L’émission, synoptique d’un émetteur, les antennes

L’émission TV :

Le centre d’émission est doté de deux appareillages distincts, l’un pour le sont, l’autre pour la vidéo (car transmission simultanée de deux signaux différents : le son et l’image animée).

Nous avons donc un émetteur son à modulation d’amplitude ou de fréquence(selon le cas) , et un émetteur vidéo à modulation d’amplitude. Le premier sera relié aux microphones de prise de son, le second aux télé caméras de prise de vues avec un dispositif prévu pour la génération des signaux de synchronisation.

Les courants à haute fréquence des étages finaux des deux émetteurs sont superposés dans un circuit spécial : DUPLEXEUR et envoyés simultanément à l’ensemble rayonnant : ANTENNES EMETTRICES.

La (figure 1) montre le schéma synoptique d’un centre de transmission TV. On y voit le générateur des signaux de synchronisation, élément essentiel et caractéristique de la transmission vidéo, qui fournit aux télé caméras du studio(généralement au nombre de trois), les tops de balayage et de synchronisation pour l’analyse de l’image.

Le fonctionnement des caméras est réglé par une cabine spéciale(régie) qui choisit l’image, c’est à dire qui prélève le signal de l’une ou de l’autre des caméras de façon à faire varier l’angle de prise de vues, ou bien à mélanger les signaux de deux caméras pour obtenir des effets de scène (superposition d’images ou vision simultanée de deux scènes différentes.

Parallèlement aux caméras, il y a les microphones, ceux ci sont toujours au nombre de 3 ou 4, de sorte que les sons recueillis puissent être correctement mélangés par l’ingénieur du son, pour la meilleure audition possible, comme on le pratique dans les émissions radiophoniques.

Le signal vidéo délivré par la caméra est encore amplifié par l’amplificateur vidéo fréquences puis envoyé, par l’intermédiaire d’un relais radio ou d’un câble coaxial, à l’émetteur.

L’ensemble microphones, caméras, générateur de synchronisation, amplificateur vidéo et son, ainsi que les appareils éventuels de relais radio et toutes les alimentations correspondantes, sont groupés dans le STUDIO.

Le studio doit aussi permettre l’utilisation de projecteurs pour la transmission des films et être éventuellement en liaison avec les centres mobiles de prise de vues en extérieur.

Les centres de prise de vues en extérieur sont équipés d’un générateur de signaux de synchronisation, de 2 ou 3 caméras, d’un service mise en onde et d’un petit relais radio pour la liaison avec le studio le plus proche. Les appareils sont montés dans un grand car où sont aussi installés les groupes électrogènes fournissant le courant électrique.

L’émetteur, disposé dans des endroits élevés et quelquefois très loin du studio, engendre les porteuses son et vidéo, et les modules avec les signaux provenant du studio, puis après les avoir mélangés dans le duplexeur , les rayonne dans l’espace.

L’émetteur vidéo :

La (figure 2 ) donne le schéma synoptique d’un émetteur vidéo.

Il est constitué par un oscillateur pilote suivi de plusieurs étages amplificateurs et multiplicateurs de fréquence, d’un modulateur et éventuellement d’autres étages amplificateurs de puissance qui, par l’intermédiaire d’un dispositif spécial appelé DUPLEXEUR, alimentent l’antenne.

Le signal vidéo créé dans les studios arrive à l’émetteur après un parcours souvent assez long, effectué par câble coaxial ou relais Hertzien. Avant de l’envoyer au modulateur, il est nécessaire de l’amplifier énergiquement et de le régénérer pour éliminer les distorsions qu’il peut avoir subies. C’est opérations se font dans un amplificateur spécial dit STABILISATEUR.

1) Amplificateur stabilisateur

Quand le signal vidéo arrive à l’émetteur, il peut être quelque peu déformé, soit parce qu’habituellement, la composante alternative seule est transmise le long des câbles de liaison entre studio et émetteur, soit parce que, dans la liaison entre les relais Hertzien, des phénomènes de propagation interviennent qui introduisent des distorsions. Ces déformations entraînent une image défectueuse, et des difficultés de synchronisation quand les impulsions de synchronisation sont très distordues.

Le but de l’amplificateur stabilisateur est d’amplifier le signal vidéo jusqu’à le porter à l’amplitude requise par le modulateur, et de corriger les déformations du signal même. En principe, aucune correction n’est possible sur le signal vidéo véritable, on ne peut que contrôler le niveau du noir du signal. En ce qui concerne les signaux de synchronisation, on peut les régénérer complètement, en les amplifiant et en les écrêtant, jusqu’à les ramener à leur forme d’onde d’origine.

2) Etage modulateur

Le signal vidéo après avoir été régénéré, est envoyé à l’étage modulateur pour moduler en amplitude la porteuse. Les étages modulateurs utilisés en TV fonctionnent sur le même principe que celui des modulateurs dans les émetteurs radio AM ; l’unique différence est que maintenant la plus haute fréquence qui module la porteuse est d’une dizaine de MHz au lieu de 4,5kHz.

La modulation d’amplitude s’obtient en envoyant à l’étage modulateur la porteuse à haute fréquence et le signal de modulation ; l’étage modulateur peut être considéré comme un amplificateur HF dont le gain est contrôlé par la tension du signal de modulation. Si le gain varie proportionnellement à la tension du signal qui le module, la tension HF de sortie variera en amplitude avec la même allure que celle de (la figure 3).

3) Etages à haute fréquence

Les étages à haute fréquence d’un émetteur de télévision peuvent se diviser en trois types (figure 2) : l’étage pilote, les étages amplificateurs et multiplicateurs de fréquence qui précèdent le modulateur, les étages amplificateurs qui suivent le modulateur.

L’étage pilote a pour rôle d’engendrer une fréquence très stable, puisque c’est d’elle que dépend la fréquence de la porteuse qui doit satisfaire à de sévères normes internationales pour éviter qu’une éventuelle variation de fréquence, même minime, ait pour conséquence que les bandes latérales viennent se superposer à celles des canaux adjacents en les brouillant.

Comme les fréquences des porteuses de télévision sont très élevées( supérieure à 50MHz), l’étage pilote n’engendre normalement pas directement la fréquence de la porteuse, mais une fréquence sous multiple de celle ci qui est généralement inférieur à 10 MHz .

Cette nécessité est imposée par les caractéristiques des cristaux de quartz employés pour stabiliser la fréquence de l’oscillateur ; la stabilisation de fréquence est due à la propriété que possède une fine lamelle de quartz de vibrer sur sa propre fréquence de résonance mécanique, quand elle est excitée par une oscillation électrique de la même fréquence. Comme la fréquence de résonance mécanique dépend de l’épaisseur de la lamelle de quartz, et est d’autant plus élevée que l’épaisseur est faible, il résulte que la plus grande fréquence d’un quartz dépend de la plus petite épaisseur que l’on puisse atteindre, en compatibilité avec les caractéristiques mécaniques des cristaux de quartz, cette fréquence est de l’ordre de 10 MHz.

L’oscillateur produit donc une fréquence extrêmement stable, mais de valeur inférieure à celle que l’on désire : on obtient cette fréquence en maintenant le cristal de quartz à une température constante au moyen d’un thermostat.

Pour obtenir la fréquence de la porteuse, il faut multiplier la fréquence de l’oscillateur grâce à des étages multiplicateurs de fréquence qui jouent encore le rôle d’amplificateurs.

Ceux ci sont des amplificateurs HF fonctionnant en classe C, dans lesquels les circuits ne sont plus accordés sur la fréquence d’excitation de l’étage, mais sur un multiple de cette fréquence(généralement le double ou le triple). Si on multiplie au delà de 3, les oscillations ne seront plus suffisamment constantes en amplitude ou le rendement de l’étage deviendrait médiocre.

Pour obtenir des fréquences très élevées, on utilise plusieurs étages multiplicateurs( pour obtenir la fréquence de 180MHz, on peut partir de la valeur de 7,5MHz et la multiplier par 24 avec trois étages doubleurs et un étage tri pleur  : 2 x 2 x 2 x 3 = 24).

Si l’on obtient pas encore la fréquence désirée, on rajoute encore d’autres étages de puissance fonctionnant en classe C.

Le signal HF est ensuite modulé par le signal vidéo. Le signal obtenu est envoyé à un amplificateur de puissance fonctionnant en classe A, ou mieux en classe B, dont le rendement est très supérieur car la puissance absorbée est proportionnelle à l’amplitude du signal appliqué. Ces amplificateurs possèdent une large bande passante de façon à laisser passer le signal vidéo avec ses bandes latérales.

Suivant la normalisation du standard de télévision, on élimine partiellement une des bandes latérales, pour réduire la largeur d’ensemble occupée par un canal. Cette élimination est faite par des filtres insérés entre l’étage final et l’antenne. La bande supérieure sera alors amplifiée et la bande inférieure partiellement éliminée ou vice versa, selon que le canal est direct ou inversé (figure 4) .

L’émetteur son

1) Emetteur son à modulation d’amplitude

Un émetteur son est composé de plusieurs étages de multiplication de fréquence et d’amplification, puis d’un étage final en classe C modulé par un amplificateur BF de puissance. Quelquefois, on module un étage avant le final qui lui travaille alors en classe B, surtout si la puissance est importante.

2) Emetteur son à modulation de fréquence

L’emploi de la modulation de fréquence pour la transmission du son modifie sensiblement les schémas traditionnels des émetteurs à modulation d’amplitude.

Deux types d’émetteur télévision sont couramment utilisés :

les émetteurs ou réémetteurs de très grande puissance qui comportent deux émetteurs séparés pour le son et l’image . L’écart entre les deux fréquences d’émission étant de 5,5MHz ou 6,5MHz selon les standards.

Les émetteurs ou les réémetteurs de moyenne et de petite puissance qui n’utilisent qu’un émetteur : la porteuse HF est alors modulé par la vidéo et par une sous porteuse à 5,5MHz ou 6,5MHz modulée en fréquence par le signal basse fréquence. L’économie en énergie consommée est évidente et celle du duplexeur également. La précision nécessaire que ce soit pour l’émetteur ou pour le générateur de sous porteuse est facile à obtenir grâce aux synthétiseurs de fréquence.

Le duplexeur

Le duplexeur est un dispositif permettant de n’utiliser qu’un seul système rayonnant pour les deux émetteurs son et vision sans que l’un n’altère la qualité de l’autre et vice-versa. Ce duplexeur est constitué de cavités ou filtres convenablement disposées, de façon à éviter tout effet d’inter modulation entre les deux émetteurs et à obtenir un minimum de pertes de puissance.

Le schéma de principe d’un duplexeur est représenté (figure 5) .

Il est constitué par un pont formé de deux résistances égales R et R, et de deux réactances X et X , constituées généralement par deux condensateurs de capacité égale : le pont est donc en équilibre. Les sorties des deux émetteurs sont reliées respectivement aux diagonales A-B et C-D.

De cette façon, l’émetteur vision alimente R et R qui absorbent toute l’énergie qu’il fournit( les réactances n’absorbent pas de puissance puisque le courant et la tension sont déphasés en quadrature), tandis qu’entre les points C et D (émetteur son) il n’y a pas de tension vidéo, car le pont, est en équilibre.

En considérant maintenant l’émetteur son, nous voyons qu’il alimente aussi R et R à travers les réactances X et X respectivement, tandis qu’aux points A et B(émetteur vidéo), il n’y a pas de tension son : car pont en équilibre.

Le point D étant connecté à la masse, l’émetteur son à sa sortie dissymétrique , tandis que l’émetteur vidéo à sa sortie symétrique, puisque les points A et B ne peuvent être reliés à la masse.

Sur ( la figure 6) , nous voyons comment l’antenne est alimentée par l’intermédiaire du duplexeur. Les résistances R et R sont remplacées par les impédances caractéristiques des éléments de l’antenne, reliées au duplexeur par l’intermédiaire des adaptateurs A. L’émetteur son, à sortie dissymétrique , est relié directement au points C et D, tandis que l’émetteur vidéo, lui aussi à sortie dissymétrique, alimente les points A et B par l’intermédiaire d’un « balun » ( par l’intermédiaire d’un transformateur à entrée dissymétrique et sortie symétrique). Les réactances X et X sont constituées, par des éléments à constantes réparties, généralement par des éléments de lignes de longueur convenable.

Le système rayonnant

Le système rayonnant est constitué par un ou plusieurs dipôles accordés sur la fréquence centrale du canal, disposés et reliés de façon différente suivant le diagramme de rayonnement et la polarisation que l’on veut obtenir. Précisons qu’un dipôle est une antenne symétrique composée de deux brins égaux situés sur le même axe mais séparés l’un de l’autre par une interruption aux bornes de laquelle se fait l’excitation de l’antenne ( figure 7) .

Le rayonnement d’un tel type d’antenne se fait dans la direction perpendiculaire au conducteur qui le constitue : si le dipôle est disposé horizontalement, on aura un diagramme en forme de huit dans le plan horizontale et un diagramme circulaire dans le plan vertical car, par symétrie, le dipôle rayonne de façon égale dans toutes les directions qui lui sont perpendiculaires (figure 8) .

Un dipôle simple ne convient pas pour une grande zone, d’abord parce qu’il

Ne rayonne pas également dans tout le volume qui l’entoure, ensuite parce qu’une grande partie de l’énergie fournie par l’émetteur est rayonnée vers le haut et vers le bas(zones où l’on ne peut installer d’antennes de réception).

Pour utiliser au maximum l’énergie fournie par l’émetteur, il faudrait permuter entre les deux diagrammes de la (figure 8 ) . De cette façon, on aurait un rayonnement uniforme dans le plan horizontal. Pour cela il suffit de disposer le dipôle verticalement : on obtient dans ce cas des ondes électromagnétiques polarisées verticalement au lieu de l’être horizontalement(système utilisé en France dans le cas de quelques émetteurs et réémetteurs pour éviter des interférences possibles avec d’autres canaux à polarisation horizontale d’une même zone).

Le diagramme de rayonnement d’un dipôle disposé ainsi est représenté

(figure 9) .

On obtient alors un élargissement maximum de l’aire utile desservie par l’émetteur.

Pour obtenir des diagrammes analogues avec des antennes à polarisation horizontale, il faut utiliser des complexes rayonnants formés de plusieurs dipôles reliés et orientés d’une certaine façon.

En combinant deux dipôles, disposés orthogonalement l’un par rapport à l’autre et en les alimentant avec des courants HF déphasés de 90°, on obtient un diagramme de rayonnement dans le plan horizontale de forme presque circulaire comme sur (la figure 10) .

Le système prend le nom d’antenne en croix dont le diagramme de rayonnement est constitué des lobes A et A’ du dipôle 1 et des lobes B et B’ du dipôle 2. L’alimentation des deux antennes se fait de façon très simple en les reliant à l’émetteur par deux câbles séparés, l’un d’entre eux étant plus long que l’autre d’un quart de longueur d’onde : de cette façon, le signal qui parcourt le câble le plus long arrive déphasé de 90° par rapport au signal qui arrive sur l’autre antenne ( figure 11) .

Pour concentrer l’énergie rayonnée dans une zone de hauteur limitée, on utilisera plusieurs dipôles en parallèle distants d’une demi longueur d’ondes (figure 12) et alimentés par des courants en phase.

De cette façon, les ondes émises dans le plan horizontal sont toutes en phases alors que celles émises vers le haut ou le bas s’annulent deux à deux : l’onde émise vers le haut par le dipôle 2, se superpose à celle qui est émise par le dipôle 1, mais avec un retard de ½ période, car elle doit parcourir un trajet plus long, exactement la distance entre deux dipôles qui est égale à ½ longueur d’onde l (figure 12) .

Les deux ondes sont alors en opposition de phase et s’éliminent en donnant un rayonnement vers le haut pratiquement nul.

Une autre caractéristique que doit représenter une antenne TV est celle d’avoir une largeur de bande convenable ce qui s’obtient avec l’antenne papillon.

Pour obtenir en même temps un diagramme circulaire dans le plan horizontal, un diagramme en huit dans le sens vertical et une largeur de bande importante, on pourra donc utiliser une série d’antennes en croix formées de deux systèmes dans lesquels chaque dipôle est remplacé par un élément papillon. Ceci donne naissance à la classique et imposante antenne émettrice de TV de (la figure 13) .

Réseaux de transmission :

Les bases du réseau de télévision sont évidemment les stations d’émission. Celles ci dispersées sur le territoire national d’une manière stratégique, diffusent simultanément un ou plusieurs programmes aux récepteurs situés à l’intérieur des zones respectives qu’ils desservent.

A la différence des premières stations radio, les émetteurs de télévision ne possèdent pas de studio pour la prise de vues. En effet, leur position particulière sur des hauteurs, sommets de collines ou contreforts montagneux, les rend d’accès incommode, et le plus souvent ils sont loin des villes.

Les studios, c’est à dire les locaux où se font les prises de vues et où se contrôlent les documents d’actualité, sont implantés dans les villes importantes. La liaison entre studio et émetteurs, ou de studio à studio, est confiée à un réseau de câbles coaxiaux et de relais radio.

Les émetteurs TV sont répartis en fonction de la propagation des ondes qui obéissent aux lois de l’optique : on étudie sur une carte topographique un emplacement qui permette de desservir le plus grand nombre d’utilisateurs. Ainsi, les collines au milieu des plaines ou les crêtes montagneuses descendant vers les plaines, constituent les points préférés pour l’emplacement d’un émetteur TV(exemple le Mont Pilat qui est un massif boisé de la bordure du Massif Central à 1 434 m au dessus du niveau de la mer).

Les antennes sont construites de telle sorte que le rayonnement d’émission atteigne son maximum d’intensité dans le sens horizontal, l’énergie rayonné vers le haut demeurant inutilisable. En langage technique, on dit que l’angle zénithal de rayonnement doit être très petit et même négatif, parce que les stations sont plus hautes que les antennes réceptrices ;

Dans les stations TV, on veille à ce que le signal télévisé à l’arrivée ait une forme correcte et avec ce signal on module l’émetteur local proprement dit. Simultanément par réseau radio ou par câble, arrive aussi le son dont on doit moduler la porteuse, en l’associant au signal télévisé.

Au cours de la transmission, on contrôle continuellement la forme d’onde de la HF, modulée au moyen de l’oscilloscope. Pour plus de sécurité un récepteur normal de télévision, installé avec les précautions nécessaires pour ne pas souffrir d’un champ électromagnétique trop puissant, sert d’élément témoin permettant de surveiller la qualité de l’émission : on l’appelle récepteur Moniteur ou Pilote.

Durant le fonctionnement de l’émetteur, s’établit dans tout l’espace environnant, un champ électromagnétique qui induit dans les antennes réceptrices une tension à haute fréquence. Le champ se mesure en volt/ mètre ou ses sous multiples : mV/m et mV/m au moyen d’appareils mesureurs de champ. 

Plus le champ sera élevé, plus le fonctionnement du récepteur sera meilleur. Réciproquement, au dessous d’une valeur déterminée, la réception devient impossible. Plus le récepteur est perfectionné, plus le signal nécessaire aux antennes devra être petit pour assurer une réception satisfaisante.

On a l’habitude alors de diviser la zone dans laquelle le champ engendré par une station TV est sensible, en AIRE CENTRALE ou citadine et en AIRE PERIPHERIQUE ou marginale, selon que le champ dépasse la valeur limite admise pour l’une ou pour l’autre : la zone complète représentera l’AIRE DE SERVICE.

Avec les récepteurs normaux, on peut admettre 2 mV/m et 50mV/m comme valeurs indicatrices respectivement de l’aire centrale et de l’aire limite de service.

Une plus grande approximation de la valeur du champ est donnée par la lecture de la carte de rayonnement d’un émetteur sur laquelle on réunit par un trait continu les points où le champ atteint un certain niveau. Mais même en adoptant cette dernière carte, il peut y avoir de grandes différences entre la valeur théorique et les mesures expérimentales.

Sur (la figure 14) est donné l’exemple d’une telle carte et plus précisément celle qui concerne la zone de Dijon Nuits-Saint-Georges.

Si la zone entourant l’émetteur était toute entière plane, l’aire de service serait représentée par un cercle(en pointillé sur la figure 14) puisque tel est le diagramme de rayonnement de l’antenne émettrice qui rayonne uniformément dans toutes les directions, en effet, du haut de la tour d’émission où sont situées les antennes, on verrait théoriquement à égale distance dans toutes les directions.

Par contre, comme la région n’est pas plate, l’horizon optique prend la configuration marquée par la ligne en trait plein et c’est la zone qu’on peut considérer comme desservie par l’émetteur. Une telle zone est calculée sur la carte, mais pratiquement, il peut y avoir des différences non négligeables dues aux conditions particulières du lieu où est installé le récepteur. Souvent aussi, on peut avoir une bonne réception en un point situé hors de la zone desservie, alors que, en un point compris dans cette zone, la réception peut quelquefois n’être pas satisfaisante.

On enregistre quelquefois, des trous ou zone d’ombre dans des secteurs situés à une faible distance de l’émetteur sans qu’apparemment il y ait des obstacles à la propagation. Les trous sont dus à l’interférence optique entre les ondes provenant de l’antenne émettrice et celles qui sont captées après réflexion. En effet, avec la diminution de la longueur d’onde, les ondes radio ont un comportement qui se rapproche plus de celui des ondes lumineuses et provoquent les mêmes phénomènes : réflexion sur des parois conductrices, réfraction à travers des substances différentes de l’air, diffraction et dispersion sur le bord des obstacles, interférence.

Ces phénomènes, agissant séparément ou ensemble, produisent des modifications très curieuses du champ spécialement dans les agglomérations urbaines et dans les zones montagneuses où, quelquefois une réflexion sur des parois rocheuses permet providentiellement une réception théoriquement impossible.

La dispersion est, par contre bénéfique dans les cas où un obstacle pas très important barre la vision optique de l’antenne émettrice, allongeant ainsi le trajet de l’onde incidente qui réussit à surmonter l’obstacle (figure 15) .

L’interférence est quelquefois utile, parfois fâcheuse. Le cas le plus simple d’interférence se produit entre deux faisceaux de rayonnement qui se croisent au point où est située l’antenne réceptrice et qui proviennent tous deux de l’antenne d’émission, l’un directement, l’autre après une ou plusieurs réflexions, ce qui explique pourquoi le second parcours est plus long.

Si la différence des deux trajets est égale à une longueur d’onde ou à un multiple, le champ résultant est la somme des deux champs provoqués séparément ; si par contre, elle est d’une demi longueur d’onde, alors le champ résultant sera donné par la différence des deux, et il sera donc moins intense et pourra même être nul. Il arrive exactement la même chose avec la lumière dans les expériences sur les miroirs de Fresnel (figure 16) ; il est exact, bien que cela paraisse absurde à première vue, de dire : lumière + lumière = obscurité. Mais cette règle est cependant valable également pour les ondes radio.

Il est très difficile d’établir à quoi est dû le manque de champ en un point déterminé parce que les causes susceptibles d’intervenir sont trop nombreuses ; Il faut procéder par tâtonnement, mais les connaissances théoriques sont pourtant toujours utiles, car elles diminuent le nombre des tentatives inutiles et déterminent une orientation dans les essais .

Le choix et l’installation de l’antenne réceptrice dépendent précisément de ces considérations et nous verrons par la suite comment on doit procéder dans le cas où le champ se trouve faible.

Les câbles coaxiaux :

Nous allons étudier le moyen de liaison entre studio et émetteur, entre studio et studio, ou entre émetteurs.

Il faut d’abord faire la comparaison entre plusieurs émetteurs qui bien que fonctionnant sur des longueurs d’onde différentes (ou sur des canaux) diffusent tous le même programme.

Il y a deux difficultés à surmonter : transmettre le signal vidéo(complet avec ses signaux de synchronisation) conjointement au signal son, et éviter les interférences entre les émetteurs. Pour éviter des confusions, précisons que maintenant nous donnons au mot interférence une signification purement électrique, à savoir les battements entre les deux porteuses .

L’envoi à distance du signal télévisé constitue la difficulté principale rencontrée dans le domaine de la technique TV.

Il n’est pas possible d’utiliser les câbles téléphoniques usuels, souterrains ou aériens, parce qu’ils possèdent des selfs et des capacités parasites de faible valeurs de base mais qui deviennent importantes lorsque la distance est grande. Ces capacités parasites ont pour effet de transformer ces câbles en un véritable filtre passe bas, ce qui est incompatible avec la transmission des fréquences élevées.

De plus, la self et la capacité des lignes téléphoniques provoquent d’autres inconvénients, comme l’atténuation variable en fonction de la fréquence et la vitesse de propagation différente pour des courants de fréquences différentes. L’effet pratique de ces propriétés fâcheuses est la déformation de la forme d’onde du signal vidéo, c’est à dire la distorsion de l’image. Pour éviter ces inconvénients on a cherché un remède et on en a trouvé tout d’abord deux : la « pupinisation » et la « krarupisation » des câbles ; mais ils amènent à un abaissement ultérieur de la fréquence de coupure et ne peuvent donc servir à nos fins.

Dans la pupinisation, on a introduit des selfs le long de la ligne, et dans la krarupisation on enroule un fil à haute perméabilité tout autour du câble de liaison. Pour après de nombreuses expériences aux câbles coaxiaux actuels qui sont constitués par un fil de cuivre suspendu, grâce à des rondelles d’excellent matériau isolant, dans un tube obtenu en pliant en forme d’étui une fine feuille de cuivre (figure 17) .

Les fibres optiques :

Les fibres optiques présentent sur les câbles coaxiaux de nombreux avantages tant techniques, qu’économiques.

-qualités techniques

Le poids d’une fibre optique est de quelques grammes au kilomètre et le diamètre extérieur de l’ordre du 10éme de mm

La bande passante de 1 GHz permet de passer en même temps plusieurs canaux de télévision sur une même fréquence porteuse.

Egalement l’insensibilité aux parasites électromagnétiques et la non conduction du courant électrique.

Qualités économiques  :

Le matériel de base, fibre de verre ou silice, est abondant et la quantité d’énergie nécessaire à la fabrication d’une fibre est comparable à celle nécessaire pour le traitement d’un fil de cuivre.

Principe de fonctionnement  :

Une fibre optique (125 mm de diamètre en moyenne) est constituée par deux milieux optiques : le cœur et la gaine (figure 18) .

Ces deux parties, toutes deux en verre, ont des indices de réfraction différents, celui du cœur étant plus élevé que celui de la gaine. La lumière est injectée dans le cœur et se propage par réflexion sur la surface de séparation des deux milieux (figure 19) avec très peu d’atténuation, de l’ordre de 3 dB / Km alors que les bons câbles coaxiaux ont 7 dB / 100m d’atténuation.

Ces fibres optiques fonctionnent dans les bandes radio de fréquence très élevées d’environ 1 micron de longueur d’onde soit une fréquence de 1 tera-hertz ( 10Hz ) , c’est à dire en lumière visible.

La transmission du signal par fibre optique se fait selon le schéma de principe décrit (figure 20) .

Dans ce système de transmission, le signal à transmettre module un émetteur micro-onde, c’est à dire un générateur de lumière(diode électroluminescente ou laser). Il y a donc transformation d’un signal électrique en signal lumineux qui se propage le long des fibres optiques avec très peu d’atténuation. A l’arrivée, un décodeur effectue la transformation inverse et retransforme le signal lumineux en signal électrique exploitable par le récepteur de télévision.

Les relais hertziens :

On a également recours à une autre forme de liaison, à savoir les relais hertziens. Ce sont des ensembles EMETTEURS-RECEPTEURS fonctionnant à des fréquences très élevées ( de 300MHz à 1GHz), ce qui correspond à des longueurs d’onde de 100 à 30cm), mettant en jeu des puissances très petites sur des antennes à faisceau dirigé consistant en un radiateur dipôle placé au foyer d’un miroir réflecteur parabolique et permettant ainsi une concentration maximum de la puissance (figure 21) .

L’énergie à haute fréquence émise par le dipôle est transmise dans le canal, comme cela se passe avec le faisceau lumineux des réflecteurs optiques, et envoyée sur une antenne réceptrice analogue, qui est placée à portée optique à une distance comprise entre 50 et 100 km.

Si la distance entre les deux points à relier est supérieure, les stations intermédiaires servent de répéteurs où le signal est reçu, amplifié puis retransmis.

On peut avoir 4 ou 5 stations répétitrices intermédiaires avec 6 ou 7 tronçons de 50 à 100 Km chacun.

Ce type de transmission est appelé FAISCEAUX HERTZIENS ou même CABLES HERTZIENS ce qui évidemment est impropre, puisqu’il n’y a aucun fil de liaison.

Il faut des soins particuliers pour que les stations répétitrices intermédiaires n’introduisent pas de troubles ou de signaux parasites dans les communications ; en outre, aussi bien le récepteur que l’émetteur doivent être très bien étudiés et de construction parfaite pour que la distorsion soit minime : en effet, les distorsions des stations répétitrices s’ajoutent et il est impératif que la distorsion totale ne soit pas supérieure à celle qui serait provoquée par l’utilisation d’un câble.

Un appareillage à faisceau hertzien est plus économique que la pose d’un coaxial et de manipulation moins difficile : il est donc préférable tant au point de vue prix d’installation que de fonctionnement.

Le second écueil à surmonter dans le fonctionnement en parallèle des stations TV est l’interférence qui naît à cause du battement entre porteuses.

La fréquence porteuse est introduite par l’oscillation d’un quartz piézo-électrique et les multiplications successives de fréquence ; par suite des différences minimes mais inévitable entre les quartz pilotes des différentes stations, il est impossible que deux de ceux ci émettent exactement sur la même fréquence, et la chose est encore moins possible si les stations sont plus de deux.

Dans les récepteurs naîtraient alors des battements de fréquence très basse, avec de graves inconvénients pour la qualité de l’image.

Pour l’éviter, on fait travailler les stations qui peuvent donner lieu à interférence sur des canaux différents, ce qui interdit ainsi toute interférence.

Mais , comme les canaux à la disposition de la télévision sont larges, donc relativement peu nombreux, il n’est pas possible que toutes les stations d’un réseau national fonctionnent sur des fréquences différentes : il faut donc assigner le même canal à plusieurs stations, on devra alors avoir soin de choisir les deux aires de service très lointaines, si possible séparées par des reliefs montagneux interdisant toute interférence.

Vu le nombre élevé de stations répétitrices TV qu’il est nécessaire d’installer pour desservir les zones non couvertes ou mal couvertes par les grands émetteurs, on peut avoir dans certains cas, des interférences, même si les répéteurs voisins fonctionnent sur des canaux différents.

Pour éviter un tel inconvénient dans ces cas, on utilise la polarisation verticale sur un des émetteurs, et on garde la polarisation horizontale qui est la polarisation normale pour l’autre.

Cela s’obtient simplement en disposant le dipôle d’émission(l’antenne) avec des éléments placés verticalement ou horizontalement . De même les antennes réceptrices devront être orientées de façon analogue ; ainsi l’antenne verticale ne captera pratiquement pas le signal, éventuellement interférent, rayonné par la station d’émission ayant son antenne horizontale et inversement.

Les antennes de réception

Doublets :

Comme dans le cas des émetteurs, les antennes de réception peuvent être constituées d’un doublet ayant comme longueur totale la demi longueur d’onde de la fréquence à recevoir. Pour une fréquence F, la longueur d’onde l étant donnée par la relation : l = 300/F avec l en m et F en MHz , la longueur l d’un doublet destiné à résonner pour une fréquence de 600 MHz sera de : l = = = = 0,25m

La bande passante d’un doublet dépend du diamètre du conducteur qui la compose : plus le rapport entre le diamètre du doublet et sa longueur sera grand plus la bande passante deviendra large. Le problème de la largeur de bande est d’importance fondamentale en TV puisque l’antenne doit être en mesure de recevoir un canal sans trop atténuer les fréquences extrêmes. Ceci explique pourquoi les antennes de télévision ne sont pas faites avec un fil mince, tel que celui utilisé dans les transmissions radiophoniques, mais avec de gros tubes en général d’aluminium, dont le diamètre extérieur peut atteindre 25mm et plus.

Il est inutile d’employer un conducteur plein à la place du tube, car les courants à haute fréquence ne réussissent pas à pénétrer à l’intérieur du conducteur mais parcourent seulement sa surface(phénomène EFFET DE PEAU). Ce n’est donc que le diamètre extérieur du conducteur qui compte. En se basant sur ce phénomène et sur le fait que plus la surface de l’antenne est grande, plus la bande passante est large, on en arrive à la construction d’antennes doublet du type de celles représentées (figure 22) .

Les antennes a et b sont utilisées en réception et sont respectivement constituées par trois tubes disposés en éventail et par cône en métal mince.

A l’émission, l’antenne devant rayonner une grande puissance, on utilise le type d’antenne c constituée d’une plaque de métal à profil spécial.

Pour réduire la résistance au vent, tout en conservant les résultats de l’antenne c, on est amené à la construction d’antennes du type d composées de doublets tubulaires de grandeurs croissantes réunis entre eux à leur extrémités.

La descente est connectée au centre du circuit, c’est à dire au dipôle le plus court. En remarquant que tous les dipôles constitutifs de l’antenne sont connectés en parallèle, nous pouvons attribuer la large bande passante de l’antenne au fait qu’elle est la résultante de toutes les bandes passantes de chaque dipôle, pris séparément et résonnant chacun sur une fréquence différente.

Antennes trombone :

La ( figure 23 ) représente ce type d’antenne trombone qui est en réalité constituée d’un doublet replié. Ce trombone peut être réalisé avec un tube unique replié aux extrémités (a) ou avec deux tubes de même diamètre et de longueur égale joints aux extrémités (b) .

La longueur hors tout d’un trombone est, comme dans le cas du doublet, égale à une demi longueur d’onde de la fréquence à recevoir.

L’impédance au centre d’un trombone est quatre fois plus grande que celle d’un doublet. Ceci offre l’avantage, nous allons le voir plus tard, de conserver une impédance convenable (75W) lorsqu’on rajoute des éléments à ce type d’antenne, éléments qui ont pour effet secondaire de diminuer l’impédance.

Si l’on considère le plan contenant le doublet ou le trombone, le diagramme de rayonnement et, comme nous l’avons vu précédemment, en forme de huit ( figure 24 ) .

On voit que l’antenne doublet ou trombone a la propriété d’être directive dans la mesure où elle reçoit de préférence les signaux arrivant suivant une direction perpendiculaire à ses bras : ce type d’antenne doit donc être tournée parallèlement au doublet émetteur. Si on la tourne de 90° d’un sens ou dans l’autre, on voit d’après le diagramme de la figure 24 que le signal reçu sera minimum.

Pour obtenir une sensibilité supérieure et une meilleure directivité, il faut adjoindre au trombone un ou plusieurs éléments parasites. L’antenne ainsi formée prend le nom de YAGI du nom de son inventeur japonais.

Antennes YAGI :

Les éléments parasites sont composés de doublets simples d’un seul tenant sans coupure au centre. Leur but est de concentrer le champ électromagnétique sur le point où se trouve le doublet de réception et d’augmenter ainsi le courant qui y circule. La ( figure 25 ) représente un tel type d’antenne comprenant trois éléments parasites en plus du trombone, le tout fixé sur un support.

L’élément se trouvant derrière le trombone par rapport à l’antenne est appelé réflecteur et apporte un gain de puissance au doublet. Le ou les éléments placés devant le trombone et dont le nombre peut atteindre 21, voir plus, sont appelés directeurs. Ils ont pour rôle d’obtenir une directivité d’autant plus élevée que leur nombre est important. Les dimensions des éléments parasites sont très précises et dépendent de leur nombre : ainsi dans l’antenne représentée (figure 25 a) , le réflecteur est plus grand que le trombone de 5% alors que le premier directeur est plus petit de 5%. Le second directeur est plus petit que le premier de 1%, le troisième directeur est plus petit que le second de 1% et ainsi de suite.

La distance séparant ces éléments est également très précise et dépend du nombre d’éléments. Dans le cas de (la figure 25 ) , elle est de 0,15 fois la longueur d’onde reçue.

La (figure 25b ) donne le diagramme de rayonnement, appelé également diagramme de directivité ou lobe de directivité, d’une antenne YAGI à deux directeurs. En la comparant à celui de la figure 24, on voit que l’antenne YAGI doit être bien calée par rapport à l’émetteur car une faible erreur de direction entraîne une grande diminution du signal reçu.

Le gain d’une antenne YAGI est défini comme étant le rapport entre la tension maximum fournie par l’antenne en question et celle fournie par un simple trombone placé dans les mêmes conditions de réception. Il s'exprime en dB et atteint communément des valeurs allant de 6 dB à 12 dB et plus.

Le rapport avant arrière d’une antenne est défini comme étant le rapport entre la tension induite dans l’antenne par une onde venant de l’avant de l’antenne et la tension induite par une onde venant de l’arrière. Il s’exprime également en dB et atteint des valeurs allant de 10 à 30 dB.

L’impédance d’une antenne YAGI passe de 300 W environ si le trombone était seul, à 75 W.

Précisons qu’en professionnel on utilise des antennes en 50 W et que certains pays comme l’Allemagne utilisent des antennes d’impédance 60 W.

Quand le signal à recevoir est trop faible, il est préférable, plutôt que d’augmenter exagérément le nombre des éléments parasites de monter plusieurs antennes YAGI en parallèle. Par simplicité, nous n’examinerons que le cas de deux antennes montées en parallèle (figure 26) . Dans l’association des deux antennes, il faut agir de telle sorte que les courants fournis par chacune d’elles soient en phase afin qu’ils s’additionnent : pour cela, les bornes A et b de la première antenne seront connectées respectivement aux bornes A’, B’ de la seconde et la ligne de descente branchée aux points milieux M et N des conducteurs qui relient les deux antennes ; ainsi leurs courants parcourent des chemins d’égale longueur et arrivent en M et N en phase.

A l’inverse de ce qu’on peut penser, le gain total des deux antennes montées en parallèle n’est pas le double de celui d’une seule antenne, mais environ seulement une fois et demie. Ceci parce qu’il y a toujours une certaine influence entre elles et aussi, parce que dans la pratique, on ne réussit jamais à avoir les deux courants parfaitement en phase.

Autres types d’antennes :

Les antennes YAGI ont une directivité assez élevée, cependant, il est des cas où l’on veut avoir un bon gain tout en ayant un diagramme de directivité très large afin de recevoir deux émetteurs, formant un angle assez important entre eux, sans avoir besoin de deux antennes distinctes : il s’agit des antennes panneau représentées (figure 27a) .

Ces antennes sont constituées d’un panneau réflecteur formé d’une grille et de plusieurs doublets reliés entre eux de façon à obtenir un gain maximum et une impédance convenable. La bande passante de ces antennes est très grande et permet par exemple de recevoir tous les canaux des bandes IV et V UHF. Le diagramme de directivité d’une telle antenne est représenté (figure 27b ) . On remarque que l’angle d’ouverture pour une atténuation de 3 dB est d’environ 60°.

Un autre type d’antenne est l’antenne parabolique (figure 28) pour les liaisons satellites qui se répand de plus en plus, elles possèdent une très grande directivité : de l’ordre de quelques degrés. Les ondes électromagnétiques frappant la parabole, sont réfléchies et se concentrent en son foyer sur le doublet qui s’y trouve. Une deuxième parabole réfléchit sur le doublet les ondes qui auraient tendance à se perdre, lors de la réflexion sur la première parabole.

Installations d’antennes à la réception :

Coupleurs – Séparateurs :

Dans une installation domestique, il est très souvent nécessaire d’avoir plusieurs antennes pour capter les différents programmes reçus dans le lieu considéré (VHF , UHF , émetteurs étrangers …). Par contre, une seule descente d’antenne est employée pour des raisons d’économie et de commodité ( figure 29) .

On utilise donc un coupleur d’antenne qui dispose de plusieurs entrées d’antennes et d’une seule sortie où sont regroupés les divers signaux captés.

Ces coupleurs sont des mélangeurs dont les diverses entrées sont raccordées sur les fréquences reçues. La (figure 30 ) donne le schéma d’un coupleur à deux entrées VHF et UHF .

Les filtres formés de L et C , L et C sont respectivement accordés sur les VHF et UHF et laissent donc passer ces signaux : en effet, à la résonance série, l’impédance de ces filtres est minimum. Par contre, les filtres L et C , et L et C sont respectivement accordés sur les UHF et les VHF. Ce sont des circuits bouchons qui, à la résonance, ont une impédance maximum et empêchent donc le passage des signaux d’une antenne sur l’autre. En sortie, on retrouve bien les deux signaux VHF et UHF mélangés.

A l’entrée du téléviseur, ou même de plus en plus souvent à l’intérieur de ce dernier, se trouve un séparateur dont le rôle est comme son nom l’indique de séparer les signaux VHF des signaux UHF pour les envoyer sur les tuners correspondants.

Ces séparateurs sont constitués à peu prés comme les coupleurs, c’est à dire qu’ils comprennent des filtres accordés qui bloquent ou laissent passer certaines fréquences réalisant ainsi un aiguillage des signaux vers les sorties correspondantes.

Ces dispositifs sont conçus en outre de façon à ne pas changer l’impédance des antennes qui, en France, est en général égale à 75W.

Installations collectives :

La (figure 31) montre un montage type d’installations d’antennes collectives telles qu’on en trouve dans la plupart des immeubles en France.

Une telle installation permet avec un seul groupe d’antennes, d’alimenter un grand nombre d’appartements. Les amplificateurs utilisés sont extrêmement sélectifs et amplifient généralement uniquement le canal utile. Leur gain est souvent réglable de façon à harmoniser le niveau des divers

signaux reçus.

Les différents signaux amplifiés sont ensuite dirigés sur un coupleur qui permet une descente unique. Un répartiteur à n directions ( quatre dans notre exemple) permet de brancher n groupes de dérivateurs. Ces dérivateurs, à deux directions dans notre schéma, sont en fait des répartiteurs qui permettent un branchement en cascade des prises tout en équilibrant les tensions disponibles sur chacune d’elles.

Les résistances R présentes en bout de lignes sont destinées à reboucler la sortie du dernier dérivateur à la masse. Cette résistance est égale à l’impédance du câble et réalise ainsi une adaptation d’impédance.

En principe, pour parfaire cette adaptation, chaque prise TV non utilisée devrait être refermée par une impédance résistive de 75 W, or il arrive souvent qu’il y ait des prises non utilisées par des usagers, pour un motif ou un autre. De ce fait, le tronçon correspondant se comporte comme une ligne résonante et il peut en résulter un effet d’échos(deux ou plusieurs images légèrement décalées sur l’écran du téléviseur) et une perte sensible de gain.

La (figure 32 ) représente le schéma d’un répartiteur à quatre directions.

Les résistances comprises dans ce répartiteur sont calculées de façon à ce que l’impédance vue sur chaque sortie soit la même que l’impédance d’entrée du montage.