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1 Université Mohamed Seddik Ben Yahia de Jijel Année universitaire 2019/2020– S

1 Université Mohamed Seddik Ben Yahia de Jijel Année universitaire 2019/2020– S2 Faculté des Sciences et de la Technologie 1ère année Master ST Département d’Electronique Matière : Antennes (ST13) Chapitre 01 Introduction aux Antennes (suite) 1. Introduction 2. Les différents types d’antennes 3. Caractéristiques Générales des Antennes 3.1. Densité de puissance et puissance rayonnée d’une antenne 3.2. Intensité de rayonnement 3.3. Diagramme de rayonnement 3.4 Directivité 3.5. Gain d'une antenne 3.6. Rendement d'une antenne Chapitre 01 : Introduction aux Antennes 2 3.7. Impédance d'entrée  Réactance d’un dipôle Les dipôles sont des antennes à onde stationnaire. En effet, comme l'extrémité du dipôle est ouverte, l'onde électromagnétique émise est réfléchie avec un coefficient de réflexion =1. L'addition des deux ondes progressive et réfléchie génère une onde stationnaire. La figure 3.4 illustre le parcours de l'impédance du dipôle pour différentes valeurs de sa longueur l. Figure 3.4. Réactance d'une antenne filaire de longueur l On remarque à partir de cette courbe que : - Lorsque l est proche de λ/2, 3λ/2, etc., on a des situations de résonance. L'impédance Za est purement réelle et de l'ordre de la centaine d'Ohms (Rr=73Ω pour une antenne demi-onde). Il est à noter que les caractéristiques de l'antenne en résonance dépendent relativement peu de l'épaisseur du dipôle. - Lorsque l est proche de λ, 2λ, etc. on a des situations d'anti-résonance. L'impédance Za est purement réelle et peut prendre des valeurs de plusieurs milliers d'ohms. A noter que les caractéristiques de l'antenne en anti-résonance dépendent énormément de l'épaisseur du dipôle. - Les valeurs de l pour lesquelles on a résonance (ou anti-résonance) ne sont pas des multiples exacts de λ/2. Par exemple, pour le dipôle demi-onde, on a l =0.95λ/2. - Les antennes résonantes sont assez sensibles au rapport l/λ. En conséquence, la bande passante de ce type d'antennes est limitée. La réactance Xa de l'antenne est non désirée. La première manière de l'éliminer est de réaliser une antenne qui n'en a pas. C'est le cas des antennes résonantes. Une seconde a X a R Chapitre 01 : Introduction aux Antennes 3 manière d'éliminer la réactance Xa est d'ajouter en série à l'antenne une seconde réactance Xa’ = -Xa. 3.8. Les trois zones de rayonnement L'espace de rayonnement de l'antenne est généralement subdivisé en trois régions, à savoir : (Figure 3.2) a. Région réactive (zone de Rayleigh) : cette région est délimitée par une sphère de rayon R1 = 0.62√ où est la longueur d'onde et "d" est la plus grande dimension de l'antenne. C’est la région entourant la source de rayonnement où la puissance réactive (purement imaginaire) prédomine. b. Région du champ proche rayonné (zone de Fresnel) : c'est la région comprise entre la zone réactive et la zone du champ lointain et dans laquelle la divergence du faisceau devient appréciable. Cette région est délimitée par une distance radiale R telle que R1 R R2 (avec R2 = 2d2/ ) et le champ rayonné dépend, en général, de la distance radiale. De plus, la composante radiale du champ est appréciable. c. Région du champ lointain (zone de Fraunhofer) : dans cette région, l’onde rayonnée est plane et les champs ont une structure TEM par rapport à la direction radiale. La puissance rayonnée est purement réelle et indépendante de la distance radiale. Figure 3.2. Les trois zones de rayonnement d’une antenne 3.9. Bande passante D'une manière générale, la bande passante d'une antenne est la bande de fréquence pour laquelle les performances radioélectriques de cette antenne restent conformes à une norme imposée. Par exemple, l’impédance d'entrée dont la considération est fondamentale pour les problèmes d'adaptation (transfert d'énergie). La bande passante est alors celle pour laquelle la partie réelle de l'impédance d'entrée est supérieure ou égale à 0.707 fois sa Quasi constante Fluctuante Décroit en 1/r 3 0.62 d  2 2d  Chapitre 01 : Introduction aux Antennes 4 valeur maximale (Figure 3.5). Il est souvent plus commode de considérer la représentation de l'impédance d'entrée normalisée en abaque de Smith et de définir la bande passante comme étant la bande de fréquence pour laquelle cette représentation reste confinée dans un cercle de TOS (taux d'ondes stationnaires) égale à une certaine valeur imposée (généralement 2). Figure 3.5. Bande passante d’une antenne. 3.10. Polarisation La polarisation d'une antenne est la propriété décrivant la variation temporelle de la direction et du module du champ électrique rayonné par cette antenne. Elle est caractérisée par la courbe décrite dans le temps par l'extrémité du vecteur champ électrique et observée à partir de la direction de propagation. La polarisation peut être linéaire, circulaire ou elliptique (figure 3.6). Dans le cas général, le champ électrique décrit une ellipse et la polarisation est alors dite elliptique. Figure 3.6. Les trois types de polarisation d’une antenne. a) Linéaire c) Elliptique b) Circulaire Chapitre 01 : Introduction aux Antennes 5  Polarisation linéaire Pour une onde polarisée linéairement le déphasage temporel entre les deux composantes doit être : (3.24) Dans ce type de polarisation l'extrémité du champ électrique ⃗ se déplace sur une ligne droite comme il est illustré par la figure 3.6.a.  Polarisation circulaire La polarisation est circulaire lorsque les amplitudes des deux composantes du champ électrique ⃗ sont égales et que leur déphasage temporel est un multiple impair de , ces conditions peuvent être formulées comme suit : | | | | (3.23.a) { ⁄ ⁄ ( ) (3.23.b) Dans ce type de polarisation l'extrémité du champ électrique ⃗ décrit un cercle dont le sens de rotation dépend du signe du déphasage temporel (Figure 3.6.b).  Polarisation elliptique Le champ électrique instantané d'une onde plane se propageant le long de l'axe Oz (dans le sens de z < 0) peut s'écrire : ⃗( ) ( ) ̂ ( ) ̂ (3.20) avec : ( ) [ ( )] ( ) (3.21.a) ( ) [ ( )] ( ) (3.21.b) La formulation mathématique de la polarisation elliptique s'écrit comme suit : | | | | { ( ) ⁄ ( ) ( ) ⁄ ( ) (322.a) Ou bien : Chapitre 01 : Introduction aux Antennes 6 { ⁄ ( ) ⁄ ( ) (3.22.b) Le sens de la courbe décrite dans le temps par le champ électrique ⃗ est soit celui des aiguilles d’une montre (clockwise : CW) la polarisation est alors dite droite (RHEP : right-hand elliptically polorization), soit dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (counterclockwise : CCW), la polarisation est dite gauche (LHEP : left-hand elliptically polarization). Si le sens de la propagation est inversé (sens de z > 0), la polarisation est gauche (LHEP) dans le sens des aiguilles d'une montre CW et droite dans le sens inverse CCW.  Facteur de pertes de polarisation En général, la polarisation d'une antenne de réception est différente de celle de l'onde incidente qui lui parvient. La puissance reçue par cette antenne n'est donc pas maximale. En effet, supposons un champ incident de la forme : ⃗⃗⃗⃗ ̂ et une antenne de réception polarisée comme suit : ⃗⃗⃗⃗⃗⃗= ̂ avec : ̂ : vecteur unitaire indiquant la polarisation du champ incident. ̂ vecteur unitaire indiquant de polarisation de l'antenne de réception. Les pertes (en puissance) par polarisation peuvent être caractérisées par le facteur PLF (Polarization Loss Facteur) défini par : | ̂ ̂ | | | (3.25) où représente l'angle entre les deux vecteurs unitaires ̂ et ̂ . Si ces deux vecteurs ont la même direction, (même polarisation à l'émission et à la réception), le PLF est égale à l'unité (ou 0 dB) et la puissance reçue par l'antenne de réception à partir du champ incident est maximale. Ens. : BOUKERROUM. F. 2019-2020 page 1 Faculté des Sciences et de la Technologie 1ère année Master ST Département d’Electronique Matière : ST 13 Chapitre 02 : Les Antennes Filaires Remarque importante aux Étudiants L’élaboration de ce cours n’est pas achevée. Donc, il est dans une version « brouillon » qui compléte le cours donné en classe. Une partie importante du cours est traduite de la référence 01. !! un Grand Merci pour toute remarque ou correction !! 1. Introduction 2. Méthode générale pour l’étude des Antennes Dans l’analyse des problèmes de rayonnement, la procédure habituelle consiste à spécifier les sources puis à calculer les champs rayonnés par ces sources. Par contre, dans les problèmes de synthèse, les champs rayonnés sont spécifiés d’abord, et on doit par suite déterminer les sources. Il est très courant dans la procédure d’analyse d’introduire des fonctions auxiliaires, connus sous le nom de potentiels vectoriels, qui aideront à la solution des problèmes. Les fonctions potentiels vecteurs les plus courantes sont A (potentiel vecteur magnétique) et F (potentiel vecteur électrique). Bien que les intensités des champs électriques et magnétiques (E et H) représentent des quantités physiquement mesurables, chez la plupart des ingénieurs, les potentiels sont strictement des outils mathématiques. L’introduction des potentiels simplifie souvent la solution même si elle peut nécessiter la détermination de fonctions supplémentaires. Bien qu'il soit possible de déterminer les valeurs des champs E et H uploads/Geographie/cours-st-m1-st13.pdf