ESINSA 5me anne Option Tlcommunication-Tldtection T.P. Tlcommunications

AANNTTEENNNNEESS

1. PRSENTATION GNRALE DE LA MANIPULATION

1.1 Notions gnrales

L'objectif de cette manipulation est de se familiariser avec les lments radiateurs ou capteurs d'ondes lectromagntiques que l'on nomme "antennes". Nous aborderons les antennes utilises dans les dispositifs de tlcommunications les plus usuels (communication satellite, faisceaux hertziens, rception T.V., rception radio, ou surveillances militaires...). Les ondes lectromagntiques sont largement utilises en propagation arienne pour deux raisons essentielles: leur frquence est suffisamment leve pour pouvoir convoyer une information code (encombrement spectral de l'information par rapport la frquence porteuse) tout en tant bien adapte au canal frquentiel du milieu arien.

Une antenne peut se voir comme un convertisseur d'ondes lectromagntiques en mission (convertissant les ondes d'un guide dans l'espace libre) ou en rception (convertissant les ondes de l'espace libre dans un guide). Une antenne est donc un lien bijectif des ondes lectromagntiques entre l'espace libre et un guide comme le montre la figure 1.

1 - Source microonde 2 - Ligne de transmission avec ondes guides` 3 - Antenne (ici une antenne cornet) 4 - Espace libre

Figure 1: Schma d'un radiateur d'ondes lectromagntiques - Antenne mettrice

1.2 Rappels thoriques

On dfinit ci-dessous certaines notions fondamentales sur les antennes. Toute antenne peut-tre caractrise par plusieurs paramtres fondamentaux. Les principaux sont:

- le diagramme de rayonnement, - la directivit, - le gain, - la polarisation, - le niveau de polarisation croise,

La bande passante et ladaptation (ROS) sont galement des paramtres importants pour une antenne.

1.2. 1 Le diagramme de rayonnement d'une antenne

On entend par diagramme de rayonnement la rpartition spatiale de la puissance rayonne par un radiateur ou la rpartition spatiale de la puissance rcupre par un capteur (que l'on appelle aussi dans ce cas diagramme de captation). Pour une mme antenne, le diagramme de rayonnement et le diagramme de captation sont supposs identiques: on parle de faon gnrique de diagramme de rayonnement (cette notion sera retenue dans toute la suite du TP). Les mesures de diagramme de rayonnement constituent une tape primordiale dans l'laboration d'une liaison microonde par voie arienne, car elles induisent le choix de l'lment rayonnant suivant l'utilisation dsire. En effet, tout champ rayonn l'infini admet une forme bien dfinie et le rayonnement d'une antenne est fonction de ses caractristiques gomtriques. Pour un radar de surveillance, une antenne faible directivit, donc large diagramme de rayonnement est souhaite (de faon couvrir le maximum d'espace). Par contre pour un radar de poursuite, une antenne forte directivit, donc maximum de prcision dans une zone prcise, est prfrable (de faon pouvoir identifier prcisment l'objet clair). Dans ce cas prcis, les deux types d'antennes sont utiliss simultanment. Le diagramme de rayonnement est obtenu par la mesure du champ lectrique.

Le diagramme de rayonnement d'une antenne est cens tre mesur pour tous les points de l'espace, une distance infinie de l'antenne (sphre de rayon infinie). En pratique, il suffit de se placer en champ lointain, soit une distance r0 donne par la relation suivante:

r0 > 2(dQ + dT)2/ 0 o

dQ est la plus grande dimension de l'antenne source dT est la plus grande dimension de l'antenne mesure 0 est la longueur d'onde dans le vide pour laquelle est effectue la mesure.

La reprsentation du vecteur champ lectrique se fait gnralement en coordonnes sphriques d'aprs ses composantes Er, E et E dans un repre tournant tel que celui prsent sur la figure 2.

Figure 2: Reprsentation du champ dans l'espace

Une mesure de rayonnement s'accompagne donc gnralement d'un schma indiquant de quelle manire est place l'antenne dans le repre tournant lors de la mesure (ce qui vous sera demand tout le long du T.P).

Dans la pratique on ne mesure que trs rarement le diagramme de rayonnement pour tous les points de l'espace. On ne le fait que dans le cas d'antennes gomtrie perturbe, dont les caractristiques sont totalement inconnues. On se contente en fait de mesures effectus dans les deux plans principaux que l'on nomme plan E et plan H. Par dfinition, le plan E constitue le plan o le champ lectrique est maximal. C'est galement le plan colinaire au vecteur champ lectrique sur lantenne, la composante E est alors maximale. Par analogie, le plan H est le plan perpendiculaire o le champ magntique est maximal. Dans ce plan, le vecteur champ lectrique est alors port par E.

1.2.2. La directivit d'une antenne (dans une direction)

On entend par directivit, le rapport (de puissance) entre la puissance mise dans la direction maximum sur toute sa rpartition spatiale. On dira donc qu'une antenne fortement directive admet une faible ouverture de rayonnement, et qu'une antenne faiblement directive admet une large ouverture de rayonnement. On peut aussi considrer la directivit D0 comme le rapport du maximum rayonn dans une direction sur lintensit moyenne rayonne.

1.2.3. Le gain d'une antenne

On entend par gain, le rapport de la puissance mise (par une antenne) dans une direction donne sur le maximum de puissance rayonne par une antenne de rfrence puissance d'alimentation identique. L'antenne isotrope est frquemment prise comme antenne de rfrence: on parle alors de dBi. Souvent, il s'agit aussi de la puissance rayonne dans la direction principale. Remarque: Dans une antenne idale pour laquelle l'efficacit est de 100% (toute la puissance injecte est rayonne) le gain et la directivit seront identiques.

1.2.4. La polarisation d'une antenne

Une autre notion importante est la notion de polarisation. On parle de polarisation linaire lorsque le champ rayonn l'infini conserve une direction constante (rectiligne) au cours du temps, et de polarisation circulaire lorsque l'extrmit du vecteur champ lectrique rayonn l'infini dcrit un cercle en fonction du temps. Un cas intermdiaire que l'on nomme polarisation elliptique peut aussi se produire. Toute onde elliptique peut tre considre comme l'addition vectorielle de deux vecteurs perpendiculaires dphass dans le temps de 90. Ces deux composantes peuvent tre rcupres au moyen d'antennes polarisation linaires. Inversement un champ lectrique polaris linairement peut tre dcompos en deux vecteurs polarisation circulaires contraires.

1.2.5. Le niveau de polarisation croise

Le niveau de polarisation croise est li la qualit de la polarisation d'une antenne. Pour une antenne polarise linairement de haute qualit, le niveau de polarisation croise est trs faible. Par contre, pour une antenne polarise linairement de moindre qualit, le niveau de polarisation croise est trs lev.

En fait, ces cinq paramtres sont lis. Le diagramme de rayonnement, la directivit et le gain sont des notions rattaches au type de rayonnement mis.

1.3 Prparation

Dcrire les antennes que vous allez mesurer en T.P.:

Antenne cornet Diple lmentaire Antenne Yagi-Uda Parabole Hlice

Essayer notamment dexpliciter les valeurs typiques des cinq paramtres fondamentaux pour ces cinq antennes. Pour cela, vous vous aiderez des diffrents cours ainsi que de certains ouvrages de la bibliothque.

2. TRAVAIL DEMANDE

Il s'agit de caractriser l'ensemble des lments rayonnants dont vous disposez et de voir si les mesures recoupent vos prvisions. En fin de TP, on vous demandera pour quelles applications chacune des antennes tudies peut tre utile: liaison de proximit, alarme anti-intrusion, couverture radar, communication entre mobiles etc Vous devrez donc tre capable de choisir une antenne suivant le type de liaison que vous auriez tablir: il va de soit que les radiateurs ou les capteurs d'ondes lectromagntiques choisis peuvent tre semblables ou diffrents suivant le type de liaison recherche. Il est noter que la caractrisation des diffrents lments rayonnants ncessite des mesures rflchies. Il ne s'agit pas de "connectoriser" deux antennes et d'observer le signal transmis. Il s'agit de caractriser par des mesures et des recoupements judicieux chacune des antennes disposition ce qui vous permettra de matriser globalement ltablissement dune liaison microonde par voie arienne. Une tude thorique (assez pousse) est donc ncessaire afin de savoir quelles mesures faire sont judicieuses et quelles mesures le sont moins dans le temps imparti.

3. DESCRIPTION DU MATRIEL A DISPOSITION

3.1 Description gnrale

Une vue globale du matriel disposition est prsente ci-dessous.

Figure 3: Banc de mesure

Afin de rpondre aux questions souleves, vous disposez du matriel de mesure suivant:

Un gnrateur qui fournit une onde lectromagntique de frquence 9,4 GHz et un lment metteur d'ondes lectromagntiques, lensemble constituant la source (partie 1 sur la fig .3).

Un milieu de propagation: la salle de TP. Un systme capteur d'ondes lectromagntiques constituant le systme de rception avec notamment lantenne sous test (partie 2 sur la fig .3).

Une table tournante ou positionneur (partie cylindrique 2 sur la fig .3). Un micro ordinateur qui commande le positionneur et assure le traitement informatique des grandeurs mesures constituant le systme de saisie (partie 3 sur la fig .3).

3.2 Description dtaille

3.2.1 Le systme d'mission

Le dispositif d'mission est constitu de 5 lments:

Un gnrateur fournit la tension ncessaire la polarisation de la diode GUNN. Il fournit aussi le signal de modulation 1 KHz pour le modulateur PIN. Un oscillateur diode GUNN. Si la diode GUNN est correctement polarise, cet oscillateur gnre une puissance microonde.

Un modulateur diode PIN pour alimenter l'antenne d'mission par une onde module par un signal carr (0-1V). Un isolateur qui empche la puissance microonde rflchie par le modulateur PIN d'tre rinjecte dans l'oscillateur GUNN. Une antenne d'mission, que l'on qualifiera d'antenne de rfrence. Il s'agira d'une antenne cornet dans le cas de mesures d'antennes en polarisation linaire ou d'une hlice dans le cas de mesures d'antennes en polarisation circulaire. Remarque: pour pouvoir comparer diffrentes antennes entre elles, la source doit tre identique lors de ces diffrentes mesures.

3.2.2. Le milieu de propagation

Le milieu de propagation est le milieu arien de la salle de TP. Pour une mesure de bonne qualit, le milieu de propagation doit privilgier le trajet direct de l'onde entre les antennes d'mission et de rception, d'o la prsence d'lments absorbants anticho ou anchodes: la mesure ne doit pas tre fausse par l'ajout d'un champ lectrique additionnel qui serait obtenu par des rflexions.

3.2.3. Le systme de rception

Le dispositif de rception est constitu de 2 lments: Llment mesurer ou encore antenne sous test

Le TOSmtre qui permet d'amplifier et de mesurer le signal reu avant son traitement par le micro-ordinateur (via une carte interface d'acquisition).

3.2.4. Le systme de saisie

Le dispositif de saisie est constitu de 3 lments: La table tournante commande par un moteur pas pas l'orientation de l'antenne de rception dans toutes les directions en azimut de -180 +180 et pour un angle d'lvation fixe de 0.

La table tournante est relie au micro-ordinateur par une nappe souple via une carte d'acquisition. Le dispositif informatique est quip dun logiciel qui assure la commande de la table tournante et l'acquisition des mesures.

3.3 Prcautions exprimentales

Ce qui suit constitue une liste de prcautions exprimentales prendre avant chaque manipulation.

3.3.1. Mise en route

L'antenne d'mission et la table tournante doivent tre alignes avec une grande prcision: le centre du plan d'ouverture du cornet mission et l'antenne de rception (centre du plan douverture dans le cas du cornet ou le dtecteur dans le cas du diple lmentaire) doivent tre situs sur une mme droite horizontale une hauteur denviron 35 cm au dessus du plan de la table et une distance d'environ 2m l'une de l'autre. Cette distance permet d'assurer des conditions de mesure en champ lointain (surtout pour les diples et les antennes Yagi). Monter l'antenne source aprs le modulateur PIN (il s'agira de l'une des deux antennes cornets dans le cas dune mesure en polarisation linaire et de l'une des deux antennes hlice dans le cas dune mesure en polarisation circulaire).

Placer l'antenne caractriser sur le mat et emboter ce mat au centre du positionneur. Mettre sous tension le PC, le positionneur, le gnrateur d'alimentation de l'oscillateur GUNN et le TOS mtre: une seule fois au dmarrage pour tous ces lments. Relier la fiche BNC situe au dessus du connecteur de la nappe souple de la table tournante l'entre du TOSmtre par lintermdiaire de deux cables BNC-BCN et un U. Choisir un calibre de faible gain (0, 5 ou 10 dB) pour viter que l'aiguille du cadran ne parte en

bute.

Ci-aprs, une vue rapproche du systme.

Figure 4: Vue rapproche du systme metteur-rcepteur

3.3.2. Procdures exprimentales de base

Mettre le gnrateur hors tension et relier la sortie du gnrateur de l'alimentation de la diode GUNN l'oscillateur GUNN ainsi que le signal de modulation l'entre du modulateur PIN par des cables coaxiaux. Mettre nouveau le gnrateur sous tension et rgler la tension continue tension UG 9. Le gnrateur met une puissance microonde de 20 mW. Avant toute intervention sur le positionneur pour changer d'antenne mission ou rception, ne pas oublier de baisser la tension 0 V. Lancer le programme 'polaire' (sous C>)et choisir l'option 'table tournante pour antenne'. Pour dfinir les paramtres de la mesure Taper F2. Choisir une acquisition pas pas tous les 1 (ce qui correspond une vitesse palier 2) et fixer le courant de polarisation (courant initial ou bias current) au palier 3. Valider et revenir au menu principal. En appuyant sur la touche F3 vrifier que la caractristique choisie pour le dtecteur est quadratique. Si ce n'est pas le cas, choisir cette option et revenir au menu principal. Taper F1 pour commencer une acquisition. Lors de chaque nouvelle mesure vous devrez notamment vrifier dans le fentre principale le niveau de palier du mode de mesure (vitesse ou pas dacquisition en degr) ainsi que le palier du courant de polarisation. On pourra notamment vrifier que la vitesse de mesures et le pas dacquisition en degrs sont lis. Un palier de vitesse 2 correspond une acquisition tous les degrs (on pourra cependant pour certaines mesures que vous spcifierez, rgler ce palier de vitesse 3 soit une acquisition tous les 2 degrs). Il faudra galement avant chaque mesure rgler minutieusement (et manuellement) l'orientation de lantenne sous test sur le positionneur pour avoir un niveau maximum sur le TOS mtre pour le signal dtect. On pourra notamment passer en mode semi-automatique avec un moyennage adquat, taper F1 ce qui correspond lancer la mesure et visualiser le niveau reu sur le PC. On pourra aussi faire tourner, dans ce mode, le positionneur pour tre sur de la valeur du max. Une fois ce maximum trouv et lantenne sous test oriente, rgler le calibre (20/25/30/35 dB) et le gain de l'amplificateur pour avoir le signal maximum 0 dB (proche zone rouge). Lancer une acquisition par F1. On peut contrler le droulement des mesures soit par affichage digital ou graphique (prendre graphique). La mesure s'effectue de -180 +180. A la fin de l'acquisition la table tournante revient dans sa position de repos (-180) dans l'attente d'une nouvelle acquisition.

3.4. Exploitation et analyse des rsultats Une fois les mesures termines, on peut traiter les rsultats en revenant au menu principal. La

touche F7 permet de dfinir les conditions de visualisation: chelle linaire en V ou normalise U/V (conseill), chelle en Dcibel, tableau de mesure, choisir les options diagramme polaire, diagramme cartsien, titre du graphe). La touche F8 permet denregistrer les donnes (opration de la disquette, enregistrement, sauvegarder les donnes ainsi que multigraphe si les chelles denregistrement taient les mmes). Revenir au menu principal et taper F6 pour visualiser les rsultats: taper sur ImpEcran permettra dimprimer. Un curseur pourra tre positionn sur la courbe (F4 puis + ou pour faire apparatre ses coordonnes) et permettra de relever les points caractristiques fondamentaux des diagrammes (le tableau de mesure aussi).

4. TRAVAIL EXPRIMENTAL

4.1 Caractristique de la diode GUNN

La caractristique de la diode GUNN permet de dterminer la rgion dans laquelle la diode gnre une puissance microonde. Rgler la tension UG 0 V. Pour chaque valeur de la tension UG, lire le courant d'alimentation de la diode en basculant le commutateur courant tension sur la position courant. Faire varier UG de 0 10 V par pas de 1V et relever la valeur du courant IG correspondant. Reporter les rsultats sur un graphe IG=f(UG). Commenter le graphe obtenu et notamment la zone propice la cration doscillations.

4.2 Antenne cornet

L'antenne cornet (1) est l'antenne source la plus souvent utilise. Elle a l'avantage d'tre fiable, mais trs encombrante et lourde. Cette antenne va nous servir de source de rfrence. Afin de connatre son comportement, on monte en mission aprs le modulateur PIN ((3) figure 6) l'un des cornets et sur la table un autre cornet identique en rception.

Figure 5: Cornet mont la rception Figure 6: Cornet mont l'mission

Pour caractriser cette antenne, quatre mesures sont ncessaires.

Mesure 1: Les polarisations sont colinaires pour les deux antennes, c'est donc la composante principale que l'on mesure. Le plan de rotation contient cette composante, c'est donc la composante E que l'on mesure (Figure 7).

Rception Emission

Figure 7

Mesure 2: Tourner d'un quart de tour l'antenne source. Le champ l'mission et la rception sont perpendiculaires c'est donc une composante croise qui est mesure. Le plan de rotation est perpendiculaire cette composante, c'est donc la composante E que l'on mesure. Ne pas toucher au calibre et au gain de lamplificateur.

Figure 8

Mesure 3: Tourner d'un quart de tour l'antenne de rception. Les polarisations sont nouveau colinaires pour les deux antennes, c'est donc une composante principale que l'on mesure. Le plan de rotation est perpendiculaire cette composante, c'est donc la composante E que l'on mesure.

Figure 9

Mesure 4: Tourner nouveau l'antenne d'mission d'un quart de tour. Le champ l'mission et la rception sont perpendiculaires c'est donc une composante croise qui est mesure. Le plan de rotation est colinaire cette composante, c'est donc la composante E que l'on mesure.

Figure 10

Donner notamment vos commentaires et les grandeurs: amplitude max, angle douverture 2 3dB, le calibre TOSmtre pour chaque courbe.

A partir des mesures, dire quel est le plan E et quel est le plan H pour une antenne cornet.

Donnez un moyen simple pour exprimer le niveau de polarisation croise en dB dans laxe du cornet partir des mesures en V du niveau de la polarisation principale et du niveau de la polarisation croise. Application numrique.

Conclusion sur lantenne cornet

4.3 Antenne diple lmentaire Il s'agit maintenant de caractriser un diple lmentaire en rayonnement. Conserver pour cela l'antenne source de rfrence qui est le cornet. Enlever lantenne cornet en rception avec son cable et sa tige de fer (appeler lenseignant si besoin). Monter le diple lmentaire au bout de son mt et connecter le cble BNC la table tournante. On notera que le diple possde une diode de dtection intgre en son centre.

Figure 11 Figure12

Pour cette antenne, quatre mesures devraient nouveau tre ncessaires pour balayer les deux plans principaux en polarisation principale et croise mais compte tenu de la symtrie de rvolution, seules deux mesures faisant intervenir une rotation d'un quart de tour du cornet source sont ncessaires. Effectuer ces deux mesures en vous reportant aux recommandations de mesures et enregistrer lacquisitions qui vous semble la plus judicieuse dans un fichier nomm DIPELEM1. Ne pas oublier de spcifier le calibre du TOSmtre et de bien positionner le maximum de rayonnement dans laxe pour ne pas dcentrer le lobe principal. Il sera galement judicieux de faire apparatre lorientation du diple sur vos graphes. A la vue des mesures dterminer le plan E et le plan H. Ne plus faire les mesures dans l'un de ces plans par la suite si les valeurs releves sont presque nulles. Faire ensuite les mesures pour des diples de dimensions de plus en plus grandes en utilisant les rajouts (4) (5) et (6) de la figure 11. On effectuera les montages avec une extrme prcaution (appeler lenseignant si besoin) et on vitera que laiguille du calibre de lamplificateur parte en bute (rflchir avant de connecter). Comparer ensuite aux allures thoriques de la figure 13.

Figure 13: Diagramme de rayonnement du diple en fonction de sa longueur Ces allures sont donnes par les relations suivantes. Le courant sur les conducteurs est donn par: I(z)= -j I0 sin (h-z). A partir de cette relation on obtient le champ rayonn l'infini par: E= 60 I0 [cos (kh cos)-cos (kh)]/(r sin ) o k=2/0, I0 courant max sur l'antenne, r distance du point d'observation l'antenne. Conclusion sur les diples. Donner la longueur thorique (en multiples de , f=9.4 GHz) de tous les diples que vous avez mesurs ( la vue de la figure 13). Comparez avec la longueur relle de ceux-ci ( mesurer).

4.4 Antenne diple capacitivement charg

Une antenne doit tre adapte l'oscillateur qui cre l'onde lectromagntique qui va se propager, dans le cas d'une mission, et sa charge dans le cas d'une utilisation en rception.

Pour cette raison il est trs important de connatre l'impdance d'entre de l'antenne Ze. Celle ci pour un diple parfait (infiniment fin et conducteur) de longueur 0/2 est une impdance complexe qui vaut Ze = (73 + j42) . La partie imaginaire peut tre limine en choisissant une longueur lgrement plus courte que 0/2. Le diple opre ainsi sur son premier mode de rsonance avec une impdance qui devient relle. La longueur l peut tre choisie entre 0,44 et 0,48 0 selon le rapport s = l/d longueur du diple sur diamtre du conducteur. La relation empirique suivante est gnralement utilise:

l = 0,48 . s/(s+1)

La rsistance d'entre est alors gale 67 .

La bande passante en frquence d'un diple dpend de ce paramtre s, c'est pourquoi les diples pais ont une bande passante suprieure.

Un autre paramtre qu'il faut prendre en compte est le fait que la puissance rayonne par un diple dpend de sa longueur. Ainsi le rayonnement d'un diple trs court (doublet de Hertz) est trs faible devant celui d'un diple en 0/2 ou mme 0. Ceci ne pose pas trop de problme en transmission radiophonique FM ou AM (calculer les dimensions pour les bandes de frquence considres), mais donne par contre des dimensions normes pour la transmission en moyenne ou grandes ondes. Ces considrations sont aussi vraies en hyperfrquence dans certaines applications ou l'on recherche gnralement les antennes les plus miniatures possibles.

La solution ces problmes est l'adjonction d'une charge capacitive l'antenne. Ceci est ralis par l'ajout aux extrmits du diple d'un plateau circulaire (figure 14 ). Une surface obtenue partir d'un diamtre D permet de raccourcir l'antenne d'une longueur h partir du moment o le plateau permet de conserver la forme gnrale du courant I sur le diple.

Figure 14

Implanter sur le monopole de base les deux plateaux capacitifs et mesurer le diagramme de rayonnement.

A la vue du diagramme obtenu donner une approximation pour la longueur quivalente de l'antenne.

Comparer la longueur physique du diple

Conclusion

4.5 Antenne Yagi L'antenne Yagi, communment appele antenne rteau, est l'antenne la plus connue du grand public car elle quipe la plupart des foyers pour la rception de la tlvision. Dans l'antenne Yagi un seul brin est aliment: c'est un diple. Les autres brins sont dits coupls ou parasites : ils ne sont pas relis physiquement au diple mais sont excits partir de son rayonnement. L'ajout d'lments parasites dans le champ proche du diple permet de modifier la forme du diagramme de rayonnement mais ils influencent aussi son impdance d'entre. En choisissant convenablement la taille des brins parasites, on peut conformer (modifier) le diagramme de rayonnement (figure 15). Derrire le diple nous avons toujours un brin plus long qui va rflchir la puissance rayonne l'arrire, vers la direction principale avant de propagation: ce brin est appel rflecteur. A l'avant de l'antenne, nous avons des brins plus courts qui vont concentrer la puissance vers l'avant: les directeurs. Un grand nombre de directeurs permet une augmentation de la directivit de lantenne.

Figure 15: Influence des lments parasites Figure 16: Elments utiliser pour former la Yagi Le calcul de la dimension et de la disposition

des brins passe par la dtermination des courants la surface de ces derniers. Ce calcul est assez fastidieux mais il existe dsormais des abaques qui permettent de raliser directement des antennes Yagi pour une application donne. L'impdance d'entre du diple de base est donc fortement altre par la prsence de brins parasites. Du fait de la prsence de plusieurs rsonateurs, le systme devient plus amorti et l'impdance diminue. Pour retrouver une valeur correcte pour l'adaptation, un lment de valeur initiale d'impdance plus lev est alors choisi. Le choix se porte sur le diple repli (figure 17 ), utilis actuellement sur nos antennes de tlvision. Ce diple repli peut possder un ou n brins. L'impdance est multiplie par n2.

Figure17 : Diple repli En utilisant un diple repli 2 lments, l'impdance d'entre d'une antenne Yagi 6 lments passe de 20 80 soit a peu prs l'impdance caractristique des cbles TV standards (75). Des diples replis conducteurs de diamtres (ou d'paisseurs de manire plus gnrale) diffrents s'cartent de la loi en n2. A partir du diple, insrer avec une extrme prcaution un petit brin directeur (figure 16 cas 3). Mesurer lantenne, donner langle douverture -3dB, reprsenter lorientation du diple sur le graphe. Commentaires. Mmes questions avec lantenne le cas 4 (attention au calibre). Est-ce que lon est plus directif ? Pourquoi ? Mmes questions avec lantenne Yagi complte figure 16 cas 5. En partant dune mesure dans laxe (du max) de ce dernier cas, fixez un calibre et un gain que vous ne changerez pas, re-mesurez (dans laxe) toutes les autres antennes et donnez le rapport des directivits en dB en prenant comme rfrence celle de lantenne Yagi. Conclusion.

4.6. Antenne parabolique

Lorsque l'on dsire obtenir une certaine directivit un grand gain au moyen d'un faisceau focalis, une onde plane doit tre prsente dans l'ouverture d'mission de lantenne. Lorsque le front d'onde est curviligne la dispersion cre rapidement une diminution de la directivit et du gain de l'antenne associe. En premire approximation, la figure suivante peut tre utilise pour valuer la distribution de phase d'un champ rayonn par un cornet.

Figure 18 : Cornet en coupe

On peut baser nos calculs sur un front d'onde peu prs plan si a

Les antennes paraboliques sont gnralement excites par des cornets eux-mmes relis des guides dondes ou ventuellement par des diples en /2 avec de petits rflecteurs. Il est important que le rflecteur soit illumin de la manire la plus uniforme possible et que cette illumination tende rapidement vers 0 lapproche du primtre du rflecteur afin de diminuer la diffraction par les arrtes de la parabole. Lorsque l'antenne opre en rception, cette diffraction augmente le bruit et dgrade la qualit de la transmission ce qui est particulirement crucial dans le cas dune liaison par satellite. Une partie de l'nergie rayonne par la source primaire peut aussi l'tre vers l'arrire et peut interfrer de manire destructive avec l'onde plane gnre par le rflecteur. Ce rayonnement arrire peut tre minimis par le choix judicieux de l'lment rayonnant ou en disposant un sous rflecteur l'arrire de la source. Le gain de la parabole dpend des facteurs suivants:

Le "gain" de l'lment rayonnant source Le rapport de la distance focale sur le diamtre du rflecteur: f/D

Ces critres amnent parfois de grandes dimensions. Afin de gagner en encombrement, une antenne de type Cassegrain (figure 19 c) peut tre utilise. La distance focale effective devient alors f= f1/f2 F.

L'antenne parabolique offset est quant elle utilise pour diminuer leffet de masquage de la source primaire cause par la rflexion des ondes sur elle-mme (et donc la rinjection d'une partie de l'nergie mise par le rflecteur sur lui mme).

La mesure de l'ouverture angulaire -3 dB dpend du choix de la source primaire et de sa position. La relation suivante peut cependant tre considre comme exacte pour la plupart des cas:

BW()=2 = 70 0/D

La dfinition de la surface effective d'une antenne est valide pour la plupart des antennes et ne se limite pas au cas des antennes rflecteurs. La surface effective est la surface travers laquelle une onde plane homogne de densit de puissance S transporte exactement la puissance reue par l'antenne Pr. Il existe alors une relation directe entre l'aire effective Aeff et le gain G de l'antenne:

Aeff = 02/4 . G

Comme la source n'illumine pas le rflecteur de manire parfaite, l'aire effective Aeff est considrablement plus faible que l'aire de l'ouverture quivalente A. Le quotient entre ces deux valeurs est not r et dans le cas de rflecteurs paraboliques, on a 0,5

4.7 Antenne hlicodale

L'antenne hlice est l'une des plus simple de toutes les antennes polarisation circulaire. L'analogie avec une vis en mcanique est immdiate. La polarisation circulaire mise ou reue par une telle antenne a exactement le mme sens que le sens de la spirale de l'ellipse. L'antenne hlice se compose d'un fil conducteur enroul en spirale, gnralement aliment par un cble coaxial. Cette antenne possde gnralement aussi un rflecteur de forme circulaire pour respecter la symtrie de rvolution. L'me centrale du coaxial est connecte l'hlice tandis que le cable extrieur est connect au rflecteur. Les dimensions de cette antenne sont dfinies de la manire suivante.

n est le nombre de tours de l'hlice D est le diamtre de l'hlice S est le pas entre les diffrents tours l=nS est la longueur totale de l'hlice l0 est la longueur d'un tour Ln =n l0=n.(S2+C2)1/2 C = .D

Les antennes en hlice peuvent rayonner dans des modes varis. En pratique, seul le mode normal rayonnement latral et le mode axial (end-fire) sont exploits. De part sa popularit, nous n'utiliserons ici que le mode end-fire, qui rayonne ou reoit un maximum denergie dans la direction axiale de l'antenne.

Pour pouvoir exciter ce mode, la circonfrence de la spirale doit tre dans un rapport 3/4