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Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes 1
TECHNIQUES D’ANTENNES POUR TECHNIQUES D’ANTENNES POUR LES TELECOMMUNICATIONSLES TELECOMMUNICATIONS
Guillaume VILLEMAUDLaboratoire CITI
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PLAN DU COURSPLAN DU COURS
Introduction
Partie I : Antennes compactes
Partie II : Antennes larges bandes
Partie III : Antennes à polarisation circulaire
Partie IV : Antennes grand gain
Partie V : Formation de faisceau
Partie VI : Antennes intelligentes
Partie VII : MIMO
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Caractéristiques des antennesCaractéristiques des antennes
Diagramme de rayonnement
Gain
Impédance (adaptation)
Polarisation
Couplage mutuel
cahier des charges d’une application
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Diagramme de rayonnementDiagramme de rayonnement
Représente la fonction caractéristique de rayonnement en 2D ou 3D
Permet de connaître la ou les directions privilégiées de
rayonnement ainsi que les ouvertures, les zéros et les
niveaux de lobes secondaires
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Gain d’une antenneGain d’une antenneDonne le rapport entre l’intensité du champ rayonné dans
une direction particulière et l’intensité rayonné dans l’ensemble de l’espace.
Une antenne isotrope a un gain de 0 dB
On donne généralement le gain maximum d’une antenne.Combiné au diagramme de rayonnement, on peut
connaître le gain dans toute direction.
Ce gain dépend de la fréquence (variation de la répartition des champs dans l’antenne).
Différence entre gain intrinsèque et gain réalisé.
),(D )S1(e),(G2
11R 2
11
eintrinsèqu1 S
GG réalisé
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Polarisation du champPolarisation du champ
3 modes de polarisation
–polarisation rectiligne
•verticale, horizontale (plan H ou E)
–polarisation circulaire
•droite ou gauche
–polarisation elliptique
•droite ou gauche
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Plans de référencePlans de référence
Plan H
H
Mode excité : TM10
HE
Z
Plan E
Courants de surface liés à la polarisation croisée: Jy
Courants de surface liés à la polarisation principale:Jx
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Impédance de l’antenneImpédance de l’antenne
mode
f
Z(f) = R(f) + j X(f)
X(f)
R(f)
fondamental
résonancesérie
résonance parallèle
L’impédance complexe d’une antenne varie en fonction de la fréquence. Cela correspond aux variations de répartition
des courants à sa surface.
On cherche à faire correspondre la
fréquence de fonctionnement avec un point d’impédance purement réel proche de celle du système
(50 ohms en général).
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Impédance de l’antenneImpédance de l’antenne
La géométrie de l’antenne et son mode d’alimentation influent sur cette impédance. On cherche généralement à se placer au
plus près d’une résonance et à annuler la partie imaginaire.
Antenne
Résonance sérieRésonance série Résonance parallèleRésonance parallèle
Max de courant au niveau du générateur
Impédance faible
Min de courant au niveau du générateur
Impédance élevée
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Impédance de l’antenneImpédance de l’antenneZ ,
R e(Z)
I m(Z)
Z ,
Z ,
R e(Z)
R e(Z)
I m(Z)
I m(Z)
120
100
80
60
40
20
0
-20
450
350
250
150
50
-50
-1500,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
ffr
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8ffr
60
40
20
0
-20
-40
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8ffr
cas n°1
cas n°3
cas n°2
zone d'adaptation
Exemple du dipôle
v
i
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Couplage mutuelCouplage mutuel
Deux antennes proches influent l’une sur l’autre par un couplage des champs EM.
Ce couplage doit être pris en compte car il modifie les caractéristiques des antennes (impédance et
rayonnement).
Limite rapide des modèles analytiques
Modélisation électromagnétique
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Codes de calculs électromagnétiquesCodes de calculs électromagnétiques
Résolution des équations de Maxwell :différentielintégrale
fluxasymptotique (rayons)
Exemple différentiel : différences finies
HyHx
HzEx
Ey
Ez
x, i
z, k
y, j
y, j
z, k
extractiond'une maille
x, i
Méthodes temporelles ou fréquentielles
Calcul de H
en fonction de H , E
n
n-1 n-1/2
Calcul de E
en fonction de E , H
n+1/2
n-1/2
Annulation descomposantes tangentielles
de champ électrique sur les éléments métalliques
n
Itération n
n = n+1
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Exemple de logicielExemple de logiciel
Définition des éléments métalliques et diélectriques
Calcul des caractéristiques électriques et du
rayonnement par boîte de Huyghens
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Lancer de rayonLancer de rayon
Utilise l’Optique Géométrique et la Théorie Uniforme de la Diffraction (lancer de rayons,
tracé de rayons).
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Méthode de mesureMéthode de mesure
Mesure d’adaptation
RF outTA
Coupleur directif
Analyseur
Mesure de rayonnement
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Chambres de mesureChambres de mesure
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Chambres de mesureChambres de mesure