Les antenne

Pages: 13 (3087 mots) Publié le: 13 mai 2013
Antennes et rayonnement

MC_EN2

F. Ndagijimana

Antennes

Cours /TD MC_EN2

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Antennes et rayonnement
Les antennes permettent le transfert de l'onde entre la ligne de transmission et l'espace libre. En fonction des fréquences de travail est des caractéristiques de rayonnement recherchées, elles se présentent sous diverses formes. On distingue : les dipôles, les antennes filaires, lesouvertures rayonnantes, les antennes à réflecteurs, les antennes imprimées, les réseaux d'antennes ...

Cornet Antenne à dipôles orthogonaux Antenne YAGI

Antenne filaire en nappe

Réseau de dipôles

Parabole

Réseau d'antennes imprimées

Figure 1 : Présentations des différentes antennes Les antennes sont généralement caractérisées par : • le diagramme de rayonnement, • la directivité et le gain, • lapolarisation du champ rayonné, • l'impédance d'entrée et résistance de rayonnement,

I-1 Caractéristiques générales des antennes
I.1.1 Antenne isotrope de référence. Le diagramme de rayonnement caractérise la façon dont le champ rayonné par l'antenne est réparti dans l'espace. On utilise pour cela le repère Oxyz, dans lequel on définit les angles θ et ϕ comme sur la figure suivante.
z zM M (θ ,ϕ ) θyM M y

xM x

ϕ

Figure 2: Coordonnées cartésiennes - angles θ et ϕ

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Une antenne isotrope (antenne de référence) est une source ponctuelle qui rayonne sa puissance d'alimentation Pa de façon identique dans toutes les directions de l'espace. Alors la puissance rayonné par unité de surface à une distance r de la source est : Pa p( R , θ , ϕ ) = [W/m2] 2 4 πr Enpratique, on mesure soit le champ rayonné par unité de surface avec un wattmètre, soit le champ électrique (V/m) à l'aide d'une sonde de champ. Par ailleurs dans l'espace la densité de puissance par unité de surface est donnée par le vecteur r 1r r de Poynting : p = EΛH . Comme dans l'espace en champ lointain E et H sont 2 perpendiculaires et que E/H=Z0=120π, on a 1 E2 Pa 60Pa 2 p= = [V/m] 2 [W/m ] et E= 2 120π 4 πr r La distance à partir duquel on est dans la zone de champ lointain (onde sphérique localement plane) est donnée en fonction de la grande dimension A de l'antenne par L=2A2/λ. Cette distance est importante pour les mesures. Exercice 1 Une antenne de télévision à 500 MHz est alimentée par une puissance de 5kW. 1. En supposant l'antenne isotrope, calculer la densité de puissance et lechamp électrique rayonnés à une distance de 130 km. 2. Si on remplace l'antenne précédente par une autre ayant un gain de 20 dB, recalculer la puissance rayonnée par unité de surface et le champ électrique mesuré 1.2 Diagramme de rayonnement , gain et surface équivalente Une antenne réelle rayonne de façon préférentielle dans une direction donnée de l'espace. On dit qu'elle est directive. Lafigure suivant montre des exemple de diagramme de rayonnement pour un dipôle et une parabole. Un réflecteur permet par exemple d'orienter le rayonnement dans une direction particulière, et on observe parfois l'existence de lobes secondaires. Supposons que la puissance maximale est rayonnée dans une direction particulière P0(θ0,ϕ0). P ( θ, ϕ ) Le diagramme de rayonnement correspond alors à la fonction r(θ, ϕ) = tracée en P0 (θ 0 , ϕ 0 ) général en fonction de θ pour ϕ=cte ou en fonction de ϕ pour θ=cte. parabole On définit un angle d'ouverture à -3dB à l'intérieur duquel r(θ,ϕ)>0.5. θ=0 r(θ,ϕ) θ3dB=θ2-θ1
θ1 θ=90 0.5 1 θ2 Figure 3 : Définitions et exemple de diagrammes de rayonnement

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La directivité d'une antenne est le rapport entre la puissance rayonnée (parunité d'angle solide) à celle que rayonnerait une antenne isotrope avec la même puissance rayonnée totale. P (θ , ϕ ) 4 πP max Dans la direction de rayonnement maximal : D = D(θ 0 , ϕ 0 ) = 4 π 0 0 0 = . Pr Pr Le gain d'une antenne est le rapport entre la puissance rayonnée (par unité d'angle solide) à celle que rayonnerait une antenne isotrope avec la même puissance d'alimentation. Dans la...
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