Les effets de propagation comme fonction de la fréquence

La propagation LOS et l’horizon radio

En espace libre, les ondes électromagnétiques sont modelisee par une propagation externe par rapport a la source et a partir de cette derniere vers toutes les directions, dans ce cas l’onde est dite spherique et la source est appelee isotropique1. Quand la distance entre le point d’observation et la source devient importante, l’onde spherique peut etre assimilee a une onde plane sur une surface d’etude finie. La direction de propagation est determinee par le resultat du produit vectoriel entre le champ electrique et le champ magnetique. La polarisation de l’onde est definie par l’orientation du plan contenant les composantes du champ electrique. Idealement, la polarisation de l’antenne de reception doit etre exactement la meme que celle de l’onde recue et la polarisation de l’onde emise est la meme de celle de l’antenne d’emission[2]. P=E×H (1.1) Ce produit vectoriel est appele le vecteur de Poynting. Quand le vecteur de Poynting est divise par l’impedance caracteristique de l’espace libre, le vecteur resultant donne la direction de propagation et la densite de puissance. La densite de puissance au niveau de la surface imaginaire entourant la source RF peut etre exprimee comme : S= P 4 πd2 W/m2 (1.2) Avec d etant le diametre de la sphere imaginaire, S est la densite de puissance au niveau de la surface de la sphere en W/m2. La densite de puissance d’une onde electromagnetique est inversement proportionnelle a d2 .

Si une ouverture fixe est utilisee pour collecter l’energie electromagnetique au point de reception alors la puissance recue sera aussi inversement proportionnelle a d2 . La vitesse de propagation d’une onde electromagnetique depend du milieu, en espace libre elle est approximativement egale a c=3×108 m/s. La vitesse de propagation dans l’air est proche de celle de espace libre, c’est la raison pour laquelle la meme valeur est utilisee generalement. La longueur d’onde electromagnetique est definie comme la distance traversee par l’onde sur une periode, elle est notee par : λ=cf L’unite de la longueur d’onde est le metre ou tout autre unite de distance. Lors d’une propagation LOS, il est necessaire de prendre en consideration la forme spherique de la terre. Cette derniere caracteristique est une limite geometrique fondamentale de la propagation LOS. Particulierement, si la distance entre l’emetteur et le recepteur est grande par rapport a la hauteur des antennes alors la transmission LOS ne peut pas exister. Une approche simple consiste a traiter la terre comme une sphere d’un rayon equivalent egal au rayon equatorial de la terre [2]. De la geometrie : d2+r2=(r+h)2

Les effets de propagation comme fonction de la fréquence

Comme est deja mentionne, les effets de la propagation RF varient considerablement avec la frequence de l’onde. Il est interessant de donner les applications typiques des differents intervalles de frequences. La bande VLF qui couvre 3 – 30kHz exige des antennes tres grandes afin d’atteindre une efficacite raisonnable, une regle qui stipule que l’antenne doit etre de l’ordre de λ /10 peut etre utilisee pour une une bonne performance ; la bande totale est sur 27kHz ce qui impose l’utilisation de bandes etroites. VLF est largement utilisee pour les communications sous-marines. Les bandes LF et MF couvrent l’intervalle 30kHz – 30MHz et utilisent la propagation superficielle et les ondes du ciel, cette bande exige aussi l’utilisation de tres grandes antennes, le domaine d’application inclue la diffusion radio AM et la reference des temps3. La bande HF couvre l’intervalle 3 – 30MHz, cette bande utilise essentiellement la propagation superficielle et les ondes du ciel, la radio CB a 27MHz represente un exemple, appartenant a cette bande, d’une mauvaise reutilisation de frequences tant qu’elle peut etre ecoutee sur des milliers de miles. La taille des antennes de cette bande est raisonnable. Les bandes VHF et UHF couvrent l’intervalle 30MHz – 3GHz. Dans cette bande il y a une petite propagation a travers l’ionosphere ce qui est ideal pour la reutilisation des frequences. La transmission dans ces bandes est principalement LOS ou par reflexions du sol, la taille des antennes de cette bande est aussi raisonnable ce qui represente un bon choix pour les communications cellulaires. Le domaine d’application inclus la diffusion radio FM, la telephonine cellulaire, FRS, pagers, le service radio publique comme le departement de la police, GPS. A partir de ces bandes les communications satellitaires commencent. SHF s’etend de 3 a 30GHz et utilise la propagation LOS. Le domaine d’application inclus les communications satellitaires, la diffusion TV. EHF couvre les frequences appartenant a 30 – 300GHz et sont souvent appelees ondes millimetriques. La transmission ne peut qu’une propagation LOS. La precipitation et l’attenuation du aux gaz representent des problemes pour cette bande.

Le choix du langage et de la plate-forme

Au debut la decision etait la premiere combinaison mais a cause des difficultes rencontrees lors de la creation d’un Android Package due a des problemes relies aux micro-processeurs de chaque appareil, il fallait penser a utiliser Java afin de resoudre ces problemes. Les modeles ont ete, donc, realises sous Java ; cependant, la complexite de l’interface graphique sous Swing n’etait pas vraiment proportionnelle a la complexite de l’application. La combinaison Python avec Kivy semble ideale pour ce cas et peut repondre a la majorite des criteres. L’environnement de travail est le Debian Jessie, l’equipe de cette distribution de GNU/Linux a fait un tres grand travail en realisant un Package pret a etre utilise pour Kivy nomme ≪ python-kivy ≫, et comme la majorite des autres distributions GNU/Linux Python 2.7.x et Python 3.x sont installes par defaut. Par consequent l’environnement de developpement de l’application peut etre cree par la simple commande ≪ aptitude update && aptitude install python-kivy ≫. Gedit dans Gnome et Kate dans kdeplasma sont des editeurs de textes parfaits installes par defauts dans les DE cites, ces derniers sont utilises dans le projet. Kivy est une librairie software open source destinee pour le developpement rapide des applications equipees des interfaces utilisateur modernes comme les applications multi-touch. Ce type d’applications est le plus recommande tant qu’il est moderne et en croissance continu. Kivy a ete cree du zero specialement pour ce type d’interactions.

Cette librairie a ete optimisee par plusieurs methodes pour qu’elle soit rapide lors du developpement des applications et lors de leur execution. Les taches critiques ont ete realisees dans le niveau C afin de profiter de la puissance des compilateurs qui existent en plus de l’utilisation des algorithmes intelligents afin d’optimiser les operations couteuses ; au besoin le GPU peut etre utilise. Les applications creees en utilisant cette librairie peuvent etre portees a plusieurs dispositifs comme ceux bases sur Android grace a sa flexibilite. Kivy supporte la majorite des systemes d’exploitation (GNU/Linux, OS X, Windows) tant qu’il est base sur Python ce qui accelere la production. Il existe aussi un langage Kivy (.kv) qui peut etre tres interessant pour l’arrangement rapide des elements de l’application. Il s’agit d’un projet developpe par des professionnelles de type community. L’illustration 3.1 presente le logo de kivy [17]. Python est est un langage de programmation simple a utiliser qui offre une structure en plus d’un support pour les larges programmes. Ce langage est connu par des bonnes librairies de verification d’erreurs (Error Checking). Python est vaste et offre des types de donnees integres de haut niveau comme les tablex et les dictionnaires, c’est un langage de tres haut niveau. Ses types de donnees sont generalises de facon a permettre l’utilisation du langage a un domaine large de problemes. Python permet de diviser le programme en des modules qui peuvent etre utilises dans d’autres programmes et projets. Ce langage contient une grande collection de modules qui peut etre utilise au besoins ou comme des exemples lors de l’apprentissage de la programmation en Python. Ces modules fournissent des operations comme les ≪ file I/O ≫, ≪ System calls ≫, les sockets, des interfaces pour la programmation GUI comme Tk, etc. Python est un langage interprete donc il n’y a pas necessite des processus de ≪ compilation ≫ et ≪ linking ≫. L’interpreteur peut etre utilise interactivement pour les tests, les taches simples comme un calculateur de bureau ou durant un developpement du type Bottom-Up. Python est extensible, il est possible d’integrer des fonctions dans le but d’accomplir les operations critiques par exemple, comme il est possible de relier Python a des librairies disponibles en format binaire. L’illustration 3.2 presente le logo de Python [18].