Historique
Une liaison micro-ondes est un système de communication qui utilise un faisceau d’ondes radio dans la gamme de fréquences micro-ondes pour transmettre des informations entre deux emplacements fixes sur la terre. Ils sont essentiels à de nombreuses formes de communication et ont un impact sur un large éventail d’industries. Les radiodiffuseurs utilisent des liaisons micro-ondes pour envoyer des programmes du studio à l’emplacement de l’émetteur, qui peut être à des kilomètres. Les liaisons micro-ondes transportent les appels téléphoniques cellulaires entre les sites cellulaires. Les fournisseurs de services Internet sans fil utilisent des liaisons micro-ondes pour fournir à leurs clients un accès Internet haute vitesse sans avoir besoin de connexions par câble. Les compagnies de téléphone transmettent les appels entre les centres de commutation sur des liaisons hertziennes, bien qu’assez récemment, elles aient été largement supplantées par les câbles à fibres optiques. Les entreprises et les agences gouvernementales les utilisent pour fournir des réseaux de communication entre les installations voisines au sein d’une organisation, comme une entreprise avec plusieurs bâtiments dans une ville.
L’une des raisons pour lesquelles les liaisons micro-ondes sont si adaptables est qu’elles sont à large bande. Cela signifie qu’ils peuvent déplacer de grandes quantités d’informations à grande vitesse. Une autre qualité importante des liaisons micro-ondes est qu’elles ne nécessitent aucun équipement ou installation entre les deux points terminaux, de sorte que l’installation d’une liaison micro-ondes est souvent plus rapide et moins coûteuse qu’une connexion par câble. Enfin, ils peuvent être utilisés presque n’importe où, tant que la distance à parcourir se situe dans la plage de fonctionnement de l’équipement et qu’il y a un chemin libre (c’est-à-dire pas d’obstacles solides) entre les emplacements. Les micro-ondes sont également capables de pénétrer la pluie, le brouillard et la neige, ce qui signifie que le mauvais temps ne perturbe pas la transmission.
Une liaison micro-ondes unidirectionnelle simple comprend quatre éléments principaux : un émetteur, un récepteur, des lignes de transmission et des antennes. Ces composants de base existent dans tous les systèmes de radiocommunications, y compris les téléphones cellulaires, les radios bidirectionnelles, les réseaux sans fil et la radiodiffusion commerciale. Mais la technologie utilisée dans les liaisons hyperfréquences diffère nettement de celle utilisée aux basses fréquences (longueurs d’onde plus longues) du spectre radioélectrique. Les techniques et les composants qui fonctionnent bien aux basses fréquences ne sont pas utilisables aux fréquences plus élevées (longueurs d’onde plus courtes) utilisées dans les liaisons hyperfréquences. Par exemple, les fils et câbles ordinaires fonctionnent mal comme conducteurs de signaux hyperfréquences. D’autre part, les fréquences hyperfréquences permettent aux ingénieurs de tirer parti de certains principes qui ne sont pas pratiques à appliquer à des fréquences plus basses. Un exemple est l’utilisation d’une antenne parabolique ou « parabolique » pour focaliser un faisceau radio à micro-ondes. De telles antennes peuvent être conçues pour fonctionner à des fréquences beaucoup plus basses, mais elles seraient trop grandes pour être économiques dans la plupart des cas.
Dans une liaison hyperfréquence, l’émetteur produit un signal hyperfréquence qui porte l’information à communiquer. Ces informations — l’entrée – peuvent être tout ce qui peut être envoyé par des moyens électroniques, tels qu’un appel téléphonique, des émissions de télévision ou de radio, du texte, des images animées ou fixes, des pages Web ou une combinaison de ces médias.
L’émetteur a deux tâches fondamentales: générer de l’énergie hyperfréquence au niveau de fréquence et de puissance requis, et la moduler avec le signal d’entrée afin qu’elle transmette des informations significatives. La modulation est réalisée en faisant varier certaines caractéristiques de l’énergie en réponse à l’entrée de l’émetteur. Le clignotement d’une lumière pour transmettre un message en code Morse est un exemple de modulation. Les longueurs différentes des éclairs (les points et les tirets), et les intervalles d’obscurité entre eux, transmettent l’information — dans ce cas un message texte.
La deuxième partie intégrante d’une liaison hyperfréquence est une ligne de transmission. Cette ligne transporte le signal de l’émetteur vers l’antenne et, à l’extrémité de réception de la liaison, de l’antenne vers le récepteur. En génie électrique, une ligne de transmission est tout ce qui conduit le courant d’un point à un autre. Le cordon de lampe, les lignes électriques, les fils téléphoniques et le câble de haut-parleur sont des lignes de transmission courantes. Mais aux fréquences hyperfréquences, ces médias affaiblissent excessivement le signal. A leur place, les ingénieurs utilisent des câbles coaxiaux et, surtout, des tuyaux creux appelés guides d’ondes.
La troisième partie du système micro-ondes est les antennes. À l’extrémité d’émission, l’antenne émet le signal hyperfréquence de la ligne de transmission dans l’espace libre. « Espace libre » est le terme utilisé par l’ingénieur électricien pour désigner le vide ou le vide entre les antennes émettrices et réceptrices. Ce n’est pas la même chose que « l’atmosphère », car l’air n’est nécessaire à aucun type de transmission radio (c’est pourquoi la radio fonctionne dans le vide de l’espace). Sur le site du récepteur, une antenne pointée vers la station émettrice recueille l’énergie du signal et l’alimente dans la ligne de transmission pour traitement par le récepteur.
Les antennes utilisées dans les liaisons hyperfréquences sont hautement directionnelles, ce qui signifie qu’elles focalisent étroitement l’énergie transmise et reçoivent principalement de l’énergie d’une direction spécifique. Cela contraste avec les antennes utilisées dans de nombreux autres systèmes de communication, tels que la radiodiffusion. En dirigeant l’énergie de l’émetteur là où elle est nécessaire — vers le récepteur — et en concentrant le signal reçu, cette caractéristique des antennes hyperfréquences permet la communication sur de longues distances en utilisant de petites quantités d’énergie.
Entre les antennes de la liaison se trouve un autre élément vital de la liaison hyperfréquence — le chemin emprunté par le signal à travers l’atmosphère terrestre. Une voie claire est essentielle au succès de la liaison micro-ondes. Étant donné que les micro-ondes se déplacent en lignes essentiellement droites, les obstacles créés par l’homme (y compris une éventuelle construction future) qui pourraient bloquer le signal doivent être surmontés par des structures d’antennes hautes ou complètement évités. Des obstacles naturels existent également. Un terrain plat peut créer des réflexions indésirables, les précipitations peuvent absorber ou disperser une partie de l’énergie des micro-ondes et l’émergence du feuillage au printemps peut affaiblir un signal légèrement fort, qui avait été suffisant lorsque les arbres étaient nus en hiver. Les ingénieurs doivent prendre en compte tous les problèmes existants et potentiels lors de la conception d’une liaison micro-ondes.
À la fin de la liaison se trouve le composant final, le récepteur. Ici, les informations du signal hyperfréquence sont extraites et mises à disposition sous leur forme originale. Pour ce faire, le récepteur doit démoduler le signal pour séparer l’information de l’énergie hyperfréquence qui la transporte. Le récepteur doit être capable de détecter de très petites quantités d’énergie micro-ondes, car le signal perd une grande partie de sa force lors de son trajet.
Tout ce processus se déroule à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, de sorte que la transmission est pratiquement instantanée même sur de longues distances. Avec tous leurs avantages, les liaisons hertziennes constitueront certainement des éléments constitutifs importants de l’infrastructure de communication mondiale pour les années à venir.
Diagramme de liaison
Ce diagramme provient d’un système de liaison micro-ondes de la série NEC 500 (vers 1983) et montre un chemin de bloc d’équipement. Le bloc « direction de retour » est l’inverse de celui détaillé dans le diagramme principal.
Réglementation et octroi de licences
Chaque pays a des exigences variables pour l’octroi de licences de liaisons radio à micro-ondes. Dans la plupart des cas, cette licence ne s’adresse qu’à l’émetteur, mais dans le même cas, elle offre une protection réglementaire à toute intéférence pouvant affecter le récepteur hyperfréquence.
Les coûts de licence sont généralement liés à la taille du spectre occupé par le signal de l’émetteur – et sont souvent directement influencés par certains des coûts de location de spectre réalisés par le régulateur local, par exemple FCC, ACMA, PTT, etc.
Sécurité des rayonnements micro-ondes
Un aspect de sécurité du rayonnement EMR radio à micro-ondes est également défini par des normes et des lignes directrices, et souvent des zones d' »exclusion » d’exposition humaine existent autour de l’avant des antennes paraboliques micro-ondes, des cornes et des antennes diélectriques. La sécurité du personnel doit également être prise en compte autour des extrémités de guides d’ondes ouvertes et des commutateurs de guides d’ondes avec des ports non fermés. Reportez-vous à d’autres documents au GHN sur la sécurité des DME.
Il est toujours prudent de traiter la sécurité des rayonnements micro-ondes de manière conservatrice, de ne jamais regarder vers le bas un guide d’ondes ouvert, de ne jamais se tenir devant une antenne micro-ondes.
Planification des fréquences
Dans les anciens systèmes de liaison radio à micro-ondes multiplex par répartition en fréquence (FDM), une seule paire de fréquences était allouée à l’ensemble du réseau de liaison, avec un arrangement d’isolation en polarisation alternative à partir de stations plus éloignées du réseau. Cela signifie qu’à une seule station répéteuse hyperfréquence, les émetteurs de liaison fonctionnent sur la même fréquence, mais avec des antennes pointées dans des directions différentes, et avec une polarisation d’antenne opposée.
La même logique de planification des fréquences s’applique toujours aux liaisons radio numériques à micro-ondes modernes, avec un œil attentif sur la bande passante / le désignateur « d’émission ». La planification des fréquences peut également être soumise à des restrictions de la part du régulateur (FCC / ACMA / Ofcom / PTT), de sorte qu’une consultation approfondie est nécessaire avant de prendre des engagements.
Planification des liaisons radio micro-ondes
La conception et la construction d’un réseau de liaisons radio micro-ondes reposent sur un certain nombre de facteurs. Ceux-ci incluent:
- Distance entre les bornes radio à micro-ondes;
- Propriétés du terrain, par exemple plans d’eau, falaises, forêts, neige;
- Fréquence de fonctionnement, souvent régie par les coûts de licence, la disponibilité des fréquences, les distances prévues et même la sensibilité à la pluie;
- Gestion des interférences avec le récepteur de liaison micro-ondes. Généralement géré par l’attribution d’une paire de fréquences claire par le régulateur, mais pour les bandes de fréquences « vendues aux enchères » ou avec délégation, par exemple les communications de défense et les grandes entreprises, cela devient la responsabilité de gestion du titulaire / propriétaire de la bande;
- Décoloration, dispersion et distorsion à trajets multiples;
- Taille des antennes, propriétés de la ligne d’alimentation, besoin de tours et de mâts et d’antennes à gain élevé – même la stabilité (propriétés d’inclinaison et de torsion) du mât de support doit être conçue pour éviter que le faisceau d’antenne ne soit mal dirigé en raison du vent ou de la glace sur la structure;
- Gestion de l’humidité à l’intérieur des guides d’ondes externes;
- Gestion de l’équipement , alarmes de puissance et de sécurité, systèmes de commutation et de commande à distance.
- Autorisations de développement du Conseil, du gouvernement local, de la FAA, de la CASA et de la communauté régissant les intrusions visuelles et contrôlées dans l’espace aérien;
- Analyse du coût de l’équipement et des coûts-avantages, y compris l’entretien de l’équipement;
- Les liaisons de communication par satellite sont également classées comme des liaisons radio à micro-ondes, mais étant donné leur exposition minimale aux conditions atmosphériques, ce type de liaisons à micro-ondes peut fonctionner avec des marges de fondu minimales, c’est-à-dire avec une contingence minimale dans le niveau d’intensité du signal reçu;
- Disponibilité de l’équipement, des pièces de rechange, de l’entretien, de l’équipement de test et du personnel qualifié;
- Transits solaires pour les récepteurs à liaison micro-ondes orientés vers les horizons est ou ouest. Le problème ici est que le « bruit du soleil » submergera souvent les récepteurs à micro-ondes à large bande, générant ce qu’on appelle une « panne de transit solaire ». Même chose pour les liaisons de communication par satellite.
Fabricants d’équipements de liaison micro-ondes
Sans ordre spécifique, ceux-ci comprennent:
- – NEC
- – Ericsson
- – Nokia
- – Marelli
- – Marconi
- – GT & E
- – GE
- – Phillips
- – Rohde& Schwartz
- – Kuhne
- – Codan
- – Alcatel
- – Fujitsu
- – Siemens
- – ATI
- – Hughes