guillaume villemaud – cours dantennes 1 4ème année du département génie Électrique
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Guillaume VILLEMAUD – Cours d’Antennes 1
4ème année du Département Génie Électrique
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De quoi allons-nous parler ?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 quotidienLes antennes au quotidienAnalogique 800 MHzDECT ~1900 MHz
Radar anticollision ~80 GHzTélépéage ~6 GHzOuverture à distance 433 MHz
GSM 900 MHzDCS 1800 MHzUMTS 2 GHz
Systèmes satellites 1 à 45 GHz (Ex : Télévision 12 GHz, GPS 1.5 GHz)
TV terrestre 500 MHz
Wifi / Bluetooth / UWB2.4 à 6 GHz
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Navire militaireNavire militaire
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Miroir sphérique fixe, d'axe nord-sud (hauteur 35 m, longueur 300 m, précision de surface 3 mm; rayon 560 m)
Miroir plan mobile autour d'un axe est-ouest (hauteur 40 m ; longueur 200 m ; précision de surface 4 mm; poids 700 t)
Foyer de l'antenne, cornets de réception et préamplificateurs refroidis à – 250 °C mobiles sur un arc de 250 m
Radiotélescope 1 à 3,5 GHzRadiotélescope 1 à 3,5 GHz
Centre de Nançay (Cher)
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Problème principal : l’énergieProblème principal : l’énergie
120 dBm
100
80
60
40
20
3 MHz100m
30 MHz10m
300 MHz1m
3 GHz10 cm
30 GHz1 cm
300 GHz1 mm
TV VHF
Amateurs
Amateurs GSM
TV UHF
Radars militaires Satellites
Four
Télépéage
DECT
TFTS
0
1W
1mW
1MW
1KW
1GWRadars météo
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1fW
PuissanceIsotrope
1pW
1µW
1mW
1W
1kW
1MW
1GW
Signal d’entrée
Ampli terre
Antenne terrestre
Signal capté
Gain antenne
Ampli
Antenne satellite
Gain antenne
Low Noise amplifier
Signal de sortie
Signal capté par la terre
Ex : Communication Terre-satelliteEx : Communication Terre-satellite
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Partie émission :
La chaîne de transmission radioLa chaîne de transmission radio
signal utile
Mod
synthé
Cod antenneduplexeur ampli circulateur
Partie réception :
signal utile
Démod
synthé
Décodantenne duplex ampli
BBfo
fi
LNA
ampli
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canal radio
Exemple d’un GSMExemple d’un GSM
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Propagation guidée Propagation guidéePropagation espace libre
La chaîne de transmission radio :
émetteur RF récepteur RF
num/analog analog/num
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.
Notion de canal radioNotion de canal radio
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Où se perd l’énergie ?Où se perd l’énergie ?
désadaptation désadaptation
Milieu de propagation
Réflexions, diffractions, trajets multiples, obstacles, diffusion, évanouissement, AEL, conditions météos...
atténuation, dispersion atténuation, dispersion
bruit des composants
bruit des composants
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 abordésDomaines 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 détailléPlan détaillé10h de cours : 8h (G. Villemaud) + 2h (J.M. Gorce)
Antennes et Propagation Modélisation (application GSM)
3 grandes parties : Principes des antennesCaractéristiques des antennesDifférents types d’antennes
Principes des antennes :Passage propagation guidée/espace libreLe champ EM et les zones de rayonnementLe doublet élémentaireLes théorèmes fondamentauxNotion de front d’ondeLa polarisation
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Caractéristiques des antennes :Impédance d’entrée / notion de circuitFonction caractéristique de rayonnementPuissance rayonnéeDirectivité et gainBilan de liaison
Plan détailléPlan détaillé
Types d’antennes :Antennes filairesAntennes à fentesAntennes patchsAntennes à réflecteurMise en réseau