Préparation au certificat d'opérateur du service amateur/Qu'est-ce qu'une onde ?

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Généralités sur les ondes[modifier | modifier le wikicode]

Tout au long de votre formation de radioamateur — et même bien après — vous emploierez les mots « onde », « signal ». Explicitons ces termes.

Une onde correspond à la propagation d'une perturbation. Étudions quelques exemples. Lorsque vous lâchez un caillou dans une flaque d'eau, à la surface se forment des vaguelettes qui s'éloignent en cercles concentriques. Les vaguelettes correspondent à la perturbation qui se propage. Un autre exemple : en agitant une corde tendue, on peut parvenir à faire avancer le long de la corde une zone d'écart à sa position de repos.

La propagation de vaguelettes à la surface de l'eau constitue un exemple d'onde.

Toutes les ondes que nous allons étudier seront périodiques, c'est-à-dire que contrairement à l'exemple de la corde où la perturbation était unique, il y aura répétition de la perturbation. On va pouvoir alors définir dans un premier temps la fréquence (notée ), qui correspond au nombre de perturbations par seconde ; la fréquence se mesure en Hertz (Hz). En outre, on définit la période (notée ) comme la durée d'une perturbation ; la période se mesure en secondes.

Sur la figure ci-dessus, voici quelques ondes de fréquences croissantes. Vous constatez que plus la fréquence augmente, plus la période diminue. Ce résultat est intuitif : si la fréquence augmente, le nombre de perturbations par seconde augmente, donc chaque perturbation dure moins longtemps. Mais elle prend aussi « moins de place » : cela nous amène alors à définir la longueur d'onde (notée ) comme étant la longueur d'une perturbation ; elle se mesure en mètres.

La vitesse de propagation (notée ), la fréquence, la période et la longueur d'onde sont reliées par les deux formules fondamentales suivantes :


dans lesquelles désigne la vitesse de l'onde. Dans le cas des ondes radioélectriques ou des ondes électriques dans les câbles, cette vitesse est celle de la lumière dans le vide, soit environ 300 000 000 m/s=3×10⁸ m/s (on la note ).

On peut visualiser une onde à l'aide d'un oscilloscope, appareil permettant d'afficher sur un écran les oscillations. L'écran est quadrillé ; on parle de divisions. Chaque division correspond à un certain temps ou à une autre grandeur, précisée sur les schémas.


Exemple : Quelques calculs

  1.  Quelle est la fréquence d'un signal de période 500 ms ?
On applique Hz.
  1. Quelle est la période d'un signal de fréquence 2,5 MHz ?
On sait que d'où secondes = 400 nanosecondes.
Exercice onde WB.svg
  1. Quelle est la fréquence du signal ci-contre ? On donne 1 division = 5 ms.
On constate qu'une perturbation s'étale sur 5,2 carreaux, d'où la perturbation dure millisecondes, ce qui est la période. Ainsi, =38,5 Hz.

Les ondes électromagnétiques[modifier | modifier le wikicode]

Les ondes électromagnétiques sont des ondes associant, dans leur propagation, un champ électrique à un champ magnétique. Dans la vie de tous les jours, nous utilisons ainsi les micro-ondes, les rayons X et même la lumière, qui sont toutes des ondes électromagnétiques. Ces différentes « familles » d'ondes sont caractérisées par une certaine gamme de longueur d'onde ; par exemple, les rayons X s'étendent entre 0,01 nanomètre et 10 nanomètres de longueur d'onde. On peut représenter toutes ces familles sur le spectre des ondes électromagnétiques, présenté ci-dessous[1]. Vous constatez que le domaine visible par l'œil s'étale sur une toute petite partie du spectre, aux alentours du micromètre de longueur d'onde !

Domaines du spectre électromagnétique.svg

Les ondes qui vont nous intéresser sont les ondes radioélectriques. Une onde radioélectrique (dite onde radio) est une onde électromagnétique dont la fréquence est inférieure à 300 GHz, soit une longueur d'onde supérieure à 1 mm. À noter que dans le vide, elles se propagent à la vitesse de la lumière . Dans tous les autres milieux, elles vont plus lentement[2] : en effet, le vide étant vide par définition, rien ne s'oppose à la propagation ; alors que dans un milieu matériel, les particules qui le constituent freinent l'onde.

Le spectre des ondes radioélectriques[modifier | modifier le wikicode]

La figure ci-dessus représente le spectre électromagnétique ; nous l'avons déjà présenté dans un précédent chapitre. Les ondes radioélectriques s'étendent au-delà de 1 mm de longueur d'onde, soit en-dessous de 300 GHz. Dans ce spectres des ondes radio, des subdivisions existent ; celles utiles aux radioamateurs sont consignées dans le tableau suivant.

Nom Gamme de fréquences Longueurs d'onde Type d'ondes
Very Low Frequencies VLF Vous 3 kHz 30 kHz 100 km 10 km Myriamétriques
Low Frequencies LF Lirez 30 kHz 300 kHz 10 km 1 km Kilométriques
Medium Frequencies MF Mon 300 kHz 3 MHz 1 km 100 m Hectométriques
High Frequencies HF Histoire 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m Décamétriques
Very High Frequencies VHF Vers 30 MHz 300 MHz 10 m 1 m Métriques
Ultra High Frequencies UHF Une 300 MHz 3 GHz 1 m 10 cm Décimétriques
Super High Frequencies SHF Soirée 3 GHz 30 GHz 10 cm 1 cm Centimétriques
Extremely High Frequencies EHF Enneigée 30 GHz 300 GHz 1 cm 1 mm Millimétriques
Lapin-coeur.svg
Les bonnes astuces...
Encore un tableau à apprendre ! Il existe une façon simple de s'épargner des efforts d'apprentissage douloureux.
  1. Tracez les contours du tableau.
  2. Pour les types d'ondes, utilisez les préfixes des noms et triez-les du plus grand au plus petit. Myria = 10000 m = 10 km ; Kilo = 1000 m = 1 km ; etc.
  3. La longueur d'onde basse de chaque type d'onde correspond au préfixe : ainsi, la limite basse des ondes métriques est
  4. Pour trouver la limite haute, multipliez la limite basse par 10. Ainsi, la limite haute des ondes métriques est m.
  5. Pour trouver la fréquence basse, utilisez la formule .
  6. Pour trouver la limite haute, divisez la limite basse par 10.
  7. Enfin, avec le mnémotechnique « Vous lirez mon histoire vers une soirée enneigée », vous retrouvez l'appellation anglophone.
Entraînez-vous, reconstruire le tableau ne doit pas vous prendre plus de 1 minute 30 !

Exercices[modifier | modifier le wikicode]

Généralités sur les ondes[modifier | modifier le wikicode]

  1. Quelle est la durée d'une période d'un signal de fréquence 10 kHz ?

Familles d'ondes radioélectriques[modifier | modifier le wikicode]

  1. Quelle est l'étendue des ondes décamétriques ?
    1. 3 MHz à 30 MHz ;
    2. 300 Hz à 3 kHz ;
    3. 30 MHz à 300 MHz ;
    4. 3 kHz à 30 kHz.
  2. À quelle gamme d’onde appartient la fréquence de 50 MHz ?
    1. métriques ;
    2. décamétriques ;
    3.  décimétriques ;
    4. centimétriques.
  3. À quelle gamme d'onde appartient l'onde de cm ?
    1. hectométriques ;
    2. métriques ;
    3. décimétriques ;
    4. centimétriques.
  4. Une onde de fréquence 8 MHz se propage dans un câble. À quelle vitesse ?
    1. égale à la vitesse de la lumière ;
    2.  inférieure à la vitesse de la lumière ;
    3. supérieure à la vitesse de la lumière ;
    4.  on ne peut pas savoir.

Notes[modifier | modifier le wikicode]

  1. Il n'est pas à connaître pour l'examen.
  2. D'après la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, il est impossible de dépasser la vitesse de la lumière.