TD1 Ray Antenne Master 2016 17
TD1 Ray Antenne Master 2016 17
TD1 Ray Antenne Master 2016 17
Département de Physique
MASTER TSE & ETC
Travaux dirigés
Module rayonnement et Antennes
Série n°1
Exercice 1
Soit une antenne parcourue par une distribution de courant J s (figure ci-dessous).
En déduire l’expression du vecteur de rayonnement N(, ) .
2- Déterminer l’expression de la puissance active rayonnée en fonction des
composantes du vecteur N(, ) en coordonnées sphériques. Déduire l’intensité de
rayonnement.
Exercice 2
Dans les problèmes où le rayonnement est dû à des distributions de courants
électriques (J) et magnétiques (M), les champs électriques et magnétiques sont
obtenus par la superposition des champs produits par les deux distributions séparément:
E E A EF et H HA HF
1-a- En utilisant une procédure dans le domaine fréquentiel, montrer que les champs
EA et HA peuvent s’écrire sous la forme :
EA Ve j A j
. A
jA
1
HA et
1
HA A
j
b- Déduire les expressions des champs électromagnétiques EF et HF.
c- Déduire les champs électromagnétiques totaux. Interpréter ces résultats.
2-Etablir les deux équations différentielles que doivent vérifier respectivement les
vecteurs potentiels A et F.
Exercice 3
Pour une antenne dipôle court de longueur ℓ, orientée selon l’axe oz et traversée par un
courant I (voir la figure ci-dessous), on montre que lorsque la distance d’observation est
grande devant la longueur d’onde, le champ électromagnétique prend la forme :
K I K I
E(M) j Z (r ) a H(M) j (r ) a
8 8
1- Montrer que le vecteur potentiel est de la forme :
0 jk
en déduire l’expression de ψ(r). A I (r ) 1 cos a z ;
8 sin 6
2- Déduire la densité surfacique de puissance Sr(θ, φ). Vérifier que cette densité de
puissance est nulle dans la direction θ = 0 et qu’elle est maximale dans la
direction θ = π/2. Que représente cette dernière direction.
3- Déterminer la puissance totale rayonnée. En déduire que la résistance de
rayonnement de cette antenne est ≈ 197.ℓ2/λ2.
Exercice 4
Pour une antenne dipôle de longueur ℓ = /2, orientée selon l’axe oz et traversée par un
courant I = I0.cos(kz) (voir la figure ci-dessous), on montre que lorsque la distance
d’observation est grande devant la longueur d’onde, le champ électrique rayonné par ce dipôle
prend la forme :
cos( cos )
Z I 0 jkr 2
Ej e a
2 r sin
e jkz e jkz
coskz
2
A A r a r A a A a
Ar
sin cos sin sin cos A x
A
cos cos cos sin sin A y
A
sin cos 0 A z -/4
a r A sin A a A r r sin A
A
r sin r sin r
a rA A r
r r
2
cos 2 (( / 2) cos ) 1 cos y
0
sin
d
0
2y
dy 1.2175
2
cos (( / 2) cos ) 3
sin
sin
Exercice 5
Deux dipôles élémentaires de même longueur sont placés orthogonalement dans le
plan xoy sous forme de croix (figure ci-dessous). Les deux fils sont alimentés avec
des courants de même amplitude mais qui sont en quadrature de phase (la différence
de phase est /2) I (x j y ) I .
1- Montrer que le vecteur de rayonnement est de la forme N I ( x j y ) .
2- Déterminer les composantes sphériques de N(, ) .
3- Déduire l’expression du champ électrique :
4- Dans le plan z = 0 (θ = /2), la polarisation est linéaire selon la direction . Montrer
que :
5- Montrer que le diagramme de rayonnement en puissance est de la forme :
. Représenter ce diagramme et déduire la valeur de la
Exercice 6
Soit une antenne circulaire de rayon a (a <<) située dan le plan xoy. Elle est
parcoure par un courant uniforme I (figure ci-dessous):
a- Montrer que 2 jka sin cos
N r a I sin 0 sin e d '
2
N a I cos sin e jka sin cos d '
0
2 sin cos
N a I 0 cos e jka d'
Vérifier que
N j 2 a I J 1 ( ka sin )
j 0 kIa 2 e j k r 0 k I a 2 e j k r 0 k I a 2 e j k r
A sin H sin E sin
4 r 4 Z 0 r 4 r
a
ϕ