Transcript 4ème année du Département Génie Électrique Guillaume VILLEMAUD – Cours d’Antennes.

4ème année du Département Génie Électrique
Guillaume VILLEMAUD – Cours d’Antennes
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De quoi allons-nous parler ?
Nous allons parler des antennes (ou aériens), dispositifs permettant la
transposition d’une énergie guidée en un champ électromagnétique
rayonné en espace libre (ou inversement).
Il existe une multitude de types
d’antennes, de tailles et de
formes très diverses, aux modes
de fonctionnement plus ou
moins complexes. Nous allons
définir les caractéristiques et
propriétés communes à ces
différents dispositifs ainsi que
leurs domaines d’applications.
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Les antennes au quotidien
GSM 900 MHz
DCS 1800 MHz
UMTS 2 GHz
Analogique 800 MHz
DECT ~1900 MHz
Radar anticollision ~80 GHz
Télépéage ~6 GHz
Ouverture à distance 433 MHz
Wifi / Bluetooth / UWB
2.4 à 6 GHz
TV terrestre
500 MHz
Systèmes satellites 1 à 45 GHz
(Ex : Télévision 12 GHz, GPS 1.5
GHz)
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Navire militaire
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Radiotélescope 1 à 3,5 GHz
Miroir plan mobile autour d'un axe
est-ouest (hauteur 40 m ; longueur
200 m ; précision de surface 4
mm; poids 700 t)
Centre de Nançay (Cher)
Foyer de l'antenne, cornets de
réception et préamplificateurs refroidis
à – 250 °C mobiles sur un arc de 250
m
Miroir sphérique fixe, d'axe nord-sud (hauteur
35 m, longueur 300 m, précision de surface 3
mm; rayon 560 m)
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Problème principal : l’énergie
3 MHz
100m
30 MHz
10m
300 MHz
1m
3 GHz
10 cm
120 dBm
Radars météo
1GW
1MW
80
TV UHF
Four
60
20
300 GHz
1 mm
Radars militaires
Satellites
100
40
30 GHz
1 cm
1KW
TV VHF
TFTS
Amateurs
GSM
Amateurs
Télé
péage
1W
DECT
0
1mW
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Ex : Communication Terre-satellite
1GW
1MW
Antenne
terrestre
Puissance
Isotrope
Antenne
satellite
1kW
Ampli
terre
1W
Ampli
Low Noise
amplifier
1mW
1µW
1pW
1fW
Signal d’entrée
Signal
capté
Gain
antenne
Gain
antenne
Signal capté
par la terre
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Signal de
sortie
La chaîne de transmission radio
Partie émission :
signal
utile
Cod
BB
Mod
duplexeur
ampli
circulateur
antenne
synthé fo
Partie réception :
antenne
duplex
ampli
LNA
Démod
ampli
Décod
synthé fi
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signal
utile
Exemple d’un GSM
canal radio
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Notion de canal radio
La chaîne de transmission radio :
récepteur RF
émetteur RF
num/analog
Propagation guidée
analog/num
Propagation espace libre
Propagation guidée
canal radio
Les « boîtiers » contenant l’électronique sont reliés aux antennes via des
lignes ou câbles (feeders).
D’un point de vue traitement du signal, l’ensemble des déformations de
l’onde engendrées par la propagation guidée+libre forme le canal radio.
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Où se perd l’énergie ?
atténuation, dispersion
atténuation, dispersion
Milieu de propagation
bruit des
composants
bruit des
composants
désadaptation
désadaptation
Réflexions, diffractions, trajets multiples,
obstacles, diffusion, évanouissement,
AEL, conditions météos...
Et tous ces paramètres varient en fonction de la fréquence, du
temps et même de la polarisation de l’onde.
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Domaines abordés
Pour comprendre les phénomènes régissant le fonctionnement des
antennes ainsi que leur intégration dans un système de communication,
les pré-requis sont :
• des connaissances de base de l’électromagnétisme (équations de
Maxwell, propagation des ondes EM...);
• la bonne compréhension des principes des lignes de transmission et
surtout de l’adaptation en impédance des systèmes (ondes
progressives, ondes stationnaires...);
• savoir prendre du recul : les antennes représentent une application
pratique des équations de Maxwell où l’on peut « voir » les phénomènes
physiques sans rester purement dans les calculs théoriques.
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Plan détaillé
10h de cours : 8h (G. Villemaud) + 2h (J.M. Gorce)
Antennes et Propagation
3 grandes parties :
Modélisation (application GSM)
Principes des antennes
Caractéristiques des antennes
Différents types d’antennes
Principes des antennes :
Passage propagation guidée/espace libre
Le champ EM et les zones de rayonnement
Le doublet élémentaire
Les théorèmes fondamentaux
Notion de front d’onde
La polarisation
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Plan détaillé
Caractéristiques des antennes :
Impédance d’entrée / notion de circuit
Fonction caractéristique de rayonnement
Puissance rayonnée
Directivité et gain
Bilan de liaison
Types d’antennes :
Antennes filaires
Antennes à fentes
Antennes patchs
Antennes à réflecteur
Mise en réseau
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