Ligne de visée / transmission à vue : Moins simple qu’il n’y paraît

En ce qui concerne la conception d'une liaison télémétrique RF (fréquence radio), beaucoup de gens savent que vous devez vous assurer qu'il y ait une ligne de visée dégagée (LOS : line-of-sight ou ligne de visée entre les antennes d'émission et de réception. Malheureusement, beaucoup de gens ne savent pas qu'il y a bien à respecter apparemment à cette règle évidente, l’œil ne suffit pas. Dans cet article d'introduction, je vais vous expliquer ce qu'est exactement la LOS est et les différents facteurs qui peuvent affecter vos communications en LOS. Pour expliquer cela, je vais vous présenter quelques concepts, qui peuvent être nouveau pour vous.

Quelle est la propagation sur la ligne de visée ?

Les signaux radios et les ondes lumineuses sont des manifestations du rayonnement électromagnétique (EM), différant principalement en fréquence. Pour les transmissions radio, l'énergie EM rayonne à partir d'une antenne et se propage à travers l'espace comme une séquence en expansion, des fronts d'onde sphériques. Bien que l'énergie rayonne dans presque toutes les directions, une partie de l’onde radio EM suivra le plus court et le chemin le plus direct entre les antennes d'émission et de réception. C’est ce chemin direct qui est souvent désigné comme le chemin de ligne de visée (LOS) de propagation.

Quels facteurs peuvent influer les communications sur une ligne de visée?

Un certain nombre de facteurs, dont certains sont moins évidents que d'autres, peut avoir un impact significatif sur votre communication.

Les obstacles réfléchissants

Du point de vue de l'antenne de réception, la direction, le chemin de propagation de la constitue la majeure partie du signal reçu, mais des fronts d'onde qui ont voyagé sur un chemin indirect peuvent également arriver à l'antenne de réception. Les éléments physiques, ou les obstacles, le long du chemin de propagation peuvent provoquer qu’une certaine partie du front d'onde se propageant se reflète. Si le front d'onde réfléchi arrive à l'antenne de réception en même temps que le front d'onde directe, l'effet pourrait être une augmentation ou une diminution du niveau du signal reçu en fonction de la phase relative et de l'amplitude des fronts d'onde.

Des exemples de ces éléments physiques comprennent des obstacles naturels ou artificiels tels que les montagnes, les bâtiments, les structures métalliques, ou même la surface du terrain (en particulier, les plans d'eau).

Les obstacles qui bloquent le chemin direct de la ligne de visée

Lorsque le chemin direct LOS est totalement obstrué, la diffraction de la flexion de fronts d'onde EM sur ou autour d'un obstacle devient le mécanisme de propagation dominant pour les fronts d'onde atteignant l'antenne de réception. La perte, par rapport à la voie directe, peut être importante. Tout signal atteignant une antenne de réception située dans l'ombre d'un obstacle est fortement affectée par la forme de l'obstacle et la géométrie de la voie.

• Pour des obstacles avec des surfaces lisses, comme le sommet d'une colline herbeuse arrondie, le signal pourrait être totalement effacé.
• Si l’obstacle présente, un type d'arête tranchante de profil, comme des sommets de bâtiments et des sommets boisés ou rocheux, une plus grande partie du front d'onde se propageant sera diffractée autour ou sur l'obstacle.

Qu'est-ce qu'un chemin de propagation de ligne de visée non obstruée ?

Pour être considéré comme un chemin de propagation LOS dégagée, un volume minimal de l'espace normal à la trajectoire directe LOS doit être libre de tout obstacle. Cette zone de conservation requise est définie par le concept de zone de Fresnel.

Une zone de Fresnel peut être imaginée comme l'aire d'un cercle centré et perpendiculaire à un point donné situé sur le chemin direct LOS. Le rayon du cercle est lié à la position du point le long du trajet LOS de telle sorte que son maximum se trouve au milieu et à son minimum au niveau des points d'extrémité. Ainsi, la zone décrite par le rayon de la zone de Fresnel à des points successifs le long du chemin de la LOS qui a un volume elliptique.

En théorie, il existe un nombre infini de zones de Fresnel concentriques autour d'un point donné, mais c’est la première zone de Fresnel (la plus intérieure) qui définit la zone de de conservation critique pour une LOS dégagée.

Note : Gardez à l'esprit qu'une zone de Fresnel constitue une zone en trois dimensions, de sorte que les obstacles peuvent empiéter de dessus, en dessous ou sur les côtés de la voie du LOS.

Lorsque des obstacles pénètrent dans la première zone de Fresnel, mais ne bloquent pas le chemin du LOS, il y a une diminution ou l’affaiblissement du niveau de signal reçu. Au point où l'obstacle devient tangente à la trajectoire du LOS, les pertes de signal peuvent être jusqu'à 6 dB ou plus. Une bonne pratique est de maintenir au moins 60% du premier rayon de la zone de Fresnel libre de tout obstacle pour éviter l’affaiblissement du signal reçu.

Combien de perte de signal peut se produire en raison de la réflexion ou de la diffraction ?

D'une manière générale, on applique ce qui suit à une situation où existe une obstruction sur le trajet de propagation :

• Pour un chemin de propagation où la première zone de Fresnel est dégagée de tout obstacle, la perte de signal due à des réflexions ou diffraction est négligeable.
• Pour un trajet de propagation, où plus de 60% du rayon de la première zone de Fresnel est obstruée, mais le LOS directe n’est pas obstruée, la perte de signal due à des réflexions peut être jusqu'à 6 dB.
• Pour un chemin de propagation où un seul type d'obstruction d’arête vive obture la LOS directement, mais inférieure à 60% du premier rayon de la zone de Fresnel au-dessus du LOS, la perte de signal due à la diffraction peut être jusqu'à 14 dB.
• Pour un chemin de propagation où un seul type d'obstruction d’arête vive obture la LOS directement et l'ensemble de la première zone de Fresnel, la perte de signal due à la diffraction peut être supérieure à 20 dB.

De plus amples informations

À la lecture de cet article d'introduction, je l'espère, vous pouvez voir que le concept de LOS et l'objectif d'une LOS dégagée ne sont pas des questions simples. Pour une discussion plus approfondie de ce sujet et des informations sur la façon de calculer la clairance et les pertes dues à la réflexion et la diffraction d’une zone de Fresnel, je vous invite à examiner la note d'application "Line of Sight Obstruction".

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