Amélioration des émetteurs ondes courtes de puissance

Les ondes directes ou ondes de surface 

Les ondes directes ou ondes de surface, comme leur nom l’indique, se propagent parallèlement à la surface de la terre. A leur passage, du courant et de la tension se développent à la surface du sol. Si le sol était un conducteur parfait, aucune chute de tension ne se produirait entre deux endroits de sa surface, mais généralement ce n’est pas le cas.
Comme le sol présente une certaine résistivité, au passage des ondes, une partie de leur énergie est absorbée par la terre, ce qui crée un courant le long de leur trajet. Ce phénomène crée ainsi une atténuation de l’onde. Une autre cause d’atténuation est la dispersion de l’énergie de l’onde sur une surface ; cette dispersion croît avec la distance parcourue.
Il est à noter que l’atténuation de l’onde ne dépend pas uniquement de la conductivité du sol mais aussi de la fréquence d’émission. En effet, plus la fréquence augmente, plus l’onde est atténuée. Les courbes en pointillés correspondent à une mauvaise conductivité du sol tandis que celles en trait continu correspondent à une bonne conductivité. Sur cette figure, on peut remarquer que la portée d’une onde directe est dérisoire dans la gamme des ondes courtes et elle n’atteint que 60km pour les ondes moyennes si la conductivité est bonne. Ce qui explique que la transmission par onde directe est surtout utilisée pour les ondes longues.

Ionosphère

L’ionosphère peut être subdivisée en plusieurs couches qui sont définies par leurs altitudes et leur degré d’ionisation. A partir de ces deux paramètres, on peut déterminer les angles de réflexion, la portée de l’onde indirecte et les fréquences pour lesquelles la propagation sera la meilleure. A mesure qu’on monte à une altitude plus élevée, la pression diminue. C’est un facteur qui facilite l’ionisation des molécules de gaz. Les rayons ultraviolets et les rayons cosmiques contribuent aussi à l’ionisation. Leur intensité diminue à mesure qu’ils entrent dans l’atmosphère. Ainsi, ces deux paramètres rendent la densité d’ionisation plus élevée pour les couches supérieures.
A partir de 50km au dessus du sol, on a la couche D. Puis vient la couche E qui se trouve en général à une distance de 110km mais peut varier de 90km à 140km. La couche F est la plus éloignée et sa distance varie entre 175km et 400km. Cette dernière se divise en deux durant le jour: F1 et F2. La nuit, ces deux sous couches se fondent en une seule. Au dessus des 400km, les molécules de gaz se raréfient, diminuant ainsi la densité d’ionisation.

Evanouissements ou fading 

Un évanouissement ou un fading est un phénomène qui se traduit par une variation indésirable de l’intensité du champ au point de réception. Il existe plusieurs types de fading ; trois d’entre eux seront détaillés ci-après.
Le premier est dû à une interférence entre des ondes directes, qui sont propagées au ras du sol, et des ondes indirectes, réfléchies par l’ionosphère. A la réception, ces deux faisceaux hertziens présentent une différence de phase qui détermine l’intensité du champ résultant. Si ces faisceaux sont en opposition de phase, les champs qu’ils créent au niveau de l’antenne se soustraient et peuvent s’annuler. Au contraire, s’ils sont en phase, les champs s’ajoutent. Par conséquent, une variation de la hauteur de la couche réflecteur se traduit par une variation du trajet, donc par une modification de la phase.
Le second est aussi causé par une interférence ; mais dans ce cas-ci, les deux faisceaux hertziens sont des ondes indirectes. L’un des faisceaux a effectué le trajet avec un seul bond.
tandis que l’autre l’a fait avec deux bonds. Il en résulte naturellement une différence de phase qui peut changer suivant les variations des propriétés des régions ionisées.

Emission thermo-ionique ou vaporisation d’électron

L’étude de la structure de la matière montre que le métal est composé d’atomes et ces derniers par des électrons qui gravitent autour d’un noyau. Les électrons les plus éloignés du noyau, ne sont pas fermement attachés à l’atome. Sous l’influence de divers facteurs, ils se déplacent au hasard, d’un atome à un autre, cela à une vitesse moyenne de l’ordre de 1000km par seconde.
La température du métal n’influe pas sur la vitesse d’agitation des électrons mais agit sur le mouvement des atomes, ceux-ci ne se déplaçant pas mais vibrent sur place. L’amplitude de cette vibration varie avec la température. Lorsqu’on croît suffisamment la température du métal, les mouvements vibratoires des atomes augmentent jusqu’à gêner considérablement le déplacement des électrons. A l’incandescence, la vibration atomique est telle que des électrons sont expulsés dans le vide, en d’autres termes, vaporisés autour du métal.

Construction des cathodes 

Pour pouvoir émettre des électrons, il faut que le corps soit conducteur et porté à l’incandescence. Mais la quantité d’électrons émis et la température nécessaire varient selon la nature du métal. Ce qui nous amène à parler des principaux matériaux utilisés pour les tubes actuels.
Tungstène : Dans ses débuts, la cathode des tubes était formée de tungstène pur qui devait être porté à une température de 2400°K et nécessitait des puissances de chauffage considérables, par exemple, 0.6A sous 4V pour les anciens tubes TM. De plus, cette température de régime normal était très voisine du maximum admissible, donc il fallait que la source d’alimentation fût très stable. De nos jours, les filaments en tungstène pur ne sont utilisés que pour des tubes destinés à fournir des courants anodiques élevés comme pour les émetteurs de grandes puissances.
Tungstène thorié : C’est un alliage de tungstène et du thorium, sa température de fonctionnement est de 1900°K. Sous l’action de la température, une couche de thorium se forme peu à peu à la surface du filament. Le tungstène n’est plus qu’un support, l’émission électronique est effectuée par le thorium. Ce type de filament possède un pouvoir émissif considérable. Cependant il est beaucoup plus sensible aux surcharges que le tungstène pur.
Filaments recouverts d’oxydes : Certains corps, comme les oxydes des métaux alcalino-terreux émettent des électrons de quantité considérable à la température de rouge sombre. Mais il est difficile de les envisager comme filaments car ce sont des mauvais conducteurs. Toutefois, on peut les utiliser pour couvrir un filament lequel peut être un simple ruban métallique, l’ensemble forme alors la cathode. Ainsi, comme le précédent, le filament ne sert plus que de support mécanique et d’agent d’échauffement.
Cathode équipotentielle à chauffage indirect : Dans les cas précédents, la tension de chauffage est appliquée directement à la cathode. Il y a diminution progressive de la tension le long de la cathode, pourtant le flux électronique est fonction des potentiels des autres électrodes par rapport à la cathode. Ce fait peut entraîner des fluctuations du courant lesquelles créeront un bruit de fond dans le circuit de sortie du tube.

Table des matières

INTRODUCTION 
CHAPITRE 1 PROPAGATION DES ONDES RADIOÉLECTRIQUES 
1 Généralités 
1.1 Les ondes directes ou ondes de surface
1.2 Les ondes indirectes ou ondes d’espace
2 Théorie des ondes électromagnétiques 
2.1 Equation d’onde ou de propagation
2.2 Vitesse de propagation
2.3 Densité de puissance surfacique
3 Ionosphère 
3.1 Hauteur virtuelle
3.2 Fréquence critique
3.3 Densité d’électrons
3.4 Absorption dans l’ionosphère
3.5 Evanouissements ou fading
3.6 Zone de silence ou skip zone
3.7 Distance maximale
3.8 Angle d’inclinaison
3.9 Simulation
CHAPITRE 2 PRINCIPE DES TUBES 
1 Historique 
2 Généralités 
2.1 Emission thermo-ionique ou vaporisation d’électron
2.2 Effet Edison
2.3 Construction des cathodes
2.3.1 Tungstène
2.3.2 Tungstène thorié
2.3.3 Filaments recouverts d’oxydes
2.3.4 Cathode équipotentielle à chauffage indirect
3 Diode 
3.1 Charge d’espace
3.2 Effet de la polarisation de l’anode
4 Triode 
4.1 Principe de la grille
4.2 Effet de la grille
4.3 Caractéristique des triodes
4.3.1 Courbes caractéristiques
4.3.2 Paramètres des tubes
4.3.3 Circuit équivalent d’un tube à vide
4.3.4 Amplification ou gain du montage
4.4 Inconvénients des tubes triodes
5 Tétrode 
5.1 Caractéristiques des tubes tétrodes
5.2 Valeur des coefficients
5.3 Interprétation électronique de la caractéristique
5.4 Inconvénients des tubes tétrodes
6 Pentode 
6.1 Valeur des coefficient
6.2 Inconvénients des tubes pentodes
7 Tubes spéciaux 
7.1 Klystron
7.2 Magnétron
7.3 Tube à onde progressive
7.4 Tableau comparatif de ces trois tubes
CHAPITRE 3 APPLICATION DES TUBES DANS LES EMETTEURS 
1 Amplificateur BF 
1.1 Amplificateur à liaison R-C
1.2 Amplificateur à liaison par transformateur
2 Amplificateur HF
2.1 Amplificateur à liaison par circuit antirésonnant
2.2 Amplificateur à liaison par transformateur
2.3 Exemples de circuits de liaison dans les amplificateurs HF (circuits d’entrée)
2.4 Circuits de sortie et modes d’alimentation de la plaque
2.5 Classification des amplifications HF
2.5.1 Classe A
2.5.2 Classe B
2.5.3 Classe C
3 Modulateur 
3.1 Modulation par la grille
3.2 Modulation par la plaque
CHAPITRE 4 ETUDE DE L’EMETTEUR 
1 Introduction 
2 Généralités 
3 L’étage BF 
3.1 Définition du PSM
3.2 Description du système
3.3 Coarse Step Modulation ou CSM
3.4 Pulse Duration Modulation ou PDM
3.5 Montage simplifier du système PSM
3.6 Principes
3.7 Avantages du système PSM
4 L’étage HF 
4.1 L’étage driver HF
4.1.1 Schéma du montage
4.1.2 Etude du fonctionnement
4.1.3 Calcul de la valeur de chaque composante
4.2 Etage amplificateur final HF
4.2.1 Schéma du montage
4.2.2 Etude du fonctionnement
4.3 Circuit de sortie
4.3.1 Montage
4.3.2 Calcul des valeurs des éléments
5 Simulation sous Circuitmaker 
5.1 Le logiciel Circuitmaker
5.2 Paramétrage des éléments du circuit
CONCLUSION 
ANNEXES: PROGRAMMES SUR MATLAB UTILISÉS POUR LES CALCULS DE L’ANGLE D’INCLINAISON DE L’ANTENNE ET DU LIEU DE RÉCEPTION; COURBES CARACTÉRISTIQUES DES TUBES; CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DES TUBES
ANNEXE 1
ANNEXE 2
ANNEXE 3
BIBLIOGRAPHIE

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