Les corps et les antennes

[Big Brain]

Bonjour à tous,

Je me suis retrouvé face à un exercice d'électrocinétique pour le moins original.
Nous avons du visionner un sketch de Mr Bean où il tente de capter la télévision avec une antenne télé.
Cependant l'antenne arrivait à capter uniquement lorsque Mr Bean restait à proximité de l'antenne dans une position bien précise.

Notre professeur nous a alors demandé d'identifier le phénomène, le décrire, et de l’expliquer à l’aide d’un modèle simple d’un point de vue électrocinétique.

Et je dois avouer que ce sketch cartoonesque était finalement bien difficile à comprendre.
Alors si quelq'un arriverait à comprendre ce phénomène et à m'aider, je vous serai reconnaissant.

Lien vers le sketch en question :

https://youtu.be/Sm3_qEMTdc4?t=78
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[Big Brain]

Je me permet d'ajouter que cet exercice est en quelque sorte une introduction à l'electrocinétique et que de ce fait, la réponse n'a pas à être particulièrement recherchée.
De mon côté j'essaye avant tout de rechercher des articles qui parleraient de ce phénomène donc si vous en avez, cela m'aiderait beaucoup.

[Pio2001]

Le corps humain conduit l'électricité.
Je suppose donc qu'il doit avoir une influence sur la propagation des ondes. Les corps conducteurs ont tendance à réfléchir les ondes électromagnétiques.

Ensuite, pour expliquer le phénomène il faut connaître la longueur d'onde des ondes en question. Mais là on est déjà à un niveau plus approfondi.

[Resartus]

Bonjour,
A noter qu'avec la télévision classique, l'absorption par le corps humain peut également aider à améliorer la réception, car les échos multiples peuvent dégrader fortement le signal, et mettre un obstacle entre l'antenne et cette source secondaire parasite va être favorable.
Ce n'est plus le cas avec la TNT, qui est conçue pour ne pas craindre ces échos multiples

Un troisième phénomène possible est la diffraction, qui peut causer derrière l'obstacle des "franges" d'interférence : avec un peu de chance, cela produira un ventre sur l'antenne

Mais si on parle d'électrocinétique et pas d'electromagnétisme, c'est sans doute l'explication de Pio2001 qui est la seule attendue : réflexion sur le corps, qui augmente le signal reçu par l'antenne

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwinver]

Bonjour.

Excellent sketch.

On note que l'antenne est placée au sol "dirigée" vers le haut, alors que la direction classique est plutôt l'horizontale.
Mais, la présence d'un conducteur de l'électricité à proximité (comme par exemple le corps humain) peut modifier la façon dont l'antenne reçoit, en particulier, il y a des positions qui améliorent la réception et d'autres qui la dégradent.

L'antenne placée à l'horizontale n'aurait plus qu'à être orientée vers l'émetteur pour bien recevoir. L'interaction ente le corps de Mr Bean et de l'antenne "remplace" cette fonction.
Il en sera de même de tout objet conducteur de l'environnement, comme la chaise, par exemple ou le téléviseur lui-même, voire même le câble entre antenne et téléviseur.

[Benzki]

Il en sera de même de tout objet conducteur de l'environnement, comme la chaise, par exemple ou le téléviseur lui-même, voire même le câble entre antenne et téléviseur.

Effectivement, j'ai cet effet avec mon téléviseur. Celui-ci est raccordé à plusieurs sources, et il a aussi son démodulateur TNT intégré, mais ne dispose pas d'antenne. J'utilise donc un simple câble coaxial en guise d'antenne dénudé sur l'extrémité (petit truc que des astucieux proposent sur Youtube - validité ?) . Et effectivement, parfois le signal est insuffisant si le câble est dans telle ou telle position, et effectivement aussi, je remarque la perte ou la survenue du signal selon l'endroit où je m'assieds par rapport au téléviseur...

[Gwinver]

Bonjour.

- validité ?

Probablement aucune pour un puriste.

Mais largement suffisant pour recevoir la TNT si on n'est ps trop loin de l'émetteur.
Pour améliorer,

le brin dénudé devrait 1/4 de longueur d'onde vers 500 MHz, cela donne ~ 15 cm.
un autre brin peut être relié à la masse du câble et routé le long du câble par dessus l'isolant.
L'ensemble orienté pour une bonne réception
puis placer un panneau conducteur (une grille, un meuble etc ...) à ~ 10 cm derrière l'antenne (côté opposé à l'émetteur).
Cette dernière manip permet de limiter l'influence des éléments conducteurs tels que Mr Bean.

Bon amusement!

[Benzki]

Routé ? Signifie placer longitudinalement contre le cable jusqu'à l'entrée téléviseur, ou enroulé tout le long ? En tout cas, merci pour l'info, et bonne fin de we !

[Gwinver]

Bonsoir.

On va supposer que le câble coaxial est à l'horizontale, comme donc, le brin central du câble coaxial qui a été dénudé.
La tresse de blindage du câble coaxial correspondant à la partie dénudée (et donc de même longueur) peut simplement être plaquée sur le câble, par dessus l'isolant.
On obtient ce que l'on appelle un doublet.

En fait, il y a deux possibilités , comme la disposition de la figure 1 de ce site : https://f8kkh.org/dipole.html mais, les isolateurs sont inutiles car la dimension est petite et ça tient tout seul (au pire un bout de plastique fait l'affaire), ou comme j'ai décrit. Mais, dans les deux cas, les deux brins doivent être alignés.
En y regardant de plus près, ce la correspond à l'un des éléments d'une antenne râteau. Sur un modèle avec que des brins horizontaux, cela correspond à celui qui est raccordé au câble. Un râteau classique est constitué de brins allant du plus long au moins long, celui qui nous intéresse est le deuxième plus long.
La direction de maximum de réception se situe sur la perpendiculaire à la direction des deux brins. S'il y a de grandes surfaces plus ou moins conductrices dans l'environnement (cas d'un appartement), la direction n'est pas forcément celle de l'émetteur.

[Benzki]

Voilà des inflos claires et intéressantes comme je les aime. Merci !

[cupidonihack]

en guise de complément d'info , on appel canal de transmission l’ensemble des trajets de l'onde de la source vers le recepteur, il me semble que l'on modélise l'effet de multiple réflections par un canal de rayleigh, l'ensemble des ondes ayant parcourues les trajets aux reflections et au longueurs de trajets différents créent des interférences qui peuvent etre destructrices , je crois qu'on lui donne aussi le nom de fading (mais c'est peut etre quand on parle de ce phénomène lorsque le recepteur ou la source se déplace donc a vérifier).

[Gwinver]

Bonsoir.

Pour compléter le complément.

Le fading est un phénomène lié à la propagation. Il y a en général plusieurs chemins possibles ente l'émetteur et le récepteur, le chemin direct et des trajets par réflexions sur des obstacles, voire des blocages sur un ou des chemins particuliers.
Au final, les ondes arrivant sur l'antenne de réception s'additionnent (vectoriellement) et il arrive parfois que la sommation soit constructive ou destructive. Dans ce dernier cas, on parle de fading (évanouissement), la réception s'évanouit plus ou moins.

Il y a beaucoup de types de canaux, Rayleigh, ou Rice ou d'autres qui caractérisent le type de composition des ondes reçues par l'antenne de réception.
Rayleigh est lié aux mouvements sans contraintes importantes de la vitesse, l'effet est important lorsque l'émetteur ou le récepteur bougent, voire les deux. Rice introduit l'effet Doppler.
En plus, cela dépend de la bande de fréquence considérée et des mouvements relatifs des différents obstacles.
Dans le cas de la télévision seul l'environnement peut bouger et encore ceci est rare. Il arrive par exemple qu'un avion puisse provoquer des évanouissements plus ou moins périodiques lors de son passage, ce phénomène est courant dans le cas d'une antenne de réception faiblement directive comme celle décrite au début de cette discussion.

[Big Brain]

Merci à tous pour vos réponses intéressantes, tout cela m'aide beaucoup dans mes recherches. Mon dernier soucis c'est que je n'arrive pas à l’expliquer à l’aide d’un modèle simple d’un point de vue électrocinétique.

[Gwinver]

Bonjour.

L'antenne est un corps conducteur, les ondes électromagnétiques peuvent donc engendrer un courant électrique par mise en mouvement de charges.
Mais, il en est de même pour le corps de Mr Bean. Ces charges en mouvement peuvent à leur tour générer des ondes électromagnétiques, c'est un peu comme si les ondes électromagnétiques se réfléchissaient sur le corps de Mr Bean et revenaient sur l'antenne.
C'est alors que tout se joue, les ondes réfléchies par Mr Bean peuvent un mouvement de charges dans l'antenne dans le même sens ou dans le sens opposé à celui issu de l'émission directe. Les deux extrêmes sont le renforcement des deux mises en mouvement ou leur annulation avec toutes les possibilités intermédiaires.

[Vincent PETIT]

Salut,
Il existe des capacités parasites entre tous les objets (voir la capa parasite entre ton doigt et ton écran de téléphone portable).

On pourrait dire que Mr Bean ajoute une capa parasite entre lui et l'antenne ce qui change son accord (ou sa fréquence de résonance) permettant de mieux capter. Notons que ce phénomène est réel, il est à l'origine de la diaphonie par couplage capacitif entre deux pistes en parallèle sur un circuit imprimé.

[Gwinver]

Bonsoir.

Pour avoir un effet capacitif lié à la présence du corps, il faudrait une forte proximité avec l'antenne.
En considérant une antenne de 50 cm à la fréquence de 450 MHz (le bas de la bande UHF), la distance à effet réactif (champ proche) est de l'ordre de 25 cm et 31 cm pour le haut de la bande à 600 MHz
La région de champ lointain démarre à 70 cm à 450 MHz et 1 m à 600 MHz.
On peut donc dire qu'un delà de 30 cm un éventuel effet capacitif n'a pas d'impact sur l'antenne.

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Personnellement, j'ai toujours trouvé cette estimation de distance assez délicate car les zones ne sont pas biens démarquées.
Sauf si je fais une erreur d'interprétation, le schéma que j'ai refait en bas du message est vrai si l'antenne est égale à une demi longueur d'onde.

Exemple pour 450MHz (λ = 0.666m) et une antenne de λ/2

- la zone de Rayleigh s'arrête à 8.3cm
- la zone réactive où les champs vont commencer se coupler (si on connait E on peut connaitre H) se trouve à 10cm soit dans la zone de Fresnel.
- la zone de Fraunhoffer commence à 33cm

Pour une antenne plus grande par exemple pour 450MHz (λ = 0.666m) et une antenne de 50cm

- la zone de Rayleigh s'arrête à 18cm
- la zone réactive où les champs vont commencer se coupler (si on connait E on peut connaitre H) se trouve à 10cm soit toujours dans la zone de Rayleigh.
- la zone de Fraunhoffer commence à 75cm

Le problème est que les couplages électriques et magnétiques, favorisés dans la zone réactive, ne s'arrêtent pas pile poils dans une zone et je trouve complexe d'estimer une distance où on peut négliger l'influence de l'environnement. En CEM on considère qu'au delà de λ/2π on est en champs lointain alors que pour des antennes.

Tu as pris quel paramètre pour estimer cette distance ?
Merci.

[Gwinver]

Bonjour.

Il est tout à fait vrai qu'il existe plusieurs formulations de l'aspect proximité d'une antenne.
J'ai utilisé une formule simple : R = 0.62 (D²/L) L = longueur d'onde et D la dimension ou le diamètre de l'antenne pour la zone réactive et 2 D²/L pour la fin de la région de Fresnel. J'ai considéré que l'antenne mesure 50 cm, ce qui est plus ou moins le cas pour les antennes de télévision d'appartement.
Mon but était simplement de montrer que l'effet capacitif est faible pour le cas de la distance entre Mr Bean et l'antenne.
Il est aussi vrai que la réalité est assez fortement fonction de la forme de l'antenne, au final il faut quasiment faire du cas par cas expérimentalement, ce qui se fait probablement en cas de mesures fines pour la CEM.

[Vincent PETIT]

Merci pour cette précision

[Gwinver]

Bonsoir.

De rien

D'où proviennent les images illustrant les champs, je les ai trouvées très bien faites et didactiques.

[Vincent PETIT]

C'est moi qui ait tout dessiné en faisant une synthèse de ce que je connaissais déjà, de la littérature que j'ai chez moi et de quelques infos venant de thèses ici et là.

L'illustration du haut correspond à ce qu'on utilise en CEM, un perturbateur (antenne) d'une longueur inférieure ou égale à une demi longueur d'onde et on estime la limite champs proche/lointain par λ/2π car les zones restent très floues quand on est sur une antenne inférieure à une demi longueur d'onde. D'ailleurs on le voit bien car λ/2π (zone de Rayleigh en temps normal) est dans la zone de Fresnel.

Dès qu'on est sur une antenne qui est plus grande que la demi longueur d'onde, on retrouve la théorie habituelle des antennes ; zone réactive entre l'antenne et λ/2π, puis vient la fin de la zone de Rayleigh / début de Fresnel etc...

J'ai essayé de tout redessiner sur la même illustration mais ce n'est pas simple. J'aurai peut être du faire plus d'illustrations, une pour une antenne plus courte que la λ/2 et faire une autre illustration pour une antenne supérieure à λ/2 parce que la limite champs proche/lointain ne sont pas tout à fait au même endroit.

[Gwinver]

Re bonsoir.

Désolé, j'ai fait un typo dans la formule, il fallait lire : R = 0.62 (D³/L)^0.5 L = longueur d'onde et D la dimension

[Gwinver]

Bonjour.

@ Big Brain, je reviens sur ce sujet par curiosité, je pense que maintenant le professeur a donné l'explication.