Bruit de bande en HF

Je connais assez bien le bruit en THF et surtout en spatial, moins bien en liaison terrestre. Je maîtrise plus ou moins les notions de température de bruit, de l'antenne et du préampli toujours pour les THF. En spatial, en utilisant une antenne très directive, sans lobe qui vise la terre, en pointant une cible sur le  fond galactique on a alors une antenne froide de quelque degrés Kelvin et le bruit vient surtout du préamplificateur. Si on augmente le gain de l'antenne (disons le diamètre de la parabole pour être concret) on améliore d'autant le rapport signal à bruit.

Depuis peu je trafique sur les bandes décamétriques et je m'interroge sur le bruit de bande. Si on pouvait tenter de m'expliquer ce qui se passe en HF par rapport au bruit de bande ça serait sympa.

Exemple : on suppose qu'en ayant pointé un beam de 6 dB de gain sur une station terrestre on ait un rapport signal à bruit de +10 dB. Sans changer la bande passante ni le récepteur, si on remplaçait l'antenne par une nouvelle de 10 dB de gain. Est-ce que ça va améliorer le rapport signal à bruit ? ou, question posée autrement : ça va augmenter le signal de 4 dB à l'entrée du récepteur mais est-ce que la puissance de bruit captée va être aussi augmentée de 4 dB ou pas. That's my question ?

Je comprends très bien l'intérêt d'une antenne à gain à l'émission. Je voudrais percevoir ce quelle apporte à la réception.

C'est une bonne question, mais elle semble peu étudiée. J'ai fait une petite recherche et je trouve ce document:
https://eejournal.ktu.lt/index.php/elt/article/download/454/620

Le document ne dit pas grand chose à part l'évidence qu'il vaut mieux éviter les QRM locaux. Mais je pense que le manque d'information dans un document scientifique est une information en soi, qui indique que le bruit de bande atmosphérique est, probablement, omnidirectionnel. Cela semble logique si l'on considère que les émissions sont confinées entre le sol et l'ionosphère. Dans ces conditions, une antenne directive ne va pas éliminer le bruit, le seul gain est au niveau du signal.

dl2jml a écrit:

Dans ces conditions, une antenne directive ne va pas éliminer le bruit, le seul gain est au niveau du signal.

Augmenter le signal utile, très probablement, mais le niveau de bruit ne va-t-il pas être augmenté d'autant vu que ce bruit entoure le signal ? Du coup le rapport signal sur bruit resterait inchangé.

En THF, par exemple, si le satellite passe devant le soleil, une antenne à grand gain n'améliore pas le rapport signal sur bruit reçu par la station terrestre. Ca augmente le niveau bruit+signal; c'est tout.

A l'émission c'est différent puisque le gain de l'antenne fait augmenter la puissance émise dans la direction, sans ajouter de bruit. A l'émission, l'utilisation d'une antenne à gain améliore toujours le rapport signal sur bruit chez le correspondant.

L'antenne à grand gain ne permet pas de sélectionner une partie du soleil, donc le bruit reçu du soleil ne change pas. Si on a une antenne encore plus directive qui permet de sélectionner une partie du soleil (un télescope...), on peut voir des objets passant devant le soleil.

On peut raisonner de la façon suivante:
1) supposons une antenne omnidirectionnelle. Le bruit venant de partout, elle va recevoir le signal avec un niveau de x et le bruit avec y.
2) deuxième antenne, qui reçoit juste sur la moitié de la sphère. Du côté où elle reçoit, on a un gain de 2 (2x plus de signal). Au niveau du signal, s'il est dans la moitié reçue, on a 2y et sinon on a 0. Au niveau du bruit, on a 2x le niveau, mais 2x moins de bruit (puisqu'on ne reçoit qu'une moitié de la sphère). Le bruit ne change pas, on a toujours x.
3) on peut raisonner de proche en proche avec 1/4 de la sphère, puis 1/8, etc... Le niveau de bruit (omnidirectionnel) ne change pas. Le signal est renforcé par le gain, si l'antenne est pointée vers lui.

Ce raisonnement suppose que le bruit est parfaitement omnidirectionnel (homogène dans toutes les directions), ce qui n'est probablement pas le cas mais me semble une approximation raisonnable en HF, loin des sources de brouillage. Si on a un brouillage local (un voisin...), le plus efficace sera probablement une antenne avec un nul vers le voisin.

Ok. Je t'ai compris. En équivalent température ça dirait que la température de l'antenne reste constante quelque soit son gain (mais bien plus élever que 273° K); comme on peut le modéliser en THF pour des liaisons terrestres sauf que la température de l'antenne est alors peu au dessus de 273° K.

On bénéficie donc du gain de chaque antenne dans les deux sens de transmission, ce qui est logique mais qui n'était pas évident pour moi.

J'ai réalisé une mauvais antenne en boucle : 80 m autour du QRA avec une hauteur variable de 3 à 5 m. J'ai accordé l'antenne à 50 Ohms sur le 80 m.

• En réception cette antenne est moins bonne que le doublet à trappe de 20 dB environ
  
• En émission, idem -20 dB chez le correspondant
  

Néanmoins en réception, dans un bruit de bande à 4-5 (sur le doublet), pas des parasites locaux, des signaux qui sont dans le bruit avec le doublet (inaudibles), sont, sans équivoque, bien hétérodynés sur la boucle. Ce pourrait-il qu'une antenne soit mauvaise en émission et bonne en réception.

Ma constatation est troublante

Il me semble me rappeler que l'explication qui est donnée de ce phénomène est que les QRM locaux provoquent des perturbations du champ électrique. Donc en champ proche (c'est à dire avant que l'on ait égalisation des valeurs électriques et magnétiques par propagation) un doublet (qui capte la valeur électrique du champ) va être plus sensible au QRM qu'une boucle (qui capte la valeur magnétique du champ).

Si je me rappelle bien, une boucle près du sol va avoir un rayonnement proche du vertical, donc pour des communications NVIS. La différence de 20 dB en émission serait à vérifier en fonction de la distance entre toi et ce correspondant.

dl2jml a écrit:

La différence de 20 dB en émission serait à vérifier en fonction de la distance entre toi et ce correspondant.

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C'est vérifié. J'ai fais des comparaisons avec plusieurs OM à des distance différentes (assez facile sur le 80 m), les 20 dB de perte sont quasi systématiques, dans les deux sens. C'est à ± 5 dB car il y a toujours du QSB qui brouille les évaluations qui étaient pourtant faites en porteuse pure. On me dit que ça vient du fait que l'antenne est trop basse; c'était voulu pour faire des essais très typés.

Le bruit que j'ai chez moi est du bruit de bande, pas des parasites locaux.

Je n'ai jamais compris grand chose au fonctionnement des antennes que ce soit en émission ou en réception. Je ne savais pas qu'un doublet captait le champs électrique de l'onde électromagnétique. C'est vrai qu'un récepteur GO-PO, avec un barreau de ferrite comme antenne (si on peu dire antenne dans ce cas), ne semblait sensible qu'au champ magnétique. J'ai même pu constater que ce type de récepteur fonctionnait correctement dans une cage de Faraday Siemens en acier (ça nous a tous surpris au labo).

A l'école je n'ai pas étudié la propagation; ça s'arrêtait au transfert de puissance par des lignes de transmission. Quant aux antennes que j'ai fabriquées pour ma station, je ne me suis intéressé qu'aux impédances. J'essaie de modéliser avec MMANA-gal mais je n'y comprends pas grand chose. A ce sujet j'ai fait une traduction de l'aide en ligne si ça intéresse !

J'ai démonté la maquette de boucle qui n'avait aucun autre intérêt que de montrer que c'était mauvais avec cette géométrie. J'envisageais de remonter la longueur de fil en delta-loop 35+10+35 m, la pointe du triangle isocèle étant à +12 m et la base vers +3 m. Avec une alimentation au sommet, MMANA m'indique que ça fait une polarisation verticale. Comme je ne sais pas me servir du logiciel, je ne sais pas faire fonctionner l'optimisation.

Les antennes et la propagation sont deux choses différentes. Une antenne est un système finalement assez simple et il ne faut pas se laisser inutilement impressionner. Pareil avec les logiciels de simulation, dont les résultats marchent bien dans l'espace ou en chambre sourde et moins bien en environnement réel.

Par exemple, dans le cas de la boucle près du sol que tu as essayée. Cette boucle va être désaccordée car le facteur de raccourcissment augmente à cause de l'effet capactif du sol. Le sol va aussi et à la fois se comporter comme un miroir (s'il est bon conducteur) modifiant le diagramme de rayonnement et comme un absorbant du champ émis par l'antenne. Cet effet dépend des caractéristiques magnétiques du sol (et est utilisé pour les radar de sol, la recherche de minéraux, etc...). L'effet est difficile à prévoir et des logiciels comme MMANA n'ont pas les fonctions pour modéliser un sol complexe.

D'après la littérature, la même boucle horizontale montée à une dizaine de mètres de haut devrait donner de meilleur résultats dans la bande des 80m qu'un dipôle monté à la même hauteur. Peut-être est-ce une idée?