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Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 1 4ème année du Département Génie Électrique.

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1 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 1 4ème année du Département Génie Électrique

2 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 2 De quoi allons-nous parler ? Nous allons parler des antennes (ou aériens), dispositifs permettant la transposition dune énergie guidée en un champ électromagnétique rayonné en espace libre (ou inversement). Il existe une multitude de types dantennes, de tailles et de formes très diverses, aux modes de fonctionnement plus ou moins complexes. Nous allons définir les caractéristiques et propriétés communes à ces différents dispositifs ainsi que leurs domaines dapplications.

3 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 3 Les antennes au quotidien Analogique 800 MHz DECT ~1900 MHz Radar anticollision ~80 GHz Télépéage ~6 GHz Ouverture à distance 433 MHz GSM 900 MHz DCS 1800 MHz UMTS 2 GHz Systèmes satellites 1 à 45 GHz (Ex : Télévision 12 GHz, GPS 1.5 GHz) TV terrestre 500 MHz Wifi / Bluetooth / UWB 2.4 à 6 GHz

4 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 4 Navire militaire

5 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 5 Miroir sphérique fixe, d'axe nord-sud (hauteur 35 m, longueur 300 m, précision de surface 3 mm; rayon 560 m) Miroir plan mobile autour d'un axe est-ouest (hauteur 40 m ; longueur 200 m ; précision de surface 4 mm; poids 700 t) Foyer de l'antenne, cornets de réception et préamplificateurs refroidis à – 250 °C mobiles sur un arc de 250 m Radiotélescope 1 à 3,5 GHz Centre de Nançay (Cher)

6 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 6 Problème principal : lénergie 120 dBm MHz 100m 30 MHz 10m 300 MHz 1m 3 GHz 10 cm 30 GHz 1 cm 300 GHz 1 mm TV VHF Amateurs GSM TV UHF Radars militaires Satellites Four Télé péage DECT TFTS 0 1W 1mW 1MW 1KW 1GW Radars météo

7 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 7 1fW Puissance Isotrope 1pW 1µW 1mW 1W 1kW 1MW 1GW Signal dentrée Ampli terre Antenne terrestre Signal capté Gain antenne Ampli Antenne satellite Gain antenne Low Noise amplifier Signal de sortie Signal capté par la terre Ex : Communication Terre-satellite

8 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 8 Partie émission : La chaîne de transmission radio signal utile Mod synthé Cod antenne duplexeuramplicirculateur Partie réception : signal utile Démod synthé Décod antenne duplexampli BB fo fi LNA ampli

9 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 9 canal radio Exemple dun GSM

10 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 10 Propagation guidée Propagation espace libre La chaîne de transmission radio : émetteur RF récepteur RF num/analoganalog/num canal radio Les « boîtiers » contenant lélectronique sont reliés aux antennes via des lignes ou câbles (feeders). Dun point de vue traitement du signal, lensemble des déformations de londe engendrées par la propagation guidée+libre forme le canal radio. Notion de canal radio

11 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 11 Où se perd lénergie ? désadaptation Milieu de propagation Réflexions, diffractions, trajets multiples, obstacles, diffusion, évanouissement, AEL, conditions météos... atténuation, dispersion bruit des composants Et tous ces paramètres varient en fonction de la fréquence, du temps et même de la polarisation de londe.

12 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 12 Domaines abordés Pour comprendre les phénomènes régissant le fonctionnement des antennes ainsi que leur intégration dans un système de communication, les pré-requis sont : des connaissances de base de lélectromagnétisme (équations de Maxwell, propagation des ondes EM...); la bonne compréhension des principes des lignes de transmission et surtout de ladaptation en impédance des systèmes (ondes progressives, ondes stationnaires...); savoir prendre du recul : les antennes représentent une application pratique des équations de Maxwell où lon peut « voir » les phénomènes physiques sans rester purement dans les calculs théoriques.

13 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 13 Plan détaillé 10h de cours : 8h (G. Villemaud) + 2h (J.M. Gorce) Antennes et PropagationModélisation (application GSM) 3 grandes parties :Principes des antennes Caractéristiques des antennes Différents types dantennes Principes des antennes : Passage propagation guidée/espace libre Le champ EM et les zones de rayonnement Le doublet élémentaire Les théorèmes fondamentaux Notion de front donde La polarisation

14 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 14 Caractéristiques des antennes : Impédance dentrée / notion de circuit Fonction caractéristique de rayonnement Puissance rayonnée Directivité et gain Bilan de liaison Plan détaillé Types dantennes : Antennes filaires Antennes à fentes Antennes patchs Antennes à réflecteur Mise en réseau


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