Fondamentaux des Télécommunications et de la Robotique

Télécommunications : Concepts Fondamentaux

1. Éléments toujours présents dans une communication

• L'expéditeur
• Le message
• Le récepteur
• Le canal
• Le support de transmission

2. Définition d'une onde

Une onde est un phénomène physique qui se propage à travers l'espace, impliquant le transport d'énergie (E), mais peu importe.

3. Types d'ondes

• Ondes mécaniques
• Ondes électromagnétiques

4. Ondes utilisées en télécommunications modernes

Les ondes électromagnétiques.

5. Définition d'une onde périodique

C'est une perturbation locale qui donne lieu à des cycles répétés, comme dans une onde sinusoïdale.

6. Qu'est-ce que la longueur d'onde (λ) ?

C'est l'espace parcouru par l'onde pour effectuer un cycle complet.

7. Qu'est-ce que la période d'une onde (T) ?

C'est le temps qu'il faut à l'onde pour achever un cycle.

8. Qu'est-ce que la fréquence d'une onde (f) ?

C'est l'inverse de la période et le nombre de cycles qui sont achevés par unité de temps.

9. Vitesse de propagation d'une onde

C'est la distance que l'onde parcourt dans l'espace pendant un moment donné.

10. Vitesse des ondes électromagnétiques

Elles voyagent à la vitesse de la lumière (C ≈ 300 000 km/s).

11. Calcul de la longueur d'onde à partir de la fréquence

Oui, car la vitesse de propagation (C) est constante (300 000 km/s). La relation est C = λ × f (Longueur d'onde × Fréquence).

12. Types de communications selon le support

• Transmission par fil
• Transmission sans fil

13. Types de câbles de transmission

• Câble à paire torsadée
• Câble coaxial
• Fibre optique

14. Le télégraphe : premier moyen moderne

Le télégraphe. Son mécanisme est un circuit électrique entre deux stations reliées par un câble. L'activation d'un commutateur dans une station permet de recevoir le signal dans l'autre par un anneau.

Les messages étaient codés : chaque lettre de l'alphabet correspondait à un ensemble de points et de tirets (Code Morse). Les points étaient transmis par des impulsions électriques de courte durée, et les tirets par des impulsions plus longues.

15. Fonctionnement du téléphone et différence avec le télégraphe

Le téléphone comprend deux éléments : le microphone et l'écouteur.

• Le microphone contient une résistance dont la valeur varie avec les vibrations sonores de notre voix. Cette variation de résistance provoque une vibration dans le courant du circuit.
• Ce changement de courant est capté par le récepteur (écouteur), qui reproduit le son original capté par le microphone.

La différence est que le télégraphe communique par le Code Morse, tandis que le téléphone communique avec la langue parlée.

16. Le Code Morse

C'est un code qui associe à chaque lettre de l'alphabet un ensemble de points et de tirets.

• Type de code : Binaire (car il utilise deux symboles).
• Nom des symboles : Points et tirets.

17. Le PBX (Autocommutateur)

Ce sont des centres où les circuits du réseau téléphonique sont commutés pour connecter deux utilisateurs via un circuit continu afin d'établir une communication.

Rôle : Lorsqu'un utilisateur décroche, le centre envoie un signal l'invitant à composer un numéro. Après réception du numéro, le PBX envoie la sonnerie au destinataire ou transmet la demande à un PBX de transit.

Nécessité : Sont nécessaires parce que

18. Rôle du microphone sur un téléphone

Le microphone contient une résistance dont la valeur varie avec les vibrations sonores de notre voix. Cette variation de résistance provoque une vibration dans le courant du circuit.

19. La modulation et ses types

C'est la combinaison du signal audio (contenant le message) avec l'onde porteuse.

Il existe deux types principaux :

• Modulation d'Amplitude (AM)
• Modulation de Fréquence (FM)

20. Modulation d'Amplitude (AM)

L'amplitude de l'onde porteuse varie en fonction de l'amplitude du message à transmettre. En utilisant une bande passante de seulement 5 kHz, la qualité sonore n'est pas optimale.

21. Modulation de Fréquence (FM)

La fréquence de l'onde porteuse varie en fonction du message à transmettre. Les stations FM sont réparties entre 88 kHz et 188 kHz. La transmission est plus résistante au bruit et aux interférences.

La qualité sonore est beaucoup plus élevée, car elle utilise une bande passante de 15 kHz.

22. Nécessité de la modulation

Le signal électrique produit par le microphone des stations de radio (à très basses fréquences) a une portée très limitée. Pour y remédier, il faut utiliser un signal porteur de fréquences plus élevées.

La combinaison du signal audio contenant le message avec l'onde porteuse est appelée modulation.

23. Multiplexage par répartition en fréquence

Il consiste à transmettre diverses communications par les mêmes moyens en attribuant à chacune une certaine gamme de fréquences.

24. Modulation pour transmission par câble

Non, parce que le signal émis est constitué d'impulsions électriques qui arrivent au niveau du récepteur sans perdre d'intensité.

25. Atténuation d'une onde

L'intensité des ondes se propageant dans un espace tridimensionnel est inversement proportionnelle au carré de la distance à la source.

26. Le spectre électromagnétique

Le spectre électromagnétique est la distribution de l'énergie de toutes les ondes électromagnétiques.

27. Satellite géostationnaire

Ils ont une vitesse de déplacement égale à la vitesse de rotation de la Terre, de sorte que nous les voyons toujours au-dessus d'un point fixe de celle-ci. L'orbite de ces satellites se situe à 35 786,04 km au-dessus de l'Équateur.

28. Altitude du satellite géostationnaire

Non, car la période de rotation du satellite autour de la Terre dépend de la hauteur de son orbite. Pour être géostationnaire (période de 24h), l'altitude doit être fixe.

29. Bandes VHF et UHF

Les antennes d'émission et de réception de ces types d'ondes doivent être en mesure de se «voir», c'est-à-dire qu'il ne doit y avoir aucun obstacle entre elles. Il s'agit d'une diffusion visuelle à travers la troposphère.

• Portée : Limitée à quelques dizaines de kilomètres.
• Utilisations : Services de radiodiffusion (FM), communications mobiles, services de télévision, radio amateur, etc.

30. Communication longue distance (MF et HF)

Les ondes dans cette gamme de fréquences sont réfléchies par l'ionosphère (la couche de l'atmosphère constituée de particules chargées électriquement).

Profitant de cette propriété, la transmission peut atteindre des milliers de kilomètres. Elles sont utilisées dans les systèmes de radiodiffusion, la radio amateur, les communications militaires, etc.

31. Types d'écrans de télévision

• Écrans à cristaux liquides (LCD)
• Écrans plasma
• Écrans cathodiques (CRT)

32. Fonctionnement de l'écran LCD

Ils sont constitués de deux couches de verre contenant un matériau cristallin composé de cellules isolées qui peuvent changer leur transparence au passage du courant électrique.

• Une seule couche donne des écrans noir et blanc.
• En incluant plus de couches et des filtres, on obtient des images en couleur.

33. Fonctionnement de l'écran CRT (Cathodique)

L'écran est enduit de phosphore, un matériau qui émet de la lumière lorsqu'il est frappé par un électron. Les électrons sont libérés vers l'écran par trois canons situés à l'extrémité d'un tube à rayons cathodiques.

• Une grille métallique, appelée masque d'ombre, est placée entre le tube et l'écran pour assurer la précision de l'impact.
• Le balayage se fait de gauche à droite et de haut en bas.
• Un écran de télévision est composé de 625 lignes et forme 25 images complètes par seconde.
• Pour éviter le clignotement, le premier balayage affiche les lignes impaires, et le second les lignes paires.

34. Fonctionnement de l'écran plasma

Il contient un gaz inerte qui, lorsqu'il est activé par un courant électrique, réactive les pixels de phosphore de l'écran et produit une lumière colorée à chaque point de celui-ci.

35. Similitudes et différences entre radio et TV

• Similitude : Les signaux sont émis par des ondes.
• Différence : Les images et le son sont disponibles avec un court délai par rapport à la radio, car la production télévisuelle est très complexe.

36. Calcul de la période (Exercice)

Formule : C = λ / T, donc T = λ / C.

T = 300 / 300 000 = 0,003 (L'unité de temps est manquante dans le calcul original, mais le résultat est donné).

37. Rayonnements ionisants et effets sur la santé

Les rayonnements ionisants sont ceux qui ont assez d'énergie pour ioniser la matière, en arrachant les électrons des atomes.

Importance et effets sur la santé :

• Ils augmentent la probabilité de cancer.
• L'exposition à des doses élevées peut causer des brûlures de la peau, la perte de cheveux, des nausées, des maladies et la mort.
• Les effets dépendent de la quantité reçue, de la durée de l'irradiation, et de facteurs personnels (sexe, âge, santé, nutrition).

38. Définition et unités de la bande passante

Contexte Internet : C'est la quantité d'informations ou de données qui peuvent être envoyées via une connexion réseau sur une période donnée.

• Unités (Numérique) : Bits par seconde (bps), kilobits par seconde (Kbps) ou mégabits par seconde (Mbps).

Contexte Analogique : C'est la gamme de fréquences (mesurée en hertz) dans laquelle se concentre l'essentiel de la puissance du signal.

39. Le Système GPS

C'est un système mondial de navigation par satellite permettant de déterminer la position d'un objet, d'une personne ou d'un véhicule partout dans le monde.

• Précision : Jusqu'à quelques centimètres (avec GPS différentiel), ou habituellement à quelques mètres.

40. Le PBX de transit

C'est une plaque tournante qui achemine les appels vers des personnes qui habitent loin ou dans d'autres pays.

41. Définition du tuner

Dispositif permettant de syntoniser (accorder) une fréquence de signal.

42. Le démodulateur

C'est l'élément qui est responsable de la séparation de l'onde porteuse du message.

43. Processus de réception d'un signal radio

1. Syntonisation : Mise au point de la station souhaitée via le cadran (sélection de la fréquence).
2. Démodulation : Le démodulateur sépare l'onde porteuse du message.
3. Amplification : L'amplificateur augmente le niveau de signal du message avant l'envoi aux haut-parleurs.

44. Effets des rayonnements électromagnétiques

• Chauffage
• Dommages à l'ADN
• Stérilité
• Malformations congénitales
• Cancer
• Troubles du système nerveux

Contrôle et Robotique

45. Système automatique

Ce sont des mécanismes qui répètent sans cesse l'action pour laquelle ils sont conçus, mais leur mode d'exécution ne peut pas être changé.

46. Système de contrôle

C'est l'ensemble des éléments qui permet d'automatiser une machine.

47. Définition d'un robot

Il s'agit d'une machine automatique et reprogrammable. Il détecte l'information environnementale et y réagit.

48. Différence entre robot et machine automatique

Le robot peut adapter son action en fonction des stimuli qu'il reçoit de l'environnement.

49. Schéma de contrôle

C'est une représentation qui illustre l'ensemble des actions prises par un système de contrôle.

50. Types de systèmes de contrôle

• En boucle ouverte
• En boucle fermée

51. Le comparateur

C'est un dispositif utilisé pour comparer l'état actuel de l'environnement à la consigne choisie par l'utilisateur.

52. Définition du capteur

Dispositif qui transforme une grandeur physique en une autre grandeur, généralement électrique. C'est un dispositif qui capture des informations sous la forme de grandeurs physiques.

53. Le signal d'erreur

C'est le signal de différence entre la consigne et la valeur mesurée (recopie).

54. Le signal de retour (Feedback)

Il informe le système de contrôle sur l'état du système contrôlé.

55. Utilisation du transistor en contrôle automatique

Il peut être utilisé comme un interrupteur (switch) pour moteur.

56. Boucle ouverte vs Boucle fermée

Le système en boucle ouverte fonctionne automatiquement sans tenir compte des stimuli externes (pas de retour), tandis que le système en boucle fermée utilise des capteurs pour adapter l'action choisie en fonction de l'état réel (avec retour).