L’héritage scintillant des ondes électromagnétiques

C’est en 1672 qu’Isaac Newton a séparé expérimentalement un faisceau de lumière en ses sept couleurs composantes et a établi le fait que ce que nous considérons comme la lumière est en fait une combinaison de plusieurs ondes ayant des fréquences et des longueurs d’onde différentes. Ainsi, il est apparu que notre perception des couleurs peut être attribuée à la réflexion d’une onde lumineuse par un objet correspondant à sa couleur perçue tout en absorbant toutes les autres composantes.

Cependant, c’est beaucoup plus tard, au XIXe siècle, que l’humanité a commencé à comprendre qu’il y a plus que ce qui saute aux yeux, littéralement.

En 1800, l’astronome William Herschel, alors qu’il menait une expérience pour noter les températures correspondant aux différentes couleurs de la lumière réfractée par un prisme, plaça brusquement un thermomètre de l’autre côté de la lumière rouge visible et, étonnamment, observa que la température enregistrée par ce prisme le thermomètre était le plus élevé. Les rayons lumineux invisibles réchauffant ce thermomètre ont fini par être connus sous le nom de rayons infrarouges.

De même, l’année suivante, Johann Wilhelm Ritter a établi l’existence des rayons ultraviolets en observant que les rayons invisibles au-delà de l’extrémité violette du spectre réagissaient rapidement avec une solution de chlorure d’argent (un précurseur de la photographie).

Dans les années 1860, un scientifique du nom de James Clerk Maxwell a révolutionné le monde en améliorant la perception de ces ondes lumineuses visibles et invisibles en tant que porteurs de rayonnement électromagnétique associés à des champs électriques et magnétiques codépendants et variant dans le temps.

Vingt-cinq ans plus tard, la théorie de Maxwell a été vérifiée par Heinrich Hertz à l’aide d’un instrument appelé “générateur d’éclateur” pour créer et décharger des ondes électromagnétiques ayant une fréquence plus courte que la lumière visible (ondes radio) et à l’aide d’un détecteur circulaire à boucle ouverte placé à proximité pour les détecter grâce à l’étincelle qu’ils ont créée.

En 1895, le scientifique indien Jagdish Chandra Bose a découvert des ondes ayant une fréquence aussi élevée que 60 GHz (ondes millimétriques) et a démontré leur présence en allumant de la poudre à canon et en utilisant ce qu’il a appelé “Adrishya Alok” dans son essai en bengali, pour faire sonner une cloche au-delà du mur. . Alors que Bose a obtenu la reconnaissance officielle de sa contribution environ 120 ans trop tard (par l’Institute of Electrical and Electronics Engineers), c’est cette découverte des ondes millimétriques qui constitue l’épine dorsale de la technologie 5G alors que le monde s’évanouit aujourd’hui sur Internet à haut débit.

De plus, en s’appuyant sur les travaux de Lodge, Bose et Tesla, l’ingénieur italien Guglielmo Marconi a jeté les bases de la communication sans fil en 1899 en envoyant des ondes radio à travers la Manche.

Alors que toutes ces découvertes concernent les ondes du côté infrarouge du spectre, le début du XXe siècle a vu la découverte d’ondes à haute énergie du côté le plus éloigné de l’extrémité violette du spectre.

En 1896, le physicien allemand Wilhelm Conrad Röntgen découvrit des rayons invisibles qui avaient la propriété de montrer l’intérieur du corps humain lorsqu’ils le traversaient. Appelant ces mystérieux rayons « rayons X », il envisage immédiatement les usages médicaux de sa découverte en présentant l’image squelettique de la main de sa femme prise sur une plaque photographique.

Ceci, suivi de la découverte de la radioactivité par Marie Curie et des expériences d’Ernest Rutherford, a conduit à la découverte d’ondes similaires appelées rayons alpha, bêta et gamma.

Les ondes électromagnétiques ont révolutionné le monde

Après que le potentiel des rayons X et des rayons gamma (haute fréquence signifie haute énergie et faible longueur d’onde) a été reconnu, ils ont été immédiatement adoptés par le monde médical pour des applications telles que la radiothérapie pour guérir les tumeurs, la stérilisation du matériel médical, comme traceurs médicaux, etc. ONU.

De même, les ondes micro et radio ont capturé l’imagination humaine pour le transfert (sans fil) de données sur de grandes distances. C’était possible en utilisant un instrument appelé antenne, qui pouvait :

● Traduire les signaux électriques appliqués en ondes électromagnétiques et les émettre dans l’atmosphère (émetteur), et

● Détecter et capturer le rayonnement électromagnétique et le reconvertir en signaux électriques à l’extrémité réceptrice.

Malgré les mises à niveau et l’improvisation constantes de la technologie au fil du temps, ce cadre simple a constitué la base de nombreuses aides à la communication, à la navigation et à la surveillance.

Technologie radar

Le radar fonctionne sur un principe simple : une machine au sol émettant une onde radio et recevant sa composante réfléchie après qu’elle ait heurté un objet mobile ou stationnaire (cible), et utilisant ainsi cette différence de temps et la vitesse de l’onde émise pour calculer la distance jusqu’à la cible.

Alors que le radar a été inventé pendant la Seconde Guerre mondiale, principalement à des fins militaires, il est finalement devenu un instrument courant utilisé pour la navigation maritime et aérienne, les applications météorologiques et la surveillance des aéronefs commerciaux par les contrôleurs de la circulation aérienne (ATC).

Aujourd’hui, le monde de l’aviation utilise un ensemble de radars plus sophistiqués dans lequel, à la réception de “l’impulsion d’interrogation” par un équipement au sol, les transpondeurs à bord de l’avion “répondent” avec les informations pré-alimentées pertinentes informant les ATC des informations nécessaires concernant leur vol plan.

Ces « ondes de réponse » sont captées par l’antenne réceptrice du radar au sol et traduites en signaux électriques, qui sont ensuite convertis en un format affichable et relayés sur l’écran de contrôle des ATC.

Technologie satellitaire

Fait intéressant, il s’agissait d’une histoire fictive, appelée La lune de brique, qui a d’abord conceptualisé l’idée d’un satellite et d’une station spatiale fabriqués par l’homme. Aujourd’hui, cette technologie est l’épine dorsale des aides à la navigation, y compris les dispositifs de suivi activés par le système de positionnement global (GPS) que nous utilisons presque quotidiennement.

Alors que l’envoi et le maintien d’un satellite en orbite terrestre nécessitent une connaissance et un respect minutieux des lois de Kepler et de Newton, leur utilisation pour les télécommunications, la diffusion radio et TV (service DTH), et la communication de données utilise le même principe : l’utilisation d’ondes électromagnétiques pour transmettre des données d’un emplacement au sol à un satellite spatial, puis de retour sur Terre sous forme de diffusion et disponible à plusieurs endroits à l’aide d’antennes de réception.

Avionique

Tout comme de nombreux oiseaux ont une capacité appelée « homing », qui consiste à trouver leur chemin sur de longues distances, les aéronefs en vol utilisent des dispositifs de ralliement pour trouver leur chemin d’un endroit à un autre.

Par exemple, un appareil appelé balise non directionnelle (généralement connu sous le nom de boussole radio) envoie de longues ondes radio, que l’avion en vol peut recevoir et “se diriger” pour trouver son chemin. Chaque aéroport dispose de telles aides à la navigation avec une fréquence attribuée de manière unique. Le pilote de l’avion peut consulter ses cartes et syntoniser la fréquence de l’aéroport souhaité.

Les grands aéroports comme Mumbai et Chennai utilisent des aides à la navigation à haute puissance qui peuvent fournir des signaux de ralliement sur de longues distances, jusqu’à 900 km, pour faciliter la navigation sur des routes long-courriers comme Bangkok à Chennai.

De même, les systèmes de guidage comme le système d’atterrissage aux instruments aident le pilote ou le pilote automatique à faire atterrir l’avion en leur donnant des signaux électroniques le long de l’axe longitudinal de la piste et de l’angle de descente idéal. Suivre ces signaux est particulièrement utile pour un pilote pour effectuer un atterrissage en toute sécurité dans des conditions de visibilité faible ou nulle.

En ce qui concerne la communication ATC-pilote, les bandes VHF entre 108 et 137 MHz sont utilisées. Un pilote syntonise la fréquence de l’unité ATC dont il traverse la juridiction pour obtenir les instructions et autorisations requises.

Les signaux de parole correspondant à leur interaction sont convertis en signaux électriques, qui sont rayonnés sous forme de signaux VHF suite à une propagation en visibilité directe. Cependant, supposons qu’un avion survole la mer d’Oman quelque part entre Mumbai et le Moyen-Orient. À une distance aussi longue, la communication en visibilité directe n’est pas possible en raison de la courbure de la Terre et, par conséquent, la communication est effectuée à l’aide de la technique de propagation des ondes ionosphériques où les ondes HF transmises sont réfléchies par l’ionosphère et reçues par le destinataire. station.

Communications mobiles et Internet

Quel que soit le contenu auquel nous participons sur Internet (y compris cet article), il est contenu dans un immense référentiel d’un ordinateur appelé serveur, situé dans un «centre de données». Bien que l’un des moyens de convoquer ces données sur notre appareil soit par le biais de la technologie satellitaire, elle est inefficace en raison de l’énorme distance et du retard et de la latence associés.

Par conséquent, les fournisseurs de services comptent sur la mise en place d’un énorme réseau de câbles à fibres optiques (traversant profondément dans les océans et haut à travers les montagnes) reliant ces centres de données à travers le monde.

Chaque site Web et appareil connecté à Internet porte une adresse unique. Taper le nom du site Web prévu (ou cliquer sur le lien correspondant) déclenche le signal de demande vers le serveur correspondant et est transmis par le flux de signaux de données à travers cet immense réseau câblé vers le routeur Wi-Fi prévu ou vers la cellule la plus proche. tour (en cas d’utilisation de données cellulaires), d’où elles sont reçues par notre appareil-antenne sous forme d’onde électromagnétique.

Aperçu du futur : Internet des objets

À l’heure actuelle, nous percevons le terme “internet” comme une source d’information illimitée à notre disposition. Mais, bientôt, cela signifierait un réseau d’objets physiques interagissant les uns avec les autres à l’aide de capteurs pertinents, de logiciels et d’une capacité à traiter des données et à échanger des informations.

Un exemple le plus simple d’un tel avenir est un appareil comme Amazon Echo Dot, qui nous permet de faire fonctionner une ampoule par une simple commande vocale. L’avenir se vante de supprimer complètement la commutation électrique et une gamme d’appareils électroménagers de ce type fonctionnant sur Internet.

Imaginez-vous assis dans un véhicule autonome vous emmenant à destination par le meilleur itinéraire possible tout en interagissant avec les autres véhicules sur la route et en effectuant des ajustements en conséquence.

Mieux encore, imaginez un scénario où un médecin opère un patient situé à des kilomètres de là. comment ? Pendant que le médecin bouge ses doigts pour visualiser les parties du corps du patient telles qu’elles apparaissent sur son écran, les bras robotiques situés à l’extrémité du patient détectent et imitent les mouvements de ses doigts en temps réel.

De toute évidence, de telles applications nécessitent une vitesse Internet irréprochable avec une tolérance zéro pour la latence. Et, ainsi, malgré l’avènement des technologies 5G et 6G à haut débit, il reste encore un long chemin à parcourir avant qu’elles ne soient applicables à part entière.

Mais, rappelez-vous, même les télécommunications étaient autrefois un fantasme.

Cet article a été publié dans le cadre de Swasti 22, la Swarajya Science and Technology Initiative 2022. Lisez les autres soumissions de Swasti 22.

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