1. Introduction aux antennes
Une antenne est une structure de transition entre l'espace libre et une ligne de transmission, comme illustré sur la figure 1. Cette ligne de transmission peut être une ligne coaxiale ou un tube creux (guide d'ondes), servant à transmettre l'énergie électromagnétique d'une source à une antenne, ou d'une antenne à un récepteur. La première est une antenne émettrice, la seconde une antenne réceptrice.antenne.
Figure 1 Chemin de transmission de l'énergie électromagnétique
La transmission du système d'antenne en mode transmission (Figure 1) est représentée par l'équivalent de Thévenin (Figure 2). La source est modélisée par un générateur de signal idéal, la ligne de transmission par une ligne d'impédance caractéristique Zc et l'antenne par une charge ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. La résistance de charge RL représente les pertes par conduction et diélectriques liées à la structure de l'antenne, tandis que Rr représente sa résistance de rayonnement. La réactance XA représente la partie imaginaire de l'impédance associée au rayonnement de l'antenne. Dans des conditions idéales, toute l'énergie générée par la source de signal est transférée à la résistance de rayonnement Rr, qui représente la capacité de rayonnement de l'antenne. Cependant, en pratique, des pertes par effet Joule apparaissent en raison des caractéristiques de la ligne de transmission et de l'antenne, ainsi que des pertes par réflexion (désadaptation d'impédance) entre la ligne de transmission et l'antenne. Compte tenu de l'impédance interne de la source et en ignorant les pertes de la ligne de transmission et de la réflexion (désadaptation), la puissance maximale est fournie à l'antenne en mode d'adaptation conjuguée.
Figure 2
En raison du désaccord d'impédance entre la ligne de transmission et l'antenne, l'onde réfléchie à l'interface se superpose à l'onde incidente provenant de la source pour former une onde stationnaire. Celle-ci représente la concentration et le stockage d'énergie et constitue un dispositif résonant typique. La figure 2 illustre un diagramme de rayonnement typique d'une onde stationnaire (ligne pointillée). Si le système d'antenne n'est pas correctement conçu, la ligne de transmission peut se comporter principalement comme un élément de stockage d'énergie plutôt que comme un guide d'ondes et un dispositif de transmission d'énergie.
Les pertes dues à la ligne de transmission, à l'antenne et aux ondes stationnaires sont indésirables. Les pertes en ligne peuvent être minimisées en choisissant des lignes à faibles pertes, tandis que les pertes d'antenne peuvent être réduites en diminuant la résistance de perte représentée par RL sur la figure 2. Les ondes stationnaires peuvent être réduites et l'énergie stockée dans la ligne minimisée en adaptant l'impédance de l'antenne (charge) à l'impédance caractéristique de la ligne.
Dans les systèmes sans fil, outre la réception et la transmission d'énergie, les antennes sont généralement nécessaires pour amplifier l'énergie rayonnée dans certaines directions et l'atténuer dans d'autres. Par conséquent, en plus de leur fonction de détection, les antennes doivent également servir de dispositifs directionnels. Elles peuvent prendre diverses formes pour répondre à des besoins spécifiques : fil, antenne diaphragme, antenne patch, réseau d'éléments, réflecteur, lentille, etc.
Dans les systèmes de communication sans fil, les antennes constituent l'un des composants les plus critiques. Une conception d'antenne optimisée permet de réduire les exigences du système et d'améliorer ses performances globales. La télévision en est un exemple classique : la réception des émissions est améliorée grâce à l'utilisation d'antennes hautes performances. Les antennes sont aux systèmes de communication ce que les yeux sont à l'être humain.
2. Classification des antennes
L'antenne cornet est une antenne plane, une antenne micro-ondes à section circulaire ou rectangulaire qui s'élargit progressivement à l'extrémité du guide d'ondes. C'est le type d'antenne micro-ondes le plus répandu. Son champ de rayonnement est déterminé par la taille de l'ouverture du cornet et le mode de propagation. L'influence de la paroi du cornet sur le rayonnement peut être calculée à l'aide du principe de diffraction géométrique. À longueur de cornet constante, la taille de l'ouverture et le déphasage quadratique augmentent avec l'angle d'ouverture, tandis que le gain reste inchangé. Pour élargir la bande passante du cornet, il est nécessaire de réduire la réflexion au niveau du col et de l'ouverture ; cette réflexion diminue lorsque la taille de l'ouverture augmente. La structure de l'antenne cornet est relativement simple, et son diagramme de rayonnement est également relativement simple et facile à contrôler. Elle est généralement utilisée comme antenne directionnelle moyenne. Les antennes cornet à réflecteur parabolique, caractérisées par une large bande passante, de faibles lobes secondaires et un rendement élevé, sont fréquemment utilisées dans les communications par relais micro-ondes.
RM-DCPHA105145-20 (10,5-14,5 GHz)
RM-BDHA1850-20 (18-50 GHz)
RM-SGHA430-10 (1,70-2,60 GHz)
2. Antenne microruban
La structure d'une antenne microruban se compose généralement d'un substrat diélectrique, d'un élément rayonnant et d'un plan de masse. L'épaisseur du substrat diélectrique est bien inférieure à la longueur d'onde. Une fine couche métallique située sous le substrat est reliée au plan de masse. Une autre fine couche métallique, de forme spécifique, est réalisée sur la face avant par photolithographie et sert d'élément rayonnant. La forme de cet élément rayonnant peut être adaptée à de nombreux besoins.
L'essor des technologies d'intégration micro-ondes et des nouveaux procédés de fabrication a favorisé le développement des antennes microruban. Comparées aux antennes traditionnelles, les antennes microruban présentent l'avantage d'être compactes, légères, discrètes et faciles à intégrer. Elles sont également simples à mettre en œuvre, économiques, adaptées à la production de masse et offrent des propriétés électriques diversifiées.
RM-MA424435-22 (4,25-4,35 GHz)
RM-MA25527-22 (25,5-27 GHz)
3. Antenne à fente de guide d'ondes
L'antenne à fente de guide d'ondes est une antenne qui exploite les fentes de sa structure de guide d'ondes pour émettre un rayonnement. Elle se compose généralement de deux plaques métalliques parallèles formant un guide d'ondes, séparées par un étroit espace. Lorsque des ondes électromagnétiques traversent cet espace, un phénomène de résonance se produit, générant ainsi un champ électromagnétique intense à proximité de la fente et permettant l'émission d'un rayonnement. Grâce à sa structure simple, l'antenne à fente de guide d'ondes offre un rayonnement à large bande et à haut rendement, ce qui explique son utilisation répandue dans les radars, les communications, les capteurs sans fil et d'autres domaines fonctionnant dans les bandes micro-ondes et millimétriques. Ses avantages, tels qu'un rendement de rayonnement élevé, une large bande passante et une bonne résistance aux interférences, en font une antenne prisée des ingénieurs et des chercheurs.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
L'antenne biconique est une antenne à large bande dotée d'une structure biconique, caractérisée par une large réponse en fréquence et un rendement de rayonnement élevé. Ses deux parties coniques sont symétriques. Cette structure permet un rayonnement efficace sur une large bande de fréquences. Elle est couramment utilisée dans des domaines tels que l'analyse spectrale, la mesure du rayonnement et les tests de compatibilité électromagnétique (CEM). Grâce à ses bonnes caractéristiques d'adaptation d'impédance et de rayonnement, elle convient aux applications nécessitant une couverture multi-fréquences.
RM-BCA2428-4 (24-28 GHz)
RM-BCA218-4 (2-18 GHz)
L'antenne spirale est une antenne à large bande dotée d'une structure en spirale, caractérisée par une large réponse en fréquence et un rendement de rayonnement élevé. Grâce à sa structure de bobines spirales, elle offre une diversité de polarisation et un rayonnement à large bande, et convient aux systèmes radar, de communication par satellite et de communication sans fil.
RM-PSA0756-3 (0,75-6 GHz)
RM-PSA218-2R (2-18 GHz)
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Date de publication : 14 juin 2024
