Paramètres d’une antenne

De grandes innovations techniques ont marqué par leur importance l’évolution des télécommunications. La numérisation des signaux ainsi que l’introduction des fibres optiques ont été des étapes clef de cette évolution. Si ces technologies sont associées à des concepts comme débit d’information élevé et support pour le multimédia et constituent les grandes artères de communications, les récentes années nous ont montré un intérêt tout particulier des utilisateurs pour des notions comme facilité d’accès ou surtout mobilité. Pour répondre à ces attentes, c’est tout naturellement que les techniques de transmission radio ont pris leur essor pour connecter les utilisateurs professionnels ou particuliers. Ceci favorise l’émergence de nouveaux concepts technologiques dans l’exploitation des fréquences de plus en plus élevées du spectre électromagnétique. Les défis qui émergent actuellement sont l’augmentation de la capacité des systèmes cellulaires pour répondre aux marchés sans cesse en croissance, le développement de systèmes sans fil large bande pouvant supporter des applications multimédia stratégiques pour les différents opérateurs de télécommunications.

GENERALITES SUR LES ANTENNES 

Aucune transmission de l’onde hertzienne n’est possible sans l’intervention d’une ou plusieurs antennes. Dès l’origine, l’antenne est l’élément qui est utilisé pour diffuser les ondes électromagnétiques par rayonnement. Elle joue deux rôles réciproques : la transmission et la réception. Ainsi, dans une chaîne de communication, elle est toujours le premier élément dans une chaîne de réception ou le dernier élément d’une chaîne d’émission. Il y a une grande variété de techniques pour réaliser les antennes, chacune d’elles possède ses propres caractéristiques et sert à une application bien déterminée.

Principe des antennes

Une antenne d’émission est un conducteur qui transforme une énergie électrique en énergie de rayonnement électromagnétique. Une antenne de réception traduit un rayonnement électromagnétique en courant électrique induit. La même antenne peut souvent servir à émettre ou capter selon qu’elle est alimentée ou non en courant [1] [2]. Afin de mieux comprendre le mécanisme de rayonnement, procédons à quelques rappels. Un conducteur dans lequel passe un courant I produit dans son entourage un champ magnétique dont l’intensité décroît en fonction de la distance du conducteur et, compte tenu de la direction, perpendiculaire à celle du conducteur.

D’autre part, un courant circulant dans un conducteur correspond à un déplacement de charges à l’intérieur de ce conducteur. On peut considérer que l’effet provoqué par le courant est d’accumuler des charges positives à une des extrémités du conducteur et des charges négatives à l’autre extrémité. Celles -ci donnent alors naissance à un champ électrique.

Il existe donc des champs électriques et magnétiques perpendiculaires l’un par rapport à l’autre dans l’entourage du conducteur. Si ces champs varient dans le temps –cas où le conducteur est alimenté par une source de courant alternatif, nous aurions une onde électromagnétique se propageant perpendiculairement aux deux champs créés, le sens de propagation de l’onde électromagnétique créé demeurant inchangé .

Paramètres d’une antenne

Une antenne peut être caractérisée par différents paramètres : son diagramme de rayonnement, sa polarisation, sa résistance, sa bande passante, sa largeur de faisceau, son gain en directivité et en puissance, sa longueur effective st sa hauteur effective. Nous envisagerons successivement tous ces paramètres .

Diagramme de rayonnement 

Il n’est pas inutile de bien comprendre ce qu’est le diagramme de rayonnement d’une antenne et de connaître les facteurs qui le modifient avant de choisir d’installer tel ou tel type d’antenne. Ce choix sera fait aussi en fonction du type de trafic (DX, local, vers une direction privilégiée…) .

Rayonnement d’une antenne isotrope

Cette antenne théorique n’est pas réalisable pratiquement mais son concept est utile pour exprimer le gain d’une antenne réelle. Supposons une antenne ponctuelle placée dans un espace infini et rayonnant uniformément dans toutes les directions. Pour une puissance émise donnée on mesure le niveau du champ électrique et on détermine à quelle distance d,ce niveau est de 1 V/m. Comme le rayonnement est le même dans toutes les directions, tous les endroits où le champ électrique est de 1 V/m se situent à la surface d’une sphère de rayon d. A titre d’exemple ce champ peut être produit par un émetteur de 100 watts à une distance de 55 m de l’antenne isotrope.

L’antenne est vue en bout, elle est au centre du demi-cercle. Les deux lobes sont identiques et symétriques par rapport au plan vertical dans lequel s’inscrit le dipôle, il n’y a théoriquement aucun autre lobe parasite. L’angle est l’angle de départ (ici 30 degrés), plus il est bas sur l’horizon, meilleure sera l’antenne pour le trafic DX mais moins bonne pour le trafic à moyenne distance (500à 1000km) Le cercle bleu représente le rayonnement du même dipôle en espace libre pour un champ de même niveau que celui de l’extrémité des lobes du dipôle à proximité du sol. Le gain de 6,2 dB est obtenu grâce à l’effet de réflecteur du sol. Le cercle vert symbolise le rayonnement de l’antenne isotrope.

Diagramme de rayonnement dans le plan horizontal 

Même antenne. On remarque que le profil des lobes en vue de dessus ne diffère guère de celui en forme de tore de l’antenne dipôle demi-onde placée dans l’espace. L’antenne est symbolisée par deux traits rouges au centre du cercle. Le rayonnement est théoriquement nul dans l’axe des brins. Le niveau 0 dB de référence est celui que l’on attribue à l’extrémité des lobes.

Resistance d’une antenne 

La résistance d’une antenne est un facteur essentiel à connaître parce qu’il permet d’adapter celleci à la résistance d’entrée de l’émetteur et assurer ainsi un transfert maximal d’énergie.

Une puissance électrique fournie à une antenne sera d’une part perdue en échauffement résultant de la résistance ohmique de l’antenne et, d’autre part, traduite en rayonnement électromagnétique. Nous pourrons donc considérer la résistance totale de l’antenne comme étant composée de deux résistances en série : la résistance ohmique r et la résistance de rayonnement R. Une antenne sera d’autant plus efficace que le rapport R/r sera grand.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LES ANTENNES
1.1 Introduction
1.2 Principe des antennes
1.3 Généralités
1.4 Paramètres d’une antenne
1.4.1 Diagramme de rayonnement
1.4.1.1 Rayonnement d’une antenne isotrope
1.4.1.2 Diagramme de rayonnement dans le plan horizontal
1.4.2 Resistance d’une antenne
1.4.3 Coefficient d’efficacité d’une antenne
1.4.4 Impédance d’une antenne
1.4.5 Bande passante d’une antenne
1.4.6 Largeur de faisceau d’une antenne
1.4.7 Gain de directivité d’une antenne
1.4.8 Gain de puissance d’antenne
1.5 Quelques exemples d’antennes
1.5.1 Antenne log-périodique
1.5.2 Antenne Yagi
1.5.2.1 Description
1.5.2.2 Caractéristiques
1.5.2.3 Principe de fonctionnement
1.5.2.4 Fonctionnement en émission
1.6 Conclusion
CHAPITRE 2 LES ANTENNES INTELLIGENTES
2.1 Introduction
2.2 Concept d’antenne intelligente
2.2.1 Principe d’opération
2.2.2 Impact de la technologie sur l’industrie des télécommunications sans fil
2.3 Structure d’une antenne intelligente
2.4 Avantage des antennes intelligentes
2.4.1 Réduction de la taille de motif (RTM)
2.4.2 Accès Multiple par Répartition Spatiale, AMRS (SDMA, Space Division Multiple Access)
2.5 Type des antennes intelligentes
2.5.1 Les systèmes à faisceaux commutés-SBA
2.5.1.1 Matrice de Butler
2.5.1.2 Matrice de Blass
2.5.1.3 Autres techniques de formation de faisceau
2.5.2 Les antennes adaptatives
2.6 Le système rayonnant
2.6.2 L’antenne patch
2.6.2.1 Définition
2.6.2.2 Alimentation des éléments rayonnants
2.6.2.3 Choix de matériels
2.6.2.4 Mécanismes de rayonnement de l’antenne patch rectangulaire
2.6.3 Influence des paramètres géométriques sur les caractéristiques de l’antenne
2.6.3.1 Largeur W du patch
2.6.3.2 Longueur L du patch
2.7 Formation des voies et annulation des interférences
2.8 Conclusion
CHAPITRE 3 OPTIMISATION DES RESEAUX INTELLIGENTS D’ANTENNE
3.1 Introduction
3.2 Problèmes de liaison radiomobles
3.2.1 Rappels
3.2.2 Le Canal de Propagation
3.2.3 Les phénomènes de propagation
3.2.3.1 Influence des obstacles sur les signaux
3.2.3.2 Les trajets multiples
3.3 Outils d’optimisation : l’algorithme génétique
3.3.1 Principe de l’algorithme génétique
3.3.2 Opérateurs génétiques
3.3.2.1 La sélection et appariement des individus
3.3.2.2 Le croisement (crossover)
3.3.2.3 La mutation
3.3.3 Structure générale d’un algorithme génétique
3.4 Application de l’algorithme génétique au problème d’optimisation de réseau intelligent d’antenne
3.4.1 Relation entre l’AG et le réseau d’antenne intelligente
3.4.2 Paramètres des algorithmes génétiques
3.4.2.1 Espace de recherche
3.4.2.2 Taille de la population
3.4.2.3 Nombre de générations
3.4.2.4 Taux de croisement
3.4.2.5 Taux de mutation
3.4.3 Les étapes de l’optimisation
3.4.3.1 Génération de la population initiale
3.4.3.2 Codage et décodage des données
3.4.3.3 Evaluation
3.4.3.4 Les opérateurs génétiques
3.4.4 Mesure de gabarit
3.5 Conclusion
CONCLUSION

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