[PDF] Antennes 07-Apr-2016 Exercice : `a

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Antennes

J.-M Friedt

Plan

Bilan de liaison

Dip^ole

Maxwell

Au-dela du dip^ole

Combinaison de

dip^oles { polar.

Guide d'onde

Reseaux

d'antennes

Ouverture

synthetique

Principe de

reciprociteAntennes

J.-M Friedt

FEMTO-ST/departement temps-frequence

jmfriedt@femto-st.fr transparents ajmfriedt.free.fr

7 avril 2016

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Principe de

reciprociteObjectif de cette presentation S'approprier quelques concepts sur les liaisons sur porteuse radiofrequence, et sur l'element qui convertit le signal electrique en signal electromagnetique1Pourquoi une liaison radiofrequence? multiplexer le spectre et rendre le signal dans un format plus approprie pour sa transmission par faisceau electromagnetique2Bilan de liaison { equation de Friis

3De la ligne de transmission au dip^ole et au monop^ole

4Diagramme de rayonnement { aspects experimentaux et simulation

(NEC2)5Autres antennes { polarisation et combinaison de dip^oles, patch, parabole, cornet, active6Guide d'onde et frequence de coupure (diriger le faisceau)

7Reseaux d'antennes { diagramme de rayonnement d'elements

rayonnants dephases, et antenne a ouverture synthetique (RADAR) 2/54

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Principe de

reciprociteLiaison radiofrequence remplacer le l par une onde electromagnetique =c=f)[m] = 300=f[MHz] VLF pour penetrer dans des milieux conducteurs/tres longue portee

VHF-UHF : 30-1000 MHz

SHF (2400 MHz))= 12;5 cm

diverses porteuses pour multiplexer le spectre radiofrequence et transmettre diverses informations sur diverses bandes spectralessous-marinsFM continents trans-AMcommercialesatellites aviation & ISM 434

MHzGSMGPS

ISM 2450
MHz

RFID animaux

RFID HF

RFID UHF

fpuissance La frequence de porteuse n'a pas d'importance,seule la bande passante denit la quantite d'information echangee. 3/54

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Principe de

reciprocitePorteuse et modulation Le morse : presence (1) ou absence (0) de porteuse transposition en frequence du telegraphe peu robuste au bruit nomme dans la litterature OOK (On-O Keying) evolution vers ASK (Amplitude Shift Keying), FSK (Frequency Shift Keying), PSK (Phase Shift Keying)... pour les transmissions numeriques Question: comment transposer un signal dans une bande de frequence adequate a l'application envisagee?RF informationinformation RF 4/54

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Ouverture

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Principe de

reciprociteModulation et demodulation la porteuse fournit une reference de temps pour synchroniser les deux interlocuteurs un signal RF est caracterise par 3 grandeurs (amplitude, frequence, phase) qu'on peut faire varier pour transporter une information un oscillateur local reproduit la porteuse, qu'il faut identier pour l'eliminer et extraire le signal (modulation)porteuse de la porteuse copie locale informationinformation ? Seul un mecanismenon-lineaire(multiplication) permet de sommer des frequences. 5/54

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Principe de

reciprociteBilan de liaison une puissance radiofrequence (electrique) est rayonnee, soit de facon isotrope soit de facon directive avec un gain d'antenneG1:PEG1 cette puissance se repartit sur une sphere centree sur l'emetteur : en cas isotrope, la surface de cette sphere est, a distanced, 4d2 siG1>1, alors seule la fraction 4d2=G1est illuminee cette sphere intersecte un recepteur qui detecteur sur une sphere de

4steradians une surface caracteristiques de2

ce recepteur presente eventuellement un gain de receptionG2 P RP

E=G1G24d

2 : equation de Friis

Application numerique :1un satellite NOAA POES

1emet 5 W (37 dBm) a 137 MHz avec un

gain de 3 dBi et orbite a 870 km2FSPL= 134 dB)PR=95 dBm3DVB-T : limite de detection autour de -110 dBm (10 dB SNR)

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Principe de

reciprociteBilan de liaison une puissance radiofrequence (electrique) est rayonnee, soit de facon isotrope soit de facon directive avec un gain d'antenneG1:PEG1 cette puissance se repartit sur une sphere centree sur l'emetteur : en cas isotrope, la surface de cette sphere est, a distanced, 4d2 siG1>1, alors seule la fraction 4d2=G1est illuminee cette sphere intersecte un recepteur qui detecteur sur une sphere de

4steradians une surface caracteristiques de2

ce recepteur presente eventuellement un gain de receptionG2 P RP

E=G1G24d

2 : equation de Friis

Application numerique :1un satellite IRIDIUM

1emet 12 W (11 dBW) EIRP a 1620 MHz et

orbite a 780 km2FSPL= 154 dB)PR=143 dBm(+27 dB ampli ant.=-116 dBm)3DVB-T : limite de detection autour de -95 dBm (10 dB SNR)

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Principe de

reciprociteBilan de liaison (sol) re exions/chemins multiples (interferences destructives,fading) zone de Fresnel (zone au-dela de laquelle les re exions multiples interferent) r=qnd1d2d

1+d2,n2N(n= 2pinterference constructive,n= 2p+ 1

interference destructive) r4,2 mplot(-sqrt(lambda*d1.*d2./(d1+d2))); plot(sqrt(lambda*d1.*d2./(d1+d2)));hold onlambda=0.7;d1=[0:100];d2=100-d1;

0 20 40 60 80 100-2002040

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Principe de

reciprociteBilan de liaison (sol) re exions/chemins multiples (interferences destructives,fading) zone de Fresnel (zone au-dela de laquelle les re exions multiples interferent) r=qnd1d2d

1+d2,n2N(n= 2pinterference constructive,n= 2p+ 1

interference destructive) rAntennes

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Principe de

reciprociteQuelques idees sur le dip^ole

De la ligne de transmission au dip^ole

2=2 dipoleligne de transmission I =2 I=I0I 0

Les lignes de champ s'annulent

dans la ligne de transmission

Les lignes de champ se

somment dans l'element rayonnant

Courant maximum au point

d'alimentation (feed) et nul aux extremites

Brins de longueur=4 pour

donner un dip^ole (longueur : =2)

Polarisation rectiligne

Z= 73 +j42;5

2. C.A. Balanis,Antenna Theory, Analysis and Design, 3rd Ed., Wiley Interscience

(2005) 10/54

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Principe de

reciprociteLe dip^ole Le dip^oleest a la base de presque tous les elements rayonnant : diagramme de rayonnement du dip^ole seul la Yagi est un dip^ole dont le rayonnement est oriente par un reseau au foyer d'une parabole polarisation circulaire : les dip^oles croises et dephases.

Le monop^ole

3-1 -0.5 0 0.5 1

-1-0.500.51 +Q conducteur -1 -0.5 0 0.5 1 -1-0.500.51 -Q+Q +Q +Q -Q-Q +Q+Q

3. J.D. Kraus & K.R. Carver,Electromagnetics, McGraw-Hill (1981), p.29511/54

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Principe de

reciprociteLe dip^ole Le dip^oleest a la base de presque tous les elements rayonnant : diagramme de rayonnement du dip^ole seul la Yagi est un dip^ole dont le rayonnement est oriente par un reseau au foyer d'une parabole polarisation circulaire : les dip^oles croises et dephases.

Le monop^ole

Principe des charges miroirs : un element rayonnant place au dessus d'un plan metallique est equivalent a un element rayonnant + sa copie par symetrie p.r au plan metallique monop^ole = element rayonnant vertical au dessus d'un plan de masses charges miroir transforme monop^ole + plan de masse en dip^ole element rayonnant dans les cornets 12/54

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Ouverture

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Principe de

reciprociteCalcul du diagramme de rayonnement du dip^ole Toute la theorie des antennes se deduit des equations de Maxwell 3

8>>>><

r ^~E=@~Bdt ~r ~B= 0 r ^~B=~j+"@~Edt ~r ~E= pour une distribution de chargeset de courants~jqui verient par conservation de la charge~r ~j+@@t= 0

En regime periodique de pulsation!

8>>>< r ^~E=j!~B ~r ~B= 0 r ^~B=~j+j!"~E ~r ~E= et ~r ~j+j!= 03.https://epfl.wikispaces.com/file/view/REA_Polycop_0708.pdf13/54

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Principe de

reciprociteCalcul du diagramme de rayonnement du dip^ole Toute la theorie des antennes se deduit des equations de Maxwell 3 rappel 0 x y z1 A 0 @E x E y E z1 A =@Ex@x+@Ey@y+@Ez@z pour une distribution de chargeset de courants~jqui verient par conservation de la charge~r ~j+@@t= 0

En regime periodique de pulsation!

8>>>< r ^~E=j!~B ~r ~B= 0 r ^~B=~j+j!"~E ~r ~E= et ~r ~j+j!= 03.https://epfl.wikispaces.com/file/view/REA_Polycop_0708.pdf14/54

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Principe de

reciprociteCalcul du diagramme de rayonnement du dip^ole Toute la theorie des antennes se deduit des equations de Maxwell 3 rappel 0 x y z1 A ^0 @E x E y E z1 A =0 @@Ez=@y@Ey=@zquotesdbs_dbs12.pdfusesText_18

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