CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LES ANTENNES I. DEFINITION Une antenne est un dispositif qui assure la transition entre un guide d onde et l espace libre dans lequel ces ondes vont se propager, ou inversement. II. DIAGRAMME DE RAYONNEMENT 1) DEFINITION La répartition dans l espace de l énergie rayonnée ou reçue est caractérisée par le diagramme de rayonnement de l antenne. Le diagramme de rayonnement peut soit : 1
a) Représenter la répartition de la puissance par unité d angle solide dans la direction d angle solide (, ( W / m ) Le diagramme de rayonnement en puissance est défini par le rapport : (,,. P Où : Pmax max est la densité de puissance maximale mesurée. b) Soit être tracé en fonction du champ rayonné E(, ( V / m) 1 E Les propriétés des ondes planes permettent d écrire : (, ( W / m ). 1 Donc, le diagramme de rayonnement en champ est déterminé à partir de la racine carrée de la densité de puissance : r champ (,, Donc, il suffit de connaître l un de ces deux diagrammes. Ces diagrammes sont le plus souvent exprimés en db : r db (, 1log 1(, ). ) REPRESENTATION GRAPHIQUE La connaissance de ces diagrammes est de grande importance. Il est plus facile de faire des coupes, l une par un plan vertical et l autre par un plan horizontal. Il y a plusieurs représentations graphiques possibles. Le diagramme de rayonnement peut être représenté en : a) coordonnées polaires :
b) en coordonnées cartésiennes Avec une échelle linéaire pour r (, : 3
3) EXEMPLES DE DIAGRAMMES DE RAYONNEMENT Exemple 1 : Exemple : 4
Exemple 3 : III. GAIN D UNE ANTENNE Le gain d une antenne est le rapport entre la densité de puissance moyenne rayonnée par l antenne dans la direction (, et la densité de puissance à rayonnement isotrope, les antennes étant alimentées par la même puissance. On notera : (, : la densité de puissance moyenne rayonnée par l antenne directive (W/m ). : la densité de puissance moyenne rayonnée par l antenne isotrope (W/ m ). t : la puissance totale rayonnée par les deux antennes (W). Le gain est alors donné par : (, (, G(, P P / 4R 5 4R (, (, ) ds t S
La surface d intégration S est une surface fermée pouvant être une sphère de centre O, position de l antenne, et de rayon R ; ds R.sin. d. d ; et On peut écrire : G(, 4R S f (, f (, ds 4R S,, ds Dans le cas où le diagramme ne dépend que de et pas de, l intégrale se simplifie et s écrie : G ( ) 4R d R f f ( ) ( )sin d f f ( ) ( )sin d ) )sin d maximal. Avec : : angle entre une direction courante et l axe de l antenne. f( : fonction de rayonnement en champ de l antenne. Lorsqu on parle de gain d une antenne, on parle souvent de gain Donc, G est obtenu pour r ( 1. Donc, G max max )sin d Donc, comme le gain et le diagramme de rayonnement sont intimement liés, on pourra calculer le gain d une antenne connaissant son diagramme de rayonnement. Lorsque on parle de gai d une antenne, on désigne le gain maximum de l antenne exprimé en db : G 1log 1( G db ). Pour avoir un gain élevé, l antenne doit avoir un diagramme de rayonnement directif et réciproquement. Ordre de grandeur de G max : Antenne de réception de télévision : 1 db Antenne autodirecteur de missile : db Antenne de radar de poursuite : 3 db Antenne de radar de surveillance : 4 db Antenne de radioastronomie : 5 db 6
Une antenne isotrope n'a pas de gain, donc = db. (C'est une antenne imaginaire qui rayonne uniformément dans toutes les directions). Une antenne dipôle possède un gain de,15 db par rapport à l'antenne isotrope. On dit aussi qu'elle a un gain de,15 dbi. Une antenne peut être soit unidirectionnelle, si elle ne présente qu un seul lobe principal ;soit bidirectionnelle si elle présente deux libes principaux soit omnidirectionnelle si elle ratonne dans toutes les directions. Exemple d antenne unidirectionnelle : Antenne de réception TV unidirectionnelle IV. ANGLE D OUVETURE D UNE ANTENNE L'angle d'ouverture d'une antenne est l'angle de direction pour lequel la 7
puissance rayonnée est la moitié (-3dB) de la puissance rayonnée dans la direction la plus favorable. 8