الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

وزارة التعليم العالي والبحث العلمي

MINISTERE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA

RECHERCHE SCIENTIFIQUE

عنابة-جامعة باجي مختار

UNIVERSITE BADJI MOKHTAR-ANNABA

كلية علوم الهندسة

FACULTE SCIENCES DE L’INGENIORAT

PETIT INFORMATION CONCERNANT

PAR :

BAIRI MOHAMED YAZID

&

Dia babacar ANNABA LE : 2014/02/17 : عنابة في

Le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant à une onde ou particule il

désigne le rayonnement, ce phénomène naturelle et plus largement il disponible sans sentir la

existence ou nature ou comment propager, donc il obliger de définir ça

Rayonnement : Ce phénomène de vibration sous forme d'ondes ou de petites particules de

matière qui a de nombreuses formes, telles que deux types des Rayonnement

Rayonnements particulaires : lier au type de particule qu'ils transportent. Il peut s'agir de

rayonnement ionisants par exemple (rayon X et rayon gamma, neutrons, de protons,

d'électrons, de positons ou de particules alpha etc.) Ou rayonnements non ionisants par

exemple(les micro-ondes , la chaleur ou la lumière visible etc.)

Rayonnements ondulatoires : comme rayonnement sonore (acoustique) ou les vagues de

l'eau, qui correspondent à la propagation d'énergie sous la forme d'une onde par fluide,

ici mécanique.

Remarque : L’onde transporte l'énergie sans transporter de matière

Découverte :

Le rayonnement électromagnétique de longueurs d'onde comme la lumière a été découvert

au début du 19e siècle. La découverte du rayonnement infrarouge est attribuée à William

Herschel, astronome. Herschel publie ses résultats en 1800 devant la Société royale de

Londres.

Herschel, comme Ritter, utilisé un prisme à réfracter la lumière du Soleil et détecté dans

l'infrarouge (au-delà de la partie rouge du spectre), par une augmentation de la température

enregistrée par un thermomètre.

En 1801, le physicien allemand Johann Wilhelm Ritter a fait la découverte du rayonnement

ultraviolet en notant que les rayons d'un prisme assombris (préparations de chlorure d'argent)

plus vite que la lumière violette. Les expériences de Ritter étaient l'un des précurseurs de ce

qui allait devenir la photographie. Ritter noté que les rayons ultraviolets sont capables de

provoquer des réactions chimiques.

Les premières vagues de radio détectées ne sont pas d'une source naturelle, mais ont été

produites intentionnellement et artificiellement par le savant allemand Heinrich Hertz en

1887, en utilisant des circuits électriques propres à produire des oscillations dans la gamme

de fréquences de la radio, à la suite des formules proposées par les équations de James Clark

Maxwell.

Wilhelm Röntgen a découvert et nommé les radiographies. En expérimentant avec des

tensions élevées appliquée sur le tube vide dans les 8 Novembre en 1895, a remarqué un

éclair sur la plaque près de la vitre enduits. Dans un mois, il a découvert les principales

caractéristiques des rayons X que nous connaissons à ce jour.

En 1896, Henri Becquerel a trouvé que les rayons émanant de certains minéraux ont pénétré

papier noir et provoqué la Vapeur sur une plaque photographique vierge. Son doctorant Marie

Curie a découvert que seulement certains éléments chimiques ont dégagé ces rayons

d'énergie. Elle a nommé ce comportement radioactivité.

Les rayons alpha (particules alpha) et les rayons bêta (particules bêta) ont été distinguent par

Ernest Rutherford par simple expérimentation en 1899. Rutherford a utilisé une source

radioactive de (pechblende générique) et déterminé que les rayons produits par la source ont

pénétrations différentes dans les matériaux, Un type à vide et courts pénétration (elle a été

arrêtée par le papier) et une charge positive, qui Rutherford nommé rayons alpha. L'autre a

été plus pénétrante (pouvoir exposer film à travers le papier, mais pas en métal) et ont eu une

charge négative, et ce type Rutherford nommé bêta, Il s'agissait du rayonnement qui avait été

d'abord détecté par Becquerel de sels d'uranium.

En 1900, le scientifique français Paul Villard a découvert une troisième charge neutre et en

particulier pénétrante de radiation du radium, et après il l'a décrit, Rutherford a réalisé qu'il

doit être encore un troisième type de rayonnement, qui, en 1903, Rutherford nommé rayons

gamma

Henri Becquerel ses preuves que les rayons bêta sont des électrons rapides, alors que

Rutherford et Thomas Royds prouvé en 1909 que les particules alpha sont l'hélium ionisé.

Rutherford et Edward Andrade prouvé en 1914 que les rayons gamma sont comme les rayons

X, mais avec des longueurs d'onde plus courtes

Radiations de rayons cosmiques frappant la Terre depuis l'espace ont finalement été

définitivement reconnues et prouvées d'exister en 1912, tant savant Victor Hess réalisé un

électromètre à altitudes variées dans un vol de ballon libre. La nature de ces des

rayonnements a été comprendre que lentement au cours des années ultérieures.

Le rayonnement neutronique a été découvert avec le neutron par Chadwick, en 1932. Un

certain nombre d'autres rayonnements de particules de haute énergie tels que les positrons,

muons et pions ont été découverts par l'examen de la chambre de nuage de réactions des

rayons cosmiques peu après, et les types de rayonnement de particules d'autres ont été

produits artificiellement dans les accélérateurs de particules, grâce à la dernière moitié du

XXe siècle .

Quelque Exemple de rayonnement :

Rayonnement particulaire

Rayonnement électromagnétique

Rayonnement ionisant | Rayonnement non-ionisant

Rayon gamma

Rayon X , α, β, etc.

Rayon cosmique

Son (physique)

Fond diffus cosmologique

Rayonnement continu de freinage (Bremsstrahlung)

Rayonnement thermique, mode de transfert thermique. Voir aussi Corps noir

Rayonnement synchrotron

Transition matière-rayonnement

Transfert de rayonnement

Rayonnement solaire

Pression de radiation

Rayonnement photo synthétiquement actif

Généralement à télécommunication on parle rayonnement électromagnétique, peut être

considéré comme un flux de photons ou comme la propagation d'une onde

électromagnétique.

Le rayonnement électromagnétique :

Pour que l'énergie puisse passer à l'antenne de la source vers l'espace libre et de l’espace libre

vers l'antenne de récepteur avec un rendement optimal, il faut étudier un phénomène

permettant ce transfert. Ce phénomène aura pour rôle de déplace une quantité d’énergie de

signal généré par la source vers le capteur en réception. Il s'agit de « rayonnement »

Le rayonnement électromagnétique (EM de rayonnement ou EMR) désigne les phénomènes

fondamentaux de l'électromagnétisme une forme de transfert d'énergie la propagation et

voyager dans l'espace par des particules d'onde des photons, ou plusieurs particules,

transportant l'énergie rayonnante. Dans le vide, elle se propage à une vitesse caractéristique,

la vitesse de la lumière C= 299 792 458 m/s, généralement en ligne droite. Elle a les deux

composantes de champ électrique et magnétique, qui oscillent dans une relation fixe les unes

aux autres, perpendiculaires entre elles et perpendiculaires à la direction de l'énergie et de la

propagation des ondes. DME est émise et absorbée par des particules chargées. donne lieu à

de nombreux phénomènes comme l'atténuation, l'absorption, la diffraction et la réfraction, le

décalage vers le rouge, les interférences, les échos, les parasites électromagnétiques et les

effets biologiques.

DME est caractérisé par la fréquence ou la longueur d'onde de son onde. Le spectre

électromagnétique, par ordre croissant de fréquence et longueur d'onde décroissante, se

compose d'ondes radio, micro-ondes, rayonnement infrarouge, la lumière visible, le

rayonnement ultraviolet, les rayons X et les rayons gamma.

Pm=10-12m

E(Hz)=1018(Hz)

P(Hz)=1015(Hz)

T(Hz)=1012(Hz)

G(Hz)=109(Hz)

nm =10-9m

Le rayonnement obéissant à la loi de Radio diffraction il oblige de définir et rappel à

équations suivante :

En coordonnées cartésiennes tridimensionnelles, la position

d'un point P est donnée par les distances x, y et z.

𝑂𝑃 = 𝑥ⅈ + 𝑦𝑗 + 𝑧𝑘

Un point repéré en coordonnées sphériques (mathématiques

système mixte)

𝑜𝑝 = 𝜌𝑒𝜌 + 𝜑𝑒𝜑 + 𝜃𝑒𝜃

gradaine vectoraile : grad f= 𝜕𝑓

𝜕𝑥𝑖 +

𝜕𝑓

𝜕𝑦𝑗 +

𝜕𝑓

𝜕𝑧

la platione scalaire :∆f=𝜕2f

𝜕x2+𝜕2f

𝜕y2+𝜕2f

𝜕z2

la divergence :div 𝐴 =𝜕𝐴𝑥

𝜕𝑥+𝜕𝐴𝑦

𝜕𝑦+𝜕𝐴𝑧

𝜕𝑧

la rotationale : 𝑟𝑜𝑡 =

𝑖 𝑗 𝜕

𝜕𝑥

𝜕

𝜕𝑦

𝜕

𝜕𝑧

𝐴𝑥 𝐴𝑦 𝐴𝑧

=(𝜕𝐴𝑧

𝜕𝑦-𝜕𝐴𝑦

𝜕𝑧) 𝑖 +(

𝜕𝐴𝑥

𝜕𝑧-𝜕𝐴𝑧

𝜕𝑥) 𝑗 +(

𝜕𝐴𝑦

𝜕𝑥-𝜕𝐴𝑥

𝜕𝑦)

rolation entre les operateurs :

grad (a + b)= grad a+ grad b

grad( 𝑎. 𝑏)=b. grad a+a. grad b

𝑟𝑜𝑡 𝑟𝑜𝑡 =grad (div𝐴) -∆ 𝐴

div(𝑎→ Λ

𝑏→)=

𝑏→ 𝑟𝑜𝑡

𝑎→-

𝑎→ 𝑟𝑜𝑡

𝑏→

div(𝑓.𝑏→)=fdiv

𝑎→+

𝑎→ grad 𝑓

div(grad f)=∆𝑓

div(𝑟𝑜𝑡 )=0

∆𝑑𝑖𝑣 =div(∆ . )

𝑟𝑜𝑡 (grad f)=0

Les variations des champs électriques et magnétiques sont liées par les équations de Maxwell :

𝑟𝑜𝑡 = - 𝜕

𝜕𝑡 𝑟𝑜𝑡 =𝐽 +

𝜕

𝜕𝑡 = 휀 =𝜇 𝐽 = 𝛿

div =𝜌 div =0

:champ éléctrique : champ magnétique

:induction éléctrique :induction magnétique

𝜌 :densité de charge électrostatique 휀:permittivité

𝐽 :courant électrique 𝜇:perméabilité 𝛿:conductivite 𝜕𝜌

𝜕𝑦+div𝐽 =0 conservation de électricité

Équations générale de propagation de :

∆ - 𝜇 𝛿 𝜕

𝜕𝑡- 𝜇 휀

𝜕2

𝜕t2-grad (

𝜌 )= 0

Équations générale de propagation de :

∆ +𝑟𝑜𝑡 𝐽 - 𝜇 휀 𝜕2

𝜕t2=0 𝜇 휀C2=1 𝜇 =4π×10−7 [H/m] 휀 = (1/36)*10-9[F/m]

C≈3*108[m/s] 𝑆 : vecteur de poynting 𝑆 = Λ 𝜔

𝐶=

2𝜋

𝛾= 𝐾 : vecteur de d’onde

Z0 :impédance caractéristique de videZ0=E0

H0 =µ0C = 𝜇0

√𝜇0 0 =√

𝜇0

ε0 =120𝜋(Ω)=376.991118430775(Ω)

=𝑟𝑜𝑡 𝐴 , + 𝜕𝐴

𝜕𝑡=-𝑔𝑟𝑎𝑑 v , V=

𝜌𝜕휁

4𝜋 휁 , Ӏ =𝜔jQ=𝜔Q𝑒jπ/2 , q=Q𝑒j𝜔𝑡

∆ 𝐴 +𝜇𝐽 -휀𝜇𝜕2

𝜕t2=0 ∆𝑣 +

𝜌- 휀𝜇

𝜕2𝑣

𝜕t2=0 , div𝐴 + 휀𝜇

𝜕𝑣

𝜕t=0

𝐴 =𝜇 Ӏ 𝜕𝑙

4𝜋𝑒j(𝜔𝑡−

𝑣) 𝑒 3 , 𝑣 =Ӏ𝜕𝑙 cos𝜃

j𝜔휀4𝜋[12+j𝑘

] 𝑒j(𝜔𝑡− 𝑟)

Expérience d’Hertz :

Le 15 mars 1888, Heinrich Rudolf Hertz dans l'Université supérieure des techniques de la

Cité Rhénane de Karlsruhe. Fait jaillir un Arc électrique entre deux sphères de laiton d’une

antenne dipôle. Simultanément à quelques mètres un Arc électrique prend naissance dans la

coupure d'une spire métallique. Les oscillations du Rayonnement électromagnétique sont

induites à distance. Il mit en évidence Les ondes électromagnétiques produites par James Clark

Maxwell dans la décennie précédente. Elle permit de confirmer la théorie de

l'électromagnétisme de Maxwell (Équations de Maxwell publiées en 1873). L'émetteur est un

circuit LC oscillant au-delà de la limite de claquage et produisant une série d'arcs électriques ;

le récepteur est une boucle dont les extrémités sont séparées par un petit interstice. L'émission

d'ondes électromagnétiques (dans le domaine radio) induit un courant électrique et tension

dans le un petit interstice antenne/fil de terre sure la boucle réceptrice qui se traduit par des

arcs électriques. La polarisation de l'onde électromagnétique est mise en évidence par

l'absence d'étincelle dans la boucle réceptrice lorsque celle-ci est perpendiculaire au

condensateur de l'émetteur

Le récepteur radio à Arc électrique est constitué:

d'une antenne long-fil

d'une prise de terre réalisée à l'aide d'un contact électrique dans le sol

Les deux extrémités antenne et fils de masse sont séparées par un petit interstice

La portée radiotélégraphique est de plusieurs mètres.

Conséquences :

Heinrich Hertz ni pas appliquer de son dispositif et de sa découverte qui allait permettre la

radiophonie puis les télécommunications au XXe siècle. Il se conte de noter que « cela n'a

aucune espèce d'application. C'est juste une expérience qui permet de prouver que le maître

Maxwell avait raison — nous avons simplement ces ondes électromagnétiques mystérieuses

que nous ne pouvons voir à l'œil nu. Mais elles sont là ». En l'honneur d’Heinrich Hertz, les

ondes radio sont nommées [hertzien].

L’onde électromagnétique, qui est une des représentations du phénomène de rayonnements.

Pour guider les ondes, le système est généralement constitué de deux matériaux différents. Il

peut aussi être constitué d'un seul matériau avec un gradient d'indice. La technologie dépend

du spectre électromagnétique des ondes que l'on veut guider :

fibre optique ou un guide d'optique intégrée;

en micro-ondes, on utilise des tuyaux métalliques à section souvent rectangulaires

s de télégraphistes bifilaires, des lignes microstrip

ou des câbles coaxiaux ;Selon la taille du guide,

celui-ci peut être monomode, c'est-à-dire qu'il ne supporte qu'un mode ou alors multimode,

c'est-à-dire qu'il va supporter plusieurs modes. Un mode correspond à une configuration

spatiale du champ électromagnétique. Selon la répartition du champ, chaque mode voit un

indice différent des matériaux constituant le guide d'onde dépendant de chaque mode.

L'indice vu par chaque mode définit l'indice effectif.

modes TEM TE TM hybride

particularité Ez=0, Hz=0 Ez=0 Hz=0 Ez≠ 0 et Hz≠ 0

structure Ligne coaxial

Ligne

bifilaire

Guide homogène Guide homogène Guide

périodique et

fibre optique

Constaté de propagation ɤ = 𝛼 + 𝑗𝛽 et 𝛼 : affaiblissement et 𝛽 =2𝜋/𝛾la phase et vecteur de

onde ; la résistance métalliques Rϑ=1

ϑδ;ϑ = √

2

𝜔𝜇𝛿 ϑ :profondeur de pénétration par

effet de peau ,Le mode de propagation donne le guide de ponde des [conditions axé

limite E[tanh] = 0 H[normale]=0 ]et interface guide de onde (d’électrique - métal ;

air-métal) [TEM : (Transverse Electro Magnétique) ]

Le Elément principale pour guider l’onde on générale ici l’antenne et un dispositif

permettant de rayonner (émetteur) ou, de capter (récepteur), les ondes

électromagnétiques . Et ses caractéristiques de rendement, gain, diagramme de

rayonnement influencent directement les performances de qualité et de portée du

système.

Théorie générale : une antenne radioélectrique convertit les grandeurs électriques

existantes dans un conducteur ou une ligne de transmission (tension et courant) en

grandeurs électromagnétiques dans l'espace (champ électrique et champ magnétique),

ceci en émission et inversement en réception. En émission, la puissance électrique est

convertie en puissance électromagnétique et c'est l'inverse en réception. Il falloir

utilise le antenne comme une source de Lumière ou un bougie parce que le onde

électromagnétiques et Lumière donne le même intervalle la différence on 𝛾et f

Émission du doublet électrique élémentaire : Une antenne élémentaire en émission,

dénommée également doublet électrique est constituée d'une petite longueur∆𝑙 ≪ 𝛾

de conducteur (petite devant la longueur d'onde𝛾) dans lequel circule un courant

alternatif Ӏ :(Cette notation, employant les

nombres complexes correspond à la notation

complexe des impédances).

Schéma géométrique d'une antenne élémentaire

Soit un repère dont l'origine est placée au centre de

l'antenne, et dont l'ordonnée se confond avec

l'antenne, Le champ Er,ө créé par cette

antenne élémentaire en un point de coordonnées polaires(r, ө) telle que r≫ 𝛾

Er,ө est l'amplitude du champ électrique au point (r, ө)

r est la distance entre le dipôle et le point où le champ Eө est évalué.

Calcule de :

𝐻휁 = 0𝐻𝜃 = 0

𝐻𝜙 =Ӏ𝜕𝑙 sin𝜃

4𝜋[12 +

𝑗𝐾]𝑒𝑗(𝜔𝑡− 𝑟 )

Calcule de :

𝐸휁 =

Ӏ𝜕𝑙 cos𝜃

2𝜋𝑗𝜔 3 [1 + 𝑗2𝜋

𝛾]𝑒𝑗(𝜔𝑡− 𝑟 )

𝐸𝜃 =Ӏ𝜕𝑙 sin𝜃

4𝜋𝑗𝜔 3[1 + 𝑗

2𝜋

𝛾−𝑟24𝜋2

𝛾2]𝑒𝑗(𝜔𝑡− 𝑟 )

𝐸𝜙 = 0

Intensité des champs au voisinage du doublet : Q=I/J𝜔 et 1≪

13

Calcule de :

𝐻휁 = 0𝐻𝜃 = 0

𝐻𝜙 =Ӏ𝜕𝑙 sin𝜃

4𝜋 2𝑒𝑗(𝜔𝑡− 𝑟 )

Calcule de :

𝐸휁 =

2𝑄𝜕𝑙 cos𝜃

4𝜋 3𝑒𝑗(𝜔𝑡− 𝑟 )

𝐸𝜃 =𝑄𝜕𝑙 sin𝜃

4𝜋 3 𝑒𝑗(𝜔𝑡− 𝑟 )

𝐸𝜙 = 0

Intensité des champs loin du doublet : 𝛾

2𝜋≪ 휁

Calcule de :

𝐻휁 = 0𝐻𝜃 = 0

𝐻𝜙 =𝐽Ӏ𝜕𝑙 sin𝜃

2𝛾𝑒𝑗(𝜔𝑡− 𝑟 )

Calcule de :

𝐸휁 = 0

𝐸𝜃 =𝐽𝐼𝜕𝑙 sin𝜃

2 𝜔𝐶𝑒𝑗(𝜔𝑡− 𝑟 )

𝐸𝜙 = 0

Donne le vide :| | =𝜋60Ӏ𝜕𝑙 sin𝜃

𝛾

avec F (𝜃) = 𝜋𝜕𝑙 sin𝜃

𝛾 et appelle fonction caractéristique de doublet

|E(r, ө)|=𝜋60Ӏ𝜕𝑙|sin𝜃|

𝛾avec

60Ӏ|F (𝜃)| remarque :

Chaque antenne one écrire on sure cette forme |E(r, ө)|=60Ӏ|F (𝜃)|

et F (𝜃) et la fonction

caractéristique de type de antenne et hauteur effective :

H(r, ө) = 𝜋60𝑖𝜕𝑙 sin𝜃

𝛾

Si one ce place avec un ongle 𝜃 =𝜋

2:→on appellera hauteur effective (heff)

|E(r, ө)| |E(r,𝜋

2)|=

𝜋60

𝛾im heff

Émission de l'antenne omnidirectionnelle ou isotrope : L’antenne qui rayonne la puissance

P0 de l’émetteur uniformément dans toutes les directions s’appelle antenne isotrope. Dans le

cas d’une antenne sans pertes et d’une propagation dans un milieu homogène et

Isotrope, une antenne isotrope est une source ponctuelle qui rayonne une onde sphérique,

c'est-à-dire de manière constante dans toutes les directions de l’espace Bien qu’une telle

antenne n’ait pas de réalité physique, On ne sait pas réaliser une telle antenne en pratique, elle

est considérée comme une antenne de référence. Est commode pour servir d’étalon pour

tester les antennes réelles. Le diagramme de rayonnement de l'antenne isotrope est une sphère

-la surface S de la sphère de rayon d s’écrit : S=4𝜋d2

- la puissance émise P0 se répartissant sur cette sphère, une surface S reçoit une densité de

puissance P : P= P0/S (W/m2)

L’antenne créé un champ électromagnétique est la représentation dans l'espace de la force

électromagnétique qu'exercent des

particules chargées. Concept

important de l'électromagnétisme, ce

champ représente l'ensemble des

composantes de la force

électromagnétique s'appliquant sur

une particule chargée se déplaçant

dans un référentiel galiléen. Une

particule de charge q et de vecteur

vitesse subit une force qui s'exprime

par : 𝐹 =q ( + ^ ) ou est le

champ électrique et est le champ

magnétique. Le champ électromagnétique est l’ensemble ( , )

Le champ électromagnétique est en effet la composition de deux champs vectoriels que l'on

peut mesurer indépendamment. Néanmoins ces deux entités sont indissociables :

-la séparation en composante magnétique et électrique n'est qu'un point de vue dépendant du

référentiel d'étude,

-les équations de Maxwell régissant les deux composantes électrique et magnétique sont

couplées, si bien que toute variation de l'un induit une variation de l'autre.

Le comportement des champs électromagnétiques est décrit de façon classique par les

équations de Maxwell et de manière plus générale par l'électrodynamique quantique.

La façon la plus générale de définir le champ électromagnétique est celle du tenseur

électromagnétique de la relativité restreinte.

Résistance de rayonnement : Wζ : puissance totale rayonnée par « antenne »I : courant de

référence, on appelle résistance de rayonnement de « antenne » Rζ une résistance morte que

parquerai pare un courante de cèpe cette mémé puissance Wζ= Rζ.I2eff=Rζ

√2 I2max

Atténuation entre deux antennes :

Dans le cas de la propagation en espace libre, c'est-à-dire ellipsoïde de Fresnel dégagé, et si

les deux antennes ont même polarisation, il est possible de connaître le niveau de puissance

reçu par une antenne de réception, en fonction de la distance à l'antenne d'émission et de la

puissance de l'émetteur. Si l'antenne d'émission et l'antenne de réception sont isotropes (gain

0db iso), l'atténuation entre les deux antennes est : A = 22dB + 20 log (D / λ)

(où D=distance entre émetteur et récepteur et λ = longueur d'onde du signal transmis)

relation avec la fonctionne caractéristique E(𝜃,Ψ)=60Ӏ|F (𝜃,Ψ)|

et

W𝝵=∫ 𝑃𝑑𝑠𝑠

=1

120𝜋∫𝑠

E2eff (𝜃,Ψ) ds et =𝑆 (vecteur de poynting) donne le vide

Résistance de rayonnement permet de définir Le rondement de élément rayonne η=𝑅

𝑅 +𝑅𝑗et

𝑅𝑗 : perte par effet joule

Résistance de rayonnement donne le guide de onde il applique à la adaptation pare abaque de

Smith ou pare méthode de calcul directe

Intensité de rayonnement et la puissance rayonne par unité de angle solide

U(𝜃,Ψ)= 𝜕𝜔

𝜕𝑟(𝜔/𝑠𝑡) ou 𝜕𝜔=P. 𝜕𝑠

U(𝜃,Ψ)=P.𝝵2 avec 𝜕𝑠 = 𝜕𝑠.𝝵2

Gaine absolue d’antenne G0: égal à l'unité G0=U/U0=P/P0= (E2eff. 𝝵2)/ (30W)

Avec P0 : vecteur de poynting →P0=W/4𝜋 𝝵2 Par exemple le gain d'une antenne dipolaire

(dipôle demi-onde) est égal à gc=√𝐺0 =2,15 dB

Gaine en champ d’antenne : Le gain d'antenne s'exprime normalement en dB est le pouvoir

d'amplification passif d'une antenne ou l'augmentation de puissance émise ou reçue dans le

lobe principal. C'est le rapport entre la puissance rayonnée dans le lobe principal et la

puissance rayonnée par une antenne de référence filaire, source isotrope ou dipolaire. Il est dû

au fait que l'énergie est focalisée dans une direction, comme l'énergie lumineuse peut être

concentrée grâce à un miroir et/ou une lentille convergents. Il s'exprime en dB (décibels par

rapport à l'antenne isotrope). Pour une antenne, le miroir peut être constitué par un élément

réflecteur (écran plan ou parabolique) tandis qu'un élément directeur (dans une antenne Yagi,

par exemple) jouera le rôle de la lentille Le gain d'une antenne dépend principalement de sa

surface équivalente et de la fréquence.

La expiration générale de gaine : G0=4𝜋𝐹2(𝜃,Ψ)

∫ ∫ 𝐹2(𝜃,Ψ) sin𝜃.𝜕𝜃.𝜕ΨΨ=2πΨ=0

𝜃=𝜋θ=0

Le différant type de antenne : Les formes d'antennes sont multiples, mais peuvent être

regroupées en familles.

Antennes élémentaires : Les antennes élémentaires peuvent être utilisées isolément ou

comme éléments de réseaux, ou comme source d'un système à réflecteur ou à éléments

parasites. Ces antennes ne permettent qu'une polarisation linéaire.

L'antenne isotrope est une référence théorique

irréalisable, qui rayonnerait également dans toutes les

directions. Elle ne sert que de référence à l'évaluation du

gain (voir ci-dessous).

L'antenne dipolaire ou « dipôle demi-onde » ou « doublet

demi-onde » est constituée d'un élément conducteur de

longueur égale à la demi-longueur d'onde. Son impédance

caractéristique est résistive et voisine de 73 ohms pour un dipôle isolé dans l'espace.

L'antenne « monopôle » ou « quart d'onde » est constituée d'un élément de longueur

égale au quart de longueur d'onde, perpendiculaire à un plan conducteur. Elle se

comporte comme un demi-dipôle, le plan conducteur agissant en miroir. Son

impédance caractéristique est la moitié de celle du dipôle soit environ 37 ohms. Sa

forme dépend des fréquences, depuis l'« antenne en parapluie » en VHF ou en « nappe

» pour ondes kilométriques.

Fentes rayonnantes : aux fréquences élevées (hyperfréquences), les ondes sont plus

faciles à manipuler que les courants et tensions, la fente rayonnante attaquée par un

guide d'onde est l'équivalent d'un dipôle attaqué par une ligne symétrique (dualité).

La boucle est l'élément de base des antennes quad ou cadres.

Antennes en réseaux : Les antennes élémentaires peuvent être assemblées en réseaux à une

ou deux dimensions, augmentant ainsi le gain et la directivité. Le diagramme d'une antenne

réseau peut être modulé en modifiant phase et amplitude des

excitations individuelles.

L'antenne rideau ou « colinéaire » comporte en VHF/UHF

plusieurs dipôles alimentés par une ligne parallèle, en

général devant un réflecteur. En basse fréquence ce sont des

monopoles ou des dipôles multiples alimentés par des

lignes coaxiales indépendantes.

L'antenne « cierge », est omnidirectionnelle dans le plan

horizontal. Elle est composée de plusieurs dipôles demi-onde alimentés de façon à

rayonner en phase. Ces dipôles sont disposés bout à bout verticalement les uns

au-dessus des autres, et enrobés dans une enveloppe de protection. Plus le nombre de

dipôles est important, plus l'antenne sera longue, plus son gain

sera important et sa directivité dans le plan vertical élevée.

L'antenne Yagi-Uda à éléments parasites, est la plus connue

du public : c'est le « râteau » utilisé pour la réception de la

télévision analogique ou numérique terrestre. Son gain et sa

directivité dépendent du nombre d'éléments (donc de sa

longueur). C'est une variante d'antenne réseau, les éléments parasites étant alimentés

par couplage, grâce au choix de leur longueur.

Les panneaux rayonnants en hyperfréquence comportent de nombreuses antennes

élémentaires, en général antenne patch (ou plane ou planaire), sur un support plan.

les antennes hybrides (planaire + éléments) plus connues en TNT sous antenne

compacte.

Antennes à réflecteurs : En hyperfréquences, les antennes peuvent utiliser

des montages similaires à l'optique, avec des réflecteurs plans ou paraboliques.

L'antenne parabolique est la plus connue pour son usage en télévision satellitaire.

Les antennes de très grands diamètres utilisées en transmissions spatiales ou en

radioastronomie utilisent aussi des montages type Cassegrain similaires aux

télescopes

Antennes pour polarisation circulaire : Une combinaison de deux antennes élémentaires

croisées permet d'émettre ou de recevoir en polarisation circulaire. D'autres principes sont

spécifiques à la polarisation circulaire.

L'antenne Yagi croisée combine deux antennes Yagi attaquées avec déphasage de90 °.

L'antenne hélice monofilaire, de forme « tire-bouchon » permet de réaliser un

diagramme étroit, adapté par exemple à la poursuite de satellites.

L'antenne hélice quadri filaire permet de réaliser un diagramme favorisant les angles

latéraux (utilisée en communications spatiale avec les satellites défilants.

Antennes à guide d'onde :

L'antenne cornet utilisée en hyperfréquence est une ouverture rayonnante excitée par

un guide ou un monopôle, rectangulaire en polarisation linéaire, circulaire en

polarisation circulaire.

Les réseaux de fentes rayonnantes sont des réseaux de dipôles ouverts sur un guide.

Leur géométrie permet de définir le faisceau et la polarisation (antenne à fentes).

Antennes actives :

Une antenne active incorpore un circuit d'amplification directement aux bornes de

l'antenne élémentaire, soit en réception pour adapter l'impédance (en basse fréquence

par exemple), soit en émission pour permettre la création de diagrammes complexes

dans un montage en panneau rayonnant. Ces antennes réseau à commande de phase

sont utilisées pour les radars d'observation spatiale ou aéroportés, les radars de

détection stratégiques, et peuvent comporter un millier d'éléments actifs.

Antennes raccourcies :

L'une des antennes les plus utilisées dans les équipements portables est l'antenne

"quart d'onde". Elle utilise l'équipement mobile comme plan de masse, et sa longueur

théorique est d'un quart de longueur d'onde. En pratique, on peut réduire encore sa

longueur en intercalant une inductance à sa base. Une autre technique plus récente et

plus efficace consiste à réaliser le conducteur à l'aide d'un enroulement serré, en

forme de ressort. L'ensemble est rendu rigide en entourant cet enroulement avec une

membrane plastique. On obtient ainsi l'antenne dite "boudin», utilisée dans les

équipements portables. On peut ainsi raccourcir l'antenne d'un facteur quatre. Cette

réduction de la taille se paie par une réduction importante de la bande passante.

Antennes à large bande :

Une antenne élémentaire présente une fréquence de résonance et une largeur de bande

liée à son rapport longueur/diamètre, En augmentant ce rapport il est possible

d’obtenir une bande passante de 50 %. Un dipôle à large bande ressemble alors à un

haltère en hyperfréquence, ou à un double cône filaire

en haute fréquence.

Pour aller au-delà, les antennes spéciales fonctionnant sur une

décade ou plus, sont du type antenne log-périodique ou

assimilées comme l’antenne disc one, l’antenne plate

hélicoïdale, etc.

Antennes patch : Avec la miniaturisation des systèmes de

radiocommunication, on a eu besoin de créer des antennes les moins

encombrantes possible, mais de rendement suffisamment élevé. Ce

sont les antennes patch, dont il existe une grande diversité.

En général, une antenne patch est composée d'un élément résonnant

placé au-dessus d'un plan métallique.

Antennes cadres et boucles : Quand la longueur d'onde est trop grande par rapport aux

dimensions possibles de l'antenne, on utilise les antennes cadres ou boucles. On parle

d'antenne cadre s'il y a plusieurs spires, et de boucle s'il n'y en a qu'une. Ces antennes sont en

fait des circuits résonants que l'on agrandit au maximum pour obtenir un rayonnement.

Comme les dimensions restent petites par rapport à la longueur d'onde, la résistance de

rayonnement reste très faible, souvent inférieure à l'om. Le rendement est alors réduit, car la

résistance ohmique peut être supérieure à la résistance de rayonnement.

Pour favoriser le rendement, la résistance ohmique doit être minimisée, le coefficient de

surtension est alors élevé, et l'antenne a une bande passante faible.

On utilise ces antennes dans les systèmes RFID, les lecteurs de cartes

à puces radio, dans les télécommandes de petites dimensions, etc...

Si on place un bâton de ferrite dans une antenne cadre, il n'est plus

nécessaire d'agrandir physiquement le diamètre de la bobine, c'est la

ferrite qui concentre le champ H: on a alors les antennes utilisées sur

les récepteur radio en moyenne fréquence.

Désignation des antennes : Les antennes ont généralement peu d'éléments rayonnants. La

hauteur et l'espacement de ces éléments ne sont pas limités à /2. Pour choisir un modèle

d’antenne pour une application donnée, il faut veiller aux principaux points suivants

Les diagrammes de rayonnement de ces antennes dépendent

– de la section transversale de l'élément rayonnant;

– de la fréquence de fonctionnement ou travail: une antenne est construite pour une

fréquence ou une gamme de fréquences donnée

– des caractéristiques du système de mise à la terre et des caractéristiques du sol;

– du nombre d'éléments et de leur espacement;

– de la hauteur des éléments au-dessus du sol;

– de l'orientation ou directivité: elle peut être omnidirectionnelle (brin vertical) ou

directive (Yagi, parabole…)

– du mode d'alimentation de l'antenne ou puissance : pour l’émission, l’antenne doit

accepter la puissance de l’émetteur sans trop de pertes Joule

– de l'environnement.

– de Gain : les meilleurs gains sont obtenus avec des antennes très directives, jusqu'à plus

de 50 dB pour les grandes paraboles

– d’impédance : adaptée à celle du câble soit en général 50 ohms sauf pour la télévision

qui travaille en 75 ohms

Fonctionnement en réception : Le champ électrique d'une onde électromagnétique induit une

tension dans chaque petit segment de tout conducteur électrique. La tension induite dépend de

la valeur du champ électrique et de la longueur du segment. Mais la tension dépend aussi de

l'orientation du segment par rapport au champ électrique. Ces petites tensions induisent des

courants et ces courants qui circulent traversent chacun une petite

partie de l'impédance de l'antenne. Le résultat est que le schéma

équivalent de Thévenin d'une antenne n'est pas immédiat à calculer. En

utilisant le théorème de réciprocité on peut démontrer que le schéma

équivalent de Thévenin d'une antenne en réception est le suivant :

Caractéristiques :

Les caractéristiques principales d'une antenne sont :

les fréquences d'utilisation ;

le diagramme de rayonnement ;

l'impédance d'antenne ;

la polarisation ;

le rendement ;

la puissance maximale tolérée en émission ;

l'encombrement mécanique Fréquence d'utilisation :Une antenne s'utilise en général avec des signaux autour d'une

fréquence donnée pour laquelle l'antenne possède des capacités optimales pour émettre ou

recevoir l'énergie électromagnétique correspondante dans l'espace environnant. La fréquence

de résonance d'une antenne dépend d'abord de ses dimensions propres, mais aussi des

éléments qui lui sont ajoutés. Par rapport à la fréquence de résonance centrale de l'antenne, un

affaiblissement de 3 dB détermine les fréquences minimum et maximum d'utilisation ; la

différence entre ces deux fréquences correspond à la bande passante.

Par exemple, une antenne classique est l'antenne dipôle demi-onde, qui résonne à la fréquence

pour laquelle sa longueur est d'une 1/2 longueur d'onde avec une largeur de bande d'environ

1 % si elle est très mince. En pratique, et pour les fréquences élevées, le diamètre du

conducteur n'est plus négligeable par rapport à la longueur d'onde, ce qui augmente

considérablement sa bande passante. En règle générale:

-la bande passante d'une antenne diminue si l'antenne devient petite par rapport à la demi-

onde : il n'existe pas d'antennes large bande et compactes. Du moins avec des pertes

raisonnables.

-la bande passante d'une antenne filaire augmente si le diamètre du conducteur augmente

Certaines antennes dites « multi bandes » peuvent fonctionner correctement sur des segments

discontinus de bande de fréquences sans dispositif particulier. D'autres nécessitent l'emploi

d'un circuit adaptateur d'impédance pour fonctionner correctement fréquence d’un champ électromagnétique : La fréquence d’un champ électromagnétique est le nombre de variations du champ par

seconde. Elle s’exprime en hertz (Hz) ou cycles par seconde, et s’étend de zéro à

l’infini. Une classification simplifiée des fréquences est présentée ci-après, et

quelques exemples d’applications dans chaque gamme sont indiqués.

Les rayonnements X et gamma peuvent rompre les liaisons moléculaires et être à

l'origine d'ionisations, facteur cancérigène.

Les rayonnements ultra-violets, visibles et infra-rouges peuvent modifier les niveaux

d'énergie au niveau des liaisons au sein des molécules.

Intensité et puissance :

L’intensité d’un champ peut être exprimée à l’aide de différentes unités :

pour le champ électrique, le volt par mètre (V/m)

pour le champ magnétique, le tesla (T) (1 T = 1 Wb.m-2 = 1 kg.s-2.A-1).

Selon le rayonnement d’exposition, en densité surfacique de puissance (DSP, en W/m2). La

DSP est proportionnelle au produit du champ électrique par le champ magnétique : DSP = E

x H = E² / 377 = 377 x H², ou encore : E = Racine (377 x DSP)

Le Vecteur de Poynting permet de représenter la densité surfacique d'énergie d'une onde

La puissance globale contenue dans un champ électromagnétique peut aussi s’exprimer en

watts (W)

Autres propriétés :

La polarisation : orientation du champ électrique dans le rayonnement La modulation :

d’amplitude (AM),

de fréquence (FM),

de phase (PW),

pas de modulation = émission continue (CW)

Lorsque l’émission est modulée, il faut différencier la puissance maximale, appelée

puissance-crête, et la puissance moyenne résultant de la modulation. Par exemple, dans une

émission radar avec des impulsions d’une durée de 1 ms toutes les secondes, la puissance

moyenne est 1000 fois inférieure à la puissance-crête dans l’impulsion.

Perte de polarisation : Pour optimiser la réception d’un signal radioélectrique, la

polarisation de l’onde électromagnétique et celle de l’antenne réceptrice doivent être les

mêmes. Dans le cas d’une liaison entre 2 antennes à polarisation rectiligne, la perte de

polarisation dépend de l’angle α entre les 2 antennes qui représente la différence

d’alignement. L Pol dB20.logcos

Déterminer la polarisation d’une antenne : La polarisation d'une antenne est celle du

champ électrique E de l'onde qu'elle émet. Un dipôle demi-onde horizontal a donc une

polarisation horizontale, d'autres antennes ont une polarisation elliptique ou circulaire.

Dans cette optique de réception terrestre on peut considérer que l'antenne "type yagi" atténue

le signal d'un facteur 10 soit (20 db) lors de sa rotation du mode de réception horizontale au

mode de polarisation verticale pour un même émetteur.

En réception, l'écart entre la polarisation reçue et celle de l'antenne crée une atténuation

pouvant être totale si la polarisation est perpendiculaire. La polarisation circulaire est utilisée

si les antennes d'émission et réception sont orientées de façon aléatoire, par exemple pour les

satellites défilants ou non stabilisés

En utilisant les propriétés de symétrie du champ électromagnétique :

_ Le champ électrique est inscrit dans tout plan de symétrie, il est perpendiculaire à tout plan

D’antisymétrie

_ Le champ magnétique est inscrit dans tout plan d’antisymétrie, il est perpendiculaire à tout

Plan de symétrie

_ Le champ électrique est nul en tout centre de symétrie, il est aligné le long de tout axe de

Symétrie.

Par exemple, une antenne dipôle électrique présente une polarisation rectiligne. L’antenne est

inscrite dans le plan E

Qu’est-ce qui conditionne le choix d’une polarisation à donner à une antenne ? La plupart des

antennes présentent des polarisations rectilignes. Dans une utilisation terrestre, les antennes

peuvent être montées horizontalement ou verticalement,

donnant à l’antenne une polarisation horizontale ou verticale.

En termes d’installation et d’encombrement, une antenne

verticale est meilleure. Cependant, le choix de la polarisation

dépend surtout des conditions de propagation. Par exemple, la

propagation d’une onde électromagnétique dans un

environnement réel dépend de sa polarisation. L’utilisation

conjointe des polarisations horizontales et verticales (diversité de polarisation) permet de

compenser les effets parasites du canal de propagation. Cependant, dans le cas où la

polarisation est imprévisible, il est intéressant d’employer une

antenne de réception à polarisation circulaire. Par exemple, toute

onde électromagnétique traversant l’ionosphère verra son plan

de polarisation modifiée. L’utilisation d’une antenne de

réception à polarisation circulaire permet d’éviter les pertes de

polarisation aléatoire.

Diagramme de rayonnement :

Un diagramme de rayonnement ou d'émission est la

représentation graphique de la répartition dans l'espace d'une

grandeur caractérisant le rayonnement d'une antenne

radioélectrique, et, par extension, cette répartition elle-même.

Un autre sens de ce terme en fibres optiques, en lasers et optique

intégrée est la répartition du champ électrique rapproché, soit la

zone de diffraction de Fresnel, juste à l'avant d'une source. Le

diagramme de rayonnement d'une antenne permet de visualiser

les lobes d'émission dans les trois dimensions, dans le plan

horizontal ou dans le plan vertical incluant le lobe le plus important. La proximité et la

conductibilité du sol ou des masses conductrices environnant l'antenne peuvent avoir une

influence importante sur le diagramme de rayonnement. Les mesures sur les antennes sont

effectuées en espace libre ou en chambre anchoïade.

Champs autour d'une antenne :

Une antenne, utilisée en émission, ne crée une onde plane qu'à une certaine distance. On peut

distinguer quatre zones dans l'environnement de l'antenne, au fur et à mesure qu'on s'éloigne

de celle-ci :

Zone de champs réactifs: Très proche des éléments composant l'antenne, on trouve

des champs E et des champs H, fonction des tensions et des courants sur ces

conducteurs. À proximité d'une tension élevée, on trouvera essentiellement un champ

E, et à proximité des courants, essentiellement un champ H.

Zone de Rayleigh: On trouve une zone où la puissance par unité de surface décroît

peu en fonction de la distance, bien que le rapport E/H soit déjà proche de 377 Ohms.

Cette zone, surtout identifiable pour les antennes à gain, s'étend jusqu'à une distance

égale au carré de la dimension de l'antenne (mesurée dans une direction

perpendiculaire à la direction considérée), divisé par lambda/2 (Cf. Exemple ci-

dessous)

Zone de Fresnel. Au-delà de la zone de Rayleigh, on constate que le rapport E/H s'est

équilibré à 377 ohms. Mais on observe des variations importantes des champs, et

même des ondulations si l'antenne est de grande dimension. On ne peut pas faire

encore de mesure du gain de l'antenne dans cette zone. Dans la direction du maximum

de rayonnement, les différentes parties de l'antenne censées rayonner en phase à

l'infini, ne rayonnent pas encore en phase.

Zone de Fraunhofer. On la caractérise de la façon suivante: Dans cette zone, si on

s'éloigne indéfiniment dans la même direction, on constate que la différence des

distances entre les points de l'antenne ne varie plus. Dans la direction du maximum de

rayonnement, les différentes parties de l'antenne censées rayonner en phase à l'infini,

rayonnent bien en phase. Dans cette zone, qui s'étend jusqu'à l'infini, on peut

considérer que l'on a une onde plane, les champs décroissent en 1/r, et on peut

mesurer le gain de l'antenne. C'est aussi seulement dans cette zone que le diagramme

de rayonnement est valable. Cette zone commence à une distance égale à deux fois le

carré de la plus grande dimension perpendiculaire à la direction considérée, divisé par

lambda. Cette distance peut être très grande pour les antennes à grand gain.

Pour mesurer le gain d'une antenne à grand gain, il est donc important de savoir définir la

zone de Fraunhofer. Par exemple, dans l'axe d'une parabole de 1 m de diamètre, et sur 10

GHz, la zone de Fraunhofer commence à plus de 60 m. Directivité : La directivité de l'antenne dans le plan horizontal est une caractéristique importante dans

le choix d'une antenne. Elle possède un ou quelques lobes nettement plus importants que les autres

qu'on nomme « lobes principaux ». Elle sera d'autant plus directive que le lobe le plus important sera

étroit. La directivité correspond à la largeur du lobe principal qui est calculé par la largeur angulaire

de chaque côté du lobe où l'intensité diminue de moitié, soit une diminution de 3 dB.

Pour toutes les antennes, la dimension constitue un paramètre fondamental pour déterminer la

directivité. Les antennes à directivité et à gain élevés seront toujours grandes par rapport à la longueur

d'onde. Il existe en effet des relations mathématiques (transformation de Fourier) entre les

caractéristiques spatiales et le diagramme de rayonnement.

Lobes et zéros secondaires :

Aux angles proches du lobe principal, une antenne présente des minima et maxima relatifs

appelés « lobes secondaires » qu'on tente de minimiser. Les antennes à grande directivité

présentent également des lobes faibles et irréguliers dans tous les autres angles, appelés «

lobes diffus ».

Le niveau général de ces lobes secondaires décrit la sensibilité de l'antenne au brouillage (en

télécommunications) ou la finesse d'imagerie (en radar). Une direction où le gain est faible

peut être mise à profit pour éliminer un signal gênant (en réception) ou pour éviter de

rayonner dans une région où il pourrait y avoir interférence avec d'autres émetteurs.

Angle de départ vertical : Dans le cas d'une antenne proche du sol, en particulier en haute

fréquence et moyenne fréquence, le diagramme vertical dépend de l'éloignement du sol. Il en

résulte une perte de gain dans le plan horizontal. L'angle du lobe principal dans le plan

vertical (« angle de départ ») définit les performances d'une antenne vis-à-vis des modes de

propagation ionosphériques.

Réciprocité de réception : Une caractéristique fondamentale du diagramme de rayonnement

est qu'il est également celui de réception de l'antenne. Cette réciprocité électromagnétique

permet lors de la conception de l'antenne de simuler numériquement à la fois l'émission et la

réception. Elle permet également d'utiliser la même antenne pour les deux fonctions, comme

dans le cas d'un radar.

Mesure :

Avant la mise en service de l'antenne, la mesure de son rayonnement se fait dans une

chambre an échoïque électromagnétique dont les parois (murs, plafond, mais pas

systématiquement le plancher) sont recouverts de matériaux absorbant le champ

électromagnétique et atténuant sa rétrodiffusion. L'antenne émet en continu un signal et

tourne sur elle-même de telle façon qu'un récepteur peut capter l'intensité sur 360 degrés

autour de celle-ci. Le récepteur peut changer de position verticale à chaque tour de l'antenne

ou l'angle de site de l'antenne peut être changé de telle façon que la mesure est prise sur toute

la sphère de rayons constant l'entourant.

Après son entrée en service, il est possible de mesurer le diagramme d'émission avec le

rayonnement solaire. En effet, le Soleil est une source connue de radiation dans les domaines

radio et micro-ondes. Bien que celle-ci puisse varier légèrement, sa moyenne est assez stable.

Comme le Soleil effectue un trajet qui va d'un horizon à l'autre au cours de la journée, passant

par le zénith, il suffit donc de noter l'intensité de la radiation solaire à chaque angle de visée

durant la journée. Cette prise de mesure permet de déterminer s'il y a eu des changements

dans les caractéristiques de l'antenne lors de son utilisation : déformation, accrétion de glace,

coups, etc.

Perturbation d'une antenne par son environnement immédiat :

L'environnement proche d'une antenne n'est pas toujours dégagé. Alors que les antennes fixes

aux fréquences élevées sont généralement bien dégagées des obstacles environnants, il n'en

est pas de même des antennes des appareils mobiles, souvent incorporées dans des systèmes

plus larges. C'est par exemple le cas des petites antennes quart d'onde incorporées dans des

systèmes portables de radiocommunication, ou bien des antennes des modems radio associés

aux systèmes informatiques, souvent montées dans des espaces exigus. Par ailleurs, les

antennes pour les fréquences moyennes et basses, du fait de leurs dimensions, seront

influencées par le sol. Les objets métalliques situés à une distance de l'ordre de la longueur

d'onde pourront produire un effet d'ombre dans la direction considérée, si leur dimension est

elle-même de l'ordre de la longueur d'onde ou plus, mais il s'agit-il plutôt de phénomènes de

"masque" que de perturbations proprement dites.

On sait modifier volontairement les caractéristiques de rayonnement d'un élément rayonnant,

par l'adjonction de conducteurs à proximité de cet élément. Par contre, des perturbations cette

fois non désirées du fonctionnement même de l'antenne apparaîtront par la présence de corps

conducteurs, dans l'environnement immédiat de l'antenne. En règle générale, la fréquence de

résonance d'une antenne dépend de la capacité de l'antenne par rapport à son environnement,

surtout autour des ventres de tension. Ainsi, si un corps conducteur est proche de l'extrémité

de l'antenne (ventre de tension), on observera une diminution de la fréquence de résonance.

Si ce corps est de grande dimensions, et relié au sol ou à la masse, on aura en plus un

effondrement de la résistance de rayonnement, car les lignes de champ électrique rejoindront

la masse par un chemin court, au lieu de se déployer dans l'espace.

La fréquence de résonance d'une antenne dépend par ailleurs de l'inductance des parties

soumises à un ventre de courant. Ainsi, si un conducteur se trouve placé parallèlement à un

ventre de courant, et si ce conducteur est suffisamment long pour pouvoir être le siège de

courants induits, l'inductance de l'antenne diminuera, et sa fréquence de résonance

augmentera.

Cela explique que, par exemple pour une antenne quart d'onde, les conducteurs proches

n'auront pas le même effet s'ils sont proches du sommet (ventre de tension) ou proches de la

base (ventre de courant). Si c'est l'ensemble d'une antenne filaire qui est parallèle à un plan

conducteur ou à une masse métallique, les deux effets cités ci-dessus se compenseront: la

fréquence de résonance sera peu modifiée. Par contre ce plan conducteur parallèle à l'antenne

influencera la résistance de rayonnement. Cette influence deviendra très importante si la

distance au plan est très inférieure au quart d'onde: dans ce cas, on n'a plus une antenne, mais

une ligne, et le rayonnement s'effondrera. Pour les antennes de fréquences basses, parallèles

au sol, c'est bien sûr le sol qui représentera ce plan conducteur. D'une façon générale, on

cherchera presque toujours à maintenir une antenne suffisamment loin du plan de masse ou

du sol, afin d'éviter que la résistance de rayonnement ne s'effondre. On peut certes prévoir

une réadaptation de l'antenne, mais la bande passante de l'antenne sera de toute façon plus

faible, et si la résistance de rayonnement n'est plus grande devant la résistance ohmique, le

rendement baissera. On cherche parfois à réduire l'encombrement d'une antenne, en la

maintenant relativement proche d'un plan métallique. On devra alors tenir compte de ces

problèmes : voir les antennes patch.

Comportement ondulatoire :

Propagation

Dans un milieu homogène et isotrope, l'onde électromagnétique se propage en ligne droite.

Lors de la rencontre avec un obstacle, il y a diffraction ; lors d'un changement de milieu, il y

a réflexion et réfraction, il y a aussi réfraction si les propriétés du milieu changent selon

l'endroit (hétérogénéité). Voir aussi Principe de Huygens-Fresnel.

Réflexion

Lors d'un changement de milieu de propagation, une partie de l'onde électromagnétique repart

vers le milieu d'origine, c'est la réflexion.

Le cas le plus connu de la réflexion est le miroir, mais celle-ci concerne également les rayons

X (miroir à rayons X) et les ondes radio : réflexion sur la ionosphère des ondes mégahertz,

antenne parabolique, réflexion sur la Lune…

Réfraction

Lors d'un changement de milieu de propagation, si le second milieu est transparent pour

l'onde, celle-ci se propage au travers mais avec une direction différente. Cela concerne la

lumière (lentille optique, mirage), mais aussi les ondes radio (réfraction des ondes

décamétriques dans l’ionosphère).

Diffusion

Lorsqu'une onde rencontre un atome, elle se diffuse sur celui-ci, elle change de direction. On

distingue la diffusion Rayleigh, dite « diffusion électronique », au cours de laquelle l'onde ne

change pas de longueur d'onde, la diffusion Raman qui est une diffusion électronique avec

diminution ou augmentation de longueur d'onde, et la diffusion Compton, dans le cas des

rayons X diffusant sur des atomes légers, au cours de laquelle la longueur d'onde augmente.

Interférences

Comme toutes les ondes, les ondes électromagnétiques peuvent interférer. Dans le cas des

radiocommunications, cela provoque un parasitage du signal (voir aussi Rapport signal sur

bruit). Diffraction d'amorçage

Conclusion : Lorsque l’on nous vend un monopôle. Nous n’avons qu’une moitié d’antenne.

L’autre moitié dépendra de son installation.

La physique est "têtue", les mathématiques peuvent être "trompeuses", et le rayonnement

sembler un phénomène "ésotérique". Alors, méfions-nous des antennes "miracle"