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Ondes E.M. et déphasage

Qu’est-ce qu’une onde électromagnétique ?

Les champs électriques sont induits par la charge électrique au repos, les champs magnétiques par la charge en mouvement, et la radiation est produite par l’accélération ou la décélération de la charge électrique. Près de leur source, les champs peuvent être soit électriques soit magnétiques selon leur mode de création, mais vus de loin ils apparaissent comme des champs électromagnétiques réunis.

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Une onde électromagnétique est formée par le mouvement de va et vient (ondulations) d’un champ électrique et d’un champ magnétique transportant une certaine quantité d’énergie. Cette énergie ou rayonnement, varie selon l’amplitude, la fréquence et la longueur d’onde. Plus la fréquence est élevée et plus l’énergie est importante.

Il existe différents types d’ondes électromagnétiques comme on peut le voir sur le diagramme suivant.

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Certains appareils émettent donc différentes fréquences:

Les ondes de hautes ou de très hautes fréquences (micro ondes et radio) ont un effet thermique immédiat produisant un excès de chaleur sur les zones du corps avec lesquelles les appareils sont en contact. Par exemple : la zone du visage pour le téléphone cellulaire.

Les ondes de basses ou de très basses fréquences n’ont pas d’effets thermiques mais, selon certains experts, de longues périodes d’expositions à ces fréquences produisent des effets négatifs sur la santé et l’environnement. De plus il a été démontré qu’elles perturbaient le fonctionnement énergétique (courants électro-physiologiques) des personnes et des plantes.

Un téléphone cellulaire GSM 1 ou UMTS 2, un sans fils pour la maison DECT 3,  un ordinateur, une télévision, un GPS 4, un radio-réveil, une console de jeux ou encore tout simplement un four à micro-ondes…tous émettent des ondes électromagnétiques de hautes et de basses fréquences.

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1)  GSM : Global System for Mobile communications. Réseau numérique existant sur deux fréquences distinctes ou avoisinantes 900 MHz et 1800MHz.

2) UMTS : Universal Mobile Telecommunication System. Technologie permettant la visiophonie et la télévision mobile. Émet sur une fréquence autour de 1960MHz et reçoit autour de 2150 MHz.

3) DECT : Digital European Cordless Telecommunication. Autrefois utilisé par les entreprises, ils ont vite remplacés nos téléphones filaires à la maison. Ils opèrent sur une fréquence entre 1880MHz et 1930Mhz.

4) GPS : Global Positioning System. Réseau de localisation satellites communément utilisé pour se repérer géographiquement, sans cartes. Émet en continu deux fréquences micro-ondes : 1228MHz et 1575MHz.

Qu’est-ce qu’une antenne ?

En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur), les ondes électromagnétiques.

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Qu’est qu’une phase ?

La phase indique la situation instantanée dans le cycle, d’une grandeur qui varie cycliquement.  La phase est une grandeur sans unité.

On ne peut pas connaître la phase totale d’une onde, à un moment et un endroit donné, par une simple mesure si on ne connaît pas d’avance son équation. Il faut d’abord faire un échantillonnage à plusieurs pas de temps pour obtenir le cycle total de l’onde, la période. Dans la réalité, la valeur de la phase totale d’une onde n’est donc pas très utile. La grandeur qui est vraiment utile est la différence de phase ou déphasage entre deux endroits, deux moments ou deux ondes.
Qu’est que le déphasage ?

Le déphasage entre deux ondes est la différence entre leurs phases. Souvent, on mesure cette différence de phases à un même instant pour les deux ondes, mais pas toujours au même endroit de l’espace.

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Les Patch-antennes Inspire ont été créé à partir de ce principe physique incontestable et appliqué depuis de nombreuses années dans différents secteurs de l’industrie:

– Le déphasage acoustique est très important: par exemple, dans un orchestre, lors d’enregistrement d’une caisse claire, les deux micros (de timbre et de peau) sont dirigés vers le même endroit à la même distance mais dans un sens opposé. Tout ce qui est positif pour un micro est négatif pour l’autre….Si l’une des voix n’a pas son inverseur de phase enclenché, vos enceintes ne vont pas sortir grand chose.

Deux sons identiques ainsi ajoutés se retrouvent complètement et parfaitement annulés, ce cas n’est possible qu’électriquement. Quand on a 2 signaux en opposition de phase, lorsque l’un des deux est à +10dB, le deuxième est à -10dB, le résultat est la courbe noire….Du silence !

. Le déphasage magnétique permet à l’IRM (Imagerie à Résonance Magnétique) qui à un champ magnétique 20000 fois supérieur au champ terrestre de ne faire encourir aucuns risques aux patients scannés. Le rayonnement magnétique puissant (2 teslas) devient inoffensif.

Le déphasage électronique dans l’aviation permet aux avions furtifs américains couverts d’antennes en phase, d’être in-détectés par les radars lorsque les signaux sont déphasés à 180°. Ils paraissent être invisibles à ces radars.

Le déphasage utilisés par les casques (Noise Cancelling) anti-bruits  permet d’annuler les bruits environnants pour ne proposer, au creux de l’oreille, qu’un signal audio plus ou moins purgé des nuisances sonores externes. Ils reposent sur le principe physique son/anti-son : un signal sonore est annulé par superposition du même signal en inversion de phase. Un ou plusieurs microphones (généralement placés dans les oreillettes) captent le bruit ambiant. Le système de réduction de bruit génère alors un signal identique, mais inversé en phase. Le bruit est alors éliminé pour l’auditeur sans que la musique soit altérée.

Le déphasage photonique est ce qui permet à la lumière du laser de lire les CD.

La lumière du laser est réfléchie par les parties creuses et les parties plates. La profondeur des creux est égale à la moitié de la longueur d’onde de la lumière (0,12 µm). Cela provoque un déphasage de la lumière réfléchie qui se trouve ainsi non détectée par le lecteur. Ces modifications sont interprétées par le lecteur comme des impulsions. La lumière est donc réfléchie sur le plat comme sur le creux, mais la réflexion est pratiquement annulée à chaque franchissement d’un creux.

Pour résumer:

– Les ondes en phase s’additionnent, ce qui fait que la pollution augmente.

– Les ondes déphasées à 180° se soustraient, ce qui fait que la pollution diminue.

– Les ondes déphasées électromagnétiques sont aussi appelées “Ondes antagonistes”; elles ont un effet antidote sur le vivant. Il a été montrer que même si le déphasage est autour de 1%, l’information est suffisante au niveau biologique pour que notre cerveau accepte ce déphasage et maintienne nos cellules en équilibre.

– Lorsque l’on oppose une force de nature identique, au même moment et au même endroit, les deux forces s’annulent. Nous sommes en opposition de force. En électricité, on retrouve ce phénomène avec les phases (voir schéma ci dessous). Cette opposition de phase, annule la force de l’une ou de l’autre et sa résultante est un point zéro ou neutre.

C’est exactement ce qui se passe avec les Patch-antennes Inspire. L’information de déphasage est envoyée au cerveau via notre corps et particulièrement nos cellules qui reçoivent ces ondes déphasées. L’information analysée est renvoyée à notre corps qui est maintenu en équilibre.
Explications schématiques:

Un signal sinusoïdal est un signal (onde) dont l’amplitude, observée à un endroit précis est une fonction sinusoïdale du temps.
La fonction sinus est une fonction qui permet de calculer le sinus d’un angle à partir de la valeur de cet angle.
Une sinusoïde est la forme que prend cette fonction (voir figure 1)Sinus

Exemples

L’amplitude du signal peut correspondre à une pression (son) – la pression est la force exercée sur une surface donnée à un déplacement (corde qui vibre), à une quantité d’électrons en déplacement courant électrique) ou encore à une onde électromagnétique (une onde est la propagation d’une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés).

Caractéristiques d’un signal sinusoïdal

Un signal sinusoïdal  est caractérisé par son amplitude maximale et sa fréquence. Il peut se mettre sous la forme :

G(t) = G : Amplitude de la grandeur appelée aussi valeur de crête

w: pulsation de la grandeur en rad/s

( w t + j ) : phase instantanée en radians

j : phase à l’origine en radian (souvent fixé par l’expérimentateur)

Lorsque l’on compare 2 signaux de même fréquence, il est nécessaire d’indiquer de combien de temps ils sont décalés. On parle alors de déphasage.
On dit que les signaux sont en phase “s’ils sont superposés ».

Sinus_dephase_90                                                          Sinus_en_opos_phase

La figure 2a représente des signaux déphasés de 90°.
La figure 2b représente des signaux en « opposition de phase » : déphasés de 180°.

Le déphasage se déduit par une simple règle de 3 du décalage temporal séparant les 2 signaux.

En effet 0° (ou 0 radian) correspond à 0 seconde de déphasage et 360° (ou 2 p radians) correspondent à des signaux décalés d’une période (T), ils sont alors à nouveau en phase.

On appelle t (Tau) le décalage temporel entre les 2 signaux.

Comment calculer les ondes en phases?

Le plus simple est de visualiser le signal sur un oscilloscope et de regarder le décalage entre les 2 sinusoïdes (il faut le mesurer entre 2 fronts montants ou 2 fronts descendants mais surtout pas entre un front montant et un front descendant) la mesure est appelé Tau* (exprimé en secondes) pour retrouver l’angle du déphasage tu utilise la formule Fi=(2*pi*Tau)/T , où T et Tau sont dans la même unité ( s, ms, ou µs selon la fréquence). Cela donne la valeur du déphasage

La formule en degrés :formule

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