NVIS

En 1925, le physicien anglais Edward Appleton met en évidence par expérience la présence des couches imaginées par Oliver Heaviside et Arthur Kennelly. Ces couches prennent le nom de couche d'Appleton puis de couche de l'ionosphère. Peu après, les physiciens américains Gregory Breit et Merle Antony Tuve mesurent la hauteur des couches de l'ionosphère à l'aide d'un émetteur d'impulsions radioélectriques. À la suite des recherches du radioamateur américain 8XK ingénieur en électricité Frank Conrad[2] découvre et utilise la propagation NVIS.

Diagramme de rayonnement NVIS a une couverture en un saut d’une zone circulaire inférieure à 300 km. Alors que l'onde de sol (bleu) ne peut pas se propager.

La propagation dans la bande 1,6 à 12 MHz par onde réfléchie entre ciel et terre

Le NVIS est utilisé pour établir un réseau radio dans la bande 1,6 12^MHz, en communications locales et régionale à l’intérieur d’une zone circulaire inférieure à 300 km autour de l'antenne radioélectrique. Ce mode de propagation permet en zone de forts reliefs de remplacer un réseau VHF.

Le concept vise à rayonner le maximum d'énergie verticalement, à une fréquence inférieure à la fréquence critique de réflexion de l'ionosphère, afin d'obtenir une réflexion maximale vers la zone à couvrir.

Contrairement au contact longue distance où l'on recherche l'angle de rayonnement de l'antenne le plus bas possible, afin d'attaquer l'ionosphère le plus loin possible et obtenir une propagation loin de son point d'origine, le NVIS utilise une antenne avec un angle d'élévation très élevé, proche de la verticale. Les radiocommunications en rayonnement N.V.I.S. ne présentent donc pas de distance de saut (sans zone de silence).

Antennes NVIS de 1,6 à 8 MHz sur un camion de l'armée polonaise vers 1990.

Antenne NVIS sur un véhicule de commandement blindé de l'armée allemande vers 1940.

La propagation NVIS a été utilisée dès 1930 par l'Armée française. Elle est utilisée aujourd'hui par les services radio maritime, aéronautique, utilitaire, les radiocommunications de catastrophe des organisations humanitaires sur une catastrophe, l'armée, par quelques stations radioamateur, et très généralement en mode de transmission de secours sur une panne de réseau VHF et UHF.

La propagation NVIS est très utilisée dans les zones polaires c'est-à-dire en Arctique et en Antarctique.

Les avantages des liaisons NVIS sont:

• Couvre des zones qui normalement ne reçoivent pas l'onde de sol.
• L'onde arrive du ciel quel que soit le relief, on peut pratiquer le NVIS depuis le fond d'une vallée.
• Réduction du bruit, rapport signal sur bruit nettement amélioré du fait de l'angle d'incidence élevé en réception.
• Peu sujet au fading (pas de problème avec les rayonnements réfléchis qui sont instables en amplitude et en phase).
• Très facile à mettre en œuvre avec des moyens matériels limités (antenne à proximité du sol).
• Sur la même fréquence, plusieurs réseaux radio (espacés de quelques centaines de kilomètres) ne se brouillent pas.
• Deux stations équipées d'un tel système, dont l'angle de rayonnement est en direction du ciel, observeront, sur la liaison, un gain et une atténuation des brouillages, soit une amélioration du rapport signal-bruit par rapport à la même liaison réalisée à partir de dipôles conventionnels placé à une hauteur de plusieurs dizaines de mètres.

Cependant, pour un bilan de liaison optimal, les deux stations doivent choisir la fréquence la plus propice à cette propagation, et utiliser des antennes adaptées.

exemple de fréquence maximale d'utilisation en NVIS.

La propagation utilise une onde de ciel quasi verticale, éliminant ainsi la zone de silence présente dans d'autres modes de propagation en haute fréquence. La plupart de l’énergie produite par l'antenne NVIS sera ainsi réfractée par une couche ionisée du ciel vers la terre à l'intérieur d'une zone de 300 km autour de la station d’émission[6]. Ceci ne peut être obtenu que par le choix d'une fréquence adaptée.

En France, la bande 1 à 6 MHz est généralement utilisable pour la propagation NVIS, alors que sous les tropiques c'est plutôt la bande 4 à 12 MHz.

Une antenne horizontale érigée seulement à quelques mètres au-dessus du sol est bien adaptée à la propagation en direction du ciel.

Antenne de navire

Une antenne NVIS Bandes marines tendue de l'avant du navire au poste de pilotage.

Cette antenne monopôle ou dipôle a une longueur de 7 mètres ou plus alimentée par une boîte de couplage automatique.

L'antenne est érigée seulement à quelques mètres au-dessus du navire.

Capable de fonctionner dans les Bandes marines et sur la fréquence internationale de détresse 2 182 kHz.

Antenne de véhicule terrestre

Antenne monopôle NVIS de toit sur véhicule.

Pour les véhicules, l'antenne est plus courte, fixée sur le pare-chocs, soit courbée au-dessus du véhicule et couplée en monopôle ou soit courbée au-dessus du sol, le fouet et le véhicule sont alors couplés en dipôle. La boîte de couplage automatique a une forte réactance inductive pour résonner dans la bande hectométrique.

Un condensateur variable à haute tension peut relier électriquement la ponte de l'antenne à la masse du véhicule ; cela pour créer une capacité terminale et donc de déplacer le ventre de l'intensité électriquement dans le fouet d'antenne au-dessus du véhicule, qui se traduit par une augmentation de 3 à 6 dB des signaux radioélectriques. Le bobinage à la base de l’antenne est plus faible et consomme moins de puissance radioélectrique. Le réglage du condensateur variable demande des compétences radioélectriques..

Schéma de l'antenne apériodique T2FD d'une puissance de 6 kW en bande latérale unique pour station utilitaire. Angle au sol 20 à 40°.

Pour établir des radiocommunications nationales dans la 2 à 16 MHz, la puissance est à répartir à l’intérieur d'une zone de 1 000 km autour de la station d’émission. Il ne s'agit plus de NVIS au sens strict mais toujours d'une propagation par réflexion unique.

Plusieurs types d’antenne sont utilisables, par exemple :

• Les antennes NVIS décrites plus haut, mais sans réflecteur, inclinées de 30°, dont une extrémité du fil est à 1 à 2 mètres au-dessus du sol.
• L’antenne en "L" renversé élevée de plusieurs mètres au-dessus du sol, (entre 0,2 λ et 0,4 λ au-dessus du sol).
• L’antenne dipôle élevée entre 0,2 λ et 0,4 λ au-dessus du sol.
• L’antenne en "V inversé" dont les deux extrémités des fils sont à 1,8 mètre au-dessus du sol.
• L’antenne repliée, ou folded, (type W3HH ou T2FD), inclinée de 30°, dont une extrémité est à 1,8 mètre au-dessus du sol.
• l'antenne "AH-HFBDS" inclinées de 30° de station professionnelle [11], la puissance de 400 W PEP est à répartir à l’intérieur d'une zone de 1 500 km autour de la station d’émission. Ceci dans la bande 2 à 14 MHz.