Sol et les ondes radio

par **14RC126** Sam 21 Nov - 17:13

Le sol intervient non seulement dans l'environnement immédiat de l'antenne mais aussi lors de la réflexion d'onde ionosphérique (propagation ionosphèrique par rebond multiples) ou troposphérique et dans la propagation de l'onde de sol.
Ici la notion de sol recouvre également la surface de l'eau : lac, marais ou océan.

La conductivité du sol

La conductivité du sol (terre immergée ou océan) varie dans d'énormes proportions selon les régions à cause de l'humidité du sol. Le fonctionnement des antennes et le niveau des signaux reçus à l'extrémité d'un circuit peuvent varier dans les mêmes proportions.
Le tableau ci-dessous donne :
- la permittivité e du sol, constante entre 1 et 1000 MHz
- la conductivité s (en siemens/m) à diverses fréquences.

Nature du sol	e	s à 1MHz	s à 10MHz	s à 100MHz	s à 1GHz
Sol très sec	3	0.0001	0.0001	0.0001	0.0002
Glace d'eau douce à -10°C	3	0.00001	0.00003	0.00008	0.0004
Sol de conductibilité moyenne	15	0.001	0.001	0.002	0.04
Terrain très humide	30	0.01	0.01	0.02	0.2
Eau douce à 20°C	80	0.003	0.003	0.005	0.2
Eau de mer à 20°C	70	5	5	5	5

Remarque : la conductivité du sol est aussi exprimée en millisiemens, 5 S/m = 5000 mS/m

Pénétration des ondes dans le sol

Plus la conductivité du sol est grande, moins une onde de fréquence donnée pénètre profondément dans le sol.
Dans l'eau de mer, la pénétration des ondes au-dessus de 1 MHz ne dépasse guère quelques dizaines de cm.
La profondeur de pénétration dépend également de la fréquence : elle est d'autant plus faible que la fréquence est élevée.
Pour communiquer avec les sous-marins en plongée (avec une antenne très proche de la surface), on utilise des fréquences très basses.
p : profondeur de pénétration en m à différentes fréquences

Nature du sol	p à 1MHz	p à 10MHz	p à 100MHz	p à 1GHz
Sol très sec	90	90	90	40
Sol de conductibilité moyenne	30	15	6	0.5
Terrain très humide	5	3	1	0.2
Eau douce à 20°C	15	10	4	0.3
Eau de mer à 20°C	0.3	0.08	0.015	0.001

Réflexion sur le sol des ondes décamétriques

En général les circuits d'une longueur supérieure à 4000 km utilisent un ou plusieurs rebonds sur le sol.
Si celui-ci est bon conducteur les pertes seront modérées et le signal peu atténué.
C'est le cas avec les circuits transatlantiques quand un ou deux rebonds s'effectuent sur l'Océan Atlantique.
Par contre, si le signal est réfléchi par une surface dont le sol est mauvais conducteur (désert, zone gelée), des pertes importantes provoquent un affaiblissement net du signal.
Les deux courbes ci-dessous montrent la perte en dB subie par un signal rebondissant sur un sol moyen (diagramme de gauche) ou sur l'océan (diagramme de droite) en propagation ionosphérique ou sur le sol situé à courte distance d'une antenne.

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Sol moyen. Conductivité = 0,001 siemens/m	Eau de mer. Conductivité = 5 siemens/m

Remarques:
- Pour le sol, les pertes sont proportionnelles à l'angle d'élévation tandis qu'elles sont inversement proportionnelles pour l'eau de mer.
- Les pertes augmentent pour les angles très faibles (<10 degrés)
- L'affaiblissement augmente avec la fréquence.

Rôle du sol dans la propagation des très hautes fréquences (THF)

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]Les radioamateurs qui pratiquent la
radiogoniométrie savent l'importance des réflexions des signaux VHF sur les obstacles et le relief.
Sur le diagramme est représentée une liaison radio entre un émetteur E et une station de réception R.
En plus du signal direct (en bleu) l'antenne de réception reçoit un signal réfléchi (en rouge) ayant parcouru le trajet EAR, plus long que la distance ER.
Si d, la différence de trajet entre EAR et ER est égal à un multiple de l la longueur d'onde du signal, les deux signaux arriveront en phase et se renforcerons mutuellement.
S'il arrivent en opposition de phase l'amplitude du plus faible se déduira de celle du plus fort et le signal résultant sera fortement atténué, voire annulé.
Nota : Au retard du signal réfléchi par rapport au signal direct, il faut ajouter le déphasage subi par le signal lors de sa réflexion.
Si l'une des stations E ou R est mobile (ou si le point de réflexion A se déplace, cas où A est un avion, véhicule, bateau), les trajet ER ou/et EAR changeront en permanence et l'amplitude du signal résultant va varier plus ou moins rapidement. Ce phénomène est à l'origine de certains fading ou QSB.

Divergence

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]De même que l'on peut observer des phénomènes de convergence comme ci-dessus entre un signal direct et un signal réfléchi, on rencontre le phénomène de divergence, commun en optique, dans les réflexions sur des surfaces convexes comme l'est la surface de l'océan si on la considéré sur une étendue suffisamment grande.
Trois rayons parallèles se réfléchissent sur une surface courbe en prenant des directions divergentes.

Diffusion

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Phénomène proche de la divergence, mais irrégulier et quasiment aléatoire, la réflexion sur une surface irrégulière, granuleuse (une région montagneuse à l'échelle de la Terre pour les ondes décamétriques ou les toitures d'une agglomération pour des ondes métriques) provoque la dispersion de rayons incidents parallèles.