes que les théories précédentes
ne penvent élucider: Planck et les quanta pour expliquer
les lois du rayonnement étabies par Kirchhoff ou Einstein
et la relativité après l'expérience de Michelson.)
Je ne vais pas détailler la passionnante histoire des débuts de lutilisation par lhomme des ondes hertziennes ; je vais donner seulement quelques noms et quelques dates.
Le russe Popoff, en 1895, obtient une grande augmentation de portée en munissant lémetteur et le récepteur dune antenne ; il imagine aussi un système décohéreur automatique, ramenant le radioconducteur de Branly à son état initial entre les trains dondes. Dès lors, tout ce qui est nécessaire pour des essais de télégraphie sans fil est réuni.
Le français Ducretet, qui est dailleurs en liaison avec Popoff, réalise en 1897 une transmission télégraphique sur 400 m dabord, puis sur 4 km.
En 1898, cest la transmission entre la Tour Eiffel et le Panthéon.
Un jeune italien, Marconi, passionné par ces expériences, les répète, rassemble tout ce que les scientifiques ont trouvé et le met en pratique. Comme il est ambitieux et quil a flairé un des premiers limportance que cela pourra prendre dans lavenir, il fonce sur cette piste et, en 1899, il réalise la première liaison à travers la Manche, ayant compris que ce serait plus symbolique que la même distance entre deux collines ! Marconi sera un homme daffaires redoutable et sa compagnie mènera la vie dure aux autres sociétés oeuvrant dans ce domaine et sera constamment en procès avec elles.
Comme on remarque vite que plus les antennes sont élevées, plus elles sont efficaces, Gustave Eiffel voit là un moyen de sauver peut-être sa Tour ; nombreuses voix sélèvent en effet pour demander que lon démonte " cette horreur qui défigure Paris ". A ses frais, il y installe une station de TSF.
Celui qui sera le Général Ferrié, mais na pas encore ce grade, comprend vite limportance que pourrait avoir ce mode de communication en cas de conflit. Il approuve linitiative dEiffel et obtient même quon lui alloue des crédits pour accroître la puissance de la station. Ainsi naquit la première station officielle française, dont lindicatif fut, naturellement, FL et la Tour fut sauvée.
A lépoque, lémission se faisait en ondes amorties, par un éclateur à étincelles, " rares " dans un premier temps, puis bientôt " musicales " (600 par seconde pour FL). Cette station à étincelles était encore en service en 1921 : cest elle que jentendais, à 60 km de Paris, sur mon premier récepteur de TSF, composé en tout et pour tout dun détecteur à galène, dune antenne, dune terre et dun écouteur. Mais revenons au tout début.
Les scientifiques, quelques militaires et des marins sintéressent à cette nouvelle technique, mais elle na pas encore touché le grand public.
Pour que celui-ci prenne conscience de limportance de ce nouveau moyen de communication, il va falloir un drame dont lévocation est encore capable de rassembler les foules autour dun nom mythique : le naufrage du Titanic.
Il fut évident que sans la TSF, le Carpathia ne se serait pas dérouté et que la plupart des rescapés ayant eu la chance dembarquer dans les trop peu nombreux canots de sauvetage nauraient pas profité longtemps de cette chance. Cela se passait en avril 1912.
La TSF avait progressé depuis ses débuts ; certes, les émetteurs étaient toujours à étincelles, pouvant facilement atteindre de grandes puissances, mais ne donnaient que des " ondes amorties " ne permettant que la télégraphie, et encore seulement sous sa forme la plus rustique, mais la plus fiable en cas de mauvaises conditions : le Morse. Côté réception, le radioconducteur de Branly avait été délaissé au profit dautres détecteurs plus fiables et demploi plus simple : le détecteur magnétique de Marconi, le détecteur électrolytique du Général Ferrié et le détecteur à cristaux (galène, pyrite, etc ) dont jignore linventeur. Avec ces détecteurs, la réception du Morse se faisait " au son ", avec un écouteur de téléphone. Mais il nétait pas question de téléphonie, bien que lon y songeat .
Pour transmettre la voix, il fallait disposer dondes " entretenues " et pouvoir les moduler (nous y reviendrons). Larc de Poulsen permettait bien dengendrer des ondes quasi-entretenues, mais, comme on ne disposait alors daucun système amplificateur, on ne pouvait moduler le courant haute fréquence quen lui faisant traverser un microphone à charbon ou à liquide, ce qui limitait la puissance à quelques watts, assurant des portées ridiculement courtes, en raison de la faible sensibilité des détecteurs de lépoque.
La lampe à trois électrodes avait été inventée en 1907 par Lee de Forest, mais elle était restée dans les laboratoires. Elle en sortit en 1914, on devine sous quelle pression
En France, le Général Ferrié fit réaliser par les usines Fotos, de Lyon, qui fabriquaient des ampoules déclairage, une série de lampes triodes à filament de tungstène pur : ainsi naquit la lampe TM (télégraphie militaire), qui fut disponible pour les civils après la guerre et régna sans partage jusquà lapparition de lampes à faible consommation, vers 1925.
Bien entendu, les autres pays industrialisés en firent autant, chacun avec sa série nationale.
On disposait enfin dun amplificateur fonctionnant aussi bien aux fréquences hertziennes quaux fréquences vocales. Un amplificateur se transforme aisément en oscillateur (se reporter, si lon veut, à larticle " oscillateurs ") ; il fut donc facile dobtenir des fréquences hertziennes et de les moduler par les fréquences vocales.
Des lampes plus grosses furent réalisées pour lémission, permettant dobtenir des puissances importantes en ondes entretenues modulées.
Côté réception, la possibilité damplifier les signaux tant avant la détection (ampli HF) quaprès celle-ci (ampli BF) augmenta prodigieusement la sensibilité des récepteurs.
A la fin de la guerre (celle de 14-18) tous les systèmes essentiels utilisés dans les liaisons hertziennes avaient été inventés et contenaient en germe les développements actuels de lélectronique.
Génération des Ondes Hertziennes
Les ondes hertziennes prennent naissance toutes les fois quun groupe délectrons subit une accélération, cest à dire toutes les fois quon établit, quon interrompt ou quon fait varier un courant électrique : cest pourquoi elles existent depuis toujours. On sen aperçoit bien si lon essaie de suivre une émission de radio alors que le temps est orageux : des craquements désagréables accompagnent chaque éclair, même lointain ; ils sont synchrones des éclairs, le tonnerre arrive plus tard.
Une décharge brutale, comme la foudre, couvre un spectre hertzien très étendu.
Les premières émissions de TSF, en ondes amorties, engendrées par décharge oscillante dun condensateur par une étincelle, directement inspirées des expériences de Hertz, couvraient aussi un spectre disproportionné avec le faible débit dinformations (uniquement du Morse) quelles pouvaient véhiculer. Cela navait pas grande importance, à lépoque, les stations étaient peu nombreuses.
Les lampes permirent de produire des ondes entretenues ; une telle onde, si lon a pris quelques mesures délimination déventuels harmoniques, noccupe, dans le spectre hertzien, quune " raie " (par analogie au spectre lumineux) extrêmement étroite ; mais alors elle ne véhicule aucune information autre que sa présence. Remarquons quune émission continue de trains dondes amorties ne véhiculait pas davantage dinformations significatives tout en occupant un espace hertzien étendu.
Pour transmettre de linformation au moyen dun rayonnement, hertzien ou lumineux, il faut le moduler ; nous en parlerons un peu plus loin, mais voyons dabord comment engendrer une onde entretenue.
Il suffit de réaliser un oscillateur à la fréquence désirée et de le coupler à un système rayonnant, généralement une antenne.
Loscillateur se compose, nous lavons vu précédemment (article " Oscillateurs "), dun dispositif amplificateur (lampe ou transistor) et dun système oscillant (self et capacité ou quartz).
En pratique actuelle, on intercale presque toujours entre loscillateur et le système rayonnant un ou plusieurs étages damplification, la stabilité de la fréquence étant meilleure pour un oscillateur de faible puissance. Mais ce nétait pas le cas au début, notamment chez les amateurs.
Modulation
La forme la plus primitive et brutale de modulation est dinterrompre et de rétablir lémission de londe : on peut ainsi transmettre des signaux, par exemple en alphabet Morse. On a coutume, en parlant de ce dernier, de dire quil se compose de 2 signaux de durée différente : les " points " et les " traits " ; on oublie quil comporte aussi des silences de durée différente : entre les éléments dune même lettre, entre les lettres dun même mot, entre les mots dune phrase.
Les amateurs qui trafiquent en télégraphie Morse disent, dans leur jargon, quils trafiquent en CW, abréviation de " constant waves " ; ce terme est totalement impropre : si londe était constante, elle ne véhiculerait aucune information.
Cette " modulation " élémentaire est très facile à obtenir : il suffit dun interrupteur (manipulateur) inséré en un point vital (par exemple lalimentation) de loscillateur ou, mieux, de lamplificateur sil existe. Mais létablissement et la disparition très rapides de londe font que le spectre hertzien occupé est beaucoup plus grand quil ne serait nécessaire pour transmettre linformation ; pour travailler proprement en Morse, il faut, à laide de contantes de temps convenables, faire en sorte que la montée et la descente des signaux soient aussi ralenties que possible, compte tenue de la cadence désirée.
Une onde sinusoïdale pure se caractérise par sa fréquence, son amplitude et sa phase. Nous disposons donc de trois paramètres que nous pouvons modifier pour transmettre linformation. Nous commencerons par la modulation qui fut historiquement la première utilisée et demeure encore très employée.
Modulation damplitude.
La transmission Morse évoquée plus haut nest autre quune forme extrême de la modulation damplitude ; mais si, sans agir aussi brutalement, nous faisons varier lamplitude dune onde entretenue au rythme dun signal de fréquence plus basse, par exemple un signal audio, lenveloppe de cette onde reproduira ce signal, et pour le récupérer à la réception, il suffira de " redresser " le courant induit par londe dans lantenne de réception pour récupérer le signal modulant, qui aura ainsi voyagé sur son " onde porteuse ". La réception de la modulation damplitude est donc très simple et cest un grand avantage de ce mode.
Voyons un peu plus précisément comment tout cela se passe.
Pour commencer simplement, considérons le cas où le signal à transmettre serait une fréquence pure f , la fréquence porteuse étant F .
A laide dun des nombreux dispositifs imaginés dans ce but, nous allons faire varier lamplitude de F selon une loi sinusoïdale à la fréquence f .
Le spectre hertzien de londe ainsi modulée comporte 3 raies : une raie à la fréquence F (onde porteuse) et 2 raies latérales ; lune à F f, lautre à F + f .
Si, au lieu dune fréquence pure, on veut transmettre un signal complexe occupant une certaine bande de fréquence, par exemple la bande 300 3000 hertz pour une conversation téléphonique, le spectre hertzien comprendra la fréquence centrale F et deux bandes latérales, sétendant de F 3000 Hz à F 300 Hz pour la bande inférieure et de F + 300 Hz à F + 3000 Hz pour la bande supérieure
(jai pris un exemple chiffré, plus parlant que la formule générale).
A la réception, lors du passage dans un dispositif non linéaire (détection) cest le battement entre la fréquence porteuse et les fréquences ou bandes latérales qui permettra de récupérer le signal que lon désirait transmettre.
Les stations de " broadcasting " (radiodiffusion) sur grandes ondes, ondes moyennes et ondes courtes fonctionnent sur ce mode (AM, Amplitude Modulation), en raison de la simplicité de la réception. Son inconvénient est lencombrement de lespace hertzien : chaque station occupe une bande totale égale à deux fois la plus haute fréquence du signal à transmettre. En outre, une part importante de la puissance démission est consacrée à la porteuse, indispensable, mais ne véhiculant aucune information, servant simplement de " clef " de démodulation.
Toute linformation étant contenue dans chacune des bandes latérales, il est apparu tentant de némettre quune seule de ces bandes, en supprimant lautre bande et la porteuse ; ainsi est né le mode démission en Bande Latérale Unique (BLU), en anglais Single SideBand (SSB).
Les avantages sont évidents : réduction de lencombrement hertzien au strict minimum et réduction importante de la puissance nécessaire à lémission. Mais au prix dune complication des émetteurs et des récepteurs.
A lémission, la conservation dune seule bande latérale demande une circuiterie complexe et lutilisation de filtres à hautes performances.
A la réception, cette porteuse, indispensable pour la démodulation et que lon na pas transmise, il va falloir la fournir : un petit oscillateur local y pourvoira, mais sa fréquence doit être ajustée avec une grande précision, car tout écart de fréquence par rapport à la porteuse dorigine décale dautant les fréquences audio du signal récupéré, et leffet, notamment sur la voix humaine, est fort désagréable.
Malgré ces complications, les émissions en BLU se sont imposées partout où lon cherche à transmettre une information (au sens courant du terme) sans se soucier beaucoup de la qualité de reproduction : vacations avec les navires en mer et bulletins météo, agence de presse, radio-amateurs.
Modulation de Fréquence
Le but des émissions en modulation de fréquence est opposé, au moins en ce qui concerne les stations de " broadcasting " : on recherche une grande fidélité de transmission, au prix dun grand encombrement de lespace hertzien. Un autre avantage est une quasi complète insensibilité aux parasites domestiques et industriels, qui gâchent souvent les réceptions en AM.
Pour émettre en FM, on laisse constante lamplitude de londe émise, mais cest sa fréquence que lon fait varier de part et dautre dune fréquence centrale, à la fréquence du signal modulant, lexcursion de fréquence par rapport à la fréquence centrale étant proportionnelle à lamplitude du signal modulant.
Le spectre émis est beaucoup plus complexe et plus étendu quen modulation damplitude : même si le signal modulant est réduit à une fréquence pure, au lieu des 3 raies de la modulation damplitude, on observe un grand nombre de raies (théoriquement, ce nombre est infini), de part et dautre de la fréquence centrale, espacées de la fréquence modulante, les amplitudes de ces raies étant régies par la suite des fonctions de Bessel de type J appliquées à lindice de modulation, cest à dire au quotient de lexcursion de fréquence par la fréquence modulante.
Cest lindice de modulation qui détermine les amplitudes respectives des diverses raies, qui deviennent négligeables lorsque lindice de la fonction J dépasse nettement lindice de modulation ; comme celui-ci est dautant plus grand que la fréquence à transmettre est plus basse, on voit que les basses engendreront un spectre à nombreuses raies rapprochées, les aigües un spectre à raies moins nombreuses, mais plus éloignées. Dans tous les cas, le spectre est beaucoup plus large quen modulation damplitude.
On va se demander pourquoi on utilise ce mode de modulation qui exige considérablement plus despace hertzien ; il y a deux raisons essentielles.
Dabord, comme on ne sintéresse quà la fréquence de londe et pas à son amplitude, on pourra, à la réception, amplifier autant quon voudra sans se soucier de linéarité et on fera passer le signal dans un limiteur qui lui donnera une amplitude constante et par là-même éliminera la quasi-totalité des parasites.
Ensuite, la détection de la modulation damplitude introduit des distorsions, dautant plus grandes que la profondeur de modulation est plus grande ; en effet, lefficacité des redresseurs, quels quils soient, varie avec lamplitude du signal ; or cette amplitude varie beaucoup lorsque la profondeur de modulation sapproche de 100 %, valeur quil est interdit de franchir, mais que les stations émettrices cherchent à " tangenter " lors des fortissimi pour améliorer leur portée.
La détection de la modulation de fréquence se fait à laide de dispositifs tels que discriminateurs ou détecteurs de rapport, qui utilisent eux aussi des redresseurs, mais la variation damplitude est toujours faible et la distorsion de ce fait insignifiante.
La grande largeur de spectre exigée par ce mode impose quon émette sur des fréquences élevées ; la " bande FM " va de 88 à 108 MHz ; ce sont donc des ondes denviron 3 mètres, dont la portée est réduite, vite limitée par la sphéricité de la Terre et le relief ; ceci permet de loger dans la bande tout un réseau de stations, en prenant soin que les stations géographiquement proches soient suffisamment écartées en fréquence (et réciproquement).
Le plan établi fonctionne de façon satisfaisante lorsque tout le monde respecte les allocations de fréquence et lexcursion maximale autorisée, ce qui nest pas toujours le cas pour certaines stations privées. De grosses perturbations sont aussi observées en cas de propagation anormalement bonne, due à des conditions atmosphérique formant " guide dondes ". Alors, une station éloignée, voire étrangère, se substitue tout à coup à la station que vous êtes en train découter. Les radio-amateurs se précipitent aussitôt à leurs appareils, espérant bénéficier de ce " coup de propag "pour faire quelques contacts lointains.
Modulation de phase
Ce troisième paramètre est différent des deux précédents : en effet, si lamplitude et la fréquence sont signifiantes par elles-mêmes, la phase na de sens que par rapport à une référence de phase. Autant la différence de phase entre deux fonctions sinusoïdales de même fréquence est significative, autant la phase dune onde solitaire est dépourvue de sens. On peut néanmoins transmettre de linformation en faisant varier la phase de londe émise, la référence de phase étant la phase de londe à linstant précédent. On obtient ainsi une modulation de fréquence pendant que la phase est en train de changer. Mais cet effet est proportionnel à la vitesse de variation de phase et non à son amplitude ; il en résulte que lefficacité est dautant meilleure que la fréquence modulante est plus élevée, avec une pente de 6 dB par octave. Ce mode est rarement utilisé pour transmettre de la parole ou de la musique, mais de petits " sauts de phase " de la porteuse dune émission en modulation damplitude peuvent servir à transmettre une autre information : ainsi France-Inter grandes ondes transmettait, et sans doute transmet toujours des informations digitales et notamment lheure officielle, la date, etc
Fréquences et longueurs dondes
Rappelons la définition de la longueur donde : cest la distance parcourue par londe pendant une période, doù lambda = v x T.
Dans le cas présent, la vitesse est celle de la lumière, que les scientifiques désignent conventionnellement par c. Et comme la période est linverse de la fréquence, on a : lambda = c / f.
Selon les dernières mesures, c = 299 792 km par seconde (dans le vide).
Mais on prend couramment c = 300 000 km (ou 300 Mm) par seconde.
Passons en revue rapidement les bandes de fréquences hertziennes ;les longueurs dondes varient évidemment en sens inverse des fréquences.
Partons des fréquences les plus basses.
La plus basse que je connaisse utilisée en télécommunication est 6 kHz ! En plein dans les fréquences audibles ! Elle a été utilisée, et lest peut-être toujours, par les américains pour transmettre des ordres à leurs sous-marins nucléaires, seules des fréquences aussi basses pouvant pénétrer assez loin dans leau de mer. Lénorme longueur donde (50 km) impose des antennes gigantesques, tendues entre des pics montagneux.
Sans aller aussi loin en longueur donde, au temps où lon commençait a utiliser la TSF à des fins commerciales et alors que les amateurs navaient pas encore démontré la réflexion des ondes courtes sur les couches ionisées stratosphériques, on pensait contourner la rotondité de la Terre par diffraction et pour cela ce fut la course aux grandes longueurs donde. Lémetteur de La Croix dHins travaillait sur 22 500 m avec une puissance considérable qui lui permettait de traverser lAtlantique.
De nos jours, la fréquence " grand public " la plus basse que je connaisse est celle de la station allemande DCF 77, qui, sur 77,5 kHz (3871 m), diffuse lheure officielle du fuseau horaire où nous sommes.
Vient ensuite la gamme " grandes ondes " ou " ondes longues " (LW), qui sétend de 150 à 250 kHz environ (2000 à 1200 m) ; elle semble être une spécialité de lEurope occidentale et ne peut contenir, dans ses 100 kHz, que quelques stations : Allouis (France-Inter), Europe 1, Droitwitch (BBC), Radio Monte-Carlo, Radio Télé Luxembourg. Ces stations sont très puissantes et couvrent lEurope occidentale.
Lavantage des " ondes longues " est une grande régularité de propagation ; il ny a pas de " fading " (affaiblissement ou disparition momentanée du signal), pas deffet " jour-nuit ". Inconvénient : le faible espace hertzien disponible.
Au-dessus, de 250 à 400 kHz environ (1200 à 750 m) se trouve la gamme des radio-phares, ou plutôt des radio-balises utilisées en aide à la navigation maritime et aérienne.
De 440 à 480 kHz se trouve un espace réservé aux " fréquences intermédiaires " utilisées dans les récepteurs à changement de fréquence (donc la quasi-totalité des récepteurs actuels).
Vient ensuite, de 500 à 1500 kHz (600 à 200 m) la gamme " ondes moyennes " (MW), anciennement appelées " petites ondes ", sur laquelle travaillent de nombreuses stations de radiodiffusion. La propagation de ces ondes est bien meilleure de nuit que de jour et, lorsque la distance est assez grande, la réception est souvent affectée de " fading ". Aussi, ces stations ont-elles le plus souvent une destination régionale.
En dessous de 200 m de longueur donde sétend le vaste domaine des " ondes courtes ", qui fut, dans un premier temps, abandonné aux amateurs, jusquà ce que ceux-ci montrent que, sur ces fréquences, des stations de faible puissance peuvent porter très loin, voire aux antipodes. On sempressa, bien entendu, de reprendre aux amateurs la quasi totalité dun domaine aussi intéressant et on les confina dans quelques bandes bien délimitées.
Les ondes courtes doivent leurs étonnantes propriétés de propagation à des réflexions successives sur les couches ionisées de la haute atmosphère et la surface du globe (notamment les océans). Malgré lincertitude de cette propagation, qui dépend beaucoup du " vent solaire " (flux de particules émanant du Soleil), ces fréquences ont été très utilisées par des stations commerciales et les agences de presse ; elles sont maintenant quelque peu délaissées dans ces fonctions au profit des liaisons par satellite ; mais elles gardent un rôle essentiel pour la radiodiffusion vers les pays éloignés, pour garder le contact avec danciennes colonies ou dans un but de propagande. En effet, un récepteur bon marché et un bout de fil dantenne permet de les capter à peu prés partout dans le monde. La plupart des nations ont de puissants émetteurs sur ondes courtes, avec des antennes directives, et émettent vers des régions privilégiées selon lhoraire le plus favorable.
Le domaine des ondes courtes sétend donc de 1,5 à 50 MHz environ. Dans cet espace " décamétrique ", il y a 6 bandes " amateurs " et en outre la Citizen Band (27 MHz, 11 m).
Au-delà, on entre dans le domaine des ondes métriques et des VHF (Very High Frequencies). Les étonnantes propagations des ondes courtes disparaissent et les ondes métriques ont des applications à distance relativement courte. Nous avons vu plus haut la bande FM (88 à 108 MHz, 3.40 à 2.77 m).
De 108 à 136 MHz se trouvent les bandes Aviation : de 108 à 118 MHz, les fréquences sont réservées aux dispositifs de radionavigation (VOR et ILS) ;de 118 à 136 MHz, ce sont les fréquences de communication entre les avions et les tours de contrôle.
Au delà des VHF se trouvent les UHF (Ultra High Frequencies), ondes décimétriques qui véhiculent notamment les programmes de télévision ; jai un point de repère : le canal 22 correspond à 479.5 MHz (62 cm).
Au-dessus des UHF se trouvent les SHF (Super High Frequencies) ; je ne sais pas où se situe la frontière officielle entre ces deux domaines ; je ne sais pas non plus si les fréquences utilisées par les téléphones cellulaires sont situées dans le haut des UHF ou dans le bas des SHF.
Une fréquence de ce domaine a de limportance pour les astronomes : la raie à 21 cm (1.43 GHz) émise par les nuages ténus dhydrogène dans le cosmos.
Les " micro-ondes " de nos fours du même nom ont une fréquence de 2.45 GHz, choisie parce quelle correspond à une bande dabsorption de leau liquide.
Du temps où je les côtoyais, les radars (les vrais, pas les cinémomètres des gendarmes) travaillaient sur deux bandes : la bande 10 cm (3 GHz) et la bande 3 cm (10 GHz). A ces fréquences, les câbles coaxiaux ont des pertes trop élevées et il faut recourir aux " guides dondes ", tuyaux en cuivre de section rectangulaire ou circulaire de dimension calculée selon la fréquence à transporter. Le technicien radio se double alors dun plombier !
Les radio-télescopes scrutent les émissions radio des étoile et autres objets, parfois invisibles, sur diverses longueurs dondes ; plus elles sont courtes, plus la localisation de lobjet peut être précise.
Enfin, pour terminer cette longue énumération, signalons que le fameux " rayonnement fossile " à 3° K présente son maximum dénergie vers 1 mm de longueur donde.
Réception des ondes hertziennes
Nous ne pouvons pas quitter le domaine hertzien sans dire quelques mots de lévolution des récepteurs, principalement " grand public ".
Après lépoque héroïque des " postes à galène ", mais sans toutefois les faire disparaître immédiatement, apparurent les postes à lampes. Après la guerre de 14-18, les lampes TM furent disponibles. Elles exigeaient un chauffage en courant continu (4 V, 0.7 A) que seule une batterie daccumulateurs pouvait fournir ; doù la nécessité de recharger cette batterie et toutes les sujétions de son entretien. La tension anodique était fournie par une batterie de piles sèches, onéreuses.
Le récepteur à lampes type de lépoque était le montage C119 : une amplificatrice HF, une détectrice à réaction et deux amplificatrices BF. Les lampes étaient montée sur le dessus du coffret ; les bobinages interchangeables, en " nids dabeille " étaient disposés sur la face avant, ainsi que les deux condensateurs variables daccord. Le réglage de lappareil était délicat et ceux qui se lançaient dans cette aventure étaient assez peu nombreux.
Vers 1925 apparurent les lampes à faible consommation, dix fois moins gourmandes en chauffage, ce qui aida à la diffusion de la TSF, qui restait cependant une activité assez coûteuse et astreignante.
La sensibilité des récepteurs
devint vite suffisante pour permettre dutiliser comme aérien
un cadre et non plus une antenne extérieure ; ce qui
frappait davantage lesprit des gens, car lantenne
ressemblait encore au fil du téléphone
(
Dessin de Blandine, 23 ko).
L'apparition des bigrilles et des lampes à écran
généralisa les récepteurs à changement
de fréquence, plus sélectifs et encore plus sensibles,
ce qui permit de réduire les dimensions du cadre.
Mais il fallait toujours des accumulateurs et des piles et les
réglages étaient difficiles.
La grande diffusion de la radio eut lieu vers 1930, en même temps que le cinéma parlant, lorsquon disposa des lampes " secteur ", à chauffage indirect, qui prirent leur énergie sur le secteur, rendant inutiles les accumulateurs et les piles.
Comme la radio pénétrait dans beaucoup de foyers, il fallut en rendre les réglages plus faciles : les ingénieurs durent donc étudier la " commande unique ", qui nous semble aller de soi, mais posa pas mal de problèmes, surtout en Europe où nous avions une gamme grandes ondes en plus de la gamme " petites ondes ", comme on disait alors.
En même temps apparurent les haut-parleurs électrodynamiques, qui supplantèrent rapidement les anciens appareils magnétiques ; leur qualité de reproduction rendit lauditeur plus exigeant et lon commença à sinquiéter de la fidélité de la reproduction. Et dabord, comment concilier sélectivité et restitution des fréquences aigües ? La courbe de sélectivité idéale serait rectangulaire, aux flancs aussi abrupts que possible et de largeur deux fois la plus haute fréquence à recevoir ; nous avons vu plus haut que cette largeur avait été fixée à 9 KHz. Mais les circuits résonnants donnent de courbes " en cloche ", loin de la forme idéale.
Heureusement, deux circuits accordés couplés plus que le couplage critique donnent une courbe " en dos de chameau " ; en combinant cette courbe à deux bosses avec celle dun circuit unique, on peut se rapprocher de la courbe idéale, à la condition que les surtensions des circuits et leur couplage soient très soigneusement étudiés.
Ce qui milita fortement en faveur des récepteurs à changement de fréquence, car ces conditions pouvaient être réalisées sur la fréquence intermédiaire, fixe, beaucoup plus aisément que sur la fréquence incidente, où il était pratiquement impossible de les maintenir sur toute la gamme.
Du côté des fréquences graves, on se mit à rechercher la puissance nécessaire en créant des lampes finales plus puissantes, soit triodes, soit pentodes et lon sefforça de corriger leurs distorsions par la contre-réaction.
Après la seconde guerre mondiale, apparurent les émissions en modulation de fréquence. Ce fut en partie sous linfluence des allemands, à qui on avait interdit toute émission en ondes longues et moyennes et qui concentrèrent leurs efforts sur les UKW (Ultra Kurtz Wellen), sur des fréquences de lordre de celles utilisées aujourdhui par la FM. Les premiers récepteurs FM à lampes exploitaient à fond les possibilités de ce mode : il y avait de nombreux étages damplification suivis dune limitation efficace et dun discriminateur ; la réjection des parasites était excellente. Comme il y avait peu de stations, on pouvait admettre une largeur de bande importante et la fidélité offrait un contraste saisissant avec le son quelque peu cotonneux des réceptions AM. En contrepartie, ce régal était réservé à ceux qui étaient près dune des rares stations FM.
La seconde révolution dans la réception radio " grand public " fut lintroduction des transistors. Inventé en 1948, cet amplificateur issu de la physique des solides mit quelques années à se débarrasser de ses défauts de jeunesse.
Ne nécessitant pas de chauffage et pouvant travailler sous des tensions de quelques volts, il révolutionna dabord le domaine des récepteurs portatifs, au point que ceux-ci furent bientôt (très improprement) appelés " transistors ". Les fabricants de piles, qui avaient vu leur activité réduite par lapparition des lampes secteur, retrouvèrent le sourire, car le nombre des récepteurs portatifs augmenta considérablement en même temps que leur encombrement diminuait (au détriment de la qualité sonore, car la restitution des fréquences basses demanderait des haut-parleurs de taille convenable) Puis, petit à petit, les transistors supplantèrent les lampes dans toutes leurs applications, à lexception des puissances très importantes, comme les émetteurs de radiodiffusion. Bien quun certain intérêt se manifeste, de nos jours, chez certains mélomanes, pour les bons vieux amplis à lampes
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