La haute fréquence désigne un spectre de fréquences d'ondes électromagnétiques modulées dont la nature diffère en fonction du domaine auquel il s'applique. Le présent article traite du domaine des « hautes fréquences » (high frequencies en anglais, abrégé en HF) en radiocommunication qui désigne les ondes radio dont la fréquence est comprise entre 3 MHz et 30 MHz[1]. Elles sont également nommées « ondes décamétriques » ou « ondes courtes » , en fonction de leur longueur d'onde comprise entre 10 et 100 mètres. Le terme « ondes courtes » (OC) est aussi utilisé notamment pour la radiodiffusion mondiale mais ses limites sont moins précises. La portée étant de plusieurs milliers de kilomètres, les communications captées sont très nombreuses.
En électronique, les signaux de haute fréquence dits « HF » ou « radiofréquence » exploitent une fréquence supérieure à l'audiofréquence ou « basse fréquence » dite « BF ». En acoustique, le terme haute fréquence désigne les sons de 4 kHz à 20 kHz.
Antenne de communications HF
L'âge des pionniers
Jusqu'au milieu des années 1920, la gamme des hautes fréquences ou « ondes courtes » est négligée par les autorités et les scientifiques au profit des fréquences plus basses dont la propagation est plus stable. À la suite des travaux des radioamateurs qui ont réalisé des liaisons autour du globe, le développement de l'exploitation du spectre décamétrique est rapide pour la radiodiffusion et le trafic devient officiel.
En 1923, le , des radioamateurs réalisent la première liaison bidirectionnelle transatlantique sur une longueur d'onde spécialement autorisée d'environ 103 mètres (2,912 MHz), depuis Nice, Léon Deloy 8AB, et depuis les États-Unis, John L. Reinartz, 1XAM et Fred Schnell, 1MO [2].
1929, des répartitions partielles de quelques sous-bandes en haute fréquence sont créées[4].
1939, les répartitions de toutes les sous-bandes du spectre de la bande décamétrique sont clarifiées pour tous les services[5].
Services
Les hautes fréquences sont longtemps utilisées pour de nombreux usages : militaires, maritimes, aériens, et diplomatiques. Depuis les années 1980, avec le développement des liaisons par satellite et par relais terrestres, les ondes HF sont peu à peu abandonnées par les services officiels et la radiodiffusion. Elles restent cependant incontournables pour certains services maritimes et aériens, notamment pour garantir la sécurité des liaisons océaniques, pour les liaisons fixes ou mobiles dans des zones sans infrastructure ou en secours, en cas de catastrophe naturelle ou encore, pour le trafic militaire. Les signaux peuvent être analogiques en clair, codés ou numériques avec ou sans accès conditionnel (cryptage).
Les bandes de fréquences sont allouées par l'ITU. Durant la décennie 2000, la radiodiffusion représente 13 % du spectre, le trafic maritime 20 %, le trafic aérien 10 % et les bandes amateurs 12 %, le reste du spectre est utilisé par des services fixes ou mobiles.
Depuis sa mise en service, la radiodiffusion en ondes courtes est destinée à être reçue directement par le public et s'applique à la fois à la réception individuelle et à la réception collective ou communautaire[6]. La radiodiffusion exploite des sources spécifiques entre 3 MHz et 26 MHz, repérées par leur dénomination historique de longueur d'onde (exemple : « bande des 41 m »). Chaque programme est émis sur plusieurs fréquences pour permettre sa réception, en fonction de la propagation [7],[8],[9].
Durant des décennies, sa simplicité et le faible coût de ses récepteurs lui permettent d'être utilisée principalement comme lien avec les expatriés, comme média d'influence ou de rayonnement culturel jusqu'à l'avènement des retransmissions numérique et d'Internet à partir de la décennie 2000.
Station radio OEH61 et OE6XRK de la Croix-Rouge autrichienne.
Les communications fixes ou mobiles en hautes fréquences sont utilisées comme moyen de liaison de secours (qui peut être sécurisé via certains modes) par :
ainsi que comme lien avec les points isolés non couverts par des réseaux terrestres ou satellitaires (régions polaires, parties désertiques ou zones isolées).
Leur avantage est l'autonomie vis-à-vis des infrastructures, par exemple en cas de conflit ou de catastrophe (radios).
(La fréquence d'appel d'urgence en Alaska est de 5,167 5 MHz).
Les stations radioélectriques fixes sont utilisées en des points déterminés à l'intérieur des limites géographiques d'un pays ou d'un continent.
Applications industrielle, scientifique et médicale
Système électronique (8,2 MHz) pour article en vente en magasin
Marqueur pour récupérer des données à distance par radio-identification.
Antivol radio fréquence (RF)
Un marqueur constitué d'un circuit résonant utilise la bande 7,4 MHz à 8,8 MHz, quand ce circuit résonant est placé dans le champ de l'antenne (portiques antivols généralement situés à l'entrée du magasin).
Si le marqueur (étiquette RF) est actif, il émet alors un signal déphasé par rapport à l'émetteur. Le portique qui assure la réception (écoute), détecte ce signal et déclenche l'alarme.
Antennes 1,6 MHz à 26 MHz sur un navireUne antenne NVIS tendue de l'avant du navire au poste de pilotage.Boîte de couplage automatique et antenne 1,6 MHz à 26 MHz sur un navire
Pour le trafic maritime[12], les liaisons HF utilisent des bandes réparties sur le spectre. Les communications sont de plus en plus en numérique, mais la bande latérale unique (BLU) reste utilisée pour la sécurité et les contacts ponctuels. De nombreuses stations côtières transmettent l'évolution des bulletins météorologiques et de circulation et assurent les communications des navires avec la terre.
En haute mer pour la bande 4 MHz à 27,5 MHz, en premier choix la veille en appel sélectif numérique est la fréquence internationale SMDSM de 8 414,5 kHz (d'une portée < 3 000 km de jour et le monde dans la nuit).
À côté de la fréquence (ASN) 8 414,5 kHz, les stations marines veillent sur une deuxième fréquence décamétrique d’appel sélectif numérique : 4 207,5 kHz, 6 312 kHz, 12 557 kHz ou 16 804,5 kHz. La fréquence porteuse 4 125 kHz est utilisée, en plus de la fréquence porteuse 2 182 kHz, pour la détresse et la sécurité ainsi que pour l'appel et la réponse. Elle est également utilisée pour le trafic de détresse et de sécurité en radiotéléphonie.
La fréquence porteuse 4 125 kHz peut être utilisée par les stations d'aéronef pour communiquer avec les stations du service mobile maritime aux fins de détresse et de sécurité y compris à des fins de recherche et de sauvetage.
Les stations du service mobile terrestre situées dans des régions inhabitées, peu peuplées ou isolées peuvent, pour les besoins de la détresse et de la sécurité utiliser la fréquence porteuse 4 125 kHz en classe J3E [13]. Les procédures de sécurité et vie humaine sont obligatoires pour ces stations du service mobile terrestre lorsqu'elles utilisent des fréquences qui, en vertu du présent règlement, sont prévues pour les communications de détresse et de sécurité[14].
En haute mer les fréquences standards de la bande 8 MHz peuvent être utilisées en premiers choix
le service mobile aéronautique OR « hors des routes » destiné à assurer les communications, y compris celles relatives à la coordination des vols, principalement hors des couloirs aériens [22].
Ainsi, toutes les liaisons, par exemple, entre Paris et New York font l'objet d'un contrôle aérien assuré par voix via des centres régionaux de part et d'autre de l'Atlantique (Shanwick, Santa Maria, Gander…). De nombreuses stations VOLMET fournissent des prévisions météorologiques pour la plupart des grands aéroports des différents continents [23].
Pour fiabiliser ce mode de communication, un système d'appel SELCAL, émettant un signal lumineux et sonore, permet aux pilotes d'être informés de l'appel de la station au sol, et ainsi d'être avertis d'avoir à établir le contact radio.
La fréquence internationale 4 125 kHz en radiotéléphonie USB[26] est utilisée, pour la détresse, la sécurité, pour l'appel et la réponse ainsi que les interconnexions air/mer/terre, inter-aéronef et entre les stations maritimes.
Quelques fréquences d'Afrique[27] où l'on peut entendre du trafic aéronautique en français : 5 493 kHz, 6 535 kHz, 8 861 kHz, 8 894 kHz, 8 903 kHz.
Pour les avions à hélice, l'antenne 2 à 23 MHz oblique en « V » renversé est tendue de la coque de l'avion à la dérive.
Sur les vieux avions à hélice, en vol une antenne pendante longue de plusieurs dizaines de mètres était déroulée pour établir les communications radios HF.
La dimension d'une antenne est directement liée à la longueur d'onde du signal à transmettre ou plus exactement à la moitié de cette longueur d'onde, de 50 m à 5 m pour les HF. Les antennes HF sont donc généralement volumineuses.
Pour des liaisons amateur ou mobiles en dessous de 10 MHz, les antennes sont généralement filaires, au-dessus de cette fréquence les dimensions permettent l'utilisation facile des antennes yagi-uda, quad, delta-loop…
Pour des liaisons fixes ou des centres de transmission, des antennes de type « log-périodique » rotatives, des réseaux de dipôles ou de verticales ou des « losanges », demandent des structures volumineuses ou de grandes surfaces.
Les antennes actives ou les boucles magnétiques, de volume plus réduit, fonctionnent correctement en réception seule.
Mode de propagation
La propagation par onde réfléchie entre ciel et terreLa propagation par onde réfléchie entre ciel et terreCycle solaire
En dehors des courtes distances pour lesquelles on profite de l'onde du sol, les ondes décamétriques se propagent par réflexions successives entre le sol ou la mer et les couches E, F, F1 et F2[29].
Ainsi, ces ondes arrivent quasiment perpendiculaires à la surface de la terre, ce qui leur permet d'être reçues même si le récepteur est entouré d'obstacles de type relief. Comme elles se propagent grâce à de multiples réflexions, elles peuvent être reçues à une grande distance de l'émetteur, même lorsque la courbure de la surface terrestre empêche une liaison en vue directe. Les changements rapides de l'ionosphère rendent les liaisons compliquées à obtenir car il faut pouvoir changer la fréquence utilisée en fonction des conditions atmosphériques.
Cependant, ce changement de fréquence n'est pas toujours possible, surtout pour les utilisateurs dotés de moyens techniques limités, ce qui pose un problème car certaines fréquences peuvent ne pas être utilisables pour communiquer pendant plusieurs heures ou à certaines distances.
La propagation des ondes HF dépend donc fortement de la réflexion sur les couches de l'ionosphère. Si celle-ci est davantage ionisée par le rayonnement solaire, elle assure une meilleure propagation des ondes décamétriques dans une bande de fréquences étendue vers les fréquences les plus élevées. Une prévision de ces conditions comme donné par le Service de prévision ionosphérique peut aider considérablement.
L'alternance jour-nuit a une influence importante sur le choix d'une fréquence fiable et sur la qualité de propagation des ondes décamétriques. En raison du cycle solaire tous ces paramètres sont différents d'une année à l’autre.
Pour les radiocommunications intercontinentales on peut résumer
de 100 m à 50 m (3 MHz à 6 MHz), ce sont des bandes nocturnes de propagation occasionnelle à grande distance (a lieu de temps en temps),
de 50 m à 30 m (6 MHz à 10 MHz), ce sont des bandes nocturnes pour lesquelles la réception n’est possible à grande distance que lorsqu’il fait nuit entre les lieux d’émission et de réception,
de 30 m à 20 m (10 MHz à 15 MHz), ce sont des bandes mixtes pour lesquelles les meilleures réceptions sont lorsque l’émetteur est dans le jour et le récepteur dans la nuit, ou inversement,
de 20 m à 13 m (15 MHz à 23 MHz), ce sont des bandes diurnes pour lesquelles les meilleures réceptions à grande distance sont lorsque le parcours entre l’émetteur et le récepteur est éclairé par le soleil.
de 13 m à 10 m (23 MHz à 30 MHz), ce sont des bandes de propagation occasionnelle à grande distance, (a lieu de temps en temps), avec régulièrement des radiocommunications à grande distance durant 3 ans tous les 11 ans en fonction du cycle solaire au maximum.
Parcours nocturnes et éclairé par le soleil à 01h UTC
Parcours nocturnes et éclairé par le soleil à 07h UTC
Parcours nocturnes et éclairé par le soleil à 13h UTC
Parcours nocturnes et éclairé par le soleil à 17h UTC
Parcours nocturnes et éclairé par le soleil à 19h UTC
Parcours nocturnes et éclairé par le soleil à 22h UTC
L'onde de sol est utilisée principalement en dessous de 4 MHz. L'onde réfléchie est utilisée principalement entre 5 MHz à 23 MHz. L'onde directe est utilisée principalement au-dessus de 26 MHz.
Pour les radiocommunications continentales et nationales on peut résumer
La propagation NVIS dans la bande 1,6 à 12 MHz est utilisée pour établir un réseau radio en communications locales et régionales à l’intérieur d’une zone circulaire inférieure à 300 km autour de l'antenne radioélectrique. Ce mode de propagation des ondes radios nécessite une antenne NVIS dont le lobe de rayonnement principal est en direction du ciel.
↑Pour l'UIT: RR Sl.38 service de radiodiffusion : Service de radiocommunication dont les émissions sont destinées à être reçues directement par le public en général. Ce service peut comprendre des émissions sonores, des émissions de télévision ou d'autres types de retransmission.
↑Recommandation de l'Union internationale des télécommunications, référence aux dispositions du règlement des radiocommunications RR5.109 ; RR52.149 ; RR54.2 ; AP15, tableau 15-1 ; AP17, partie A.
↑Deux services, (R) et (OR), sont régis par des procédures différentes, dont certaines sont décrites dans le Règlement des radiocommunications (RR) et d'autres, concernant spécifiquement le service mobile aéronautique (R), dans l'Annexe 10 à la Convention de l'Organisation de l'aviation civile internationale.
↑Règlement des radiocommunications et Annexe 10 à la Convention de l'Organisation de l'aviation civile internationale.(numéro 1.33)
↑Règlement des radiocommunications et Annexe 10 à la Convention de l'Organisation de l'aviation civile internationale.(numéro 1.34)
↑ Convention et Règlements administratifs de l'Union internationale des télécommunications. ARTICLE S32 et ARTICLE S33 Procédures d'exploitation pour les communications de détresse et de sécurité dans le Système mondial de détresse et de sécurité en mer (SMDSM).
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