Actualités - Antenne hélicoïdale : le choix idéal pour la polarisation circulaire à large bande

UNAntenne spiraleIl s'agit d'un exemple typique d'antenne filaire, caractérisée par sa structure en spirale. C'est une antenne à large bande adaptée aux bandes VHF et UHF.

L'antenne hélicoïdale fonctionne sur une plage de fréquences d'environ 30 MHz à 3 GHz, couvrant principalement les bandes VHF et UHF.

Construction et principes de fonctionnement d'une antenne spirale

Une antenne spirale est constituée d'un conducteur enroulé en spirale et relié à un plan de masse par une ligne d'alimentation. De structure simple, elle génère naturellement des ondes à polarisation circulaire et est largement utilisée dans les communications extraterrestres, notamment pour les systèmes de relais par satellite.

La figure ci-dessus représente un système d'antenne spirale utilisé pour les communications par satellite. Ce type d'antenne nécessite généralement un espace extérieur conséquent pour son installation.

L'antenne spirale est constituée d'une bobine de fil ou de tube de cuivre épais enroulée en hélice, fonctionnant avec un plan de masse métallique plat. Une extrémité de l'hélice est reliée au conducteur central du câble coaxial, tandis que le conducteur extérieur est fixé au plan de masse.

L'image ci-dessus illustre la structure d'une antenne spirale, avec une vue détaillée de ses composants.

Les caractéristiques de rayonnement d'une antenne spirale sont principalement déterminées par le diamètre de l'hélice, l'espacement entre les spires (pas) et l'angle de pas.

L'angle de pas est défini comme l'angle entre la tangente à l'hélice et le plan normal à l'axe de l'hélice, et est donné par :

Où:

•D est le diamètre de l'hélice

•S représente le pas (espacement entre les centres des virages adjacents)

•α est l'angle de tangage

Mode de fonctionnement

Les antennes spirales fonctionnent selon deux modes principaux :

•Mode normal (également appelé mode de rayonnement perpendiculaire)

•Mode axial (également appelé mode de tir axial ou mode de rayonnement par faisceau)

Chaque mode est décrit en détail ci-dessous.

En mode de rayonnement normal, le champ rayonné est perpendiculaire à l'axe de l'hélice et l'onde rayonnée est polarisée circulairement. Ce mode est obtenu lorsque les dimensions de l'hélice sont petites par rapport à la longueur d'onde. Dans ce cas, les caractéristiques de rayonnement de l'antenne hélicoïdale peuvent être considérées comme une combinaison de celles d'une antenne dipôle courte et d'une antenne boucle.

La figure ci-dessus illustre le diagramme de rayonnement d'une antenne spirale fonctionnant en mode normal.

Ce mode est déterminé par le diamètre de l'hélice D et l'espacement entre les spires S. Les inconvénients de ce mode de fonctionnement incluent un faible rendement de rayonnement et une bande passante étroite ; par conséquent, il est rarement utilisé dans les applications pratiques.

Mode axial

En mode de rayonnement axial, le champ rayonné présente des caractéristiques de rayonnement axial le long de l'axe de l'hélice, et l'onde rayonnée est polarisée circulairement ou quasi circulairement. Ce mode est obtenu lorsque la circonférence de l'hélice atteint une valeur de l'ordre de la longueur d'onde (λ) et que l'espacement entre les spires est d'environ λ/4. Dans ces conditions, le diagramme de rayonnement est large le long de l'axe et directionnel ; des lobes secondaires apparaissent à des angles décalés par rapport à l'axe.

La figure ci-dessus illustre le diagramme de rayonnement d'une antenne spirale fonctionnant en mode axial.

Lorsqu'une antenne est conçue pour les ondes à polarisation circulaire droite (RHCP), elle ne reçoit pas les ondes à polarisation circulaire gauche (LHCP), et inversement. Ce mode de fonctionnement est simple à mettre en œuvre et plus courant dans les applications pratiques.

Les principaux avantages de l'antenne spirale sont les suivants :

• Structure simple et conception facile

• Haute directivité

• Large bande passante

• Capable de polarisation circulaire

• Convient aux bandes HF et VHF

Les principales applications de l'antenne spirale sont les suivantes :

• Les antennes hélicoïdales simples ou leurs réseaux sont utilisés pour la transmission et la réception des signaux VHF.

• Largement utilisé dans les systèmes de communication par satellite et par sonde spatiale.

• Utilisé dans les liaisons de télémétrie entre les missiles balistiques, les satellites et les stations terrestres

• Utilisé pour établir une communication entre la Lune et la Terre

•Elle joue également un rôle important dans les applications de la radioastronomie