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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT TELECOMMUN

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT TELECOMMUNICATIONS *********** Filière : TELECOMMUNICATIONS 3ème Année Licence es Sciences techniques RAPPORT DE TRAVAUX PRATIQUES ANTENNE PARABOLIQUE Professeur : − Monsieur RAZAKARIVONY Jules Rédigé par : − ANDRIAMITSIRISOA Avotra N° 01 − BEHITA Zafihaja Sadien N° 07 − RAKOTOVAO Tahinjanahary Gaël N° 13 − ANDRIAMAMPIANINA Aina N° 17 − RANDRIANASOLO Herinjaka N° 20 INTRODUCTION Elles a été historiquement définie comme section de cône de révolution par un plan parallèle à une génératrice . mais plus généralement toute section non bornée et connexe d’une quadratique par un plan est une parabole. La parabole possède de nombreuses définition géométriques planes : 1) Définition par foyer et directrice : La parabole est la courbe d'équidistance entre un point (le foyer F) et une droite (la directrice (D)) , autrement dit une isotèle de droite. 2) Définition par antipodaire de droite. La parabole est l’enveloppe de la perpendiculaire en I à la droite (FI), I décrivant la tangente au sommet de la parabole (x = 0) (autrement dit, la parabole est l’antipodaire de cette droite par rapport au foyer) ; c'est donc aussi l’enveloppe de la médiatrice du segment [FH], H décrivant la directrice (autrement dit, l’orthotomique de la parabole par rapport à son foyer est la directrice). 3) La parabole est l’enveloppe d’une droite passant par deux points ayant des mouvements rectiligne 4) La parabole est une anticaustique de droite. 5) La parabole est une courbe de Ribaucour. 6) La parabole est la courbe à sous-normale constante ( ) ou la courbe à sous-tangente double de l’abscisse ( ). s uniformes (voir aussi à courbe de Lamé). PRESENTATION DE L’ANTENNE PARABOLIQUE EN GENERALE Présentation : Voilà l’engin ! Ce modèle n’est pas destiné au grand public ni même aux radioamateur mais l’idée est là. On en trouve de toutes les tailles,de tous les types, on y reviendra. Intuitivement, vous vous doutez bien que cet engin n’est pas utilisée pour faire des QSO sur 40 mètres et que les spécificités de cette antenne à réflecteur parabolique sont telles que son domaine de prédilection va se situer sur des fréquences très hautes. Notez au passage que vous retrouvez des paraboles un peut partout, comme dans vos phares d’automobile par exemple. Un peu de Mathématique : Pas trop quand même,il est toutefois intéressant de noter tout de suite quelques propriétés extrêmement intéressantes et qui font d’ailleurs le succès de ce réflecteur. Nous allons entrer directement dans le vif du sujet en court-circuitant quelques notions secondaires pour nous et en abordant la question sous l’aspect pratique. Quelques systèmes d'alimentation : On peut alimenter par différent moyens, les plus classiques sont le cornet qui peut être circulaire ou conique, le patch, l'hélice. Ce dessin est censé représenter un cornet circulaire (désolé, je ne suis vraiment pas doué en dessin, de plus je ne vois pas dans l'espace ce qui m'a et me pose toujours des pb en particulier avec les meubles en kit! humour...). Grosso modo il s'agit d'une boite qui peut être de diamètre constant ou pas, de dimensions adéquates et dans laquelle à une distance du fond judicieuse, on a installé un monopole, lequel est relié à une fiche coaxiale. Nous venons de réaliser la transition "guide d'onde-coaxial". On trouve également des cornets pyramidaux comme celui que j'ai tenté de représenter ici. (pas trop mal réussi d'ailleurs...). Le principe est le même. On trouve également des alimentations par hélice qui produisent une polarisation circulaire droite ou gauche en fonction du sens de rotation des spires. Il est également possible, à partir d'un cornet et moyennant l'utilisation de deux monopoles, de créer une polarisation circulaire ou une commutation horizontale/verticale. Si vous êtes intéressé par le sujet, fouinez sur le web, il y a de la documentation disponible. Gain théorique d'une parabole : avec : d = diamètre en m l = longueur d'onde en m h = rendement (comptez 50%) Log = Log base 10 G en dBi D'après cette formule, il apparaît que le gain de la parabole est lié d'une part à son diamètre, plus ce dernier est important, plus le gain croît, d'autre part à la fréquence d'utilisation. Plus la fréquence croît (la longueur d'onde diminue), plus le gain augmente. Ceci explique que ce type d'antenne trouve son application dans le domaine 1-30 GHz. Voici une simulation du gain d'une parabole de 1 m de diamètre. Intéressant de constater qu'elle ne devient vraiment concurrentielle en termes de gain vis à vis d'une Yagi qu'à partir des fréquences > à 1,5 GHz. Une parabole de 1 m, je le rappelle, est déjà un bel engin pas si facilement manoeuvrable que cela, pensez-y si vous habitez dans une région ventée comme moi. Dans cette simulation, le rendement a été choisi à 50%. La profondeur d'une parabole : Il s'agit de l'incontournable rapport f/D qui exprime la profondeur d'une antenne, f représentant la distance focale et D le diamètre de la parabole. Ce rapport en fonction de sa valeur détermine si nous avons affaire à une parabole peu profonde (shallow) ou profonde (deep). On retient que si f/D <0,33 il s'agit d'une antenne profonde et si f/D > 0,36, il s'agit d'une antenne peu profonde. Ceci va amener à des considérations importantes en termes d'illumination de la parabole. Une parabole profonde a son point d'illumination proche du réflecteur ce qui induit une certaine difficulté à totalement illuminer celui-ci. Bien sûr, l'illumination est plus facilement atteinte sur une parabole peu profonde mais celle-ci est plus sujette à recevoir du bruit terrestre aux basses élévations. La triste réalité : Comme toujours dans la vie, il y a la théorie et la pratique et l'antenne parabolique n'est pas si facile que cela à dompter. Nous allons examiner quelques facteurs susceptibles de réduire le gain théorique. De la difficulté de bien illuminer une parabole : Supposons que nous utilisions notre antenne parabolique en émission. Notre énergie haute fréquence alimente un dipôle demi-onde (sur 10 GHz, ce n'est pas énorme) ou un cornet peu importe. Ce cornet ou ce dipôle va irradier l'énergie vers le réflecteur, jusque là tout va bien... Mais ce dont il faut prendre conscience c'est que l'élément actif n'est pas parfait et qu'il va lui aussi comme toute antenne avoir des lobes de rayonnement, une ouverture à 3 db etc. Voyons cela en image, ce sera plus simple : Voici la chose un peu stylisée et exagérée pour les besoins de la démonstration. La partie extérieure noire représente le réflecteur, la pointe du triangle quant à elle représente le foyer où se trouve la source. On constate que le réflecteur n'est pas totalement illuminé (plus d'énergie au centre que sur les côtés) , on qualifiera ces pertes de pertes d'illumination. On note également que le lobe de rayonnement de la source est bcp trop large et déborde du réflecteur, cette énergie est perdue. On appellera ce dernier type de perte le Spillover ou en français le débordement. Les facteurs réduisant le gain d'une antenne parabolique : • Précision de la forme, c'est important. Aucune parabole ne respecte scrupuleusement la forme idéale, d'autres se déforment sous les contraintes mécaniques. On imagine facilement que si la forme n'est plus correcte, la réflexion ne le sera plus également et n'atteindra plus le foyer. • Etat de surface de la parabole • La source et son support obstrue une partie des signaux arrivant ou partant du réflecteur, on a trouvé la parade en construisant la parabole offset. Cet inconvénient et d'autant plus marqué que le réflecteur est petit. • Les pertes diverses et variées entre le système d'alimentation et la source. • La dissymétrie entre les champs magnétique et électrique. • Diffraction sur les bords du réflecteur. • Illumination incorrecte. Bref, ce n'est aussi simple qu'il y paraît. La parabole Offset: Jusqu'ici nous n'avons travaillé que sur la parabole dite "Prime Focus" ou à foyer primaire. Nous venons de voir qu'un des grands inconvénients de ce type de réflecteur est que la source et sa fixation se trouvent au foyer dans l'axe de la parabole, ce qui contribue à masquer les signaux et à diminuer le gain. Un réponse intelligente est apportée par la parabole "Offset" rendue célèbre par sa diffusion à des prix ridicules pour la réception TV par satellite. Le réflecteur est constitué par une portion de parabole ce qui a pour immense avantage de dégager le foyer de l'axe. Ceci est clairement visible sur l'image ci-contre. Notez également la position de la parabole pour recevoir des signaux sur l'horizon. Sans entrer dans des considérations complexes qui n'ont pas leur place ici, les méthodes de calcul pour déterminer le foyer et le diamètre de ce type de parabole sont naturellement différents de ceux décrits pour la prime focus. Vous trouverez une abondante documentation concernant ce dernier point sur le web. Ce type de réflecteur est quand même plus complexe que ce que nous avons vu jusqu'à présent, pas tant par le principe que par la réalisation mécanique. On réserve généralement ce type de montage uploads/S4/ antenne-parabolique.pdf