L'histoire est-elle un destin?

CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LES ANTENNES

1. DEFINITION

Une antenne est un dispositif qui assure le couplage entre une ligne de transmission radioélectrique et l’espace environnement (fig1)

Ce couplage est en général réciproque ; c'est-à-dire que le même dispositif permet soit de rayonner l’énergie électromagnétique (antenne d’émission) soit de capter l’énergie électromagnétique incidente (antenne de réception)

[pic 1]

Figure 1

1. PRINCIPE DE RECIPROCITE

Remplaçons l’antenne par un morceau de fil dipôle électrique d’extrémité A et B. (A                                B)[pic 2]

• Lorsqu’on introduit une force électromotrice en A, on recueille un courant de valeur IB en B.
• Lorsque la même force électromotrice est appliquée en B, on recueille un courant de valeur IA égale à IB.

D’après ce qui précède, nous pouvons conclu qu’une antenne à l’émission peut servir à la réception.

1. STRUCTURE GENERALE D’UNE ANTENNE

Ici la structure porte sur une antenne d’émission ; mais une antenne réceptrice présente une structure similaire. L’alimentation étant remplacé par un récepteur et le sens des flèches indiquant le transfert de puissance est inversé.

Elle est donnée par la figure 2

[pic 3]

Figure 2

• Le signal à transmettre peut provenir d’une ou plusieurs sources. PS = la puissance délivrée par la source.
• Des amplificateurs et des filtres peuvent être placés entre la source et l’antenne pour fournir une puissance électrique suffisante aux éléments rayonnants et assurer une émission (ou réception) sur une bande étroite.
• L’émetteur (récepteur) est relié à l’antenne par un support de transmission qui est en général un câble coaxial ou des guides d’ondes. Il permet de transporter une puissance électrique PA aux éléments rayonnants. Il est à remarquer que PS  ≠ PA.
• Le réseau de polarisation permet de connecter les signaux à transmettre aux éléments rayonnant, de les déphaser et/ou de les combiner entre eux.
• Les éléments rayonnants assurent la transmission de l’énergie fournie par l’émetteur à l’espace libre ou l’onde va se propager.

PR = puissance rayonnée par l’antenne

Réciproquement, elle assure le captage de l’énergie d’une onde électromagnétique vers le récepteur.

NB : L’installation de l’antenne et sa connexion à la source nécessite d’autres structures non présentées sur le schéma ; mais qui vont avoir une influence non négligeable sur la performance de l’antenne. Elle est montée sur un dispositif (mat pour une station de base ; et le châssis pour un téléphone)

En outre, l’antenne peut être protégée de l’environnement extérieur par un randome qui peut absorber une partie du rayonnement.

1. PARAMETRES CARACTERISTIQUES D’UNE ANTENNE

1. Surface caractéristique de rayonnement - surface de directivité

C’est l’aire de l’antenne capable de produire un rayonnement electromagnetique en fonction de la puissance d’alimentation de l’antenne .Lorsque la surface de rayonnement ne dépend plus de la puissance d’alimentation mais uniquement de l’antenne  on parle alors de surface caractéristique de directivité de l’antenne.

Remarque : la région de l’espace dans laquelle la surface caractéristique de directivité est indépendante de la distance s’appelle région (zone) de rayonnement lointain de l’antenne ou région (zone) de Fraunhofer. Elle commence par 2D2/λ et s’étend à l’infini.

D étant la plus grande dimension de l’antenne perpendiculaire à la direction de rayonnement.

.

• Pour les antennes utilisées dans les liaisons point-à-point, on cherche à obtenir une surface caractéristique extrêmement concentrée dans une direction, pour concentrer l’énergie dans cette direction. On obtient ainsi des antennes ayant un faisceau ou lobe principal extrêmement pointu.
• La surface caractéristique de directivité peut être définie aussi en supposant que l’antenne fonctionne à la réception. Le théorème de réciprocité indique que ses deux surfaces sont identiques.

1. Diagramme de rayonnement – diagramme de directivité

Il est difficile de représenter la forme d’une surface caractéristique dans l’espace à trois dimensions. On se contente de représenter certaines coupes de cette surface. Ces coupes sont appelées diagramme de rayonnement ou de directivité.

Le diagramme de rayonnement représente les variations de la puissance rayonnée par l’antenne dans les différentes directions de l’espace. Il indique les directions de l’espace (θ0, φ0) dans lesquelles la puissance rayonnée est maximale.

NB :

• Tous les diagrammes comportent des lobes plus ou moins prononcés ou plus ou moins larges. Le plus grand s’appelle le lobe principal (faisceau), les autres sont des lobes secondaires ou lobes latéraux.
• La largeur angulaire (angle d’ouverture : beamwidth) du faisceau de l’antenne est l’angle limité par les directions où le niveau rayonné est une fonction donnée du niveau maximal. La largeur la plus utilisée est la largeur à demi-puissance dite encore largeur à 3AB.
• Le diagramme de rayonnement fait appel à la fonction caractéristique de rayonnement r (θ, φ) qui varie entre 0 et 1 selon la direction.

r (θ, φ) = [pic 4]

P(θ, φ) = Puissance rayonnée dans une direction donnée

P0(θ0, φ0) = Puissance rayonnée max

• En général, le diagramme de rayonnement d’une antenne est représenté dans les places horizontaux (θ =90°) et verticaux (φ =constante) ou bien dans les plans E et H (voir figure 3).

[pic 5]

Figure 3

1. Polarisation d’une antenne

La polarisation d’une antenne (émettrice) est la direction donnée par le vecteur champ électrique.[pic 6]

NB :

• Il existe plusieurs types de polarisation

• Polarisation rectiligne
• Polarisation circulaire
• Polarisation elliptique

• Pour optimiser la réception d’un signal radioélectrique, la polarisation de l’onde électrique et celle de l’antenne réceptrice doivent être les mêmes. Dans le cas d’une antenne à polarisation rectiligne, la perte de polarisation dépend de l’angle  entre les deux antennes qui représente la différence d’alignement.[pic 7]

La perte de polarisation : LP = [pic 8]

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