L06B Lignes de transmission

Transcription

1 «Câble Coaxial» Le type de ligne de transmission la plus fréquemment utilisée pour véhiculer la radiofréquence entre les appareils radio, les antennes et les accessoires. Fait de deux conducteurs concentriques séparés par un diélectrique. Le conducteur extérieur peut être tressé ou solide. «Ligne Parallèle» Type de ligne faite de deux conducteurs identiques gardés côte à côte avec une séparation constante par une enveloppe de plastique; connue sous le nom de ligne bifilaire, c est le type de ligne que l on trouvait derrière les antennes du genre «oreilles de lapin» (TV). «Ligne Ouverte» Le plus ancien type de ligne : deux fils conducteurs maintenus à distance uniforme par des isolateurs ("spreaders") à intervalles réguliers. La Banque de Questions la nomme aussi «en échelle» ("ladder line"). «Impédance Caractéristique, Z 0» On ne peut pas raccorder une antenne à un appareil radio avec le premier bout de fil qui nous tombe sous la main. L impédance de l antenne doit être adaptée à l impédance nominale (choisie par le concepteur) de l appareil radio. Pour maintenir cette adaptation d impédance de l antenne jusqu à l appareil, une ligne de transmission d Impédance Caractéristique (Z 0 ) adéquate doit être utilisée. Avant de définir formellement Z 0, disons simplement que pour raccorder une antenne d une impédance de 50 ohms à un émetteur-récepteur conçu pour fonctionner avec une antenne de 50Ω, vous devrez utiliser une ligne de transmission dont l Impédance Caractéristique (Z 0 ) est de 50Ω. De cette façon, l adaptation d impédance est maintenue quelque soit la longueur de la ligne. [ Les branchements entre câble, téléviseur et magnétoscope ("VCR") sont faits avec du câble coaxial de 75 ohms en accord avec la conception de ces appareils. ] Définitions ( 2 pratiques, 2 théoriques ) : 1. L impédance que l on mesure à l entrée d une ligne dont l autre extrémité est branchée à une résistance de valeur égale à l Impédance Caractéristique. 2. La valeur d une résistance placée en bout de ligne qui absorberait 100% de la puissance acheminée. 3. L impédance que l on mesure à l entrée d une ligne de longueur infinie. 4. La valeur d une résistance placée en bout de ligne qui donnera l impression que la ligne est de longueur infinie. VE2AAY Page 1 sur 6

2 Interprétations : 1. Si une ligne de transmission est terminée par une impédance équivalente à son Impédance Caractéristique, cette même valeur d impédance apparaîtra à l entrée de la ligne et, ce, sans égard à la longueur de la ligne. 2. Si une ligne est terminée par une impédance de valeur autre que l Impédance Caractéristique, un certain pourcentage de l énergie acheminée sera réfléchi vers l émetteur : nous n aurons pas livré 100% de l énergie disponible. 3. Si une ligne était de longueur infinie (d ici jusqu au bout de l univers!), aucune puissance ne pourrait être réfléchie; nous aurions l impression que 100% de la puissance aurait été livrée. 4. Si une ligne de transmission est terminée par une impédance équivalente à son Impédance Caractéristique, 100% de la puissance acheminée y est absorbée, aucune réflexion n est présente donnant l impression que la ligne est de longueur infinie. La deuxième définition fait allusion au fait qu une désadaptation entre l impédance en bout de ligne et l Impédance Caractéristique provoque la réflexion d une partie de l énergie vers la source (détails à venir plus loin). «Facteurs influençant l Impédance Caractéristique, Z 0» L Impédance Caractéristique est déterminée par la dimension et l espacement des conducteurs et, dans un moindre degré, par le genre de diélectrique séparant les conducteurs. Câble Coaxial : Le rapport des diamètres du conducteur extérieur au conducteur intérieur (et le choix de diélectrique) détermine l Impédance Caractéristique. Des câbles de différents diamètres extérieurs peuvent donc avoir la même Impédance Caractéristique pourvu que le conducteur intérieur a la dimension requise. Lignes Parallèles (bifilaire et ouverte) : le diamètre et l espacement des conducteurs (et le choix de diélectrique) déterminent l Impédance Caractéristique. Par exemple, la ligne bifilaire de télévision à une Impédance Caractéristique de 300 ohms, les Lignes Ouvertes ont des Z 0 jusqu à 600 ohms, tandis que les coaxiaux typiques ont des Z 0 de 50 ou 75 ohms. Ne vous laissez pas tromper : la longueur de la ligne et la fréquence d opération n ont aucun effet sur l Impédance Caractéristique. «Délai de propagation» La radiofréquence voyage sur les lignes de transmission à une vitesse inférieure à la vitesse de la lumière : c est-à-dire à une fraction de 300,000 km/seconde [ un coefficient de vélocité entre 60 et 95%]. VE2AAY Page 2 sur 6

3 «Ligne Symétrique» Les lignes parallèles sont appelées symétrique (équilibrée ou «balancée») parce qu aucun des conducteurs n est relié à la terre ("ground"). La tension véhiculée n est présente qu entre les deux conducteurs. La ligne bifilaire et la ligne ouverte sont symétriques. «Ligne Asymétrique» Sur un câble coaxial, le conducteur extérieur est relié à la masse alors que le conducteur central est à un potentiel plus élevé que la terre. Le coaxial est une ligne asymétrique («non-balancée»). «Symétriseur» En anglais, on le nomme "Balun" ("BALanced-to-UNbalanced adapter"). Le symétriseur sert d interface entre des circuits symétriques et asymétriques : par ex., Entre une ligne asymétrique et une antenne symétrique (un câble coaxial et une antenne dipôle), Entre une ligne asymétrique et une autre section de ligne symétrique. «Transformation d impédance» Dans certaines applications, le symétriseur pourra aussi effectuer une transformation d impédance en plus de servir d interface symétrique/asymétrique : Un symétriseur 6:1 pour adapter 300 ohms à 50 ohms, Un symétriseur 4:1 pour adapter 300 ohms à 75 ohms ou 200Ω à 50Ω. Un simple symétriseur 1:1 n affecte pas l impédance. «Pertes dans les lignes de transmission» La perte d énergie dans une ligne est exprimée par un nombre de décibels par unité de longueur. Les manufacturiers américains parlent de décibels par 100 pieds. Pour un type de ligne donnée, Plus la ligne est longue, plus la perte est importante ( proportionnellement ). Plus la fréquence d opération est élevée, plus la perte est importante. En langage clair, assurez-vous que vos lignes de transmission ne soient pas beaucoup plus longues qu il ne le faut et choisissez des lignes avec pertes faibles si vous travaillez à très haute fréquence. Différents types de ligne en ordre croissant de pertes : Ligne Ouverte (pertes les plus faibles). Ligne Bifilaire. Câble Coaxial ( pertes les plus élevées 1 ). 1 À moins d utiliser des câbles coaxiaux surdimensionnés et dispendieux. VE2AAY Page 3 sur 6

4 «Adaptation d impédance» Idéalement, la charge branchée à l extrémité d une ligne de transmission doit être d une impédance égale à l Impédance Caractéristique de la ligne. Dans ce cas, toute la puissance acheminée à la charge y sera absorbée. Vous vous souviendrez que c est une des définitions de l Impédance Caractéristique: une impédance qui absorbe 100% de la puissance disponible. «Désadaptation d impédance ou défaut d adaptation d impédance» Si l impédance de la charge raccordée à l extrémité d une ligne est différente de l Impédance Caractéristique de la ligne ou si elle comprend une partie de réactance, un pourcentage de l énergie arrivant à la charge sera réfléchi vers la source : une perte supplémentaire (au-delà de la perte inhérente de la ligne) apparaît. «Onde Stationnaire» Avec un défaut d adaptation, deux signaux voyagent sur la ligne, l onde incidente (de la source vers la charge) et l onde réfléchie (par la charge vers la source). Les valeurs instantanées de ces ondes en un point donné vont parfois s additionner et donner naissance à une crête de voltage ou encore partiellement s annuler pour donner naissance à un creux de voltage. Le terme stationnaire dans onde stationnaire vient du fait que ces crêtes et ces creux de voltage apparaissent à des positions fixes et se répètent à toutes les demi-longueurs d onde. Selon l importance du défaut d adaptation (et donc de la réflexion) et la puissance en jeu, il se peut qu une crête de voltage excède les spécifications de la ligne de transmission ou des composantes de l amplificateur de puissance de l émetteur; des dommages pourraient s en suivre. Quand l impédance en bout de ligne est bien adaptée à l Impédance Caractéristique, il n y a pas d Onde Stationnaire [ le voltage le long de la ligne est uniforme], le transfert d énergie est maximisé. «Rapport d Onde Stationnaire» La mesure du rapport entre les crêtes et les creux de voltage donne une indication, le ROS ("Standing Wave Ratio", SWR). Le ROS est exprimé comme un ratio : par ex., 1:1, 2:1, 3:1, etc. Si la charge raccordée en bout de ligne est purement résistive (aucune réactance), le rapport de l impédance de la charge à l Impédance Caractéristique équivaut au ROS : par ex., une charge de 200Ω au bout d une ligne de 50Ω provoquera un ROS de 4:1. VE2AAY Page 4 sur 6

5 «ROS-mètre» Un instrument capable de mesurer le Rapport d Onde Stationnaire. La lecture de l instrument est calibrée directement en Rapport d Onde Stationnaire. Le ROS-mètre ("SWR meter") mesure degré d adaptation entre la ligne de transmission et l antenne. La lecture du ROS-mètre indique le degré d adaptation entre l émetteur et le système d antenne : 1:1 ( 1 à 1 ) = une adaptation parfaite, 1.5:1 ( 1.5 à 1 ) = une adaptation acceptable, 3:1 ( 3 à 1 ) = une adaptation inadéquate qui augmente les pertes. «Lectures ROS hors de l ordinaire» Un ROS très élevé pourrait être une indication que la ligne de transmission est carrément court-circuitée ou ouverte (dans quels cas 100% de l énergie est réfléchie). Un ROS erratique ( en dents de scie ) indiquerait la présence d un mauvais branchement intermittent. «Adaptateur d impédance» En cas de défaut d adaptation d impédance, il faudra ajouter un adaptateur d impédance ou transformateur d impédance correctement conçu à l endroit où la désadaptation se manifeste : Entre la ligne et l antenne, Entre l émetteur et la ligne. Comme toujours, l adaptation d impédance assure le transfert maximum d énergie. VE2AAY Page 5 sur 6

6 «Caractéristiques, lignes parallèles» Ont les pertes les plus faibles, Sont affectées par la présence de glace ou de neige et la proximité d objets métalliques, Ont une Impédance Caractéristique élevée, Peuvent supporter de hauts voltages et de hauts ROS, Par contre, une adaptation d impédance sera nécessaire avec les émetteurs typiques. «Caractéristiques, câble coaxial» Pas affecté par les objets métalliques (à cause de son blindage), Peut être enterré, N est pas affecté par les intempéries, Est naturellement adapté aux émetteurs typiques, Par contre, ses pertes sont plus importantes. «Coaxiaux typiques» Le RG-213, d un diamètre de 10 mm environ (un peu moins de ½ pouce) est fréquemment utilisé. Le RG-58, d un diamètre de 5 mm ( près de ¼ pouce ) peut servir pour de courtes distances. «Connecteurs Coaxiaux» Le PL-259 est le connecteur mâle le plus utilisé en HF et 2m. Il est de dimensions adéquates pour le câble RG-213. Le connecteur N est le meilleur choix sur VHF et UHF. Le connecteur SMA est commun sur les émetteurs portables récents. Le connecteur BNC est commun sur les émetteurs portables anciens. VE2AAY Page 6 sur 6