simulations d’antennes
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Simulations d’Antennes
O.Ravel
SUBATECH
Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Caractérisations d’antennes
Intérêts de la simulation
Déterminer les grandeurs caractéristiques d’une antenne
pour une géométrie donnée :
• Directivité : gain = f(,) => lobes (pattern)
La mesure d’un lobe d’antenne est très délicate et difficile surtout à basse fréquence
antenne étalon
• Impédance d’antenne, SWR
• Effets de la nature du sol, des lignes de transmission, des réflecteurs
(masse métallique) …..
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Simulation d’antennes
• Code EZNEC Éléments finis (1500 segments)
• Code 4NEC2Interface graphique + graphique 3D et builder
Moteur NEC (Numerical Electromagnetic Code)
Lawrence Livermore Laboratory
Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Antenne Spirale Log-périodique Model
2 bras de 3 spires + 2 spires Hauteur : 9 m Diamètre à la base : 6 m
• 2 bras de 3 spires• Inclinaison 20° vers le sud• Source à l’apex• Sol parfait
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Antenne Spirale Log-périodique Lobes 3D
50 MHz 80 MHz
Seulement Qualitatif
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Antenne Spirale Log-périodique Lobes 2D
80 MHz
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
10 MHz
Ouverture –3dB : 90°
Gainmax = 8 dB
Antenne Spirale Log-périodique Lobes 2D
37 MHz
Ouverture –3dB : - 100°
80 MHz
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Gainmax = 7.4 dB
Antenne Spirale Log-périodique Lobes 2D
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
65 MHz
Ouverture –3dB : 60°
50 MHzOuverture –3dB : 80°
Ajustement du bruit galactique (Jacob à suivre)
Actuellement :
Glog = 7 dB , Gain constant, pas de dépendance en Theta, Phi
À faire :
Prendre en compte les lobes dans le calcul du champ E, profils….
Antenne Spirale Log-périodique
Dipôle CODALEMA
Longueur : 1.21mLargeur : 10 cmHauteur : 1m
Résonance : 124 MHz
Model & Lobe 3D
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Dipole CODALEMA Lobes 2D
H=1.2 m
Antenna length = 1.21m
SOL
E-planeH-plane
Antenne active :Impédance d’entrée capacitivePas de puissance active tension au borne du dipôle
Lobes en tension normalisés( f = 1MHz)
=> Lobes en Champ électrique normalisés
Basse fréquence
1 – 30 MHz
Ouverture à –3 db120° H plane 90 ° E plane
Gain d’antennequasiment constant
Haute Fréquence50 – 100 MHz
Ouverture à –3 dB120° H plane 90 ° E plane
Gain d’antenne décroît quand f augmente
Zenith
floor
Zenith
Pris en compte pour le calcul de E
Effet de la hauteur au sol
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
G = f (Freq) pour différentes hauteurs au sol
H= 3 m F = 60 MHz
Theta=0
Effet de la nature du sol
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Cas idéal : réflecteur parfais (grille) placé au sol !
=> Fluctuation du Gain en fonction de l’état d’humidité du sol ?
c’est du luxe ???
Mesures comparativesTHALES / DIPOLE (1)
Méthode d’étalonnage:• mesure au même endroit (Mauves/Loire à 15 Km de Nantes) antennes saturées à Nantes • mesure au même instant• hauteur au sol identique (1m)• même orientation (polarisation)• même DAQ
THALES
GPIBOptical
receiver
PC
DAQ
LabView
300 m optical fiber
DIPOLE
coax
OscilloLecroy 9384
ADC 8 bits2 GS/s
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
AttentionDipôle de test : L= 60 cm
H= 15 cm , diamètre = 5.6 cm
Bande passante : 10 kHz – 1 GHz
Gain constant
Détermination du Facteur d’Antennedu Dipôle CODALEMA
Facteur d’antenne : AF = E/V en m-1
Longueur (hauteur) effective : he = 1/AF = V/E en m
Le facteur d’antenne du Dipôle Thalès est connu : AFTH = 0.71 soit – 2.9 dB
Le facteur d’antenne du Dipôle CODALEMA : AFCO
AFCO = (AFTH * VTH ) / VCO
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Détermination du Facteur d’Antennedu Dipôle CODALEMA (Méthode 1)
Signal dans la bande 1-100 MHz
Dipôle : = 0.042 V
Thales: = 0.010V
AFmes = 0.17 => - 15.4 dB
E = 7.15 mV/m
Facteur d’antenne
Hauteur Effective : 5.90 m
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Dipôle de test L= 60 cm
DIPOLE CODALEMA 1.2 m
AFcalc = 0.055 => - 25.1 dBLongueur effective 18 mAFmes= à mesurer à Nançay
Détermination du Facteur d’Antennedu Dipôle CODALEMA (Méthode 2)
L/2*E
ca
ce A= 22.5
Calculé à partir des mesures de capaet de gain d’ampli (voir D.Charrier)
V
Dipôle de test L= 60 cm
AFcalc = 2 / (A*L)
AFcalc = 0.15 => -16.5 dB
AFmes = 0.17 => - 15.4 dB
rappel
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Spectre en fréquence
O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes
Thalès :Gain constant
Calibrer le gain / Thalès
Gain attendu
• Facteur d’antenne : encourageant…voir les Log ?
• Gain : Étalonnage par rapport à une antenne étalon (Thalès) Mesure simultanée du bruit tout venant
mais il faut des émetteurs puissants dans la bande
creuse (30 – 88 MHz) : TV US ?
• Directivité : Très difficile (grand ), la simulation est suffisamment précise …
Conclusion
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