3-Differents Types d'Antennes

5me anne du Dpartement Gnie lectrique

Guillaume VILLEMAUD Cours dAntennes

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Au programme...On va voir les grandes familles dantennes lorigine de lensemble des structures rayonnantes : les antennes filaires (diple, monople, Yagi) les antennes fentes (demi ou quart donde) les antennes patchs (planaires) les antennes ouverture (cornet) les antennes rflecteurs (paraboles)

On terminera ce chapitre par le principe de mise en rseau dantennes lmentaires et les techniques de formation de faisceaux.


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Les antennes filairesPar dfinition, la catgorie des antennes filaires regroupe lensemble des antennes formes dune structure de cble conducteur de diamtre faible o lon considrera des densits liniques de courant.

Les antennes de base sont : les diples, les monoples, les boucles. Des structures plus volues sont : les hlices, les Yaguis, les Log-priodiques...Guillaume VILLEMAUD Cours dAntennes 3

LE DIPOLE RAYONNANTLe diple est une antenne filaire compos de deux brins conducteurs carts en directions opposs. Lalimentation est le plus souvent prsente au centre de la structure ce qui donne un systme symtrique. Rpartition de courant :

l

I ( z ) =Imsin 2 ( l z )

(

)

On peut calculer le champ rayonn comme la somme des contributions de doublets lmentaires parcourus par une intensit I(z)Guillaume VILLEMAUD Cours dAntennes 4

FONCTION CARACTERISTIQUE DU DIPOLEPour visualiser le rayonnement

r F ( , ) = E ( , ) 60 I

avec

E(, ) =dE.dz

2 sin lsin 2 (l z ) cos( zcos )dz F ( )=

0

(

)


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LE DIPOLE DEMI-ONDELa forme la plus simple de diple rsonant est une antenne de taille totale /2, autrement appele diple demionde.rayonnement

(a)

diple

gnrateur

cos( cos) 2 F ( )= sinLa directivit max obtenue est de 1,64 soit 2,15 dBi ou 0 dBd

I


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IMPEDANCE DU DIPOLE

Demi-onde : Z=73+j42 ohmsGuillaume VILLEMAUD Cours dAntennes 7

LE DIPOLE EPAISPour adapter un diple, on va jouer sur le diamtre des conducteurs (a) par rapport la longueur des brins (l).


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LE DIPOLE PLUS GRANDS

Fonction caractristique gnrale :


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LE MONOPOLErayonnement

(a)rayonnement

(b)

mon diple

gnrateur

plan de masse

gn

Principe des images

I

(a)rayonnement

(b)I

monople

nrateur

plan de masse

gnrateur


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CARACTERISTIQUES DU MONOPOLERayonnement dans un demi-espace

Gain suprieur de 3 dB

Quart donde : Z=36,5+j21 ohms


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DIPOLE AU-DESSUS DUN PLAN REFLECTEUR


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DIPOLE REPLIE

Mme caractristiques de rayonnement Impdance 300 ohms Bande passante suprieure


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EFFET DELEMENTS PARASITESSi on place une antenne non alimente proche du diple initial, on alimente celle-ci par couplage. En choisissant des tailles lgrement diffrentes de ces parasites, on peut crer des comportements rflecteur ou directeur.


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LANTENNE YAGI-UDAEn combinant leffet dlments rflecteurs et directeurs, on obtient une antenne fortement directive : la Yagi.


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AUTRES ANTENNES FILAIRES(a) (b) (c)

Antenne boucle rsonante

Antenne hlice

Hlice simple Mode radial Mode axial

Hlices multiplesGuillaume VILLEMAUD Cours dAntennes 16

LES ANTENNES A FENTES Illustration du principe de BabinetDual du diple /2(a)

/4(b)

Mme comportement que le diple mais en inversant les champs E et H. Du coup, changement galement des impdances.


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COMPARAISON DIPOLE-FENTE


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LES ANTENNES PLANAIRES Antenne patchPastille mtallique la surface dun substrat dilectrique dont la face infrieure est mtallise. Rayonnement directif Mode fondamental /2

rayonnement xOz

ent nem on ray yOz

substrat patchz y O x

plan de masse


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LES ANTENNES PLANAIRES Principe de fonctionnement : cavit fuites

Z Z YX

Direction de rayonnement privilgie

h

X


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LES ANTENNES PLANAIRES Systmes dalimentations :Sonde d alimentation y Ez z E

x g/2

Plaque mtallique

y

Plan de masse

lment rayonnant

Substrat dilectrique ( . ), r 0

0

Systme classique : sonde coaxialePlacement en fonction de limpdance et des modes dsirsSonde coaxialePlan de masse

H


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LES ANTENNES A OUVERTURE Ouverture progressive dun guide donde vers lespace libre : antenne cornet.Exemple du cornet rectangulaire


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CARACTERISTIQUES DU CORNETLongueur :

Rayonnement : plan H : plan E :


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ANTENNES A SYSTEME FOCALISANT Les systmes focalisant utilisent les principes de loptique : on transforme une onde plane en onde sphrique ou inversement. Lentille : systme focalisant en transmission Parabole : systme focalisant en rflexion


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LA PARABOLE On utilise un rflecteur pour concentrer lnergie vers une antenne lmentaire place au foyer.


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SYSTEME A DOUBLE REFLECTEUR Pour amliorer la focalisation, on peut galement utiliser deux niveaux de rflecteurs : principe de lantenne Cassegrain.


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MISE EN RESEAU DANTENNES Quand on calcule le rayonnement dune antenne rsonante, on somme les contributions de doublets lmentaires qui donnent le rayonnement de lensemble. On ne peut alors quutiliser des lois de rpartitions de ces courants (amplitude et phase) prdtermines. La mise rseau consiste utiliser des antennes simples dont on somme les contributions en contrlant les amplitudes et phases avec lesquelles on les alimente.


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PRINCIPE DE COMBINAISON Si on considre lassociation de sources lmentaires isotropes alimentes avec la mme amplitude et la mme phase, la somme des champs devient :

ejr j d sin j2d sin j3 d sin j( n1)d sin [1+e +e ].ep E= +e +...+e rapproximation sur lamplitude

front donde dGuillaume VILLEMAUD Cours dAntennes 28

FACTEUR DE RESEAU Le principe de combinaison des champs est le mme quelque soit le diagramme de rayonnement des sources. On a alors multiplication par la fonction caractristique de la source.

Fg(,)=F(,)1+ejd sin +ej2d sin +ej3d sin +...+ej( n1)d sinR() facteur de rseau ou facteur de regroupement Multiplication des diagrammes


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AUGMENTATION DE GAIN On peut utiliser le regroupement pour augmenter le gain dune antenne. A partir dune antenne lmentaire directive, la multiplication par deux du nombre dlment augmente la directivit par deux.Ex de rseau de patchs :

patch seul : 6 dBi de gain quel gain pour un rseau de 256 ?


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PONDERATION On peut en plus du principe de regroupement choisir des lois dalimentations des lments en amplitude et en phase permettant de modifier le facteur de rseau.pointage lectronique

front donde dGuillaume VILLEMAUD Cours dAntennes 31

FORMATION DE FAISCEAUX Pour crer les lois damplitudes et phases voulues, on peut utiliser un rseau de distribution fixe ou reconfigurable. antennes multifaisceaux antennes adaptatives


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