Haute fréquence

La haute fréquence ( HF ) est la désignation de l'UIT pour la bande d' ondes radioélectriques dont la fréquence est comprise entre 3 et 30 mégahertz (MHz). Elle est également connue sous le nom de bande décamétrique ou onde décamétrique car ses longueurs d'onde varient de un à dix décamètres (dix à cent mètres). Les fréquences immédiatement inférieures à HF sont appelées fréquences moyennes (MF), tandis que la bande suivante de fréquences plus élevées est connue sous le nom de bande de très haute fréquence (VHF). La bande HF est une partie importante de la bande de fréquences à ondes courtes , de sorte que la communication à ces fréquences est souvent appelée radio à ondes courtes . Étant donné que les ondes radioélectriques de cette bande peuvent être réfléchies vers la Terre par la couche ionosphérique de l'atmosphère - une méthode connue sous le nom de propagation par « saut » ou « onde céleste » - ces fréquences peuvent être utilisées pour les communications longue distance sur des distances intercontinentales et pour les terrains montagneux qui empêchent les communications en visibilité directe . La bande est utilisée par les stations internationales de radiodiffusion à ondes courtes (3,95–25,82 MHz), les communications aériennes, les stations horaires gouvernementales, les stations météorologiques, la radio amateur et les services de bande citoyens , entre autres utilisations.

Le moyen dominant de communication longue distance dans cette bande est la propagation par ondes ionosphériques (« skip »), dans laquelle les ondes radio dirigées selon un angle dans le ciel se réfractent vers la Terre à partir des couches d' atomes ionisés de l' ionosphère . Grâce à cette méthode, les ondes radio HF peuvent voyager au-delà de l'horizon, autour de la courbe de la Terre, et peuvent être reçues à des distances intercontinentales. Cependant, l'adéquation de cette partie du spectre pour de telles communications varie considérablement en fonction d'une combinaison complexe de facteurs :

• Lumière du soleil/obscurité sur le lieu de transmission et de réception
• Proximité de l'émetteur/récepteur avec le terminateur solaire
• Saison
• Le cycle des taches solaires
• Activité solaire
• Aurore polaire

À tout moment, pour un chemin de communication « skip » donné entre deux points, les fréquences auxquelles la communication est possible sont spécifiées par ces paramètres :

• Fréquence maximale utilisable (MUF)
• La plus basse haute fréquence utilisable (LUF) et une
• Fréquence de transmission optimale (FOT)

La fréquence maximale utilisable descend régulièrement en dessous de 10 MHz dans l'obscurité pendant les mois d'hiver, tandis qu'en été pendant la journée elle peut facilement dépasser 30 MHz. Elle dépend de l'angle d'incidence des ondes ; elle est la plus basse lorsque les ondes sont dirigées vers le haut et est plus élevée lorsque les angles sont moins aigus. Cela signifie qu'à des distances plus longues, lorsque les ondes effleurent l'ionosphère sous un angle très émoussé, la MUF peut être beaucoup plus élevée. La fréquence utilisable la plus basse dépend de l'absorption dans la couche inférieure de l'ionosphère (la couche D). Cette absorption est plus forte aux basses fréquences et est également plus forte avec une activité solaire accrue (par exemple pendant la journée) ; l'absorption totale se produit souvent à des fréquences inférieures à 5 MHz pendant la journée. Le résultat de ces deux facteurs est que le spectre utilisable se déplace vers les fréquences inférieures et dans la gamme des moyennes fréquences (MF) pendant les nuits d'hiver, tandis qu'un jour en plein été, les fréquences plus élevées ont tendance à être plus utilisables, souvent dans la gamme VHF inférieure.

Lorsque tous les facteurs sont réunis, la communication mondiale est possible sur la HF. Dans de nombreux autres cas, il est possible d'établir un contact à travers et entre les continents ou les océans. Dans le pire des cas, lorsqu'une bande est « morte », aucune communication au-delà des voies limitées des ondes de sol n'est possible, quelles que soient les puissances, les antennes ou les autres technologies utilisées. Lorsqu'une voie transcontinentale ou mondiale est ouverte sur une fréquence particulière, la communication numérique , SSB et en code Morse est possible en utilisant des puissances de transmission étonnamment faibles, souvent de l'ordre de quelques milliwatts, à condition que des antennes adaptées soient utilisées aux deux extrémités et qu'il y ait peu ou pas d'interférences artificielles ou naturelles . Sur une bande aussi ouverte, les interférences provenant d'une vaste zone affectent de nombreux utilisateurs potentiels. Ces problèmes sont importants pour les utilisateurs militaires, de sécurité et de radio amateur des bandes HF.

Il existe une certaine propagation par ondes de sol , le principal mode de propagation dans les bandes inférieures, mais la distance de transmission diminue avec la fréquence en raison d'une plus grande absorption dans la terre. À l'extrémité supérieure de la bande, les distances de transmission par ondes de sol sont limitées à 10-20 miles. Une communication à courte portée peut se produire par une combinaison de lignes de visée (LOC), de rebonds au sol et de trajets d'ondes de sol, mais les interférences multitrajets peuvent provoquer une décoloration .

Les principales utilisations du spectre haute fréquence sont :

• Systèmes de communication militaires et gouvernementaux
• Communications air-sol de l'aviation
• Radio amateur
• Radiodiffusion internationale et régionale en ondes courtes
• Services maritimes de mer à terre et de navire à navire
• Systèmes radar transhorizon
• Système mondial de détresse et de sécurité maritime (SMDSM)
• Services de radio Citizen's Band dans le monde entier (généralement 26-28 MHz, la partie supérieure de la bande HF, qui se comporte davantage comme une VHF basse fréquence )
• Radar d'application de la dynamique des océans côtiers

La bande des hautes fréquences est très appréciée des radioamateurs , qui peuvent profiter des communications directes à longue distance (souvent intercontinentales) et du « facteur frisson » résultant de la prise de contact dans des conditions variables. La radiodiffusion internationale en ondes courtes utilise cet ensemble de fréquences, ainsi qu'un nombre apparemment décroissant d'utilisateurs « utilitaires » (intérêts maritimes, aéronautiques, militaires et diplomatiques), qui ont, ces dernières années, été influencés par des moyens de communication moins volatiles (par exemple, via les satellites ), mais peuvent conserver des stations HF après le basculement à des fins de secours.

Cependant, le développement de la technologie d'établissement automatique de liaison basée sur la norme MIL-STD-188-141 pour la connectivité et la sélection de fréquence automatisées, ainsi que les coûts élevés de l'utilisation des satellites, ont conduit à une renaissance de l'utilisation de la HF dans les réseaux gouvernementaux. Le développement de modems à plus grande vitesse tels que ceux conformes à la norme MIL-STD-188-110C qui prennent en charge des débits de données allant jusqu'à 120 kilobits/s a également augmenté la facilité d'utilisation de la HF pour les communications de données et la transmission vidéo. Le développement d'autres normes telles que la norme STANAG 5066 permet des communications de données sans erreur grâce à l'utilisation de protocoles ARQ .

Certains modes de communication, tels que les transmissions en code Morse à ondes continues (en particulier par les opérateurs radio amateurs ) et les transmissions vocales à bande latérale unique sont plus courants dans la gamme HF que sur d'autres fréquences, en raison de leur nature économe en bande passante, mais les modes à large bande, tels que les transmissions TV, sont généralement interdits par la part relativement petite de l'espace spectral électromagnétique de la HF .

Le bruit, en particulier les interférences artificielles provenant d'appareils électroniques, a tendance à avoir un effet important sur les bandes HF. Ces dernières années, certains utilisateurs du spectre HF ont commencé à s'inquiéter de l'accès Internet « à large bande sur lignes électriques » ( BPL ) , qui a un effet presque destructeur sur les communications HF. Cela est dû aux fréquences sur lesquelles fonctionne le BPL (correspondant généralement à la bande HF) et à la tendance du signal BPL à fuir des lignes électriques. Certains fournisseurs de BPL ont installé des filtres coupe-bande pour bloquer certaines parties du spectre (à savoir les bandes radioamateurs), mais une grande controverse sur le déploiement de cette méthode d'accès demeure. D'autres appareils électroniques, notamment les téléviseurs plasma, peuvent également avoir un effet néfaste sur le spectre HF.

Dans l'aviation, les systèmes de communication HF sont obligatoires pour tous les vols transocéaniques. Ces systèmes intègrent des fréquences allant jusqu'à 2 MHz pour inclure le canal international de détresse et d'appel de 2182 kHz .

La partie supérieure de la HF (26,5-30 MHz) partage de nombreuses caractéristiques avec la partie inférieure de la VHF. Les parties de cette partie non réservées à la radio amateur sont utilisées pour les communications locales. Il s'agit notamment des radios CB autour de 27 MHz, des liaisons radio studio-émetteur (STL), des appareils de radiocommande pour modèles réduits et des émetteurs de radiomessagerie.

Certaines étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) utilisent la HF. Ces étiquettes sont communément appelées HFID ou HighFID (High-Frequency Identification).

Les antennes les plus courantes dans cette bande sont des antennes filaires telles que les antennes dipôles filaires ou les antennes rhombiques ; dans les fréquences supérieures, les antennes dipôles multiéléments telles que les antennes Yagi , quad et log-périodiques . Les stations de radiodiffusion à ondes courtes puissantes utilisent souvent de grands réseaux de rideaux de fils .

Les antennes destinées à transmettre les ondes célestes sont généralement constituées de dipôles horizontaux ou de boucles alimentées par le bas, qui émettent tous deux des ondes polarisées horizontalement . La préférence pour la transmission polarisée horizontalement est due au fait que (environ) seulement la moitié de la puissance du signal transmis par une antenne se déplace directement vers le ciel ; environ la moitié se déplace vers le bas, vers le sol, et doit « rebondir » dans le ciel. Pour les fréquences de la bande HF supérieure, le sol est un meilleur réflecteur des ondes polarisées horizontalement et un meilleur absorbeur de puissance des ondes polarisées verticalement . L'effet diminue pour les longueurs d'onde plus longues.

Pour la réception, on utilise souvent des antennes à fil aléatoire . Alternativement, les mêmes antennes directionnelles utilisées pour la transmission sont utiles pour la réception, car la plupart des bruits proviennent de toutes les directions, mais le signal souhaité ne provient que d'une seule direction. Les antennes de réception longue distance (skywave) peuvent généralement être orientées verticalement ou horizontalement car la réfraction à travers l'ionosphère brouille généralement la polarisation du signal et les signaux sont reçus directement du ciel vers l'antenne.

L'antenne doit avoir une bande passante suffisamment large pour couvrir la gamme de fréquences souhaitée. Les antennes à large bande peuvent fonctionner sur une gamme de fréquences plus large, tandis que les antennes à bande étroite sont plus efficaces à des fréquences spécifiques.

Pour améliorer la sensibilité de transmission et de réception d'une antenne HF, plus les pièces métalliques sont exposées à l'air, plus la sensibilité de réception est élevée. Cependant, dans les endroits où le bruit des signaux radio est important, comme dans les zones urbaines, les signaux de bruit environnants sont également entendus. La méthode de conception est donc appliquée en utilisant une antenne radio haute fréquence (HF) directionnelle ou en utilisant une antenne HF dans une zone éloignée avec un faible niveau de bruit HF et en connectant l'émetteur-récepteur HF.