Pr

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4ème année du Département Génie Électrique
ANTENNES
Bases et Principes des Communications Hertziennes
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De quoi allons-nous parler ?
Nous allons parler des antennes (ou aériens),
dispositifs permettant la transposition dune
énergie guidée en un champ électromagnétique
rayonné en espace libre (ou inversement).
Il existe une multitude de types dantennes, 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 dapplications.
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Les antennes au quotidien
GSM 900 MHz DCS 1800 MHz UMTS 2 GHz LTE 800 MHz,
2.6 GHz
Analogique 800 MHz DECT 1900 MHz
Radar anticollision 80 GHz Télépéage 6
GHz Ouverture à distance 433 MHz
Wifi / Bluetooth / UWB 2.4 à 6 GHz
TV terrestre 500 MHz
Systèmes satellites 1 à 45 GHz (Ex Télévision
12 GHz, GPS 1.5 GHz)
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Navire militaire
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Radiotélescope 1 à 3,5 GHz
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
Miroir sphérique fixe, d'axe nord-sud (hauteur 35
m, longueur 300 m, précision de surface 3 mm
rayon 560 m)
Centre de Nançay (Cher)
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Problème principal lénergie
3 MHz 100m
30 MHz 10m
300 MHz 1m
3 GHz 10 cm
30 GHz 1 cm
300 GHz 1 mm
120 dBm
Radars météo
1GW
Radars militaires
100
Satellites
1MW
80
TV UHF
Four
60
1KW
TV VHF
TFTS
40
Télé péage
Amateurs
1W
GSM
20
Amateurs
DECT
0
1mW
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Ex Communication Terre-satellite
Antenne terrestre
Puissance Isotrope
1GW
Antenne satellite
1MW
1kW
Ampli terre
1W
Low Noise amplifier
Signal de sortie
Ampli
1mW
Signal dentrée
1µW
Gain antenne
1pW
Signal capté
Gain antenne
1fW
Signal capté par la terre
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La chaîne de transmission radio
Partie émission
signal utile
antenne
Mod
Cod
duplexeur
ampli
circulateur
BB
fo
synthé
Partie réception
signal utile
Démod
Décod
antenne
duplex
ampli
ampli
LNA
synthé
fi
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Exemple dun GSM
canal radio
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Notion de canal radio
La chaîne de transmission radio
récepteur RF
émetteur RF
num/analog
analog/num
Propagation guidée
Propagation guidée
Propagation espace libre
canal radio
Les  boîtiers  contenant lélectronique sont
reliés aux antennes via des lignes ou câbles
(feeders). Dun point de vue traitement du
signal, lensemble des déformations de londe
engendrées par la propagation guidéelibre forme
le canal radio.
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Où se perd lénergie ?
atténuation, dispersion
atténuation, dispersion
Milieu de propagation
bruit des composants
bruit des composants
désadaptation
désadaptation
Réflexions, diffractions, trajets multiples,
obstacles, diffusion, évanouissement, AEL,
conditions météos...
Et tous ces paramètres varient en fonction de la
fréquence, du temps et même de la polarisation de
londe.
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Domaines 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 lélectromagnétisme
  (équations de Maxwell, propagation des ondes
  EM...)
• la bonne compréhension des principes des lignes
  de transmission et surtout de ladaptation en
  impédance des systèmes (ondes progressives, ondes
  stationnaires...)
• savoir prendre du recul les antennes
  représentent une application pratique des
  équations de Maxwell où lon peut  voir  les
  phénomènes physiques sans rester purement dans
  les calculs théoriques.

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Plan détaillé
3 grandes parties Principes des
antennes Caractéristiques des
antennes Différents types dantennes

• Principes des antennes
• Passage propagation guidée/espace libre
• Le champ EM et les zones de rayonnement
• Le doublet élémentaire
• Les théorèmes fondamentaux
• Notion de front donde
• La polarisation

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Plan détaillé

• Caractéristiques des antennes
• Impédance dentrée / notion de circuit
• Fonction caractéristique de rayonnement
• Puissance rayonnée
• Directivité et gain
• Bilan de liaison

• Types dantennes
• Antennes filaires
• Antennes à fentes
• Antennes patchs
• Antennes à réflecteur
• Mise en réseau