Simulations d’Antennes Caractérisations d’antennes O.Ravel SUBATECH Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Intérêts de la simulation Déterminer les grandeurs caractéristiques d’une antenne pour une géométrie donnée : Directivité : gain = f(,) => lobes (pattern) La mesure d’un lobe d’antenne est très délicate et difficile surtout à basse fréquence antenne étalon Impédance d’antenne, SWR Effets de la nature du sol, des lignes de transmission, des réflecteurs (masse métallique) ….. O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Simulation d’antennes Code EZNEC Éléments finis (1500 segments) Code 4NEC2 Interface graphique + graphique 3D et builder Moteur NEC (Numerical Electromagnetic Code) Lawrence Livermore Laboratory Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Antenne Spirale Log-périodique Model 2 bras de 3 spires Inclinaison 20° vers le sud Source à l’apex Sol parfait 2 bras de 3 spires + 2 spires Hauteur : 9 m Diamètre à la base : 6 m O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Antenne Spirale Log-périodique Lobes 3D Seulement Qualitatif 50 MHz 80 MHz O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Antenne Spirale Log-périodique Lobes 2D 10 MHz Ouverture –3dB : 90° Gainmax = 8 dB 80 MHz O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Antenne Spirale Log-périodique Lobes 2D MHz Ouverture –3dB : - 100° Gainmax = 7.4 dB 80 MHz O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Antenne Spirale Log-périodique Lobes 2D 50 MHz Ouverture –3dB : 80° Ajustement du bruit galactique (Jacob à suivre) 65 MHz Ouverture –3dB : 60° O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Antenne Spirale Log-périodique Actuellement : Glog = 7 dB , Gain constant, pas de dépendance en Theta, Phi À faire : Prendre en compte les lobes dans le calcul du champ E, profils….

Dipôle CODALEMA Model & Lobe 3D Longueur : 1.21m Largeur : 10 cm Hauteur : 1m Résonance : 124 MHz Model & Lobe 3D O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Dipole CODALEMA Lobes 2D H=1.2 m Antenna length = 1.21m SOL E-plane H-plane Antenne active : Impédance d’entrée capacitive Pas de puissance active tension au borne du dipôle Lobes en tension normalisés ( f = 1MHz) => Lobes en Champ électrique normalisés

Basse fréquence 1 – 30 MHz Ouverture à –3 db 120° H plane 90 ° E plane Gain d’antenne quasiment constant

Gain d’antenne décroît quand f augmente Haute Fréquence 50 – 100 MHz Ouverture à –3 dB 120° H plane 90 ° E plane Zenith Zenith Gain d’antenne décroît quand f augmente floor Pris en compte pour le calcul de E

Effet de la hauteur au sol H= 3 m F = 60 MHz Theta=0 G = f (Freq) pour différentes hauteurs au sol O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Effet de la nature du sol => Fluctuation du Gain en fonction de l’état d’humidité du sol ? Cas idéal : réflecteur parfais (grille) placé au sol ! c’est du luxe ??? O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Mesures comparatives THALES / DIPOLE (1) Méthode d’étalonnage: mesure au même endroit (Mauves/Loire à 15 Km de Nantes) antennes saturées à Nantes mesure au même instant hauteur au sol identique (1m) même orientation (polarisation) même DAQ Attention Dipôle de test : L= 60 cm H= 15 cm , diamètre = 5.6 cm Bande passante : 10 kHz – 1 GHz THALES Oscillo Lecroy 9384 ADC 8 bits 2 GS/s PC DAQ LabView Gain constant Optical receiver GPIB 300 m optical fiber DIPOLE coax O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Détermination du Facteur d’Antenne du Dipôle CODALEMA Facteur d’antenne : AF = E/V en m-1 Longueur (hauteur) effective : he = 1/AF = V/E en m Le facteur d’antenne du Dipôle Thalès est connu : AFTH = 0.71 soit – 2.9 dB Le facteur d’antenne du Dipôle CODALEMA : AFCO AFCO = (AFTH * VTH ) / VCO O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Détermination du Facteur d’Antenne du Dipôle CODALEMA (Méthode 1) Signal dans la bande 1-100 MHz Dipôle de test L= 60 cm Dipôle :  = 0.042 V Facteur d’antenne AFmes = 0.17 => - 15.4 dB Thales:  = 0.010V Hauteur Effective : 5.90 m E = 7.15 mV/m O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Détermination du Facteur d’Antenne du Dipôle CODALEMA (Méthode 2) ca Dipôle de test L= 60 cm AFcalc = 2 / (A*L) ce L/2*E V A= 22.5 AFcalc = 0.15 => -16.5 dB Calculé à partir des mesures de capa et de gain d’ampli (voir D.Charrier) AFmes = 0.17 => - 15.4 dB rappel DIPOLE CODALEMA 1.2 m AFcalc = 0.055 => - 25.1 dB Longueur effective 18 m AFmes= à mesurer à Nançay O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Spectre en fréquence Calibrer le gain / Thalès Gain attendu Thalès :Gain constant O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

Conclusion Facteur d’antenne : encourageant…voir les Log ? Gain : Étalonnage par rapport à une antenne étalon (Thalès) Mesure simultanée du bruit tout venant mais il faut des émetteurs puissants dans la bande creuse (30 – 88 MHz) : TV US ? Directivité : Très difficile (grand ), la simulation est suffisamment précise …