Simulations d’Antennes

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

2 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, octobre 2006, Nantes

3 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, octobre 2006, Nantes

4 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, octobre 2006, Nantes

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

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

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

8 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, octobre 2006, Nantes

9 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….

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

11 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

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

13 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

14 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, octobre 2006, Nantes

15 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, octobre 2006, Nantes

16 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, octobre 2006, Nantes

17 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, octobre 2006, Nantes

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

19 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 => dB Calculé à partir des mesures de capa et de gain d’ampli (voir D.Charrier) AFmes = => dB rappel DIPOLE CODALEMA 1.2 m AFcalc = => dB Longueur effective 18 m AFmes= à mesurer à Nançay O.Ravel : Réunion CODALEMA, octobre 2006, Nantes

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

21 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 …