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Les antennes à reflecteurs et les antennes à ouverture.

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by

Soufiane Didah

on 14 April 2014

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Transcript of Les antennes à reflecteurs et les antennes à ouverture.

Plan:
Introduction générale :
Généralité et Définition
Historique
Antennes à réflecteurs :
Introduction
Structure des antennes à réflecteurs  
Caractéristiques
Applications
Avantages et Inconvénients
Antennes à ouverture :
Introduction
Structure des antennes à ouvertures 
Caractéristiques
Mode d'alimentation d'une antenne à ouverture
Applications
Avantages et Inconvénients
Introduction
En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques. Ce sont des éléments transformant un signal électrique en une onde électromagnétique (émissions) ou le contraire (réception). Il est important de connaître leur impédance, leur gain, leur directivité.
Un peu d'histoire
Le développement des radiocommunications est basé sur la
théorie de l’électromagnétisme, mise au point au XIXe siècle et améliorer au XXe siècle. Les ondes électromagnétiques, support des radiocommunications, ont été prévu de manière théorique dans le cadre des équations de Maxwell et mises en évidence expérimentalement par Hertz à la fin du XIXe siècle. Peu de temps après, les premières applications de transmission radio sont apparues. Leur développement s’est fait en parallèle avec celui de l’électronique au début du siècle. Le XXe siècle est ensuite ponctué d’innovations majeures, qui répondaient à des besoins précis.
Antennes à ouverture
Comme son nom l’indique, une antenne à ouverture c’est une antenne possédant une ouverture (aire) permettant de capter une onde électromagnétique se propageant dans un espace libre tout en assurant la transmission de l’énergie entre cette onde et une ligne de transport de puissance.
Les antennes à reflecteurs et les antennes à ouverture.
les différents types sont
Les antennes cornet. 
Cornet circulaire.
Cornet potter.
Cornet corrugué.
Cornet diélectrique.
Cornet multimode.
Si l’on souhaite faire rayonner en espace libre une onde électromagnétique guidée par un cornet de section rectangulaire, une idée simple consiste à proposer de laisser l’extrémité du guide ouverte, permettant ainsi à l’énergie électromagnétique de se propager librement dans l’espace.
Un peu d'histoire
Le développement des radiocommunications est basé sur la théorie de l’électromagnétisme, mise au point au XIXe siècle et améliorer au XXe siècle. Les ondes électromagnétiques, support des radiocommunications, ont été prévu de manière théorique dans le cadre des équations de Maxwell et mises en évidence expérimentalement par Hertz à la fin du XIXe siècle. Peu de temps après, les premières applications de transmission radio sont apparues. Leur développement s’est fait en parallèle avec celui de l’électronique au début du siècle. Le XXe siècle est ensuite ponctué d’innovations majeures, qui répondaient à des besoins précis.
Généralité
Le transport d’énergie par une onde électromagnétique va donc permettre le transfert d’information sans support physique à travers un canal ou une liaison radioélectrique, à condition que l’onde électromagnétique soit modulée par un signal informatif. Une liaison radioélectrique est un canal de transmission entre un émetteur et un récepteur, dont le support de transmission est assuré par des ondes électromagnétiques.
Le transport d’énergie par une onde électromagnétique va donc permettre le transfert d’information sans support physique à travers un canal ou une liaison radioélectrique, à condition que l’onde électromagnétique soit modulée par un signal informatif. Une liaison radioélectrique est un canal de transmission entre un émetteur et un récepteur, dont le support de transmission est assuré par des ondes électromagnétiques. Bien que complémentaire de l’étude des antennes, la question de la propagation des ondes électromagnétiques, la description physique et la modélisation des effets de la propagation des ondes et les techniques permettant de compenser les effets parasites du canal radioélectrique ne seront pas traitées dans ce cours.
ANTENNE A REFLECTEUR
Une antenne à réflecteur est un dispositif qui reflète les ondes électromagnétiques.
La première antenne à réflecteur de l’histoire a été réalisée par Henry Hertz en 1888. Elle était constituée d’un réflecteur cylindrique ayant la courbure d’une parabole et mesurant 2 mètres de hauteur par 1.2 mètre de largeur.
Structures des antennes à réflecteur
Une antenne à réflecteur parabolique est une antenne disposant d'un réflecteur paraboloïdal, elle est constituée de :

Réflecteur parabolique

Source focale qui contient à la fois :

Les composants électroniques
Les composants permettant de sélectionner la polarisation recherchée (horizontale, verticale…)
Structure des antennes à ouvertures :
Une antenne à ouverture se caractérise par une ouverture pratiquée dans une surface conductrice infinie par laquelle passe un champ électromagnétique.
Une antenne à ouverture rayonnante est composée d’une source primaire produisant un rayonnement par une antenne quelconque située à l’arrière de l’ouverture ou bien peut être guidée par un guide d’onde jusqu’à l’ouverture rayonnante.


Caractéristiques des antennes à ouverture :

Matériaux et dimension :
Une antenne à ouverture est fabriquée de deux technologies :
La technologie volumique
La technologie mousse
Ainsi l’utilisation du plastique est évidente.

Bande passante (de fonctionnement) :
Les cornets hyperfréquence couvrent les bandes de fréquence de 0.35 à 90 GHz

Gain d’une ouverture rayonnante :
Le gain des antennes cornets peut aller au-delà de 10 DB.

Directivité :
la directivité augmente avec la dimension de l’ouverture.

Pour les ouvertures de petites dimensions, on est proche du gain maximum réalisable.
Tandis que pour de grandes ouvertures, il va exister des contributions en opposition de phase qui vont diminuer cette directivité.

Donc il faut avoir une condition pour avoir une dimension optimum de l’ouverture qui présente une directivité maximum.

Diagramme de rayonnement :

Diagramme de rayonnement dans le plan E
Diagrammes de rayonnement dans le plan H

Mode d’alimentation des antennes à ouverture :
L'antenne est généralement déployée à l'extérieur, voire fixée au sommet d'un mât. Pour acheminer vers l'antenne l'énergie à haute fréquence fournie par l'émetteur ou en sens inverse amener le signal capté par l'antenne jusqu'à l'entrée du récepteur, on utilise une ligne de transmission ou un guide d'onde.
Pour obtenir un fonctionnement optimal, l'impédance au point d'alimentation doit être égale à l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation. L'ordre de grandeur des impédances rencontrées est de quelques dizaines (50 ou 75 ohms pour le câble coaxial) et quelques centaines d'Ohms .Outre l'adaptation des impédances, une antenne symétrique doit être alimentée par une ligne symétrique ou par un système rendant l'alimentation symétrique et une antenne asymétrique comme l'antenne verticale par une ligne asymétrique : un câble coaxial, par exemple.

Applications :
Les ouvertures rayonnantes correspondent à un type particulier d’antennes adaptées aux applications nécessitant des faisceaux étroits à fort gain (faisceau hertzien) communications spatiales, radar … On les retrouve, dans toutes les bandes de fréquences, dans de nombreux systèmes tels que les radars, les antennes satellites...les antennes cornets sont largement utilisées de nos jours dans le domaine des microondes, en particulier dans les bases de mesures, les sources primaires des réflecteurs paraboliques, mais également dans des applications qui requièrent une large bande passante.
Les antennes cornet sont généralement utilisées comme élément actif dans une antenne parabolique. Le cornet est pointé vers le centre du réflecteur. L'utilisation d'une antenne cornet, plutôt qu'une antenne dipolaire ou n'importe quel autre type d'antenne au point focal du réflecteur, réduit au minimum la perte d'énergie autour des bords du réflecteur.

Avantages et inconvénients :
Les principales qualités de ce type d’antenne sont la pureté de polarisation qui permet son utilisation pour caractériser la polarisation d’autres antennes, sa large bande passante (comparée aux antennes résonnantes), et son gain important. Le principal défaut est son encombrement et son poids.

Cas d’études : Antenne Ricoré
C’est une antenne directionnelle utilisée dans le but d’accroître la portée d’un signal Wifi. Cette antenne permet d’établir une connexion réseau à partir d’une distance beaucoup plus importante que la distance maximale envisageable avec l’antenne classique d’un point d’accès WiFi.
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement de l’antenne à réflecteur parabolique repose sur deux principes essentiels :

Tous les rayons émanant du point focal (F0) d'une parabole de révolution sont renvoyés par le réflecteur parallèlement à son axe.
Tout rayon émis à partir du point focal et renvoyé par le réflecteur, atteint un plan orthogonal à l’axe du réflecteur en ayant effectué le même trajet optique. La distribution du champ dans ce plan décrit alors une ouverture circulaire équiphase et non équiamplitude.

Caractéristiques des antennes à réflecteur
Dimensions
 : plus la taille d'une antenne est importante, plus son gain (proportionnel à l'énergie captée) sera élevé. Par contre, plus la taille est grande, plus l'ouverture sera faible.
Matériaux
 : Pour que les mircro-ondes se réfléchissent, la surface réfléchissante doit être métallique ou comporter une structure de ce type.

Bande passante :
La bande passante d'une antenne est la plage de fréquences dans laquelle on peut l'utiliser.
Gain :
C'est le rapport entre la puissance rayonnée dans le lobe principal et la puissance rayonnée par une antenne de référence, isotrope ou dipolaire. Le gain d'une antenne dépend principalement de sa surface équivalente et de la fréquence.
Diagramme de rayonnement :
Le diagramme de rayonnement d'une antenne permet de visualiser ses lobes dans les trois dimensions, dans le plan horizontal ou dans le plan vertical incluant le lobe le plus important.

Caractéristiques des antennes à réflecteur
Ouverture de l’antenne :
La section efficace d’ouverture une antenne Ae est la surface en coupe que représente l’antenne en émission ou en réception. Il s’agit d’un paramètre crucial de la performance de l’antenne.
Types d’antenne à réflecteur
Antenne à source centrée 
Antenne à source décalée 
Antenne Cassegrain et grégorienne 
Applications
Télécommunications & transmissions professionnelles terrestres (faisceaux hertziens)
Liaisons entre la Terre et les satellites
Radars
Radiodiffusion par satellite pour le grand public.
Radio-amateurisme, Wi-Fi, ISM.
Radioastronomie

Conclusion
Avantages et inconvénients
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