3- Diagramme de rayonnement (1/2)

What is it ?
- représente en 3D (2D en polaire ou 1D en cartésien) la variation du champ EM ou de la puissance EM calculé ou
mesuré sur la surface d'une sphère de rayon
- permet de calculer la directivité d'une antenne ;
- se calcule ou se mesure en champ proche ou champ lointain.

Zones de rayonnement

Zone de rayonnement
en champ lointain (Fraunhofer)

Zone de rayonnement
en champ proche (Fresnel)
Zone réactive
région entourant l'antenne où l'énergie réactive domine
Zone réactive
en champ proche Zone de champ proche
rayonnement prédomine, mais en un point d'observation donné le
D champ EM dépend de la position angulaire « et » de sa distance
à l'antenne

Zone de champ lointain

dans cette région et en un point d'observation donné, le
champ EM dépend que de la position angulaire du point d'observation

: plus grande dimension de la

partie rayonnante de l'antenne

17
3- Diagramme de rayonnement (2/2)
Représentations possibles
3D polaire 1D
linéaire dB
ML ML
ML ML HPBW
HPBW
FNBW SLL SL

BL
SL HPBW

FNBW
SLL
SL BL
BL
BL SL

Grandeurs caractéristiques
lobe principal (Main Lobe, ML) :
direction principale dans laquelle l'intensité de rayonnement est maximale
lobes secondaires (Side Lobes, SL) :
directions de rayonnement autre que le lobe principal souhaité
lobe arrière (Back Lobe, BL) :
direction de rayonnement opposée (180°) à celle du lobe principal
ouverture à -3 dB ou mi-puissance (Half-Power BeamWidth, HPBW) :
angle défini entre les deux directions autour du ML pour lesquelles l'intensité de rayonnement du lobe principal
est égale à la moitié de sa valeur maximale
largeur du premier nul du lobe principal (First Null BeamWidth, FNBW) :
angle correspondant aux premiers zéro de rayonnement du lobe principa l

dynamique entre le 1er lobe secondaire (Side Lobe Level, SLL) et le lobe principal 18
Remarque : pour des applications radar SLL ≈ -20 dB (≈ facteur 100 !)
4- Directivité, efficacité et gain (1/5)
Directivité
définition : rapport de l'intensité de rayonnement, dans une direction donnée à l'intensité de rayonnement d'une
source isotrope rayonnant la même puissance

Mais qu'est-ce-qu'une « antenne isotrope » ?

antenne qui rayonne un champ E.M. dont l'intensité est constante dans toutes les directions.
Elle n'existe pas ! C'est un cas idéal qui sert de référence. pour l'exemple

boule

donc
Remarque si non précisés, on parle de directivité maximale

sans unité

sans unité

Pour le dipôle infinitésimal

et en dB
19
4- Directivité, efficacité et gain (2/5)
Exemples de Directivité
Type d'antenne Intensité de rayonnement Directivité HPBW (°)
source isotrope

dipôle infinitésimal

dipôle

1D polaire

Conclusion
Lorsque la taille de l'antenne augmente, la directivité croît et
la largeur à mi-puissance diminue 20
4- Directivité, efficacité et gain (3/5)
Efficacité totale (rendement total)
prendre en considération les pertes par désadaptation entre la ligne d'alimentation et l'antenne, ainsi que les pertes
dans les matériaux constituant l'antenne (métalliques et diélectriques)

Contexte expérimental

source RF
=
VNA

ligne d'alimentation antenne

=
câble RF

Remarques :
« coefficient de réflexion » de l'antenne
« impédance » de l'antenne (cf. p. 26)

Toutes les efficacités « efficacité due à la désadaptation »

sont des nombres sans
« efficacité de rayonnement »
unité et comprises dans 21
l'intervalle
4- Directivité, efficacité et gain (4/5)
Gain relatif
on a vu que
et

d'où

donc

et

si pas de pertes
dans les matériaux
sans unité

Gain absolu
prendre en considération les pertes par désadaptation entre la ligne d'alimentation et l'antenne

et

Remarque
si adaptation d'impédance entre la ligne d'alimentation
et l'antenne alors et
22
4- Directivité, efficacité et gain (5/5)
Avez-vous compris ?
Problématique
Un dipôle demi-onde sans pertes d'impédance 73 ohms est connecté à une ligne de transmission d'impédance caractéristique 50 ohms.
En supposant que l'intensité de rayonnement soit de la forme :

déterminer le gain absolu maximum de l'antenne.

Information
Avant de partir dans les calculs, proposer une procédure d'étude qui permet de parvenir à l'objectif

Réponse :
Exemple de procédure d'étude : Mise en œuvre de la procédure
a) déterminer la puissance rayonnée a) Puissance rayonnée

b) Exprimer la directivité
et déduire la directivité max.

c) Antenne sans pertes !

or
d) Calculer le gain absolu max.

d'où

b) Directivité
et

c) Antenne sans pertes

alors

d) Conclusion, gain absolu max.

23