Exploration des Ondes Radio et de leurs Applications dans la Communication

De la Naissance de la Radio à ses Utilisations Modernes : Comprendre le Spectre Radioélectrique et ses Innovations

La radio est une technologie permettant la communication via des ondes radio.

Ces ondes sont des ondes électromagnétiques dont la fréquence varie entre 3 hertz (Hz) et 300 gigahertz (GHz).

Elles sont produites par un dispositif électronique appelé émetteur, relié à une antenne qui diffuse l’énergie électrique oscillante, souvent décrite comme une onde.

Ces ondes peuvent être captées par d’autres antennes connectées à un récepteur radio, ce qui constitue le principe fondamental de la communication radio.

En plus de la communication, la radio est utilisée pour le radar, la radionavigation, le contrôle à distance, la télédétection et diverses autres applications.

Les Applications des Ondes Radio dans la Communication et la Navigation

Dans la communication radio, utilisée pour la diffusion radio et télévisée, les téléphones portables, les radios bidirectionnelles, les réseaux sans fil et la communication par satellite, entre de nombreux autres usages, les ondes radio servent à transmettre des informations à travers l’espace d’un émetteur à un récepteur en modulant le signal radio (en imprimant un signal d’information sur l’onde radio en variant un aspect de l’onde) dans l’émetteur.

Dans le radar, utilisé pour localiser et suivre des objets tels que des avions, des navires, des engins spatiaux et des missiles, un faisceau d’ondes radio émis par un émetteur radar se réfléchit sur l’objet cible, et les ondes réfléchies révèlent la position de l’objet à un récepteur généralement situé près de l’émetteur.

Dans les systèmes de radionavigation tels que le GPS et le VOR, un instrument de navigation mobile reçoit des signaux radio provenant de plusieurs balises de navigation dont la position est connue, et en mesurant précisément le temps d’arrivée des ondes radio, le récepteur peut calculer sa position sur Terre.

Dans les dispositifs de contrôle à distance sans fil comme les drones, les ouvre-portes de garage et les systèmes d’entrée sans clé, les signaux radio transmis par un dispositif de commande contrôlent les actions d’un appareil distant.

La preuve de l’existence des ondes radio a été apportée par le physicien allemand Heinrich Hertz le 11 novembre 1886.

Au milieu des années 1890, en s’appuyant sur les techniques utilisées par les physiciens pour étudier les ondes électromagnétiques, Guglielmo Marconi a mis au point le premier dispositif de communication radio à longue distance.

En 1895, il a réussi à envoyer un message en code Morse sans fil à un destinataire situé à plus d’un kilomètre de distance, et le 12 décembre 1901, il a transmis le premier signal transatlantique.

La première émission de radio commerciale a eu lieu le 2 novembre 1920, lorsque les résultats en direct de l’élection présidentielle entre Harding et Cox ont été diffusés par la Westinghouse Electric and Manufacturing Company à Pittsburgh, sous l’indicatif d’appel KDKA.

L’émission des ondes radio est soumise à une réglementation légale, coordonnée par l’Union internationale des télécommunications (UIT), qui attribue des bandes de fréquences dans le spectre radio pour différents usages.

L’origine du terme « radio » et son évolution historique

Le terme « radio » provient du mot latin « radius », qui signifie « rayon de roue, faisceau de lumière, rayon ».

Cette origine étymologique reflète bien la nature des ondes radio qui se propagent en ligne droite comme des rayons lumineux.

En 1881, sur la suggestion du scientifique français Ernest Mercadier, Alexander Graham Bell a utilisé le terme « radiophone » (signifiant « son irradié ») comme nom alternatif pour son système de transmission optique appelé photophone.

Le photophone était une innovation technologique révolutionnaire pour l’époque, permettant la transmission de la voix humaine à travers un faisceau de lumière modulé.

Bien que le photophone n’ait pas eu un succès commercial immédiat, il a jeté les bases pour les futures technologies de communication sans fil.

Suite à la découverte des ondes radio par Hertz en 1886, le terme « ondes hertziennes » fut initialement utilisé pour désigner cette radiation.

Les premiers systèmes de communication radio pratiques, développés par Marconi entre 1894 et 1895, transmettaient des signaux télégraphiques via les ondes radio.

Ainsi, la communication radio était d’abord appelée télégraphie sans fil.

Jusqu’à environ 1910, le terme télégraphie sans fil englobait également divers systèmes expérimentaux pour transmettre des signaux télégraphiques sans utiliser de fils, tels que l’induction électrostatique, l’induction électromagnétique ainsi que la conduction aquatique et terrestre.

Il devenait donc nécessaire de trouver un terme plus précis pour désigner exclusivement la radiation électromagnétique.

Le physicien français Édouard Branly, qui a mis au point en 1890 le cohéreur détectant les ondes radio, l’a nommé « radio-conducteur » en français.

Le préfixe « radio- » a ensuite été utilisé pour créer d’autres mots composés descriptifs, souvent avec un trait d’union, notamment en Europe.

Par exemple, au début de 1898, la publication britannique The Practical Engineer faisait référence à la radiotélégraphie et au radiotélégraphe.

L’utilisation du mot « radio » en tant que terme autonome remonte au moins au 30 décembre 1904, lorsque des directives émises par la British Post Office pour la transmission de télégrammes stipulaient que « le mot ‘Radio’… est envoyé dans les Instructions de Service. »

Cette pratique a été adoptée universellement et le mot « radio » a été introduit à l’international lors de la Convention radio-télégraphique de Berlin en 1906, qui comprenait une réglementation précisant que « les radiotélégrammes doivent indiquer dans le préambule que le service est ‘Radio’. »

La transition de l’utilisation du terme « wireless » à celui de « radio » s’est effectuée de manière progressive et inégale dans le monde anglophone. Aux États-Unis,

Lee de Forest a contribué à populariser ce nouveau mot : au début de l’année 1907, il a fondé la DeForest Radio Telephone Company et, dans une lettre publiée le 22 juin 1907 dans Electrical World, il a averti des conséquences potentielles sans régulation stricte en déclarant que « le chaos radio sera certainement le résultat jusqu’à ce qu’une réglementation stricte soit appliquée. »

La Marine américaine a également joué un rôle dans cette évolution. Bien que sa traduction de la Convention de Berlin de 1906 utilisait les termes télégraphe sans fil et télégramme sans fil, dès 1912, elle a commencé à promouvoir l’usage du terme radio.

Ce terme a commencé à être préféré par le grand public dans les années 1920 avec l’avènement de la radiodiffusion.

La Prédiction et la Confirmation des Ondes Électromagnétiques par Maxwell et Hertz

Les ondes électromagnétiques ont été prédites par James Clerk Maxwell dans sa théorie de l’électromagnétisme de 1873, aujourd’hui connue sous le nom des équations de Maxwell.

Il a proposé qu’un champ électrique oscillant couplé à un champ magnétique pourrait se déplacer dans l’espace sous forme d’onde et a suggéré que la lumière était constituée d’ondes électromagnétiques de courte longueur d’onde.

Le 11 novembre 1886, le physicien allemand Heinrich Hertz, en tentant de confirmer la théorie de Maxwell, a observé pour la première fois des ondes radio qu’il avait générées à l’aide d’un émetteur à éclateur primitif.

Les expériences de Hertz, ainsi que celles des physiciens Jagadish Chandra Bose, Oliver Lodge, Lord Rayleigh et Augusto Righi, entre autres, ont démontré que les ondes radio, tout comme la lumière, présentaient des phénomènes de réflexion, réfraction, diffraction, polarisation et ondes stationnaires, et se déplaçaient à la même vitesse que la lumière.

Cela a confirmé que la lumière et les ondes radio étaient toutes deux des ondes électromagnétiques, différant uniquement par leur fréquence.

En 1895, Guglielmo Marconi a développé le premier système de communication radio en utilisant un émetteur à éclateur pour envoyer des messages en code Morse sur de longues distances.

En décembre 1901, il a réussi à transmettre un signal à travers l’océan Atlantique. Marconi et Karl Ferdinand Braun ont partagé le prix Nobel de physique en 1909 « pour leurs contributions au développement de la télégraphie sans fil ».

Au cours des deux premières décennies de la radio, connues sous le nom d’ère de la radiotélégraphie, les émetteurs radio primitifs ne pouvaient transmettre que des impulsions d’ondes radio, et non des ondes continues nécessaires à la modulation audio.

Ainsi, la radio était utilisée pour les messages textuels commerciaux, diplomatiques et militaires entre personnes.

À partir de 1908, les pays industrialisés ont construit des réseaux mondiaux de puissants émetteurs transocéaniques pour échanger des télégrammes entre continents et communiquer avec leurs colonies et flottes navales.

Pendant la Première Guerre mondiale, le développement d’émetteurs radio à ondes continues, de détecteurs électrolytiques rectificateurs et de récepteurs radio à cristal a permis à Reginald Fessenden et à d’autres de réaliser la radiotéléphonie par modulation d’amplitude (AM), permettant ainsi la transmission audio.

Le 2 novembre 1920, Westinghouse Electric and Manufacturing Company à Pittsburgh a diffusé la première émission commerciale de radio sous l’indicatif KDKA, couvrant en direct l’élection présidentielle Harding-Cox.

Les ondes radio : Émises par des charges électriques en accélération

Les ondes radio sont émises par des charges électriques en accélération. Elles sont produites de manière artificielle par des courants électriques variables dans le temps, constitués d’électrons se déplaçant de manière alternée dans un conducteur métallique appelé antenne.

À mesure qu’elles s’éloignent de l’antenne émettrice, les ondes radio se dispersent, ce qui réduit leur intensité (mesurée en watts par mètre carré) conformément à la loi de l’inverse du carré.

Ainsi, les transmissions radio ne peuvent être captées que dans une portée limitée autour de l’émetteur. Cette distance dépend de la puissance de l’émetteur, du diagramme de rayonnement de l’antenne, de la sensibilité du récepteur, du niveau de bruit ambiant et des obstacles présents entre l’émetteur et le récepteur.

Une antenne omnidirectionnelle émet ou reçoit des ondes radio dans toutes les directions, tandis qu’une antenne directionnelle émet un faisceau d’ondes radio dans une direction spécifique ou ne capte les ondes que d’une seule direction.

Les ondes radio se déplacent à la vitesse de la lumière dans le vide.

Les autres types d’ondes électromagnétiques, tels que les ondes infrarouges, la lumière visible, les ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma, peuvent également transmettre des informations et être utilisés pour la communication.

L’utilisation étendue des ondes radio en télécommunication est principalement attribuée à leurs propriétés de propagation avantageuses, résultant de leur grande longueur d’onde.

Transmission de l’information dans les systèmes de communication radio

Dans les systèmes de communication radio, l’information est transmise à travers l’espace grâce aux ondes radio.

À l’émetteur, l’information à envoyer est convertie par un transducteur en un signal électrique variant dans le temps, appelé signal de modulation.

Ce signal de modulation peut être un signal audio provenant d’un microphone, un signal vidéo représentant des images en mouvement d’une caméra vidéo, ou encore un signal numérique constitué d’une séquence de bits représentant des données binaires d’un ordinateur.

Le signal de modulation est appliqué à un émetteur radio. Dans cet émetteur, un oscillateur électronique génère un courant alternatif oscillant à une fréquence radio, appelé onde porteuse car il « porte » l’information à travers l’air. Le signal d’information est utilisé pour moduler l’onde porteuse, en variant certains aspects de celle-ci afin d’y imprimer l’information. Différents systèmes radio utilisent différentes méthodes de modulation.

• AM (modulation d’amplitude) – dans un émetteur AM, l’amplitude (la puissance) de l’onde porteuse radio est modifiée par le signal de modulation.

• FM (modulation de fréquence) – dans un émetteur FM, la fréquence de l’onde porteuse radio est modifiée par le signal de modulation.

• FSK (modulation par déplacement de fréquence) – utilisée dans les appareils numériques sans fil pour transmettre des signaux numériques, la fréquence de l’onde porteuse est déplacée entre différentes fréquences.

• OFDM (multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence) – une famille de méthodes de modulation numérique largement utilisée dans les systèmes à large bande tels que les réseaux Wi-Fi, les téléphones portables, la diffusion télévisuelle numérique et la radiodiffusion numérique (DAB) pour transmettre des données numériques en utilisant un minimum de bande passante du spectre radio. Elle offre une meilleure efficacité spectrale et une plus grande résistance à l’affaiblissement que l’AM ou la FM. Dans l’OFDM, plusieurs ondes porteuses radio étroitement espacées en fréquence sont transmises au sein du canal radio, chacune étant modulée avec des bits du flux de bits entrant, ce qui permet d’envoyer plusieurs bits simultanément, en parallèle. À la réception, les porteuses sont démodulées et les bits sont combinés dans le bon ordre pour former un seul flux de bits.

De nombreux autres types de modulation sont également utilisés. Dans certains cas, une onde porteuse n’est pas transmise, seules une ou les deux bandes latérales de modulation le sont.

Le Processus de Transmission et de Réception des Ondes Radio

Le signal modulé est amplifié dans l’émetteur et appliqué à une antenne de transmission qui émet l’énergie sous forme d’ondes radio. Ces ondes transportent l’information jusqu’au récepteur.

Au niveau du récepteur, l’onde radio génère une petite tension oscillante dans l’antenne de réception, qui est une version affaiblie du courant de l’antenne d’émission.

Cette tension est ensuite appliquée au récepteur radio, qui amplifie le signal radio faible pour le rendre plus fort, puis le démodule, extrayant ainsi le signal de modulation original de l’onde porteuse modulée.

Le signal de modulation est reconverti par un transducteur en une forme utilisable par les humains : un signal audio est transformé en ondes sonores par un haut-parleur ou des écouteurs, un signal vidéo est converti en images par un écran, tandis qu’un signal numérique est traité par un ordinateur ou un microprocesseur, permettant ainsi une interaction avec les utilisateurs.

Le rôle des circuits accordés dans la réception des ondes radio

Les ondes radio de nombreux émetteurs traversent l’air simultanément sans interférer les unes avec les autres, car chaque émetteur oscille à une fréquence différente, mesurée en hertz (Hz), kilohertz (kHz), mégahertz (MHz) ou gigahertz (GHz).

L’antenne réceptrice capte généralement les signaux radio de plusieurs émetteurs.

Le récepteur utilise des circuits accordés pour sélectionner le signal radio souhaité parmi tous ceux captés par l’antenne et rejeter les autres.

Un circuit accordé (également appelé circuit résonant ou circuit réservoir) fonctionne comme un résonateur, semblable à un diapason.

Il possède une fréquence de résonance naturelle à laquelle il oscille.

La fréquence de résonance du circuit accordé du récepteur est ajustée par l’utilisateur pour correspondre à la fréquence de la station radio désirée ; c’est ce qu’on appelle le « tuning ».

Le signal radio oscillant de la station souhaitée fait résonner le circuit accordé, qui oscille en harmonie et transmet le signal au reste du récepteur. Les signaux radio d’autres fréquences sont bloqués par le circuit accordé et ne sont pas transmis.

La Bande Passante et la Transmission d’Informations dans les Ondes Radio

Une onde radio modulée, transportant un signal d’information, occupe une gamme de fréquences. L’information (modulation) dans un signal radio est généralement concentrée dans des bandes de fréquences étroites appelées bandes latérales (SB), situées juste au-dessus et en dessous de la fréquence porteuse.

La largeur en hertz de la plage de fréquences qu’occupe le signal radio, soit la différence entre la fréquence la plus haute et la fréquence la plus basse, est appelée sa bande passante (BW).

Pour un rapport signal/bruit donné, une certaine quantité de bande passante peut transmettre la même quantité d’informations (débit en bits par seconde) quel que soit l’endroit où elle se trouve dans le spectre des fréquences radio.

Ainsi, la bande passante est une mesure de la capacité de transmission d’informations.

La bande passante requise pour une transmission radio dépend du débit des informations (signal de modulation) envoyées et de l’efficacité spectrale de la méthode de modulation utilisée, c’est-à-dire de la quantité de données qu’elle peut transmettre par kilohertz de bande passante.

Les différents types de signaux d’information transportés par radio ont des débits différents.

Par exemple, un signal télévisé (vidéo) a un débit plus élevé qu’un signal audio.

Le spectre radioélectrique, qui représente l’ensemble des fréquences radio disponibles pour la communication dans une zone donnée, est une ressource limitée.

Chaque transmission radio utilise une partie de la bande passante totale disponible.

Cette bande passante est considérée comme un bien économique ayant une valeur monétaire et dont la demande ne cesse de croître.

Dans certaines portions du spectre radioélectrique, le droit d’utiliser une bande de fréquence ou même un seul canal radio peut se négocier pour des millions de dollars.

Il y a donc une incitation à utiliser des technologies permettant de réduire au maximum la bande passante utilisée par les services radio.

La transition progressive des technologies de transmission radio analogiques vers numériques a débuté à la fin des années 1990.

Cette évolution s’explique en partie par le fait que la modulation numérique permet souvent de transmettre davantage d’informations (un débit de données plus élevé) dans une bande passante donnée, grâce à l’utilisation d’algorithmes de compression des données qui réduisent les redondances et à une modulation plus efficace.

De plus, la modulation numérique offre une meilleure immunité au bruit par rapport à l’analogique, les puces de traitement du signal numérique sont plus puissantes et flexibles que les circuits analogiques, et divers types d’informations peuvent être transmis avec la même modulation numérique.

En raison de la demande croissante d’un nombre toujours plus élevé d’utilisateurs pour cette ressource limitée, le spectre radio est devenu de plus en plus saturé au cours des dernières décennies.

Cette congestion accrue a conduit à la nécessité d’une utilisation plus efficace du spectre, stimulant ainsi de nombreuses innovations radio supplémentaires telles que les systèmes radio à canaux partagés, la transmission par étalement de spectre (ultra-large bande), la réutilisation des fréquences, la gestion dynamique du spectre, le regroupement des fréquences et la radio cognitive.

Division arbitraire du spectre radio par l’UIT en 12 bandes

L’UIT divise de manière arbitraire le spectre radio en 12 bandes, chacune débutant à une longueur d’onde correspondant à une puissance de dix (10^n) mètres, avec une fréquence équivalente à 3 fois une puissance de dix.

Chaque bande couvre une décennie de fréquence ou de longueur d’onde. Chacune de ces bandes porte un nom traditionnel.

On peut observer que la largeur de bande, c’est-à-dire l’étendue des fréquences, n’est pas identique pour chaque bande mais croît de manière exponentielle avec l’augmentation de la fréquence ; chaque bande possède une largeur de bande dix fois supérieure à celle de la bande précédente.

Le terme « fréquence extrêmement basse » (TLF) a été employé pour désigner des longueurs d’onde allant de 1 à 3 Hz (300 000 à 100 000 km), bien que cette appellation n’ait pas été définie par l’UIT.

Les ondes radio : une ressource partagée et les défis des interférences

Les ondes radio sont une ressource partagée par de nombreux utilisateurs.

Lorsque deux émetteurs radio situés dans la même zone tentent de diffuser sur la même fréquence, ils se brouillent mutuellement, entraînant une réception brouillée et rendant les transmissions incompréhensibles.

Les interférences dans les transmissions radio peuvent non seulement engendrer des coûts économiques considérables, mais elles peuvent également mettre des vies en danger, notamment en perturbant les communications d’urgence ou le contrôle du trafic aérien.

Pour éviter les interférences entre différents utilisateurs, l’émission d’ondes radio est strictement réglementée par les lois nationales, en coordination avec une organisation internationale, l’Union internationale des télécommunications (UIT), qui attribue des bandes de fréquences pour divers usages.

Les émetteurs radio doivent être autorisés par les gouvernements, selon différentes classes de licences en fonction de leur utilisation, et sont limités à certaines fréquences et niveaux de puissance.

Dans certaines catégories, comme les stations de radio et de télévision, l’émetteur se voit attribuer un identifiant unique composé d’une chaîne de lettres et de chiffres appelé indicatif d’appel, qui doit être utilisé dans toutes les transmissions.

Pour ajuster, entretenir ou réparer intérieurement les émetteurs radiotéléphoniques, les individus doivent détenir une licence gouvernementale, telle que la licence générale d’opérateur radiotéléphonique aux États-Unis, obtenue en passant un examen démontrant une connaissance technique et juridique adéquate de l’exploitation sécurisée de la radio.

Des exceptions aux règles mentionnées permettent au grand public d’utiliser sans licence des émetteurs à faible puissance et à courte portée intégrés dans des produits de consommation tels que les téléphones portables, les téléphones sans fil, les dispositifs sans fil, les talkies-walkies, les radios CB, les microphones sans fil, les ouvre-portes de garage et les moniteurs pour bébés.

Aux États-Unis, ces appareils sont régis par la Partie 15 des règlements de la Federal Communications Commission (FCC). Beaucoup de ces dispositifs utilisent les bandes ISM, une série de bandes de fréquences dans le spectre radioélectrique réservées à une utilisation sans licence.

Bien qu’ils puissent être utilisés sans licence, comme tout équipement radio, ces dispositifs doivent généralement être approuvés avant leur commercialisation.

La Diffusion : Transmission Unidirectionnelle d’Informations et Ses Limites Géographiques et Financières

La diffusion est la transmission unidirectionnelle d’informations d’un émetteur vers des récepteurs appartenant à un public. Étant donné que les ondes radio s’affaiblissent avec la distance, une station de diffusion ne peut être captée que dans une zone limitée autour de son émetteur.

Les systèmes diffusant depuis des satellites peuvent généralement être reçus sur l’ensemble d’un pays ou d’un continent.

Les anciennes radios et télévisions terrestres sont financées par la publicité commerciale ou par les gouvernements.

Dans les systèmes d’abonnement comme la télévision et la radio par satellite, le client paie une redevance mensuelle.

Dans ces systèmes, le signal radio est crypté et ne peut être décrypté que par le récepteur, qui est contrôlé par l’entreprise et peut être désactivé si le client ne paie pas.

La radiodiffusion utilise différentes parties du spectre radioélectrique en fonction du type de signaux transmis et du public ciblé.

Les ondes longues et moyennes permettent de couvrir de manière fiable des zones de plusieurs centaines de kilomètres, mais leur capacité à transporter des informations est limitée.

Elles sont donc mieux adaptées aux signaux audio (parole et musique), bien que la qualité sonore puisse être dégradée par des bruits radioélectriques d’origine naturelle ou artificielle.

Les bandes d’ondes courtes offrent une portée potentiellement plus grande, mais elles sont plus susceptibles d’être perturbées par des stations éloignées et par des conditions atmosphériques variables qui affectent la réception.

Dans la bande de fréquences très élevées, au-delà de 30 mégahertz, l’atmosphère terrestre a moins d’impact sur la portée des signaux, et la propagation en ligne de vue devient le mode principal.

Ces fréquences plus élevées permettent d’obtenir la grande largeur de bande nécessaire pour la diffusion télévisuelle.

Étant donné que les sources de bruit naturelles et artificielles sont moins présentes à ces fréquences, une transmission audio de haute qualité est possible grâce à la modulation de fréquence.

La Radiodiffusion : Histoire et Évolution des Transmissions Audio

La radiodiffusion désigne la transmission de sons vers des récepteurs radio appartenant à un public. La diffusion audio analogique est la forme la plus ancienne de radiodiffusion.

La radiodiffusion en AM a débuté vers 1920, tandis que la diffusion en FM, offrant une meilleure qualité sonore, a été introduite à la fin des années 1930.

Un récepteur de radiodiffusion est communément appelé une radio. La plupart des radios sont capables de capter à la fois les signaux AM et FM.

Radio AM Panasonic datant de l’année 1964, un modèle emblématique de l’époque, caractérisé par son design rétro et sa qualité sonore exceptionnelle.

Ce poste de radio, fabriqué par la célèbre marque japonaise Panasonic, est doté d’un boîtier en métal robuste et de boutons de réglage classiques, typiques des appareils électroniques des années 60.

Il représente non seulement une pièce de collection prisée par les amateurs de vintage, mais également un témoignage du savoir-faire technologique de cette période.

• La modulation d’amplitude (AM) – En AM, l’amplitude (intensité) de l’onde porteuse radio est modifiée par le signal audio. La radiodiffusion AM, la plus ancienne technologie de diffusion, est autorisée dans les bandes de diffusion AM, entre 148 et 283 kHz dans la bande de basse fréquence (LF) pour les émissions en ondes longues et entre 526 et 1706 kHz dans la bande de fréquence moyenne (MF) pour les émissions en ondes moyennes. Comme les ondes dans ces bandes se propagent sous forme d’ondes de sol suivant le relief, les stations de radio AM peuvent être captées au-delà de l’horizon à des centaines de kilomètres de distance, mais l’AM offre une fidélité sonore inférieure à celle de la FM. La puissance rayonnée effective (ERP) des stations AM aux États-Unis est généralement limitée à un maximum de 10 kW, bien que quelques stations (stations à canal clair) soient autorisées à émettre à 50 kW. Les stations AM diffusent en audio monophonique; des standards de diffusion en stéréo AM existent dans la plupart des pays, mais l’industrie de la radio n’a pas adopté ces standards en raison du manque de demande.

• La radiodiffusion en ondes courtes – La radiodiffusion AM est également autorisée dans les bandes d’ondes courtes par les stations de radio traditionnelles. Étant donné que les ondes radio dans ces bandes peuvent parcourir des distances intercontinentales en se réfléchissant sur l’ionosphère grâce à la propagation par onde de ciel ou « skip », les ondes courtes sont utilisées par les stations internationales pour émettre vers d’autres pays.

L’émetteur de diffusion FM de la station de radio KWNR, située à Las Vegas, opère avec une puissance impressionnante de 35 kilowatts sur la fréquence 95,5 MHz.

Cet émetteur permet à KWNR d’atteindre une large audience dans la région de Las Vegas, offrant une couverture claire et fiable pour ses émissions de musique country et autres programmes populaires.

La station KWNR, connue sous le nom de « New Country 95.5 The Bull », joue un rôle important dans la communauté locale en fournissant non seulement du divertissement, mais aussi des informations et des mises à jour sur les événements locaux.

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Ce modèle est équipé d’un lecteur de CD intégré, de la compatibilité MP3 et d’une prise casque pour une écoute privée.

L’antenne fouet extensible permet une meilleure captation des signaux FM, assurant ainsi une expérience d’écoute optimale, que ce soit à la maison ou en déplacement.

Affichage de l’interface utilisateur de la radio FM, incluant la fréquence actuelle, les options de recherche de stations, les réglages de volume et les informations sur les stations présélectionnées.

• La modulation de fréquence (FM) consiste à modifier légèrement la fréquence du signal porteur radio en fonction du signal audio. La diffusion en FM est autorisée dans les bandes de diffusion FM situées entre environ 65 et 108 MHz, dans la gamme des très hautes fréquences (VHF). Les ondes radio dans cette bande se propagent en ligne droite, ce qui limite la réception FM à l’horizon visuel, soit environ 30 à 40 miles (48 à 64 km), et peuvent être obstruées par des collines. Cependant, la FM est moins sensible aux interférences dues au bruit radioélectrique (RFI, sferics, statique) et offre une meilleure fidélité, une réponse en fréquence supérieure et moins de distorsion audio que l’AM. Aux États-Unis, la puissance rayonnée effective (ERP) des stations FM varie de 6 à 100 kW.

• La radio numérique englobe divers standards et technologies permettant de diffuser des signaux radio numériques par voie hertzienne. Certains systèmes, comme la radio HD et le DRM, fonctionnent sur les mêmes bandes de fréquences que les émissions analogiques, soit en remplacement des stations analogiques, soit en complément. D’autres systèmes, tels que le DAB/DAB+ et l’ISDB-Tsb, utilisent des bandes de fréquences traditionnellement réservées aux services de télévision ou par satellite.

• La radiodiffusion audio numérique (DAB) a fait ses débuts dans certains pays en 1998. Contrairement aux signaux analogiques utilisés par les bandes AM et FM, le DAB transmet l’audio sous forme de signal numérique. Le DAB a le potentiel d’offrir une qualité sonore supérieure à celle de la FM (même si de nombreuses stations ne choisissent pas de diffuser à une qualité aussi élevée), il est plus résistant aux bruits et interférences radio, utilise plus efficacement la bande passante limitée du spectre radio et propose des fonctionnalités avancées pour les utilisateurs, telles que des guides électroniques des programmes. Son inconvénient majeur est son incompatibilité avec les anciens récepteurs radio, nécessitant ainsi l’achat d’un nouveau récepteur DAB. Plusieurs pays ont fixé des dates pour l’arrêt des réseaux FM analogiques au profit du DAB/DAB+, comme la Norvège en 2017 et la Suisse en 2024.

Une station DAB unique émet un signal avec une largeur de bande de 1 500 kHz, qui contient entre 9 et 12 chaînes audio numériques modulées par OFDM parmi lesquelles l’auditeur peut choisir.

Les diffuseurs peuvent transmettre une chaîne à différents débits binaires, ce qui permet d’avoir des qualités audio variées selon les chaînes. Dans différents pays, les stations DAB émettent soit en bande III (174–240 MHz), soit en bande L (1,452–1,492 GHz) dans la gamme UHF. Comme pour la réception FM, la portée est limitée par l’horizon visuel à environ 64 km (40 miles).

• La HD Radio est une norme de radio numérique alternative largement adoptée en Amérique du Nord. Utilisant une technologie de diffusion sur la même fréquence, la HD Radio émet un signal numérique sur une sous-porteuse du signal analogique FM ou AM d’une station. Les stations peuvent diffuser plusieurs signaux audio sur cette sous-porteuse, permettant ainsi la transmission de divers services audio à des débits binaires variables. Le signal numérique est transmis en utilisant la modulation OFDM avec le format de compression audio propriétaire HDC (High-Definition Coding). Bien que basé sur la norme MPEG-4 HE-AAC, le HDC n’est pas compatible avec celle-ci et utilise un algorithme de compression audio par transformation discrète en cosinus modifiée (MDCT).

• La Radio Numérique Mondiale (DRM) est une norme concurrente de radio terrestre numérique, développée principalement par des diffuseurs pour remplacer les diffusions AM et FM traditionnelles avec une efficacité spectrale supérieure. « Mondiale » signifie « mondial » en français et en italien. Le DRM a été créé en 2001 et est actuellement soutenu par 23 pays. Il a été adopté par certains diffuseurs européens et orientaux à partir de 2003. Le mode DRM30 utilise les bandes de radiodiffusion commerciales en dessous de 30 MHz et vise à remplacer la radiodiffusion AM standard sur les bandes grandes ondes, ondes moyennes et ondes courtes. Le mode DRM+ utilise des fréquences VHF centrées autour de la bande FM et est destiné à remplacer la radiodiffusion FM. Ce système n’est pas compatible avec les récepteurs radio existants, ce qui oblige les auditeurs à acheter un nouveau récepteur DRM. La modulation utilisée est une forme d’OFDM appelée COFDM, où jusqu’à quatre porteuses sont transmises sur un canal auparavant occupé par un seul signal AM ou FM, modulé par modulation d’amplitude en quadrature (QAM).

Le système DRM est conçu pour être aussi compatible que possible avec les émetteurs radio AM et FM existants, permettant ainsi à une grande partie de l’équipement des stations de radio actuelles de rester en service, tout en étant complété par des équipements de modulation DRM.

• La radio par satellite est un service de radio sur abonnement qui diffuse un son numérique de qualité CD directement aux récepteurs des abonnés, grâce à un signal de liaison descendante micro-ondes provenant d’un satellite de communication en orbite géostationnaire à 22 000 miles (35 000 km) au-dessus de la Terre. Elle est principalement destinée aux radios embarquées dans les véhicules. En Amérique du Nord, la radio par satellite utilise la bande S de 2,3 GHz, tandis que dans d’autres régions du monde, elle fonctionne sur la bande L de 1,4 GHz réservée à la radiodiffusion numérique (DAB).

La diffusion télévisuelle consiste en la transmission d’images animées par ondes radio, formées de suites d’images fixes affichées sur l’écran d’un récepteur télévisuel (appelé communément « télévision » ou TV) accompagnées d’une piste audio synchronisée.

Les signaux de télévision (vidéo) nécessitent une bande passante plus large que les signaux de radio (audio).

La télévision analogique, technologie télévisuelle originelle, demandait 6 MHz, c’est pourquoi les bandes de fréquences télévisuelles sont segmentées en canaux de 6 MHz, désormais appelés « canaux RF ».

La norme actuelle de télévision, introduite à partir de 2006, est un format numérique appelé télévision haute définition (HDTV), qui diffuse des images à une résolution plus élevée, généralement de 1080 pixels en hauteur par 1920 pixels en largeur, à un rythme de 25 ou 30 images par seconde.

Les systèmes de transmission de télévision numérique (DTV), qui ont remplacé l’ancienne télévision analogique lors d’une transition débutée en 2006, utilisent la compression d’image et une modulation numérique haute efficacité comme l’OFDM et le 8VSB pour transmettre la vidéo HDTV dans une bande passante plus réduite que les anciens canaux analogiques, économisant ainsi de l’espace dans le spectre radio.

Ainsi, chacun des canaux RF analogiques de 6 MHz peut désormais transporter jusqu’à 7 canaux DTV – ces derniers sont appelés « canaux virtuels ».

Les récepteurs de télévision numérique réagissent différemment en présence de mauvaises réceptions ou de bruit par rapport à la télévision analogique, un phénomène connu sous le nom d’effet « falaise numérique ».

Contrairement à la télévision analogique, où une réception de plus en plus mauvaise entraîne une dégradation progressive de la qualité de l’image, avec la télévision numérique, la qualité de l’image n’est pas affectée jusqu’à ce qu’à un certain point, le récepteur cesse de fonctionner et l’écran devient noir.

• La télévision terrestre, également connue sous le nom de télévision hertzienne ou de diffusion télévisuelle, est la plus ancienne technologie de télévision. Elle consiste en la transmission de signaux télévisuels depuis des stations terrestres vers des récepteurs situés dans les foyers des téléspectateurs. La diffusion télévisuelle terrestre utilise les bandes de fréquences comprises entre 41 et 88 MHz (VHF bande basse ou Bande I, couvrant les canaux RF 1 à 6), entre 174 et 240 MHz (VHF bande haute ou Bande III, couvrant les canaux RF 7 à 13), et entre 470 et 614 MHz (UHF Bandes IV et V, couvrant les canaux RF à partir du canal 14). Les limites exactes des fréquences peuvent varier selon les pays. La propagation se fait par ligne de vue, ce qui limite la réception à l’horizon visuel. Aux États-Unis, la puissance rayonnée efficace (ERP) des émetteurs de télévision est régulée en fonction de la hauteur par rapport au terrain moyen. Les téléspectateurs proches de l’émetteur peuvent utiliser une simple antenne dipôle « oreilles de lapin » posée sur le téléviseur, tandis que ceux situés en zones de réception plus éloignées nécessitent généralement une antenne extérieure montée sur le toit pour obtenir une réception adéquate.

• La télévision par satellite consiste en un décodeur qui reçoit les émissions de télévision par satellite sous abonnement et les affiche sur une télévision ordinaire. Un satellite de diffusion directe en orbite géostationnaire à 35 700 km au-dessus de l’équateur terrestre transmet de nombreux canaux (jusqu’à 900) modulés sur une fréquence micro-onde de la bande Ku entre 12,2 et 12,7 GHz vers une antenne parabolique installée sur le toit du domicile de l’abonné. Le signal micro-onde est converti en une fréquence intermédiaire plus basse au niveau de l’antenne, puis acheminé à l’intérieur du bâtiment par un câble coaxial jusqu’à un décodeur relié à la télévision de l’abonné, où il est démultiplexé et affiché. L’abonné paie une redevance mensuelle.

Les services de fréquence et de signal horaire standard des gouvernements exploitent des stations de radio temporelles qui diffusent en continu des signaux horaires extrêmement précis produits par des horloges atomiques, servant de référence pour synchroniser d’autres horloges.

Parmi les exemples, on trouve BPC, DCF77, JJY, MSF, RTZ, TDF, WWV et YVTO. Une des applications consiste en des horloges et montres radio-pilotées, équipées d’un récepteur automatique qui capte et décode périodiquement (généralement chaque semaine) le signal horaire pour ajuster l’horloge interne à quartz à l’heure exacte.

Ainsi, une petite montre ou une horloge de bureau peut bénéficier de la même précision qu’une horloge atomique.

Cependant, le nombre de ces stations temporelles gouvernementales diminue car les satellites GPS et le protocole Internet Network Time Protocol (NTP) offrent des standards temporels tout aussi précis.

Le Fonctionnement des Talkies-Walkies et de la Radiotéléphonie

Un talkie-walkie est un dispositif audio combinant un récepteur et un émetteur, permettant une communication vocale bidirectionnelle entre personnes équipées d’appareils similaires.

Autrefois, ce mode de communication était appelé radiotéléphonie. La liaison radio peut être semi-duplex, comme dans le cas des talkies-walkies, utilisant un seul canal radio où une seule personne peut parler à la fois.

Les utilisateurs parlent à tour de rôle en appuyant sur un bouton « appuyer pour parler » qui active l’émetteur et désactive le récepteur.

Alternativement, la liaison radio peut être en duplex intégral, utilisant deux canaux radio pour permettre aux deux interlocuteurs de parler simultanément, comme avec un téléphone portable.

• Un téléphone portable est un appareil téléphonique sans fil qui se connecte au réseau téléphonique via des signaux radio échangés avec une antenne locale située à une station de base cellulaire (tour cellulaire). La zone de service couverte par le fournisseur est divisée en petites zones géographiques appelées « cellules », chacune desservie par une antenne de station de base distincte et un émetteur-récepteur multicanal. Tous les téléphones portables dans une cellule communiquent avec cette antenne sur des canaux de fréquence distincts, attribués à partir d’un pool commun de fréquences. L’organisation cellulaire a pour but de conserver la bande passante radio grâce à la réutilisation des fréquences. Des émetteurs de faible puissance sont utilisés afin que les ondes radio dans une cellule ne dépassent pas beaucoup ses limites, permettant ainsi la réutilisation des mêmes fréquences dans des cellules géographiquement séparées. Lorsqu’un utilisateur avec son téléphone portable passe d’une cellule à une autre, son appareil est automatiquement « transféré » sans interruption à la nouvelle antenne et se voit attribuer de nouvelles fréquences. Les téléphones portables modernes possèdent un émetteur-récepteur numérique full duplex hautement automatisé utilisant la modulation OFDM avec deux canaux radio numériques, chacun transportant une direction de la conversation bidirectionnelle, ainsi qu’un canal de contrôle qui gère la numérotation des appels et le transfert du téléphone vers une autre tour cellulaire. Les réseaux plus anciens 2G, 3G et 4G utilisent des fréquences dans la gamme UHF et micro-ondes basses, entre 700 MHz et 3 GHz. L’émetteur du téléphone portable ajuste sa puissance de sortie pour utiliser le minimum nécessaire pour communiquer avec la tour cellulaire; 0,6 W lorsqu’il est proche de la tour, jusqu’à 3 W lorsqu’il est plus éloigné. La puissance d’émission des canaux de la tour cellulaire est de 50 W. Les téléphones actuels, appelés smartphones, offrent de nombreuses fonctions en plus des appels téléphoniques et disposent donc de plusieurs autres émetteurs et récepteurs radio qui les connectent à d’autres réseaux : généralement un modem Wi-Fi, un modem Bluetooth et un récepteur GPS.

 

• Le réseau cellulaire 5G représente la nouvelle génération de réseaux mobiles, dont le déploiement a commencé en 2019. Son principal atout réside dans des débits de données beaucoup plus élevés que ceux des réseaux précédents, atteignant jusqu’à 10 Gbps, soit 100 fois plus rapides que la technologie cellulaire antérieure, la 4G LTE. Ces vitesses accrues sont en partie obtenues grâce à l’utilisation d’ondes radio de fréquences plus élevées, situées dans la bande des micro-ondes supérieures (3–6 GHz) et dans la bande des ondes millimétriques (environ 28 et 39 GHz). Étant donné que ces fréquences ont une portée plus courte que celles des bandes cellulaires précédentes, les cellules seront plus petites que celles des anciens réseaux, qui pouvaient couvrir plusieurs kilomètres. Les cellules à ondes millimétriques ne couvriront que quelques pâtés de maisons et, au lieu d’une station de base et d’une tour d’antenne, elles utiliseront de nombreuses petites antennes fixées sur des poteaux électriques et des bâtiments.

 

• Le téléphone satellite (ou satphone) est un téléphone portable sans fil similaire à un téléphone cellulaire, mais il se connecte au réseau téléphonique via un lien radio avec un satellite de communication en orbite plutôt qu’à travers des tours cellulaires. Bien qu’ils soient plus coûteux que les téléphones cellulaires, leur avantage réside dans le fait qu’ils peuvent être utilisés sur la majeure partie, voire la totalité, de la surface terrestre, contrairement aux téléphones cellulaires qui sont limités aux zones couvertes par des tours cellulaires. Pour permettre la communication avec un satellite à l’aide d’une petite antenne omnidirectionnelle, les systèmes de première génération utilisent des satellites en orbite terrestre basse, situés à environ 640 à 1 100 km au-dessus de la surface. Avec une période orbitale d’environ 100 minutes, un satellite n’est visible pour un téléphone que pendant 4 à 15 minutes environ, nécessitant ainsi le transfert de l’appel à un autre satellite lorsque celui-ci passe au-delà de l’horizon local. Par conséquent, un grand nombre de satellites, entre 40 et 70, est nécessaire pour garantir qu’au moins un satellite soit en vue en permanence depuis chaque point sur Terre. D’autres systèmes de téléphones satellites utilisent des satellites en orbite géostationnaire, nécessitant moins de satellites, mais ceux-ci ne peuvent pas être utilisés aux hautes latitudes en raison des interférences terrestres.

 

• Téléphone sans fil – un téléphone fixe dont le combiné est portable et communique avec le reste de l’appareil via une liaison radio bidirectionnelle à courte portée, au lieu d’être relié par un câble. Le combiné et la station de base sont équipés de transcepteurs radio à faible puissance qui gèrent cette connexion radio bidirectionnelle à courte distance. En 2022, la plupart des téléphones sans fil dans le monde utilisent la norme de transmission DECT.

 

• Les systèmes de radio mobile terrestre sont des émetteurs-récepteurs portables ou mobiles à courte portée fonctionnant en semi-duplex dans les bandes VHF ou UHF, utilisables sans licence. Ils sont souvent installés dans des véhicules, permettant aux unités mobiles de communiquer avec un répartiteur situé à une station fixe. Des systèmes spéciaux avec des fréquences réservées sont utilisés par les services d’intervention d’urgence tels que la police, les pompiers, les ambulances et autres services gouvernementaux. D’autres systèmes sont conçus pour des entreprises commerciales comme les services de taxi et de livraison. Les systèmes VHF utilisent des canaux dans les plages de 30–50 MHz et 150–172 MHz, tandis que les systèmes UHF utilisent la bande de 450–470 MHz et, dans certaines régions, la plage de 470–512 MHz. En général, les systèmes VHF ont une portée plus longue que les UHF mais nécessitent des antennes plus longues. La modulation AM ou FM est principalement utilisée, mais des systèmes numériques comme le DMR sont en cours d’introduction. La puissance rayonnée est généralement limitée à 4 watts. Ces systèmes ont une portée assez limitée, généralement de 3 à 20 miles (4,8 à 32 km) selon le terrain. Pour étendre la portée au-delà de la ligne de vue, des répéteurs installés sur des bâtiments élevés, des collines ou des sommets montagneux sont souvent utilisés. Des exemples de systèmes radio mobiles terrestres incluent le CB, FRS, GMRS et MURS. Les systèmes numériques modernes, appelés systèmes radio trunkés, utilisent un canal de contrôle numérique pour gérer automatiquement l’attribution des fréquences aux groupes d’utilisateurs.

 

• Les radios marines sont des émetteurs-récepteurs à moyenne portée installés sur les navires, utilisés pour les communications entre navires, entre navires et avions, ainsi qu’entre navires et stations côtières avec les capitaineries. Elles fonctionnent sur des canaux FM situés entre 156 et 174 MHz dans la bande VHF, avec une puissance pouvant atteindre 25 watts, ce qui leur permet de couvrir une distance d’environ 60 miles (97 km). Certains canaux sont en semi-duplex et d’autres en duplex intégral pour être compatibles avec le réseau téléphonique, permettant ainsi aux utilisateurs de passer des appels téléphoniques via un opérateur maritime.

 

• La radio amateur est une forme de communication bidirectionnelle à longue portée en semi-duplex, utilisée par des passionnés pour des activités non commerciales : contacts radio récréatifs avec d’autres amateurs, communication d’urgence bénévole lors de catastrophes, concours et expérimentations. Les radioamateurs doivent posséder une licence de radio amateur et se voient attribuer un indicatif unique qui doit être utilisé comme identifiant lors des transmissions. La radio amateur est limitée à des bandes de fréquences spécifiques, les bandes amateurs, réparties dans le spectre radioélectrique à partir de 136 kHz. Au sein de ces bandes, les amateurs ont la liberté de transmettre sur n’importe quelle fréquence en utilisant une grande variété de méthodes de modulation vocale, ainsi que d’autres formes de communication telles que la télévision à balayage lent (SSTV) et le radiotélétype (RTTY). De plus, les amateurs font partie des rares opérateurs radio à utiliser encore la radiotélégraphie en code Morse.

Communication vocale unidirectionnelle

• Babyphone – un appareil placé près du berceau des nourrissons qui permet aux parents de recevoir les sons émis par leur bébé via un récepteur qu’ils portent sur eux. Ainsi, ils peuvent surveiller leur enfant même lorsqu’ils se trouvent dans d’autres parties de la maison. Les bandes de fréquences utilisées varient selon les régions, mais en général, les babyphones analogiques émettent à faible puissance sur les bandes de 16, 9.3–49.9 ou 900 MHz, tandis que les systèmes numériques utilisent la bande de 2.4 GHz. De nombreux babyphones sont équipés de canaux bidirectionnels permettant aux parents de parler à leur bébé, ainsi que de caméras pour voir des vidéos du nourrisson.

 

• Microphone sans fil – Un microphone alimenté par batterie avec un émetteur à courte portée qui est tenu à la main ou porté sur le corps, transmettant le son par radio à une unité réceptrice proche connectée à un système de sonorisation. Les microphones sans fil sont utilisés par les orateurs publics, les artistes et les personnalités de la télévision pour leur permettre de se déplacer librement sans être gênés par un câble de microphone. Traditionnellement, les modèles analogiques transmettent en FM sur des portions inutilisées des fréquences de diffusion télévisée dans les bandes VHF et UHF. Certains modèles transmettent sur deux canaux de fréquence pour une réception diversifiée, évitant ainsi les interruptions de transmission lorsque l’utilisateur se déplace. D’autres modèles utilisent la modulation numérique pour empêcher la réception non autorisée par des scanners radio ; ces derniers fonctionnent dans les bandes ISM de 900 MHz, 2,4 GHz ou 6 GHz. Les normes européennes soutiennent également les systèmes audio multicanaux sans fil (WMAS), permettant une meilleure gestion d’un grand nombre de microphones sans fil lors d’un même événement ou dans un même lieu. En 2021, les régulateurs américains envisageaient d’adopter des règles pour le WMAS.

• Les réseaux sans fil sont des connexions radio automatisées qui transmettent des données numériques entre ordinateurs et autres appareils sans fil via des ondes radio, connectant ainsi les dispositifs de manière transparente au sein d’un réseau informatique. Ces réseaux peuvent transmettre toute forme de données : en plus des courriels et des pages web, ils peuvent également acheminer des appels téléphoniques (VoIP), du contenu audio et vidéo (appelé médias en streaming). La sécurité est une préoccupation plus importante pour les réseaux sans fil que pour les réseaux câblés, car toute personne à proximité disposant d’un modem sans fil peut capter le signal et tenter de se connecter. Les signaux radio des réseaux sans fil sont chiffrés à l’aide de WPA.

 

• Le réseau local sans fil (WLAN ou Wi-Fi), basé sur les normes IEEE 802.11, est le type de réseau informatique le plus répandu. Il permet de créer des réseaux locaux sans utiliser de câbles, reliant ainsi ordinateurs, portables, téléphones mobiles, consoles de jeux vidéo, téléviseurs intelligents et imprimantes dans une maison ou un bureau, tout en les connectant à un routeur sans fil pour accéder à Internet via une connexion filaire. Dans les lieux publics comme les bibliothèques, les hôtels et les cafés, les routeurs sans fil créent des points d’accès (hotspots) permettant au public de se connecter à Internet avec des appareils portables tels que des smartphones, tablettes ou ordinateurs portables. Chaque appareil échange des données grâce à un modem sans fil (contrôleur d’interface réseau sans fil), qui est un émetteur-récepteur micro-ondes automatisé avec une antenne omnidirectionnelle fonctionnant en arrière-plan pour échanger des paquets de données avec le routeur. Le Wi-Fi utilise des canaux dans les bandes ISM de 2,4 GHz et 5 GHz avec une modulation OFDM (multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence) pour transmettre des données à haute vitesse. La puissance émise par les émetteurs des modems Wi-Fi est limitée entre 200 mW et 1 watt, selon les pays. La portée maximale en intérieur est d’environ 50 mètres sur la bande de 2,4 GHz et de 20 mètres sur la bande de 5 GHz.

• Réseau étendu sans fil (Wireless Wide Area Network, WWAN) – un ensemble de technologies offrant un accès internet sans fil sur une zone plus vaste que les réseaux Wi-Fi, allant d’un bâtiment de bureaux à un campus, un quartier ou même une ville entière. Les technologies les plus couramment utilisées incluent : les modems cellulaires, qui échangent des données informatiques par radio avec des tours de téléphonie mobile ; l’accès Internet par satellite ; et les fréquences plus basses de la bande UHF, qui ont une portée plus longue que les fréquences Wi-Fi. Étant donné que les réseaux WWAN sont beaucoup plus coûteux et complexes à gérer que les réseaux Wi-Fi, leur utilisation a jusqu’à présent été généralement limitée aux réseaux privés exploités par de grandes entreprises.

  Bluetooth – une interface sans fil à très courte portée sur un appareil portable sans fil utilisée comme substitut à une connexion par câble, principalement pour échanger des fichiers entre appareils portables et connecter des téléphones portables et des lecteurs de musique avec des écouteurs sans fil. Dans le mode le plus couramment utilisé, la puissance de transmission est limitée à 1 milliwatt, offrant ainsi une portée très courte allant jusqu’à 10 m (30 pieds). Le système utilise la transmission par étalement de spectre à sauts de fréquence, dans laquelle des paquets de données successifs sont transmis dans un ordre pseudorandomisé sur l’un des 79 canaux Bluetooth de 1 MHz entre 2,4 et 2,83 GHz dans la bande ISM. Cela permet aux réseaux Bluetooth de fonctionner en présence de bruit, d’autres dispositifs sans fil et d’autres réseaux Bluetooth utilisant les mêmes fréquences, car la probabilité qu’un autre dispositif tente de transmettre sur la même fréquence en même temps que le modem Bluetooth est faible. En cas de « collision », le modem Bluetooth retransmet simplement le paquet de données sur une autre fréquence.

  Radio à paquets – un réseau ad hoc sans fil peer-to-peer longue distance dans lequel des paquets de données sont échangés entre des modems radio contrôlés par ordinateur (émetteurs/récepteurs) appelés nœuds, qui peuvent être séparés par plusieurs kilomètres et éventuellement mobiles. Chaque nœud ne communique qu’avec les nœuds voisins, donc les paquets de données sont transmis de nœud en nœud jusqu’à atteindre leur destination en utilisant le protocole réseau X.25. Les systèmes radio à paquets sont utilisés dans une certaine mesure par les entreprises de télécommunications commerciales et par la communauté des radioamateurs.

 

• L’envoi de messages texte (SMS) – il s’agit d’un service disponible sur les téléphones portables, permettant à un utilisateur de taper un court message alphanumérique et de l’envoyer à un autre numéro de téléphone. Le message s’affiche alors sur l’écran du téléphone du destinataire. Ce service repose sur le Short Message Service (SMS), qui utilise la bande passante libre du canal radio de contrôle des téléphones portables, employé pour gérer des fonctions en arrière-plan comme la numérotation et le transfert d’appels entre cellules. En raison des limitations techniques de ce canal, les messages texte sont limités à 160 caractères alphanumériques.

 

• Relais micro-ondes – un lien de transmission de données numériques point à point à longue distance et à large bande passante, composé d’un émetteur micro-ondes relié à une antenne parabolique qui envoie un faisceau de micro-ondes vers une autre antenne parabolique et un récepteur. Étant donné que les antennes doivent être en visibilité directe, les distances sont limitées par l’horizon visuel à 30–40 miles (48–64 km). Les liaisons micro-ondes sont utilisées pour les données privées des entreprises, les réseaux informatiques étendus (WAN) et par les compagnies de téléphone pour transmettre des appels longue distance et des signaux de télévision entre les villes.

 

• La télémétrie désigne la transmission automatisée et unidirectionnelle (simplex) de mesures et de données opérationnelles d’un processus ou d’un dispositif distant vers un récepteur pour des fins de surveillance. Elle est employée pour le suivi en vol de missiles, drones, satellites et radiosondes de ballons météorologiques, ainsi que pour le renvoi de données scientifiques vers la Terre depuis des engins spatiaux interplanétaires. De plus, elle permet la communication avec des capteurs biomédicaux électroniques implantés dans le corps humain et est utilisée dans les opérations de diagraphie de puits. Souvent, plusieurs canaux de données sont transmis en utilisant le multiplexage par répartition en fréquence ou en temps. La télémétrie commence également à être utilisée dans des applications destinées aux consommateurs telles que :

  • La lecture automatique des compteurs – des compteurs d’électricité, d’eau et de gaz qui, lorsqu’ils reçoivent un signal d’interrogation, envoient leurs relevés par radio à un véhicule de lecture de la compagnie de services publics stationné au bord du trottoir, éliminant ainsi la nécessité pour un employé de se rendre sur la propriété du client pour lire manuellement le compteur.

  • Le péage électronique – sur les routes à péage, il s’agit d’une alternative à la collecte manuelle des péages aux barrières de péage. Un transpondeur installé dans le véhicule, lorsqu’il est activé par un émetteur situé en bord de route, envoie un signal à un récepteur routier pour enregistrer l’utilisation de la route par le véhicule, permettant ainsi de facturer le propriétaire pour le péage.

• La Radio-identification (RFID) utilise des étiquettes d’identification contenant un petit transpondeur radio (récepteur et émetteur) fixées sur des marchandises. Lorsqu’elles reçoivent une impulsion de radiofréquence d’une unité de lecture à proximité, les étiquettes renvoient un numéro d’identification, permettant ainsi l’inventaire des biens. Les étiquettes passives, les plus courantes, sont équipées d’une puce alimentée par l’énergie radio reçue du lecteur, rectifiée par une diode, et peuvent être aussi petites qu’un grain de riz. Elles sont intégrées dans divers produits, vêtements, wagons de chemin de fer, livres de bibliothèque, étiquettes de bagages aériens et même implantées sous la peau des animaux domestiques et du bétail (implant de microchip), voire des personnes. Les préoccupations en matière de confidentialité ont été abordées avec des étiquettes utilisant des signaux cryptés et authentifiant le lecteur avant de répondre. Les étiquettes passives utilisent les bandes ISM de 125–134 kHz, 13,900 MHz et 2,4 et 5 GHz et ont une portée courte. Les étiquettes actives, alimentées par une batterie, sont plus grandes mais peuvent émettre un signal plus fort, leur donnant une portée de plusieurs centaines de mètres.

• Communication sous-marine – Lorsqu’ils sont immergés, les sous-marins sont isolés de toute communication radio ordinaire avec leurs autorités militaires en raison de la conductivité de l’eau de mer. Cependant, les ondes radio de fréquences suffisamment basses, dans les bandes VLF (30 à 3 kHz) et ELF (inférieures à 3 kHz), peuvent pénétrer l’eau de mer. Les marines exploitent de grandes stations émettrices côtières avec une puissance de sortie de l’ordre du mégawatt pour transmettre des messages chiffrés à leurs sous-marins dans les océans du monde. En raison de la faible largeur de bande, ces systèmes ne peuvent transmettre que des messages textuels à un débit de données lent. Le canal de communication est unidirectionnel, car les longues antennes nécessaires pour émettre des ondes VLF ou ELF ne peuvent pas être installées sur un sous-marin. Les émetteurs VLF utilisent des antennes filaires de plusieurs kilomètres comme les antennes en parapluie. Quelques nations utilisent des émetteurs ELF fonctionnant autour de 80 Hz, capables de communiquer avec des sous-marins à des profondeurs plus importantes. Ces derniers utilisent des antennes encore plus grandes appelées dipôles terrestres, constituées de deux connexions au sol (Terre) espacées de 23 à 60 km (14 à 37 mi), reliées par des lignes de transmission aériennes à un émetteur alimenté par une centrale électrique.

Communication Radio entre Vaisseau Spatial et Station Terrestre

Il s’agit de la communication radio entre un vaisseau spatial et une station terrestre, ou un autre vaisseau spatial.

Les communications avec les engins spatiaux couvrent les distances de transmission les plus longues, atteignant jusqu’à des milliards de kilomètres pour les missions interplanétaires.

Pour capter les signaux faibles provenant de ces engins lointains, les stations terrestres utilisent de grandes antennes paraboliques allant jusqu’à 25 mètres de diamètre et des récepteurs extrêmement sensibles.

Des fréquences élevées dans la bande des micro-ondes sont utilisées, car elles traversent l’ionosphère sans être réfractées.

De plus, à ces fréquences, les antennes à gain élevé nécessaires pour concentrer l’énergie radio dans un faisceau étroit dirigé vers le récepteur sont petites et prennent peu de place sur un satellite.

Des portions des bandes UHF, L, C, S, Ku et Ka sont allouées aux communications spatiales.

Un lien radio qui transmet des données depuis la surface terrestre vers un vaisseau spatial est appelé une liaison montante (uplink), tandis qu’un lien qui transmet des données du vaisseau spatial vers le sol est appelé une liaison descendante (downlink).

• Un satellite de communication est un satellite artificiel utilisé comme relais de télécommunications pour transmettre des données entre des points éloignés sur Terre. Ces satellites sont employés car les micro-ondes utilisées pour les télécommunications se propagent en ligne droite et ne peuvent donc pas contourner la courbure de la Terre. Au 1er janvier 2021, il y avait 2 224 satellites de communication en orbite terrestre. La plupart se trouvent en orbite géostationnaire à 35 700 km (22 200 miles) au-dessus de l’équateur, ce qui permet au satellite de rester fixe par rapport à un point précis du ciel. Ainsi, les antennes paraboliques des stations terrestres peuvent être orientées en permanence vers ce point sans avoir besoin de se déplacer pour suivre le satellite. Dans une station terrestre, un émetteur à micro-ondes et une grande antenne parabolique transmettent un faisceau d’ondes montantes vers le satellite. Le signal montant transporte de nombreux canaux de trafic télécom, tels que des appels téléphoniques longue distance, des programmes télévisés et des signaux Internet, grâce à une technique appelée multiplexage par répartition en fréquence (FDM). Sur le satellite, un transpondeur reçoit le signal, le convertit à une fréquence descendante différente pour éviter toute interférence avec le signal montant, puis le retransmet vers une autre station terrestre, qui peut être très éloignée de la première. Là-bas, le signal descendant est démultiplexé et le trafic télécom qu’il transporte est acheminé vers ses destinations locales via des lignes terrestres. Les satellites de communication possèdent généralement plusieurs dizaines de transpondeurs sur différentes fréquences, qui sont loués par différents utilisateurs.

• Le satellite de diffusion directe est un satellite de communication géostationnaire qui transmet des programmes directement aux récepteurs situés dans les foyers et les véhicules des abonnés sur Terre, dans les systèmes de radio et de télévision par satellite. Il utilise une puissance d’émission plus élevée que les autres satellites de communication, afin de permettre la réception du signal par les consommateurs avec une petite antenne discrète. Par exemple, la télévision par satellite utilise des fréquences de descente allant de 12,2 à 12,7 GHz dans la bande Ku, transmises à une puissance de 100 à 250 watts, ce qui permet leur réception par des paraboles relativement petites de 43 à 80 cm (17 à 31 pouces) montées à l’extérieur des bâtiments.

Le radar est une méthode de radiolocalisation utilisée pour détecter et suivre des avions, des engins spatiaux, des missiles, des navires, des véhicules, ainsi que pour cartographier les conditions météorologiques et le terrain. Un ensemble radar se compose d’un émetteur et d’un récepteur.

L’émetteur émet un faisceau étroit d’ondes radio qui balaie l’espace environnant. Lorsque ce faisceau rencontre un objet cible, les ondes radio sont réfléchies vers le récepteur.

La direction du faisceau indique la position de l’objet. Étant donné que les ondes radio voyagent à une vitesse constante proche de celle de la lumière, en mesurant le bref délai entre l’impulsion émise et l’écho reçu, il est possible de calculer la distance jusqu’à la cible.

Les cibles sont souvent affichées graphiquement sur un écran appelé écran radar.

Le radar Doppler peut mesurer la vitesse d’un objet en mouvement en évaluant le changement de fréquence des ondes radio renvoyées dû à l’effet Doppler.

Les radars utilisent principalement des fréquences élevées dans les bandes de micro-ondes, car ces fréquences génèrent de fortes réflexions provenant d’objets de la taille de véhicules et peuvent être concentrées en faisceaux étroits à l’aide d’antennes compactes.

Les antennes paraboliques (en forme de plat) sont couramment employées. Dans la majorité des radars, l’antenne émettrice sert également d’antenne réceptrice; on parle alors de radar monostatique.

Un radar qui utilise des antennes distinctes pour l’émission et la réception est appelé radar bistatique.

• Radar de surveillance aéroportuaire – En aviation, le radar est l’outil principal du contrôle du trafic aérien. Une antenne parabolique rotative balaie un faisceau vertical en forme d’éventail de micro-ondes autour de l’espace aérien, et le radar affiche la position des avions sous forme de « points lumineux » sur un écran appelé écran radar. Le radar aéroportuaire fonctionne dans la bande S des micro-ondes, entre 2,7 et 2,9 GHz. Dans les grands aéroports, l’image radar est affichée sur plusieurs écrans dans une salle d’opérations appelée TRACON (Terminal Radar Approach Control), où les contrôleurs aériens dirigent les avions par radio pour maintenir une séparation sécurisée entre eux.

  Radar secondaire de surveillance – Les avions sont équipés de transpondeurs radar, des émetteurs-récepteurs qui, lorsqu’ils sont activés par le signal radar entrant, transmettent un signal de retour en micro-ondes. Cela permet de rendre les avions plus visibles sur l’écran radar. Le radar qui déclenche le transpondeur et reçoit le faisceau de retour, généralement monté au-dessus de l’antenne radar principale, est appelé radar secondaire de surveillance. Étant donné que le radar ne peut pas mesurer avec précision l’altitude d’un avion, le transpondeur transmet également l’altitude mesurée par son altimètre ainsi qu’un numéro d’identification de l’avion, qui s’affiche sur l’écran radar.

  Contre-mesures électroniques (ECM) – Systèmes électroniques défensifs militaires conçus pour réduire l’efficacité des radars ennemis ou les tromper avec de fausses informations afin d’empêcher les ennemis de localiser les forces locales. Ils consistent souvent en des émetteurs puissants de micro-ondes capables d’imiter les signaux radar ennemis pour créer de fausses indications de cibles sur les écrans radar ennemis.

• Radar maritime : Un radar en bande S ou X installé sur les navires, utilisé pour détecter les navires à proximité et les obstacles tels que les ponts. Une antenne rotative balaie un faisceau vertical en forme d’éventail de micro-ondes autour de la surface de l’eau entourant le navire jusqu’à l’horizon.

  Radar météorologique : Un radar Doppler qui cartographie les intensités des précipitations météorologiques et les vitesses des vents grâce aux échos renvoyés par les gouttes de pluie et leur vitesse radiale par effet Doppler.

  Radar à réseau phasé : Un ensemble radar utilisant un réseau phasé, une antenne contrôlée par ordinateur qui peut diriger rapidement le faisceau radar dans différentes directions sans déplacer l’antenne. Les radars à réseau phasé ont été développés par l’armée pour suivre les missiles et avions à grande vitesse. Ils sont largement utilisés dans les équipements militaires et se répandent maintenant dans les applications civiles.

  Radar à synthèse d’ouverture (SAR) : Un radar aéroporté spécialisé qui produit une carte haute résolution du terrain au sol. Le radar est monté sur un avion ou un vaisseau spatial et l’antenne radar émet un faisceau d’ondes radio latéralement, perpendiculairement à la direction du mouvement, vers le sol. En traitant le signal radar de retour, le mouvement du véhicule est utilisé pour simuler une grande antenne, donnant au radar une résolution plus élevée.

  Radar à pénétration de sol : Un instrument radar spécialisé qui est déplacé le long de la surface du sol dans un chariot et transmet un faisceau d’ondes radio dans le sol, produisant une image des objets souterrains. Des fréquences allant de 100 MHz à quelques GHz sont utilisées. Comme les ondes radio ne peuvent pas pénétrer très loin dans la terre, la profondeur du GPR est limitée à environ 15 mètres.

  Système d’évitement des collisions : Un système radar ou LIDAR à courte portée installé sur une automobile ou un véhicule qui détecte si le véhicule est sur le point de heurter un objet et applique les freins pour éviter la collision.

  Détonateur radar : Un détonateur pour une bombe aérienne utilisant un altimètre radar pour mesurer la hauteur de la bombe au-dessus du sol pendant sa chute et la faire exploser à une certaine altitude.