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Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 98 4ème année du Département Génie Électrique.

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1 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 98 4ème année du Département Génie Électrique

2 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 99 Au programme... On va voir les grandes familles dantennes à lorigine de lensemble des structures rayonnantes : les antennes filaires (dipôle, monopôle, Yagi) les antennes à fentes (demi ou quart donde) les antennes patchs (planaires) les antennes à ouverture (cornet) les antennes à réflecteurs (paraboles) On terminera ce chapitre par le principe de mise en réseau dantennes élémentaires et les techniques de formation de faisceaux.

3 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 100 Les antennes filaires Par définition, la catégorie des antennes filaires regroupe lensemble des antennes formées dune structure de câble conducteur de diamètre faible où lon considérera des densités linéiques de courant. Les antennes de base sont : les dipôles, les monopôles, les boucles. Des structures plus évoluées sont : les hélices, les Yaguis, les Log-périodiques...

4 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 101 LE DIPOLE RAYONNANT Le dipôle est une antenne filaire composé de deux brins conducteurs écartés en directions opposés. Lalimentation est le plus souvent présentée au centre de la structure ce qui donne un système symétrique. Répartition de courant : l On peut calculer le champ rayonné comme la somme des contributions de doublets élémentaires parcourus par une intensité I(z)

5 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 102 FONCTION CARACTERISTIQUE DU DIPOLE Pour visualiser le rayonnement avec

6 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 103 LE DIPOLE DEMI-ONDE La forme la plus simple de dipôle résonant est une antenne de taille totale /2, autrement appelée dipôle demi- onde. La directivité max obtenue est de 1,64 soit 2,15 dBi ou 0 dBd

7 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 104 IMPEDANCE DU DIPOLE Demi-onde : Z=73+j42 ohms

8 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 105 LE DIPOLE EPAIS Pour adapter un dipôle, on va jouer sur le diamètre des conducteurs (a) par rapport à la longueur des brins (l).

9 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 106 DIPOLES PLUS GRANDS Fonction caractéristique générale :

10 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 107 DIPOLES PLUS GRANDS

11 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 108 DIPOLES PLUS GRANDS

12 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 109 DIPOLES PLUS GRANDS

13 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 110 DIPOLES PLUS GRANDS

14 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 111 DIPOLES PLUS GRANDS

15 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 112 LE MONOPOLE Principe des images

16 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 113 CARACTERISTIQUES DU MONOPOLE Rayonnement dans un demi-espace Gain supérieur de 3 dB Quart donde : Z=36,5+j21 ohms

17 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 114 DIPOLE AU-DESSUS DUN PLAN REFLECTEUR

18 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 115 DIPOLE REPLIE Même caractéristiques de rayonnement Impédance 300 ohms Bande passante supérieure

19 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 116 EFFET DELEMENTS PARASITES Si on place une antenne non alimentée proche du dipôle initial, on alimente celle-ci par couplage. En choisissant des tailles légèrement différentes de ces parasites, on peut créer des comportements réflecteur ou directeur.

20 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 117 LANTENNE YAGI-UDA En combinant leffet déléments réflecteurs et directeurs, on obtient une antenne fortement directive : la Yagi. Réflecteur

21 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 118 AUTRES ANTENNES FILAIRES Antenne boucle résonanteAntenne hélice Hélices multiples Hélice simple Mode radial Mode axial

22 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 119 LES ANTENNES A FENTES Dual du dipôle /2 /4 Même comportement que le dipôle mais en inversant les champs E et H. Du coup, changement également des impédances. Illustration du principe de Babinet

23 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 120 COMPARAISON DIPOLE-FENTE

24 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 121 LES ANTENNES PLANAIRES Antenne patch Pastille métallique à la surface dun substrat diélectrique dont la face inférieure est métallisée. Rayonnement directif Mode fondamental /2

25 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 122 LES ANTENNES PLANAIRES Principe de fonctionnement : cavité à fuites

26 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 123 LES ANTENNES PLANAIRES Systèmes dalimentations : Système classique : sonde coaxiale Placement en fonction de limpédance et des modes désirés

27 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 124 LES ANTENNES A OUVERTURE Ouverture progressive dun guide donde vers lespace libre : antenne cornet. Exemple du cornet rectangulaire

28 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 125 CARACTERISTIQUES DU CORNET Longueur : plan H :plan E : Rayonnement :

29 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 126 ANTENNES A SYSTEME FOCALISANT Les systèmes focalisant utilisent les principes de loptique : on transforme une onde plane en onde sphérique ou inversement. Lentille : système focalisant en transmission Parabole : système focalisant en réflexion

30 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 127 LA PARABOLE On utilise un réflecteur pour concentrer lénergie vers une antenne élémentaire placée au foyer. Approximation : avec k entre 0.5 et 0.8

31 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 128 SYSTEME A DOUBLE REFLECTEUR Pour améliorer la focalisation, on peut également utiliser deux niveaux de réflecteurs : principe de lantenne Cassegrain.

32 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 129 MISE EN RESEAU DANTENNES Quand on calcule le rayonnement dune antenne résonante, on somme les contributions de doublets élémentaires qui donnent le rayonnement de lensemble. On ne peut alors quutiliser des lois de répartitions de ces courants (amplitude et phase) pré- déterminées. La mise à réseau consiste à utiliser des antennes simples dont on somme les contributions en contrôlant les amplitudes et phases avec lesquelles on les alimente.

33 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 130 PRINCIPE DE COMBINAISON Si on considère lassociation de sources élémentaires isotropes alimentées avec la même amplitude et la même phase, la somme des champs devient : front donde d approximation sur lamplitude

34 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 131 FACTEUR DE RESEAU Le principe de combinaison des champs est le même quelque soit le diagramme de rayonnement des sources. On a alors multiplication par la fonction caractéristique de la source. R( ) facteur de réseau ou facteur de regroupement Multiplication des diagrammes

35 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 132 AUGMENTATION DE GAIN On peut utiliser le regroupement pour augmenter le gain dune antenne. A partir dune antenne élémentaire directive, la multiplication par deux du nombre délément augmente la directivité par deux. Ex de réseau de patchs : patch seul : 6 dBi de gain quel gain pour un réseau de 256 ?

36 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 133 PONDERATION On peut en plus du principe de regroupement choisir des lois dalimentations des éléments en amplitude et en phase permettant de modifier le facteur de réseau. front donde d pointage électronique

37 Guillaume VILLEMAUD – Cours dAntennes 134 FORMATION DE FAISCEAUX Pour créer les lois damplitudes et phases voulues, on peut utiliser un réseau de distribution fixe ou reconfigurable. antennes multifaisceaux antennes adaptatives


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