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RAYONNEMENT DOUBLET DEMI-ONDE
par 14RC126 Jeu 4 Jan - 18:07
Diagramme de rayonnement du doublet demi-onde
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 de l’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. On verra plus loin que grâce au gain de certaines antennes, la puissance d’émission peut être bien inférieure à 100 watts.
Rayonnement de l’antenne dipôle demi-onde dans l’espacePlaçons maintenant un dipôle demi-onde dans un espace infini homogène où les conditions de propagation des ondes sont les mêmes quelques soient la direction et l’endroit où est située l’antenne. Ce dipôle est supposé sans perte et rayonne la même puissance que l’antenne isotrope précédente. On relève de la même façon la position de tous les lieux où le niveau du champ électrique est de 1 V/m. Cette fois ce n’est plus une sphère mais un tore sur l’axe duquel se trouve le dipôle et dont le rayon extérieur est la distance d’. Le rayonnement est très faible dans l’axe de l’antenne et maximum dans le plan perpendiculaire à l’antenne et passant pas son milieu.
Cas général du rayonnement d’une antenneLes deux exemples précédents sont les plus simples que l’on puisse rencontrer (ou imaginer, pour ce qui est de l’antenne isotrope…) Dans le cas général, par exemple celui d’une antenne à plusieurs éléments installée à proximité du sol, l’énergie rayonnée se répartit dans des lobes plus ou moins nombreux et importants. Le ou les lobes principaux sont ceux qui sont les plus utiles et il est intéressant de connaitre leur direction et leur importance. Leurs dimensions et leurs dispositions sont représentés sur le diagramme de rayonnement, une source d’informations unique pour estimer les possibilités d’une antenne.
Le diagramme de rayonnement
La représentation en trois dimensions d’un volume a des avantages mais ne permet pas des comparaisons de dimensions. Au moment de construire un bâtiment, un architecte fournira à son client une vue en perspective du projet mais dessinera des plans, des façades et des coupes aux entreprises qui interviendront dans la construction.
Pour étudier le rayonnement d’une antenne on a besoin de connaître :
- la ou les directions dans lesquelles l’antenne disperse l’énergie qui lui est confiée (représentation dans un plan horizontal)
- le ou les angles que forment les lobes principaux par rapport à l’horizontale (par exemple : angles de départ des ondes vers les couches ionisées).
Diagramme de rayonnement dans le plan vertical
Le diagramme de rayonnement vertical ci-dessus représente les deux lobes principaux de l’antenne dipôle demi-onde placée à une hauteur d’une demi-onde par rapport à un sol très bon conducteur. 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 θ 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. On retrouve la différence de niveau de 2,15 dB avec l’antenne demi-onde en espace libre évoqué dans le gain des antennes.
Diagramme de rayonnement dans le plan horizontalMême 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. Au point A le niveau est de -10 dB et il est de -20 dB au point B. Les points C et C’ sont particuliers et correspondent à un affaiblissement de -3 dB. Ils servent à déterminer l’angle qH qui est l’angle d’ouverture de l’antenne dans le plan horizontal. (voir directivité des antennes).
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