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LES ANTENNES
(2018 - cette page est susceptible d'évoluer régulièrement)

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Réaliser une antenne HB9CV 435MHz



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Antennes GSM discrètes !!

Pylône arbre :


LES ANTENNES :

RxTx.gif

L'antenne permet d'établir une liaison radio depuis un émetteur vers un récepteur.
En émission, elle permet de transformer le signal électrique en une onde électromagnétique.
En réception, c'est l'inverse.

Plusieurs paramètres définissent une antenne :

Il existe une quantité incroyable de variétés d'antennes avec des formes plus ou moins surprenantes parfois même impressionnantes...
Cela va de l'antenne simple filaire ou télescopique jusqu'à des modèles des plus complexes telles que celles des centres d'émission de RFI, en passant par des modèles très répandus d'antennes de télévision ou de paraboles.
Il existe aussi des antennes actives, avec préamplificateur, utilisées le plus souvent en réception.

Les antennes omnidirectionnelles simples n'ont pas de gain et reçoivent dans presque toutes les directions.
Les antennes directives doivent être orientées et pointées sur l'émetteur, le pays à recevoir ou la zone à couvrir.

En général, plus le gain de l'antenne est élevé plus sa largeur de bande diminue.
L'antenne devient alors de plus en plus directive.

Attention, une antenne est sensible à son environnement...



FREQUENCES D'UTILISATION D'UNE ANTENNE :

En général, une antenne fonctionne sur une gamme de fréquences assez réduite et se comporte comme un filtre accordé, atténuant plus ou moins les autres fréquences non désirables. On dit que l'antenne est accordée.
En théorie, à gain égal, plus la fréquence sera élevée, plus l'antenne sera petite. Ceci est en rapport avec la longueur d'onde.

Toutefois, il existe aussi des antennes à large bande, dont les performances peuvent varier.

La largeur de bande ou la bande passante d'une antenne correspond à la gamme de fréquences utilisable.

Dans ce cet exemple, la bande passante de l'antenne donnant un ROS inférieur à 1,5
est de +/- 5 MHz, soit 10 MHz.

Si f0 = 435 MHz, l'antenne peut fonctionner raisonnablement de 430 à 440 MHz.
Dans ce cet exemple, la bande passante de l'antenne à -3dB
est de +/- 5 MHz, soit 10 MHz.

Si f0 = 70 MHz, l'antenne peut fonctionner raisonnablement de 65 à 75 MHz.


IMPEDANCE D'UNE ANTENNE :

Chaque antenne possède sa propre impédance en fonction de sa forme, de sa position, de son nombre d'éléments...
(Dipôle - Ground Plane - Antenne "J" )

Cette impédance doit être exactement la même que celle de l'émetteur ou du récepteur et de la ligne de transmission (Feeder).

Exemple:
La prise BNC 50 Ohms d'un récepteur doit être connectée à une antenne de 50 Ohms d'impédance par l'intermédiaire d'un câble coaxial de 50 Ohms.
Le système est alors adapté :




LA POLARISATION D'UNE ANTENNE :

Le champ électrique E d'une antenne peut être principalement polarisé linéairement, Verticalement ou Horizontalement :



Il existe aussi d'autres polarisations: circulaire droite ou gauche, elliptique...

Pour réaliser une bonne liaison radio, l'antenne du récepteur doit avoir la même polarisation que celle de l'émetteur.

Exemple de polarisation verticale.
Exemple de polarisation horizontale.
Exemple de polarisation à 45º.

Attention aux pièges !
Une parabole est ronde et pourtant la polarisation n'est pas obligatoirement circulaire, elle est souvent linéaire (voir tête de réception LNB).
De même certaines antennes radômées (Yagi 1,4GHz) peuvent ressembler aux antennes à polarisation circulaire, mais en fait se sont des Yagi polarisées, avec de nombreux éléments.

LA DIRECTIVITE D'UNE ANTENNE :

La directivité est en lien étroit avec le gain.
L'antenne isotrope est une antenne qui rayonne à l'identique dans toutes les directions.
Elle est purement théorique et reste imaginaire, en effet une antenne subit toujours l'influence de l'espace, du sol, de son support, des éléments métalliques proches...
Le rayonnement de l'antenne isotrope est une sphère imaginaire.

Le rayonnement d'un dipôle 1/2 onde est légèrement différent.
(C'est une antenne omnidirectionnelle de référence, avec un gain de 2,15dBi soit 0dBd)

Une antenne directive permet d'éliminer ou d'atténuer les émissions, les parasites qui viennent d'autres directions que celle souhaitée.
Vous avez sans doute entendu parler du rapport avant/arrière en dB, qui en fait est la faculté de l'antenne directive à éliminer les signaux reçus dans la direction opposée.

LE GAIN D'UNE ANTENNE :
(Voir aussi le chapitre dBd - dBi)

Le gain est en lien étroit avec la directivité.
Par analogie avec une lampe électrique, lorsque l'on ajoute des brins à l'antenne (lentilles de la lampe), on concentre les ondes dans une direction donnée.
Le gain d'une antenne est la quantité d'énergie émisse (ou reçue) dans cette direction.

Le calcul de ce gain a pour référence :
- soit l'antenne imaginaire isotrope, on exprime alors le gain en dBi,
- soit l'antenne dipôle 1/2 onde, on exprime alors le gain en dBd.
==> Attention, il y a très souvent confusion entre les deux...
(Remarque : l'antenne dipôle 1/2 onde possède un gain de 2,15 dBi )




ANTENNE FICTIVE :

L'antenne fictive est en fait constituée d'une charge purement résistive (50 Ohms le plus souvent).
Elle possède un ROS=1 sur une très large plage de fréquences.
Sa principale utilité est de simuler une antenne parfaite pour charger un émetteur et effectuer différents réglages. L'avantage est de ne pas créer de perturbations ou d'interférence puisque les rayonnements extérieurs sont presque nuls.
Bien sûr la puissance de la charge doit être supérieure à celle de l'émetteur (Exemple 1, exemple 2, exemple 3 de charge de puissance).

Attention au vocabulaire, ne pas confondre:
La charge fictive n'existe pas, elle est bien réelle. Seule l'antenne est fictive dans ce cas !



ANTENNES GROUND PLANE (GP), A PLAN DE SOL :



Ces antennes ont une longueur de 1/4 d'onde et possèdent des radians de même longueur qui simulent un plan de sol artificiel.
Leur gain est de 0dBd.
Leur impédance est fortement influencée par l'angle qu'elles forment avec ce plan de sol :



MODELES SIMPLES: MODELES LARGE BANDE: MODELES PLUS COMPLEXES:


ANTENNES OMNIDIRECTIONNELLES VERTICALES (CIERGES) :



Les antennes verticales ont en général une longueur de 1/2 onde et ont un gain de 0dBd.
Lorsque leur taille est supérieure, ce sont alors des antennes à gain qui sont constituées d'un assemblage interne.
(Voir par exemple l'antenne K7515221).



ANTENNES EN "J" :





ANTENNES MANCHETTE :



ANTENNES POUR PORTATIFS ET MOBILES :



ANTENNES DIPOLE :



Les antennes dipôles comme ce nom l'indique, ont 2 pôles : le signal et la masse.
Ont trouve des dipôles fermés (trombones) qui se comportent comme un court-circuit en courant continu (ou à l'Ohmètre), mais pas en Hautes Fréquences.
D'autres dipôles sont en circuit ouvert avec 2 brins métalliques (signal et masse) isolés.

Leur gain est de 0dBd.
L'impédance d'un dipôle est souvent liée à sa forme:





ANTENNES YAGI :



Elles sont fabriquées autour d'un dipôle (ouvert ou fermé) destiné à acheminer le signal.
Ce dipôle rayonnant est parfois appelé radiateur.
Tous les autres éléments sont des brins directeurs (ceux qui sont devant le dipôle et plus courts) ou réflecteurs (à l'arrière et plus longs).
Plus les brins directeurs sont nombreux, plus l'antenne sera grande et plus le gain sera élevé.
L'antenne sera encore plus directive, mais sa bande passante sera plus étroite...







ANTENNES LOG-PERIODIQUES (OU LOGARITHMIQUES) :
(Ou LPDA, Log Periodic Dipol Array)



Ce sont des antennes directives à gain, mais avec une bande passante très grande.
La taille des brins de ces antennes est calculé par des formules à base de logarithmes.
Cette antenne se reconnaît facilement car, une fois sur deux, une moitié des brins est connectée au signal, et l'autre moitié à la masse.




ANTENNES DISCONES :



Ce sont des antennes omnidirectionnelles à très large bande.




COUPLAGE DE DIPOLES :





DELTA :






QUAD :





DIEDRE :





PANNEAUX :

Antennes panneaux GSM discrètes !!




PARABOLES, FAISCEAUX HERTZIENS (FH), LNB :

La parabole, comme son nom l'indique est un réflecteur de forme parabolique. L'antenne située dans le foyer est appelée la source. Suivant les modèles, elle peut émettre ou recevoir un signal.
Elles sont en général utilisées pour des fréquences élevées (GHz) lorsque le compromis dimensions/gain est meilleur que d'autres antennes telles que les Yagis.

  • Fresnel-Tilt.xls : calcul rayon ellipsoïde de Fresnel et angle de site - TILT (Excel)

    • Les 4 principaux modèles de paraboles sont les suivants :

    Une des formules théoriques élémentaire pour calculer la distance de la Source d'une parabole Prime Focus, appelée distance focale est la suivante :



    PARABOLES PRIME FOCUS :

    Paraboles grillagées (moins de prise au vent):
    PARABOLES OFFSET :

    PARABOLES CASSEGRAIN :

    PARABOLES GREGORIENNE :

    FAISCEAUX HERTZIENS :
    De très nombreuses communications terrestres sont réalisées à l'aide de Faisceaux Hertziens appelés communément FH. Ils remplacent de plus en plus les liaisons filaires (cuivre).

  • Fresnel-Tilt.xls : calcul rayon ellipsoïde de Fresnel et angle de site - TILT (Excel)


    • Voici quelques exemples de pylônes de communications :



    FAISCEAUX DE GRANDE TAILLE :

    LNB ET TETES :
    Les LNB (appelées Low Noise Block, en Anglais) sont des convertisseurs de réception faible bruit placées dans le foyer d'une parabole.




    ANTENNES FERRITES :

    ANTENNES CADRES :




    ANTENNES PATCH :
    Ce sont généralement des antennes réalisées sur circuits imprimés.
    Elles sont plutôt utilisées pour des fréquences élevées.



    DIVERS :






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