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					TECHNIQUES D’ANTENNES POUR
  LES TELECOMMUNICATIONS


             Guillaume VILLEMAUD
                Laboratoire CITI



    Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   1
                   PLAN DU COURS
 Introduction
 Partie I : Antennes compactes
 Partie II : Antennes larges bandes
 Partie III : Antennes à polarisation circulaire
 Partie IV : Antennes grand gain
 Partie V : Formation de faisceau
 Partie VI : Antennes intelligentes
 Partie VII : MIMO
         Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   2
Caractéristiques des antennes


  Diagramme de rayonnement

                     Gain

               Polarisation                           cahier des charges
                                                       d’une application

     Impédance (adaptation)

           Couplage mutuel




  Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   3
       Diagramme de rayonnement
Représente la fonction caractéristique de rayonnement en
                           2D ou 3D
Permet de connaître la ou les
   directions privilégiées de
  rayonnement ainsi que les
 ouvertures, les zéros et les
niveaux de lobes secondaires




          Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   4
                 Gain d’une antenne
Donne le rapport entre l’intensité du champ rayonné dans
  une direction particulière et l’intensité rayonné dans
                l’ensemble de l’espace.
       Une antenne isotrope a un gain de 0 dB

On donne généralement le gain maximum d’une antenne.
   Combiné au diagramme de rayonnement, on peut
        connaître le gain dans toute direction.

     Ce gain dépend de la fréquence (variation de la
        répartition des champs dans l’antenne).

    Différence entre gain intrinsèque et gain réalisé.
                                                                     Gréalisé
G R (, )  e(1  S11 ) D(, )
                           2
                                                   Gintrinsèque 
                                                                    1  S11
                                                                                2


          Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes     5
             Polarisation du champ

3 modes de polarisation
 –polarisation rectiligne
    •verticale, horizontale (plan H ou E)



 –polarisation circulaire
    •droite ou gauche

 –polarisation elliptique
    •droite ou gauche


        Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   6
          Plans de référence
                             Z
                                  

                                                 Mode excité : TM10


                             H
                                           E
                                                 H

P lan H
                                                             
                                                             



       Plan E

          


            Courants de surface liés à la polarisation croisée: Jy
       Courants de surface liés à la polarisation principale:Jx

  Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes      7
                 Impédance de l’antenne

L’impédance complexe d’une antenne varie en fonction de
la fréquence. Cela correspond aux variations de répartition
                des courants à sa surface.

   On cherche à faire Z(f) = R(f) + j X(f)
    correspondre la
     fréquence de            résonance
 fonctionnement avec            série                                   X(f)
un point d’impédance
purement réel proche                                                    R(f)
                                                                                  f
  de celle du système
(50 ohms en général).
                                                                       mode
                                                                     résonance
                                                                    fondamental
                                                                      parallèle

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                 Impédance de l’antenne
La géométrie de l’antenne et son mode d’alimentation influent
sur cette impédance. On cherche généralement à se placer au
 plus près d’une résonance et à annuler la partie imaginaire.



       Antenne




                       Résonance série                    Résonance parallèle


     Max de courant au                                   Min de courant au
    niveau du générateur                               niveau du générateur
      Impédance faible                                  Impédance élevée
            Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   9
                                        Impédance de l’antenne
   Z ,
  60
             zone d'adaptat ion                                         cas n°1
  40




                                                                                          Exemple du dipôle
  20
                                                               R e(Z)
   0


 -20                                                  I m(Z)

 -40
       0,2    0,4     0,6         0,8   1   1,2          1,4             1,6        1,8


   Z ,
                                                                                     f
                                                                                    fr             i
120
                                                                        cas n°2
100

 80

 60                                                             I m(Z)
 40

 20

   0
                                                                         R e(Z)               v
 -20
       0,2    0,4     0,6     0,8       1   1,2          1,4             1,6        1,8
                                                                                    f
                                                                                    fr
   Z ,
450                                                                     cas n°3
350

250
                                            R e( Z)
150                                                                        I m(Z)
  50

 -50

-150
    0,2      0,4      0,6     0,8       1   1,2          1,4             1,6        1,8
                                                                                     f
                                                                                    fr


                             Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes                      10
                Couplage mutuel
Deux antennes proches influent l’une sur l’autre par un
             couplage des champs EM.
Ce couplage doit être pris en compte car il modifie les
    caractéristiques des antennes (impédance et
                   rayonnement).



        Limite rapide des modèles analytiques



           Modélisation électromagnétique



          Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   11
       Codes de calculs électromagnétiques
           Résolution des équations de Maxwell :
                        différentiel
                         intégrale        Méthodes temporelles
                                            ou fréquentielles
                            flux
                   asymptotique (rayons)

Exemple différentiel : différences finies                                                Itération n
           z, k
                                                                                       Calcul de H n
                                extraction                                                          n-1        n-1/2
                                                                                 en fonction de H         ,E
                               d'une maille         z, k
                                                                       n = n+1
                                                                                       Calcul de E n+1/2

                                                    Ez                           en fonction de E
                                                                                                    n-1/2
                                                                                                          ,H
                                                                                                               n

                                y, j                       Hx
                                              Hy
                                              Ex
                                                                y, j                    Annulation des
                                                                                  composantes tangentielles
                                                         Ey                           de champ électrique
                                                   Hz                            sur les éléments métalliques
x, i
                                          x, i

                  Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes      12
         Exemple de logiciel

                                        Définition des éléments
                                       métalliques et diélectriques




      Calcul des
   caractéristiques
   électriques et du
rayonnement par boîte
     de Huyghens

       Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   13
                Lancer de rayon

 Utilise l’Optique Géométrique et la Théorie
Uniforme de la Diffraction (lancer de rayons,
                tracé de rayons).




     Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   14
                  Méthode de mesure

                                           Mesure d’adaptation
               Analyseur



                                                          Antenne sous test                 Cornet
      TA                   RF out
                                                 moteur                                              moteur




                                                                 Interface
                                                 moteur           moteurs


  Coupleur directif


                                                                                            Analyseur
                                                                                             Wiltron



Mesure de rayonnement                                                                                     Table
                                                                                                        traçante




                                                                               Ordinateur


              Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes               15
  Chambres de mesure




Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   16
  Chambres de mesure




Guillaume VILLEMAUD – Cours Techniques d’Antennes   17

				
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