MISE EN EVIDENCE DE LA METHODE A UTILISER POUR LA REALISATION DU SMART ANTENNA

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

Puissance de rayonnement 

Etant une forme d’énergie, l’énergie de rayonnement de l’onde électromagnétique est d’autant plus forte que les intensités des champs composants sont grandes. Une source d’ondes ? de puissance de rayonnement ?? , émettant uniformément dans toutes les directions distribuera à une distance ? une densité de puissance ?? telle que : ??=??4? ?².

Polarisation 

Les ondes électromagnétiques sont polarisées en ce sens que, dans un milieu donné, les oscillations des champs électrique et magnétique se produisent chacune dans un plan déterminé, La polarisation d’une onde est le plan dans lequel varie le champ électrique. Certaines émissions d’ondes électromagnétiques se font à polarisation horizontale, d’autres à polarisation verticale ou même circulaire ou elliptique: ces deux derniers cas sont présents lorsque l’on fait varier le champ électrique dans les plans horizontal puis vertical, alternativement. Dans le cas d’une polarisation circulaire, il faudrait faire varier un champ électrique d’intensité constante. On considérera alors la polarisation en sens horlogique, ou de polarisation circulaire droite, ou dextrogyre ou de RHP (Right Hand Polarisation) lorsque le champ électrique tourne dans le sens de l’horloge ; polarisation en sens anti – horlogique, ou de polarisation circulaire gauche, ou lévogyre ou de LHP (Left Hand Polarisation) lorsque le champ électrique tourne dans le sens anti – horloge.
Une onde incidente au sot est réfléchie en polarisation inverse; la réflexion d’ondes électromagnétiques sur des objets sphériques ou des gouttes d’eau s’accompagnent d’un changement du sens de polarisation dans le cas de la polarisation circulaire ou conique. Cette dernière propriété permet, au moyen de technique radar, d’identifier certains objets réfléchissants baignant dans le brouillard, c’est le cas d’un avion, ou dans l’eau, c’est le cas d’un bateau.

Propagation atmosphérique 

Les ondes radio ou ondes hertziennes se propagent de deux façons : dans l’espace libre (propagation rayonnée, autour de la Terre par exemple) ou dans des lignes (propagation guidée, dans un câble coaxial ou un guide d’onde). Le premier cas est ce qui nous intéresse dans cet ouvrage [1].
L’atmosphère est subdivisée en sous – couches :
– La troposphère (diélectrique) : 10 à 12 km d’altitude.
– La stratosphère (diélectrique) : 12 à 60 km d’altitude.
– L’ionosphère (semi – conducteur) : 60 à 400 km d’altitude.
Pendant la transmission de l’onde dans l’atmosphère, ces sous – couches jouent leurs rôles (diélectrique/semi – conducteur). La pression a une influence sur la propagation des ondes, d’autant plus que les hydrométéores : ce sont des particules polarisantes qui absorbent une partie de l’énergie électromagnétique.

Caractéristiques d’une antenne 

En introduisant le principe de réciprocité : toute structure qui reçoit une onde électromagnétique peut transmettre une onde électromagnétique, une antenne passive peut réciproquement être utilisée en émission et en réception. Les propriétés de l’antenne resteront les mêmes qu’elle soit utilisée en émission ou en réception. L’antenne peut être alimentée de différentes façons et en différents endroits. La principale considération en jeu est celle de l’adaptation d’impédance. L’alimentation directe est parfois utilisée et le plus souvent par couplage d’un circuit résonant à la fréquence de fonctionnement. Toutefois, des lignes de transmission parallèles proches permettent de véhiculer la puissance électrique sans rayonnement. Enfin, des lignes non résonantes sont aussi utilisées et peuvent être adaptées pour alimenter une antenne [1] [3] [4].

Résistance de rayonnement 

Il ne s’agit pas de la résistance liée aux pertes ohmiques de l’antenne, mais de la perte de puissance liée à l’onde électromagnétique rayonnée par l’antenne. Il s’agit donc d’une puissance active. Une grande résistance de rayonnement indique une forte capacité à convertir l’énergie électrique en énergie électromagnétique. De ce fait, la résistance de rayonnement est une résistance qui, parcourue par le courant, dissiperait la même puissance rayonnée : ??= ?? ????2= 12 ?? ?².

Impédance d’entrée 

Les éléments essentiels d’un émetteur sont un générateur d’ondes connecté à une ligne de propagation, elle-même reliée à l’antenne. Chacune de ces trois parties présente une impédance propre complexe. Pour des antennes réciproques, l’impédance de l’antenne est la même en émission ou en réception. On appelle impédance d’entrée de l’antenne l’impédance vue à l’entrée de ce composant. Elle est représentée par : ?= ??+???.
La résistance d’entrée représente un terme de dissipation. Il est lié, d’une part à la puissance rayonnée et d’autre part, à la puissance perdue par effet Joule. Cette dernière est en général petite par rapport à la puissance rayonnée pour assurer le fonctionnement optimal de l’antenne. Cependant les pertes par effet Joule peuvent représenter des valeurs non négligeables en fonction de la géométrie de l’antenne. La réactance est liée à la puissance réactive stockée au voisinage de l’antenne. Donc, on a : ?= ??+ ??.

Antenne intelligente 

Dans les systèmes dits « sans fil », le canal de communication est le siège d’un phénomène qui varie à la fois dans le temps et dans l’espace. Pour observer les signaux associés à un tel phénomène on utilise un dispositif constitué de plusieurs capteurs suivis d’une opération d’échantillonnage en temps. En pratique le nombre de capteurs est souvent faible comparé au nombre d’échantillons temporels.
Lorsque les capteurs travaillent sur le même canal et exploitent la relation de distance entre capteurs voisins est inférieure à la phase entre les fronts d’onde touchant chaque capteur, la longueur d’onde on parle alors d’antenne intelligente, en anglais smart antenna [5] [6] [7].

Réseau d’antenne 

Une antenne réseau est un système constitué d’antennes élémentaires, réparties dans l’espace, dont les sorties sont pondérées en amplitude et/ou phase avant d’être sommées entre elles. Les amplitudes et/ou les phases relatives de ces sources peuvent être commandées par un dispositif d’alimentation. De ce fait, les antennes réseaux peuvent produire des diagrammes de rayonnement ayant une forme voulue dans les directions désirées. Notamment, la création de plusieurs lobes simultanément ou la création d’un lobe dans la direction du signal incident et un zéro dans la direction d’une interférence (antennes adaptatives) ou encore la modélisation de leur enveloppe (antennes à faisceaux conformés), vont permettre de les conformer localement. La détermination de ces coefficients nécessite l’utilisation d’un outil numérique de contrôle et de traitement.
On distingue trois types de sources de signaux incidents sur le réseau :
– La source utile que l’on souhaite isoler.
– Les interférents, qui peuvent être directifs et posséder une signature spatiale ou être diffus.
– Le bruit additif (thermique et environnant), qui ne présente pas de directions d’incidence particulière.
Le champ total rayonné par le réseau est déterminé par l’addition des vecteurs champs rayonnés par les différents éléments. Les antennes réseaux peuvent avoir différentes géométries: réseaux linéaires, réseaux planaires et réseaux circulaires. Si on veut rendre un modèle très directif, il est essentiel que les champs interfèrent de manière constructive dans les directions exigées et interfèrent nuisiblement dans l’espace restant.

Système à faisceau commuté 

En mode réception, ces antennes détectent la qualité du signal reçu, choisissent parmi un des multiples lobes prédéterminés et commutent d’un rayon à un autre en fonction du mouvement de l’usager. En émission, le système consiste à créer de multiples faisceaux très étroits (15° à 30° d’angle d’ouverture), sachant que le meilleur d’entre – eux sera utilisé pour desservir l’usager en fonction de son mouvement.
Etant relativement simple à mettre en application, le réseau de système de SBA exige seulement un réseau d’alimentation de sources, un commutateur RF, et une commande logique pour choisir un faisceau spécifique. Un choix de ? éléments d’antenne reliés à ? ports des faisceaux est indispensable pour former les faisceaux multiples. Un résultat simple de réseau est formé quand des signaux induits sur différents éléments de réseau sont combinés. La direction dans laquelle le réseau a la réponse maximale serait la direction du pointage de faisceau. Ainsi, le diagramme de rayonnement d’antenne dans ce cas est fixe, c’est à dire, pour un choix de faisceau dans une direction désirée, un ajustement de phase doit être accompli [6].

Système à réseau adaptatif 

Il s’agit de la technique la plus avancée à nos jours en ce qui concerne les antennes intelligentes. Les systèmes à antennes adaptatives s’adaptent constamment à l’environnement radio au fur et à mesure de ses changements. Ils reposent sur des algorithmes de traitement du signal sophistiqués permettant de distinguer en permanence les signaux utiles des signaux issus des trajets multiples et des brouilleurs et de calculer leurs directions d’arrivée.
Cette antenne focalise son lobe principal dans la direction où une source est détectée. Avec les systèmes des antennes adaptatives, il est possible de réaliser de plus grandes performances que celles obtenues en utilisant le système de SBA. En commutant les faisceaux d’une antenne multifaisceaux, il est aisé d’exclure les équipements brouilleurs ou brouillés qui ne se trouvent pas sur le faisceau principal.
Théoriquement, une antenne à ? composants peut supprimer (?−?) brouilleurs en appliquant une pondération adéquate aux éléments. En pratique, cette capacité de suppression diminue en présence des composantes multi- trajets [6].

Table des matières

CHAPITRE 1 CONCEPT D’ANTENNES INTELLIGENTES
1.1. Les ondes électromagnétiques
1.1.1. Définition
1.1.2. Caractéristiques
1.1.2.1. Fréquence, vitesse, longueur d’onde, amplitude
1.1.2.2. Puissance de rayonnement
1.1.2.3. Polarisation
1.1.3. Propagation atmosphérique
1.1.3.1. Onde de sol
1.1.3.2. Réflexion
1.1.3.3. Réfraction
1.1.3.4. Diffraction
1.1.3.5. Diffusion
1.1.3.6. Ionosphérique
1.1.4. Interférence
1.2. Les antennes
1.2.1. Rôles d’une antenne
1.2.1.1. Antenne d’émission
1.2.1.2. Antenne de réception
1.2.1.3. Réciprocité
1.2.2. Principe des antennes
1.2.3. Caractéristiques d’une antenne
1.2.3.1. Fonction caractéristique de rayonnement
1.2.3.2. Diagramme de rayonnement
1.2.3.3. Angle d’ouverture
1.2.3.4. Directivité
1.2.3.5. Gain en puissance
1.2.3.6. Résistance de rayonnement
1.2.3.7. Impédance d’entrée
1.2.3.8. Bande passante
1.2.3.9. Longueur effective
1.2.3.10. Hauteur effective
1.2.3.11. Température de bruit
1.2.4. Types et modèles d’antennes
1.3. Antenne intelligente
1.3.1. Réseau d’antenne
1.3.2. Antenne intelligente
1.3.3. Types
1.3.3.1. Système à faisceau commuté
1.3.3.2. Système à réseau adaptatif
1.4. Conclusion
CHAPITRE 2 INTERFERENCES VHF AERONAUTIQUES
2.1. Présentation de l’ASECNA
2.1.1. Missions de l’ASECNA
2.1.2. Organigramme
2.1.3. Services rendus
2.1.3.1. Services Fixes Aéronautiques
2.1.3.2. Services Mobiles Aéronautiques
2.1.3.3. Services de radionavigation
2.1.3.4. Surveillance
2.1.4. L’ASECNA en quelques chiffres
2.2. Analyse de l’existant
2.2.1. Navigation aérienne
2.2.1.1. Espace aérien
2.2.1.2. Clairance
2.2.1.3. IFR
2.2.1.4. VFR
2.2.1.5. Niveau de vol
2.2.1.6. Phase de vol
2.2.1.7. Accidents aériens
2.2.1.8. Aérodrome
2.2.2. Communication dans l’aéronautique
2.2.2.1. Utilisations
2.2.2.2. Aspects techniques
2.2.2.3. Le programme 8.33
2.2.3. Synoptique
2.2.3.1. Explication
2.2.3.2. Schéma synoptique
2.2.4. Interférences VHF aéronautiques
2.2.4.1. Cas général
2.2.4.2. Cas de l’ASECNA
2.2.4.3. Etude d’impact
2.3. Solutions possibles
2.3.1. Changement de fréquence de fonctionnement
2.3.2. Changement de technique de modulation
2.3.3. Equipements à bord
2.3.4. Antenne intelligente au sol
2.4. Conclusion
CHAPITRE 3 MISE EN EVIDENCE DE LA METHODE A UTILISER POUR LA REALISATION DU SMART ANTENNA
3.1. Présentation de la solution
3.1.1. Normes pour les systèmes d’installation au sol
3.1.1.1. Stabilité en fréquence
3.1.1.2. Puissance
3.1.1.3. Sensibilité en réception
3.1.1.4. Voie adjacente
3.1.2. Normes pour les systèmes d’installation à bord
3.1.2.1. Stabilité en fréquence
3.1.2.2. Puissance
3.1.2.3. Sensibilité en réception
3.1.2.4. Voie adjacente
3.1.2.5. Performance d’immunité à l’égard du brouillage
3.1.3. Caractéristiques
3.2. Simulations, résultats et interprétations
3.2.1. Simulation d’un réseau linéaire uniforme
3.2.2. Simulation de la matrice de Butler
3.2.2.1. Cas 1 Antennes à poids significatifs placées consécutivement
3.2.2.2. Cas 2 Antennes à poids significatifs placées séparément
3.2.3. Simulation du beamforming conventionnel
3.2.3.1. Cas 1 Deux signaux arrivant sur le réseau
3.2.3.2. Cas 2 Trois signaux arrivant sur le réseau à échelle linéaire
3.2.3.3. Cas 3 Trois signaux arrivant sur le réseau à échelle logarithmique
3.2.4. Simulation du beamforming adaptatif
3.2.4.1. Cas 1 Deux signaux à valeur supérieure au seuil de résolution arrivant sur le réseau
3.2.4.2. Cas 2 Deux signaux à valeur inférieure au seuil de résolution arrivant sur le réseau
3.2.5. Simulation des méthodes hautes résolutions
3.3. Discussion
3.4. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
ANNEXE 1 CLASSIFICATION OF EMISSIONS
ANNEXE 2 TRANSFORMEE DE FOURIER
ANNEXE 3 FONCTION DE BESSEL
ANNEXE 4 CLASSIFICATION DES RISQUES
ANNEXE 5 DECOMPTE PLAN DE VOLS TRAITES EN 2014
ANNEXE 6 EXTRAIT DES CODES COURCES UTILISES POUR LA SIMULATION
BIBLIOGRAPHIE

Télécharger le rapport complet