Propagation et atténuation des ondes radio

Temps de lecture 3 minutes

Mis à jour - mai 11, 2023

Le thème du WLAN, de l'exposition aux rayonnements, du blindage revient régulièrement. Comprendre la propagation et l'atténuation des ondes radio permet également de mieux gérer la technologie radio. C'est pourquoi vous trouverez ci-dessous des informations plus détaillées, qui nécessitent toutefois une compréhension de base. Donc, un peu de théorie sèche pour commencer.

histoire

Heinrich Hertz, qui a donné son nom à l'unité de mesure de la fréquence (Hz), a démontré pour la première fois en 1886, de manière expérimentale, l'existence des ondes électromagnétiques (radio), prédite en théorie par James Clerk Maxwell en 1867.

Nikola Tesla a obtenu son premier brevet pour la transmission d'énergie sans fil, la technique radio, le 20 mars 1900.

Braun et Marconi sont d'autres noms liés au développement de la télégraphie qui, en utilisant le télégraphe électromagnétique et l'alphabet Morse inventés par Samuel Finley Breese Morse dès 1837, ont permis de transmettre des messages sur une distance pouvant atteindre 3 600 km.

Propagation

La propagation des ondes électromagnétiques dépend de la fréquence, des conditions topologiques et atmosphériques.

Les couches ionosphériques (altitude moyenne d'environ 1.000 km), qui suivent la troposphère (17 ... 17 km d'altitude) et la stratosphère (8 ... 50 km d'altitude) proches de la terre, peuvent réfléchir les ondes radio en raison de leur degré d'ionisation, qui dépend de l'activité solaire. Dans les cas extrêmes, un signal qui vient d'être émis peut être reçu au même endroit par réflexion répétée tout autour du globe (circonférence d'environ 40.000 km), retardée du temps de propagation (300.000 km /s).

Au-delà de 60 MHz environ, les ondes radio se propagent comme la lumière. Elles peuvent être déviées et réfléchies par des obstacles. Au-delà de 100 MHz, les ondes radio sont de plus en plus perturbées dans leur propagation par des réflexions. Dans le pire des cas, le sommet et le creux de l'onde peuvent s'annuler mutuellement.

amortissement

Par atténuation, on entend l'affaiblissement d'un signal. L'atténuation est mesurée en décibels (dB), en décibels milliwatts (dBm) ou, pour les puissances plus élevées, en décibels watts (dBW) en flux logarithmique, afin de pouvoir représenter des niveaux plus élevés de manière proche de la pratique.

Il est important de distinguer les indications d'atténuation en pourcentage et en dB, pour le son db(A), "A" signifiant adapté à la courbe d'audition humaine (prise en compte du fait que les sons aigus et les sons graves sont perçus différemment à un volume identique).

En général, un décibel indique une valeur d'amplification, c'est-à-dire que la valeur est positive. Un signe négatif décrit donc une atténuation.
100 dB désigne une pression sonore 100.000 fois supérieure à 0 dB ou une pression sonore de 2 pa (pascals).

Bruit	db(A)	Blindage (dB)	%
Scie circulaire	90	10	90
Autoroute en journée	80	20	99
Rue principale en journée	70	30	99,9
Rue principale la nuit	60	40	99,99
Route secondaire de jour	50	50	99,999
Route secondaire la nuit	40	60	99,999.9
Broderie d'horloges	30	70	99,999.99
Bruit de feuilles	20	80	99,999.999
Bruit de respiration	10	90	99,999.999.9
Silence	0	100	99,999.999.99

Pour se faire une idée de la capacité d'atténuation d'un matériau à être pénétré par des ondes radio, comparons un plafond de bâtiment de <30 cm d'épaisseur (70%) avec un métal tissé de moins de 1 mm d'épaisseur (100%) ou une cloison en placoplâtre de moins de 10 cm d'épaisseur (10%).

Pertes de câble / de connecteur / d'atténuation

Si les ondes radio traversent des câbles, des connecteurs, des raccords, etc., par exemple sur le trajet entre l'appareil radio et l'antenne, des pertes d'atténuation se produisent également. Le type et la longueur du câble d'antenne utilisé, ainsi que les connecteurs, déterminent l'importance des pertes d'affaiblissement cumulées.

La règle générale est la suivante : la somme des pertes d'atténuation ne doit pas dépasser le gain de l'antenne. Le choix des différents composants doit être fait en conséquence.

Le type de câble, torsadé ou rigide, le blindage, la structure de la gaine, la longueur et la fréquence à utiliser sont également des critères à prendre en compte lors du choix d'un câble d'antenne. L'utilisation dans la construction est également déterminante : les câbles halogènes sont résistants à la chaleur et ignifuges, les câbles à fentes sont utilisés pour la pose dans les tunnels.

WLAN / Liaison par faisceau hertzien

Pour le WLAN, les fréquences prévues sont de 2,4 GHz, 5 et 6 GHz, ainsi que 24 et 60 GHz. Si l'on veut une grande portée, à travers les murs et les plafonds, on choisit les fréquences les plus petites, c'est-à-dire 2,4 GHz. Elles ont une portée d'environ une maison individuelle. Pour les maisons jumelées, il faut tenir compte du fait qu'il y a encore assez de portée pour le voisin. Si l'on souhaite des débits de données élevés sur une courte distance, on choisit la fréquence de 5 GHz, car elle ne traverse pratiquement pas le sol ou le plafond. Il en va de même pour la bande des 6 GHz.
24 et 60 GHz, en revanche, permettent des distances de 200 ... 1.000 m. Ici, la visibilité est une condition préalable. La pluie, la brume, la neige, etc. peuvent entraîner des pertes de débit qui peuvent être en partie compensées par des dispositions techniques.

Intensité du champ radio

L'intensité du champ radioélectrique des installations électriques est de 1 ... 2 mW, d'une liaison hertzienne d'environ 10 mW, du WLAN à 2,4 GHz 100 mW, à 5 GHz 200 mW, d'un four à micro-ondes 800 mW et d'un téléphone portable 2.000 mW.

En général, les valeurs limites pour les champs électromagnétiques à haute fréquence, appelées DAS (débit d'absorption spécifique), décrivent la puissance absorbée par les tissus humains qui peut être tolérée.

En moyenne sur l'ensemble du corps humain, on parle de 0,08 W/kg, par rapport à certaines zones, par ex. la tête (téléphone portable) 2 W/kg.

Le téléphone portable à l'oreille soumet déjà l'organisme à la charge maximale autorisée.

Les effets de l'exposition aux rayonnements électromagnétiques peuvent être, chez les personnes sensibles, une dérégulation de la tension artérielle, une dépression, des troubles hormonaux, une immunosuppression, des troubles de la concentration, des maux de tête, de la fatigue, des troubles du sommeil, des vertiges, des nausées et de l'agitation.

Mesures de protection

1. Choisir l'emplacement du routeur WLAN le plus éloigné possible du lieu de travail.
2. Utiliser la bande de fréquences en fonction des besoins réels.
3. Désactiver le WLAN lorsqu'il n'est pas utilisé.

Les personnes qui souhaitent se protéger des nuisances externes dues aux rayonnements électromagnétiques peuvent aménager leur habitation dans le sens d'une cage de Faraday. Dans ce cas, des bandes de grillage métallique fin, des feuilles de cuivre, voire des feuilles d'aluminium, sont placées sous le revêtement mural / le papier peint ou encore des papiers peints CEM spéciaux dont l'envers est métallisé. Il est important que chaque bande ait un contact électrique avec la bande voisine, que les vitres soient également métallisées et que cette couche soit également reliée au blindage mural.
Toute l'installation doit être reliée à la liaison équipotentielle du bâtiment afin de garantir une mise à la terre correcte.

De cette manière, cette pièce est à l'abri des influences électromagnétiques extérieures et, inversement, le trafic radio d'un routeur WLAN à l'intérieur de cette pièce serait protégé des intercepteurs externes.

Le thème de l'électrosmog et de la technique de blindage sera abordé dans ce Contribution traitées séparément.

Tous les travaux sur les installations électriques doivent être effectués exclusivement par du personnel qualifié !