Présentation au sujet: ""— Transcription de la présentation:

98 Partie 3 Différents Types d'Antennes
4ème année du Département Génie Électrique Partie 3 Différents Types d'Antennes

99 Au programme... On va voir les grandes familles d’antennes à l’origine de l’ensemble des structures rayonnantes : les antennes filaires (dipôle, monopôle, Yagi) les antennes à fentes (demi ou quart d’onde) 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 d’antennes élémentaires et les techniques de formation de faisceaux.

100 Les antennes de base sont : les dipôles, les monopôles, les boucles.
Les antennes filaires Par définition, la catégorie des antennes filaires regroupe l’ensemble des antennes formées d’une structure de câble conducteur de diamètre faible où l’on 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...

101 Répartition de courant :
LE DIPOLE RAYONNANT Le dipôle est une antenne filaire composé de deux brins conducteurs écartés en directions opposés. L’alimentation 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)

102 FONCTION CARACTERISTIQUE DU DIPOLE
Pour visualiser le rayonnement avec

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

104 IMPEDANCE DU DIPOLE Demi-onde : Z=73+j42 ohms

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).

106 Fonction caractéristique générale :
DIPOLES PLUS GRANDS Fonction caractéristique générale :

107 DIPOLES PLUS GRANDS

108 DIPOLES PLUS GRANDS l/2

109 DIPOLES PLUS GRANDS l

110 DIPOLES PLUS GRANDS 3l/2

111 DIPOLES PLUS GRANDS 2l

112 LE MONOPOLE Principe des images

113 CARACTERISTIQUES DU MONOPOLE
Rayonnement dans un demi-espace Gain supérieur de 3 dB Quart d’onde : Z=36,5+j21 ohms

114 DIPOLE AU-DESSUS D’UN PLAN REFLECTEUR

115 Même caractéristiques de rayonnement
DIPOLE REPLIE Même caractéristiques de rayonnement Impédance 300 ohms Bande passante supérieure

116 EFFET D’ELEMENTS 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.

117 L’ANTENNE YAGI-UDA En combinant l’effet d’éléments réflecteurs et directeurs, on obtient une antenne fortement directive : la Yagi. Réflecteur

118 AUTRES ANTENNES FILAIRES
Antenne boucle résonante Antenne hélice Hélice simple Mode radial Mode axial Hélices multiples

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

120 COMPARAISON DIPOLE-FENTE

121 LES ANTENNES PLANAIRES
Antenne patch Pastille métallique à la surface d’un substrat diélectrique dont la face inférieure est métallisée. Rayonnement directif Mode fondamental l/2

122 LES ANTENNES PLANAIRES
Principe de fonctionnement : cavité à fuites

123 LES ANTENNES PLANAIRES
Systèmes d’alimentations : Système classique : sonde coaxiale Placement en fonction de l’impédance et des modes désirés

124 LES ANTENNES A OUVERTURE
Ouverture progressive d’un guide d’onde vers l’espace libre : antenne cornet. Exemple du cornet rectangulaire

125 CARACTERISTIQUES DU CORNET
Longueur : Rayonnement : plan H : plan E :

126 ANTENNES A SYSTEME FOCALISANT
Les systèmes focalisant utilisent les principes de l’optique : on transforme une onde plane en onde sphérique ou inversement. Lentille : système focalisant en transmission Parabole : système focalisant en réflexion

127 LA PARABOLE On utilise un réflecteur pour concentrer l’énergie vers une antenne élémentaire placée au foyer. Approximation : avec k entre 0.5 et 0.8

128 SYSTEME A DOUBLE REFLECTEUR
Pour améliorer la focalisation, on peut également utiliser deux niveaux de réflecteurs : principe de l’antenne Cassegrain.

129 MISE EN RESEAU D’ANTENNES
Quand on calcule le rayonnement d’une antenne résonante, on somme les contributions de doublets élémentaires qui donnent le rayonnement de l’ensemble. On ne peut alors qu’utiliser 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.

130 PRINCIPE DE COMBINAISON
Si on considère l’association de sources élémentaires isotropes alimentées avec la même amplitude et la même phase, la somme des champs devient : approximation sur l’amplitude q front d’onde d

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(q) facteur de réseau ou facteur de regroupement Multiplication des diagrammes

132 On peut utiliser le regroupement pour augmenter le gain d’une antenne.
AUGMENTATION DE GAIN On peut utiliser le regroupement pour augmenter le gain d’une antenne. A partir d’une antenne élémentaire directive, la multiplication par deux du nombre d’élément augmente la directivité par deux. Ex de réseau de patchs : patch seul : 6 dBi de gain quel gain pour un réseau de 256 ?

133 pointage électronique
PONDERATION On peut en plus du principe de regroupement choisir des lois d’alimentations des éléments en amplitude et en phase permettant de modifier le facteur de réseau. pointage électronique q front d’onde d

134 FORMATION DE FAISCEAUX
Pour créer les lois d’amplitudes et phases voulues, on peut utiliser un réseau de distribution fixe ou reconfigurable. antennes multifaisceaux antennes adaptatives