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Ondes et bandes de fréquences

Le spectre des ondes électromagnétiques s'étend jusqu'à des fréquences de l'ordre de 1024 Hz. Cette bande de fréquence très large est divisée en „sous bandes” afin de prendre en compte les différentes propriétés physiques des ondes qui la composent.

Le découpage en sous bandes a été effectué à l'origine selon des critères „historiques”, modifiés ensuite pour respecter une nomenclature internationale (du moins occidentale!) aujourd'hui également obsolète. Cependant la désignation traditionnelle des sous bandes est régulièrement utilisée dans la littérature consacrée au sujet.

En résumé nous considérerons les valeurs suivantes:

Figure 1 : Ondes et bandes de fréquences.

Figure 1 : Ondes et bandes de fréquences.

Ondes et bandes de fréquences

Figure 1 : Ondes et bandes de fréquences.

A moins que la fréquence exacte ne soit connue, il n'est pas toujours aisé de traduire une ancienne désignation en utilisant le nouveau système et en gardant un minimum de précision. Souvent les documents des constructeurs citent les „vieilles” désignations (ligne des désignations allemandes sur la figure précédente).

Figure 2 : exemples d'équipements, les sous bandes utilisées

Figure 2 : exemples d'équipements, les sous bandes utilisées

exemples d'équipements, les sous bandes utilisées

Figure 2 : exemples d'équipements, les sous bandes utilisées

Les radars peuvent donc émettre dans une large bande de fréquences. Plus la fréquence d'un radar est haute, plus elle est affectée par des conditions météorologiques telles que pluie ou nuages. Mais une fréquence plus haute permet d'améliorer la précision de l'équipement radar qui l'émet.

Le schéma suivant montre, pour des exemples d'équipements, les sous bandes utilisées.

Bandes A et B (radars HF et VHF)

Ces fréquences se situent à moins de 300 MHz et sont utilisés depuis très longtemps. Elles étaient la fine pointe de la technologie radio à l’ouverture de la Seconde Guerre mondiale. Elles sont maintenant surtout utilisées dans les radars de surveillance très éloignées, les radars « transhorizon ».

Il est plus aisé d’obtenir une très haute puissance à ces basses fréquences et leur atténuation est plus faible dans l’atmosphère et elles se propagent par effet de sol. Cependant, leur précision est plus faible qu’à des fréquences plus élevées et elles nécessitent d’énormes antennes pour obtenir un faisceau qui puisse donner un angle et un azimut convenable.

Ces fréquences sont également utilisées en télécommunication ce qui limite les plages et la largeur de bande disponibles pour les radars. Elles sont à nouveau populaires depuis l’arrivée des avions furtifs, leurs formes n’affectant pas autant les basses fréquences.

Bande C (radars UHF)

Les fréquences de 300 MHz à 1 GHz sont utilisées pour la détection et la poursuite des satellites, ainsi que les missiles balistiques sur de longues trajectoires. Ces radars agissent donc comme surveillance à longue portée et pour l’acquisition de données de tir (ex. Système de défense aérienne étendu de moyenne portée de MEADS). Certains profileurs de vents utilisent également ces longueurs d’ondes, peu affectées par les nuages et les précipitations, pour mesurer les vents en trois dimensions au-dessus de leur site.

La nouvelle technologie des radars de bandes ultra-larges, travaille dans les fréquences de A à C. Ces radars émettent des impulsions dans toutes ces fréquences simultanément ce qui permet de les utiliser dans les radars à pénétration de sol pour la recherche archéologique.

Bande D (radar de bande L)

Ces fréquence de 1 à 2 GHz sont préférées pour les radars de portée jusqu’à 400 km (250 milles nautiques). Ils peuvent émettent des impulsions de haute puissance ayant une largeur de bande importante et compressés. À cause de la courbure de la Terre, la portée maximale de détection est limitée à basse altitude et les cibles près du sol disparaissent sous l’horizon radar relativement rapidement.

Dans le domaine de la gestion de la circulation aérienne, les radars de longue portée pour les corridors aériens utilisent ces fréquences. Ils sont utilisés en tandem avec une antenne de radar secondaire mono-impulsion assez large, le tout tournant à une vitesse angulaire plus lente qui les radars de plus courte portée. Pour se rappeler leur usage dans la nomenclature classique, il suffit de penser que bande L est pour antenne Large et de Longue portée.

Bandes E et F (radar de bande S)

L’atténuation atmosphérique de l’onde des bandes E et F est plus grande que dans la bande précédente sans être excessive et les radars utilisant ces fréquences doivent avoir une plus grande puissance pour obtenir une portée équivalente de la bande D. Par exemple, le radar MPR, de son nom en anglais Medium Power Radar, utilise une impulsion de 20 MWatts.

Les précipitations commencent à être notées avec ces bandes et c’est pourquoi elles sont utilisées dans les radars météorologiques, généralement dans les régions tropicales et subtropicales. En effet, dans la bande S (l’ancienne nomenclature est plus connue des utilisateurs), l’atténuation est relativement négligeable dans les forts taux précipitations se rencontrant dans ces régions ce qui permet de « voir » au-delà des premiers orages. Cela n’est pas vrai avec les fréquences plus élevées des radars météorologiques utilisées dans les latitudes plus nordiques.

Les radars spéciaux de surveillance aérienne aux aéroports fonctionnant dans cette bande ont une portée de détection des avions, ainsi que de la météo, qui se situe généralement à l’intérieur de 100 km (50 à 60 milles nautiques). Cependant, les radars météorologiques de bande S, comme le WSR–88D du service météorologique américain, ont une portée de plus de 250 km.

Bande G (radar de bande C)

Ces fréquences sont utilisées par plusieurs radars mobiles de champs de bataille pour la surveillance aérienne et le contrôle de tir des missiles de courte et moyenne portée. Comme la résolution pour un même diamètre d’antenne est proportionnel à la fréquence, cette bande permet d’obtenir une bonne résolution avec une antenne réduite et facile à déplacer. Ces fréquences sont également utilisées par les radars météorologiques des régions plus nordiques, comme le Canada et le nord de l’Europe, à cause des coûts beaucoup plus faibles de l’antenne et du transmetteur.

Les précipitations causent une atténuation dans ces fréquences si leur taux horaire est important, ainsi les forts orages « bloquent » partiellement ou totalement la vue. Ce phénomène peut être compensé par un réseau plus dense de radars ayant des zones de couverture se chevauchant partiellement et de points de vue différents.

Bandes I et J (radar de bandes X et Ku)

Ces bandes se situent entre 8 et 12 GHz et nécessitent une antenne encore plus petite, c’est pourquoi elles sont populaires pour les systèmes qui nécessitent légèreté de l’ensemble radars et une portée limités, car ces ondes sont fortement atténuées par les précipitations, même légères. En autres, les avions de chasse, d’interception et d’attaque, qui disposent de peu de place, en font grand usage. Le système de téléguidage au sol de missiles tire également profit des petites antennes qui permettent une très grande mobilité.

Ces bandes sont également communes dans les radars maritimes civils et militaires. Elles permettent l’utilisation de petites antennes peu coûteuses ayant une portée intéressante et une bonne précision. Généralement, il s’agit d’antennes à guide d’onde à fentes ou à plaque (antennes patch) qui sont protégées par un radôme.

Finalement, les radars à synthèse d’ouverture (RSO) pour la cartographique civile et militaire par avion, ou satellite, utilisent le plus souvent ces fréquences. Un radar RSO inverse spécial de patrouille aérienne maritime utilise également ces fréquences pour la mesure de la pollution atmosphérique.

Bande K (radars K et Ka)

Plus la fréquence augmente, plus l’absorption atmosphérique est grande et cause une atténuation du faisceau radar ce qui limite la résolution en distance et la portée. Les radars de bande K sont donc limités à la très courte portée de très grande précision et à un taux très rapide de balayage. Les radars de surface utilisent de très courtes impulsions de quelques nanosecondes à ces fréquences. Ils peuvent ainsi suivre les mouvements des véhicules sur le tarmac et les pistes d’aéroports leur résolution permettant de visualiser la silhouette des véhicules.

Bande V

L’atténuation est de plus en plus grande. Même la vapeur d’eau contenue dans l’air cause une dispersion du signal. La portée des radars qui utilise la bande V n’est donc que de deux mètres et se limitent à la détection de mouvement.

Bande W

Nous arrivons maintenant dans une page de fréquences qui comportent deux modes dus à la forte atténuation par les molécules d’oxygène (O2). Autour de 75 GHz, l’atténuation est maximale, alors qu’à 96 GHz elle est minimale. Les radars récents utilisés pour le stationnement, couvrir les angles morts et la régulation de vitesse dans certaines automobiles de luxe utilisent une fréquence de 75 à 76 GHz. L’atténuation de l’oxygène les immunise des interférences des autres fréquences.

Certains équipement de laboratoires utilisent des fréquences de 96 à 98 GHz pour des expériences sur les radars de fréquences extrêmement élevés, jusqu’à 100 GHz.