Les ondes progressives dans une ligne
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Voir aussi : Les lignes de transmission - Les signaux périodiques, période, fréquence - Impédance caractéristique d'une ligne - Mesure de l'impédance caractéristique d'une ligne - la ligne bifilaire - Formation des ondes stationnaires - Les pertes dans une ligne - L'abaque de Smith -


Dans l'espace, une onde se déplace à la vitesse de la lumière et se répand dans toutes les directions à la fois, perdant de son amplitude parce que l'énergie qu'elle transporte est répartie à chaque seconde sur un volume beaucoup plus grand.
Dans une ligne, l'énergie est canalisée comme un train sur des rails, et s'il n'y avait pas les pertes, l'amplitude de l'onde serait constante quelque soit le segment de la ligne sur laquelle on la mesurerait.
A condition que la ligne soit infinie ou correctement chargée.

Déplacement d'une impulsion

Une ligne (bifilaire ou coaxiale) de longueur infinie est branchée sur une source de courant continu de force-électromotrice E au travers d'un bouton poussoir P. Si on presse sur P un court instant, l'impulsion d'amplitude E (on néglige la résistance interne de la source) va se déplacer dans la ligne à très grande vitesse en filant vers l'infini.
Comme la ligne est supposée sans perte, l'amplitude de l'impulsion restera constante.

Propagation d'une onde

Si on remplace la source de courant continu par un générateur HF, en appuyant un bref instant sur le poussoir, le court signal va se propager dans les deux conducteurs de la ligne en provoquant la formation d'une onde se déplaçant dans le diélectrique situé entre les deux conducteurs. De la nature de ce diélectrique, donc de la permittivité du matériau utilisé va dépendre la vitesse de propagation de l'onde.
Exemple :
Dans un câble coaxial isolé au polyéthylène, la vitesse de propagation de l'onde est d'environ 0,66 fois la célérité de la lumière, c'est à dire environ 200 000 km/s
Si l'on chronomètre une durée de 0,000001 seconde, la distance physique parcourue pendant cette période sera de 0,2 km soit une longueur de 200 mètres.
A titre de comparaison, la distance parcourue pendant la même période sur une ligne bifilaire serait d'environ 270 mètres.
Comme la ligne est infinie et que la vitesse est constante, au bout d'une minute le "bip" émis sera à 12 millions de km de la source.

Pertes en ligne

Comme la ligne parfaite n'existe pas, l'amplitude de l'onde diminue au fur et à mesure de sa progression. L'affaiblissement pour 100 mètres est de l'ordre de 16dB pour un câble RG58 à 100 MHz, ce qui signifie que 100 watts appliqués à l'entrée d'une ligne de 20 mètres de longueur ne sont plus que 49 watts. Les 51 watts perdus ont été dissipés dans la ligne. Ces pertes augmentent avec la fréquence. Si on néglige cet affaiblissement, ce qui est acceptable pour les faibles longueurs de ligne, l'amplitude des ondes progressives peut être considéré comme constante d'un bout à l'autre de la ligne. (voir : Les pertes dans une ligne )

Adaptation de la charge à la ligne

En pratique la longueur d'une ligne n'est jamais infinie, un câble d'alimentation d'une antenne est généralement de l'ordre de 10 à 20 mètres. Toutefois ce câble se comporte vis à vis de l'onde qu'il transporte comme une ligne infinie si l'impédance de la charge (l'antenne) qu'il alimente est égal à l'impédance caractéristique Zc de la ligne. A sa fréquence de résonance, un dipôle demi-onde déployé dans l'espace a une impédance de 72 ohms en son centre là où est raccordé le câble coaxial de 75 ohms : on peut considérer que l'adaptation d'impédance est réalisée, l'émetteur aura l'impression de débiter sur une ligne infinie ou sur une résistance de 72 ohms.

Application des ondes progressives

Dans la majorité des systèmes d'antennes, la ligne d'alimentation ne rayonne pas. Elle est le siège d'ondes progressives qui transportent l'énergie de l'émetteur à l'antenne ou de l'antenne au récepteur. Toutefois, en cas de désadaptation d'impédance au niveau de l'antenne, l'onde progressive directe se réfléchira partiellement à l'extrémité de la ligne et une onde stationnaire s'installera sur la ligne.

 

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