Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 1

TECHNIQUES D’ANTENNES POUR TECHNIQUES D’ANTENNES POUR LES TELECOMMUNICATIONSLES TELECOMMUNICATIONS

Guillaume VILLEMAUDLaboratoire CITI

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 2

PLAN DU COURSPLAN DU COURS

Introduction

Partie I : Antennes compactes

Partie II : Antennes larges bandes

Partie III : Antennes à polarisation circulaire

Partie IV : Antennes grand gain

Partie V : Formation de faisceau

Partie VI : Antennes intelligentes

Partie VII : MIMO

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 3

Caractéristiques des antennesCaractéristiques des antennes

Diagramme de rayonnement

Gain

Impédance (adaptation)

Polarisation

Couplage mutuel

cahier des charges d’une application

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 4

Diagramme de rayonnementDiagramme de rayonnement

Représente la fonction caractéristique de rayonnement en 2D ou 3D

Permet de connaître la ou les directions privilégiées de

rayonnement ainsi que les ouvertures, les zéros et les

niveaux de lobes secondaires

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 5

Gain d’une antenneGain d’une antenneDonne le rapport entre l’intensité du champ rayonné dans

une direction particulière et l’intensité rayonné dans l’ensemble de l’espace.

Une antenne isotrope a un gain de 0 dB

On donne généralement le gain maximum d’une antenne.Combiné au diagramme de rayonnement, on peut

connaître le gain dans toute direction.

Ce gain dépend de la fréquence (variation de la répartition des champs dans l’antenne).

Différence entre gain intrinsèque et gain réalisé.

),(D )S1(e),(G2

11R 2

11

eintrinsèqu1 S

GG réalisé

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 6

Polarisation du champPolarisation du champ

3 modes de polarisation

–polarisation rectiligne

•verticale, horizontale (plan H ou E)

–polarisation circulaire

•droite ou gauche

–polarisation elliptique

•droite ou gauche

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 7

Plans de référencePlans de référence

Plan H

H

Mode excité : TM10

HE

Z

Plan E

Courants de surface liés à la polarisation croisée: Jy

Courants de surface liés à la polarisation principale:Jx

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 8

Impédance de l’antenneImpédance de l’antenne

mode

f

Z(f) = R(f) + j X(f)

X(f)

R(f)

fondamental

résonancesérie

résonance parallèle

L’impédance complexe d’une antenne varie en fonction de la fréquence. Cela correspond aux variations de répartition

des courants à sa surface.

On cherche à faire correspondre la

fréquence de fonctionnement avec un point d’impédance purement réel proche de celle du système

(50 ohms en général).

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 9

Impédance de l’antenneImpédance de l’antenne

La géométrie de l’antenne et son mode d’alimentation influent sur cette impédance. On cherche généralement à se placer au

plus près d’une résonance et à annuler la partie imaginaire.

Antenne

Résonance sérieRésonance série Résonance parallèleRésonance parallèle

Max de courant au niveau du générateur

Impédance faible

Min de courant au niveau du générateur

Impédance élevée

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 10

Impédance de l’antenneImpédance de l’antenneZ ,

R e(Z)

I m(Z)

Z ,

Z ,

R e(Z)

R e(Z)

I m(Z)

I m(Z)

120

100

80

60

40

20

0

-20

450

350

250

150

50

-50

-1500,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8

ffr

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8ffr

60

40

20

0

-20

-40

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8ffr

cas n°1

cas n°3

cas n°2

zone d'adaptation

Exemple du dipôle

v

i

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 11

Couplage mutuelCouplage mutuel

Deux antennes proches influent l’une sur l’autre par un couplage des champs EM.

Ce couplage doit être pris en compte car il modifie les caractéristiques des antennes (impédance et

rayonnement).

Limite rapide des modèles analytiques

Modélisation électromagnétique

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 12

Codes de calculs électromagnétiquesCodes de calculs électromagnétiques

Résolution des équations de Maxwell :différentielintégrale

fluxasymptotique (rayons)

Exemple différentiel : différences finies

HyHx

HzEx

Ey

Ez

x, i

z, k

y, j

y, j

z, k

extractiond'une maille

x, i

Méthodes temporelles ou fréquentielles

Calcul de H

en fonction de H , E

n

n-1 n-1/2

Calcul de E

en fonction de E , H

n+1/2

n-1/2

Annulation descomposantes tangentielles

de champ électrique sur les éléments métalliques

n

Itération n

n = n+1

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 13

Exemple de logicielExemple de logiciel

Définition des éléments métalliques et diélectriques

Calcul des caractéristiques électriques et du

rayonnement par boîte de Huyghens

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 14

Lancer de rayonLancer de rayon

Utilise l’Optique Géométrique et la Théorie Uniforme de la Diffraction (lancer de rayons,

tracé de rayons).

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 15

Méthode de mesureMéthode de mesure

Mesure d’adaptation

RF outTA

Coupleur directif

Analyseur

Mesure de rayonnement

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 16

Chambres de mesureChambres de mesure

Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 17

Chambres de mesureChambres de mesure