Propagation des ondes électromagnétiques

Propagation des ondes électromagnétiques

Enseignant: Email: Durée totale du cours: 22.5 H Semestre : 2 Nombre de crédits : 2

Modules spécialisés	Modules de base	Sciences et techniques de l’ingénierie	Préparation à la carrière professionnelle
		X

 

Nombre d’heures		Activités hors classe
45		38
cours	TD		TP
16.5	6

Sommaire:

La propagation des ondes électromagnétiques (EM) se réfère à la manière dont les ondes électromagnétiques se propagent à travers l’espace ou différents milieux. Les ondes électromagnétiques sont des combinaisons de champs électriques et magnétiques qui se propagent à la vitesse de la lumière. Voici quelques points clés concernant la propagation des ondes électromagnétiques : Propagation dans le vide, Différents milieux, Réflexion, Réfraction, Diffraction, Absorption.

Code

GT3003

Propagation des ondes électromagnétiques

Volume Horaire : 1h 30 de  Cours intégrés Travaux pratiques + TD  (par semaine)

Objectifs :

L’objectif du cours est de fournir aux étudiants les connaissances théoriques et les méthodologies nécessaires à la modélisation, l’analyse et la conception de liaisons sans fil pour les systèmes spatiaux, à la fois aux fréquences radio et optiques, dans des scénarios Terre-espace diversifiés (par exemple, observation de la Terre missions, communications par satellite – SatCom, systèmes mondiaux de navigation par satellite – GNSS). De plus, le cours fournit aux étudiants les instruments pour comprendre et appliquer les technologies avancées utilisées dans les liaisons sans fil modernes. Le cours offre un compromis équilibré entre les aspects théoriques et pratiques : premièrement, les aspects physiques des phénomènes sont dûment introduits ; deuxièmement, la théorie qui les sous-tend est abordée; Troisièmement : un cadre mathématique pratique est dérivé, utile pour la conception et l’analyse du système.

Sujets couverts :

Théorie : • Introduction : contenu du cours et principaux protagonistes de l’histoire de la propagation des ondes électromagnétiques et des systèmes spatiaux. • Le spectre électromagnétique : bandes de fréquences et gestion du spectre. • Principales caractéristiques des ondes électromagnétiques (fréquence, longueur d’onde, polarisation, …) et caractérisations électromagnétiques des matériaux (perméabilité électrique et perméabilité magnétique, conductivité, …). • Mécanismes de propagation de base aux radiofréquences et aux longueurs d’onde optiques (Free Space Optics) : onde directe, onde réfléchie, ondes évanescentes, diffraction et ellipsoïdes de Fresnel. • Propagation dans l’ionosphère. Réfraction, atténuation, rotation de Faraday, avance de phase et retard de groupe. Principes de base du radio-positionnement dans les systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS) et impact de l’ionosphère sur ces systèmes. • Propagation dans l’atmosphère non ionisée (troposphère) et impact sur les liaisons Terre-espace (HAP, LEO, MEO, satellites GEO, sondes Deep Space). Propagation en air clair : réfraction et courbure des rayons, atténuation, scintillation, diffusion troposphérique. Propagation à travers les nuages. Perturbations météorologiques défavorables : atténuation, dépolarisation, interférences électromagnétiques dues aux hydrométéores. • Sources de bruit atmosphérique et extra-atmosphérique : impact sur la détection du signal et quelques concepts sur la télédétection passive au sol. • Caractérisation statistique du canal radio et conception du système : le bilan de liaison. Notions de base sur les techniques d’atténuation des évanouissements (par exemple diversité de site, de fréquence et de temps, contrôle de puissance sur la liaison montante, …). Pratique : • Résolution de problèmes sur tous les sujets énumérés ci-dessus. • Présentation et utilisation des outils logiciels suivants : propagation des ondes planes à travers des matériaux multicouches, bilan de liaison en air clair, bilan de liaison pour les systèmes SatCom (incluant l’impact des conditions météorologiques défavorables). • Mentions à la recommandation ITU-R, séries de propagation.

Méthodes d’enseignement et d’apprentissage

¨Enseignement frontal (magistral) avec des exemples à résoudre en commun. ¨Exercices théoriques et études de cas (présentation et discussion).

• Apprentissage mixte et classe inversée
• MOOC

Connaissances et compétences pré-requises

Trigonométrie, calcul avec nombres complexes, notions de base sur les vecteurs et sur les champs électromagnétiques, calcul différentiel et intégral.

Références bibliographiques

• Un support de cours de l’enseignant sera

Modalité d’évaluation

• 40% Contrôle continu (TP noté, Test, Assiduité, Devoir surveillé, travaux non présentiel, …)
• 60% Examen semestriel

L’examen comprend une épreuve écrite et une épreuve orale : • L’épreuve écrite consiste en la résolution de 4 problèmes relatifs aux thèmes listés ci-dessus (ex. propagation ionosphérique et impact de la pluie sur les liaisons sans fil). Ce test vise à évaluer la capacité de l’étudiant à résoudre des problèmes en utilisant les outils et les concepts présentés au cours. Le test est à livre ouvert : l’étudiant peut utiliser n’importe quel matériel (par exemple des notes personnelles, des livres) pendant le test écrit, mais les appareils électroniques pouvant se connecter à Internet ne sont pas autorisés. La durée de l’épreuve écrite est généralement comprise entre 2 heures et 2 heures et 15 minutes. L’épreuve orale vise à évaluer la compréhension des concepts physiques à la base de la propagation des ondes électromagnétiques. L’étudiant sera généralement invité à expliquer et à discuter, de manière conversationnelle, des concepts physiques clés, plutôt que de dériver des expressions analytiques.

Résultats d’apprentissage :

Les étudiants comprendront et apprendront : • Les concepts physiques régissant la propagation non guidée des ondes électromagnétiques • Le cadre mathématique pour l’analyse et la conception de liaisons sans fil fonctionnant à des fréquences radio et optiques • Les éléments et blocs clés composant des systèmes de communication complexes reposant sur des ondes électromagnétiques non guidées propagation Les étudiants seront capables de : • Analyser les performances des liaisons sans fil dans des scénarios diversifiés basés sur les spécifications du système • Dimensionner les éléments d’une liaison sans fil compte tenu des exigences cibles clés, telles que la disponibilité et la qualité de la liaison • Appliquer les modèles mathématiques présentés dans le cours Les étudiants seront en mesure de : • Comprendre les compromis fondamentaux qui régissent la conception des liaisons sans fil. • Identifier comment les limites fondamentales du système ont un impact sur la conception d’une liaison sans fil. ) est plus adapté à un scénario donné et au service à fournir