Conception et réalisation d'un outil d'aide au paramétrage des antennes

II.2.4 Module diagramme de rayonnement

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Cette partie permet de faire un tracer de la distribution du courant, le champ et l'admittance de l'antenne choisi en coordonnées cartésiens 2D et en coordonnées polaires, sphériques.

Figure IV.6 : Diagramme de rayonnement

Source : Auteurs

Le diagramme de rayonnement de l'antenne est une représentation graphique en zone éloignée du champ de radiation de l'antenne. Plus précisément c'est la représentation graphique de la puissance émise par une antenne par unité d'angle solide ou Intensité de la radiation U exprimé en watts/unité d'angle solide.

U= r²S (10)

Où :

r : distance entre l'antenne et un point quelconque ;

S:densité de puissance (module du vecteur de poynting (en moyenne) en w/m²) ;

II.2.5 Module caractéristiques du rayonnement

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Cette partie permet de donner les caractéristiques propres à l'antenne à savoir :

1. Surface effective ;

2. Directivité ;

3. Gain ;

4. Angle d'ouverture

5. Longueur d'onde

Figure IV.7 : Caractéristiques du rayonnement

Source : Auteurs

Le module caractéristiques du rayonnement permet de donner quelques caractéristiques de la radiation électrique comme la surface effective, la directivité, le gain, l'angle d'ouverture.

II.2.6 Module aide

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Cette partie permet de donner les informations complémentaires sur l'antenne

Figure IV.8 : Aide

Source : Auteurs

Le modulaire aide donne les informations nécessaires à l'antenne à savoir son historique, sa définition, la propagation des ondes électromagnétiques, et dans les perspectives : la documentation technique nécessaire au dimensionnement, ainsi que son algorithme seront implémentée.

II.2.7 Exemple de simulation

Cette partie comporte les résultats sous forme de courbes que les modules précédemment présentés ont pu donner. On gardera à l'esprit, lors de l'analyse des résultats, que ceux-ci sont fortement lié aux paramètres choisis.

Cahier des charges :

On se propose d'analyser un système rayonnant, de prédire ses caractéristiques et celles du rayonnement émis ; par l'étude d'une liaison à 4 Mhz (Bande C) entre un satellite géostationnaire et une antenne parabolique d'un mètre de diamètre grâce au logiciel AntenneDesigner 1.0.0

Les paramètres choisis sont :

La gamme de fréquence : transmissions satellitaires ;

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Bande de fréquence : bande C (4 à 6 Mhz) ;

Nom de l'antenne : antenne parabolique ;

Fréquence centrale : 5 Mhz.

Les paramètres à entrer sont :

Le diamètre de l'antenne : 1m

Après validation de ces paramètres, nous obtenons les résultats ci-dessous :

Figure IV.10 : Diagramme de rayonnement suite à la projection, en coordonnées polaires

Source : Auteurs

Interprétons les résultats ci-dessous : L'image de l'antenne :

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L'image de l'antenne permet à l'utilisateur de voir quel type d'antenne fera l'objet du dimensionnement. Ici nous avons une antenne à réflecteur parabolique multifaisceaux permettant de recevoir les signaux émissent par deux ou trois satellites avec la même antenne. Applications : réception satellite, radar, etc.

Expression du champ électrique :

La modélisation étant supposée être celle d'un réseau d'éléments à courants d'équiamplitudes, le champ et le facteur de réseau donnés par les formules suivantes :

(11)

s'interprètent comme suit :

En coordonnées sphériques ( ) qui est le système de coordonnées approprié pour décrire le champ électromagnétique, des deux équations précédentes, il ressort que :

Les champs varient sinusoïdalement dans le temps ;

Les champs sont nuls dès que vaut 0 ou

Le vecteur de poynting est dans la direction de et transporte ainsi la puissance dans cette direction.

Diagramme de rayonnement :

Le diagramme de rayonnement d'une antenne directive a l'aspect décrit par la figure IV.10 Les lobes secondaires correspondent à des maxima secondaires sur le diagramme de rayonnement, ils sont situés en dessous du lobe principal. En dehors de la direction privilégiée, la puissance reçue est toujours inférieure de 20 dB à la puissance maximale reçue d'après Balanis [4]. Si l'antenne est correctement pointée et si l'on effectue une rotation de 90° de la parabole autour du foyer, la perte de puissance sur la liaison sera de 30 dB [4]. Ce diagramme est conforme aux résultats de Balanis [4]. On remarque, conformément à la théorie que plus le diamètre de l'antenne est important, plus le gain de l'antenne est élevé et plus l'angle d'ouverture est étroit.

Aide sur l'antenne :

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Elle permet à l'utilisateur d'avoir le minimum d'informations sur l'opération qu'il est entrain d'effectuer. Ici nous avions la définition de l'antenne parabolique d'après [4], ainsi qu'une information sur le rayonnement.

Caractéristiques du rayonnement :

La surface équivalente : Cette grandeur caractérise la surface de captation de l'antenne, le résultat obtenu ici est conforme à l'abaque de Balanis [4] pour des fréquences inférieures à la bande Ku.

Le gain : on remarque, conformément à la théorie [4] que plus le diamètre de l'antenne n'est important, plus le gain de l'antenne est élevé et plus l'angle d'ouverture n'est étroit. Le pointage des grandes antennes doit être précis.

La directivité : conforme à la théorie de Balanis [4] concentration de la densité de puissance dans une direction privilégiée (lobe principale).

L'angle d'ouverture : ici elle de 1,0123 ° conforme aux angles de dépointage de la plupart des satellites géostationnaires, c'est-à-dire inférieur à 2 °.

Longueur d'onde : L'atténuation sera maximale (pire cas), lorsque ë est minimale. On prendra le canal à la fréquence la plus haute (fMAX = 8Mhz) soit ëMAX = 37,5m.