Théorie des antennes et réseaux d'antennes
Les antennes convertissent les signaux guidés en ondes rayonnées et vice-versa, caractérisées par leur diagramme de rayonnement, leur gain et leur impédance, et sont combinées en réseaux pour la directivité.
Definition
La théorie des antennes étudie les dispositifs qui rayonnent ou reçoivent efficacement des ondes électromagnétiques, quantifiant leurs performances par le diagramme de rayonnement, la directivité, le gain, l'impédance et la polarisation. Les réseaux d'antennes combinent plusieurs éléments pour contrôler la forme et la direction du faisceau rayonné.
Scope
Ce sujet couvre l'ingénierie des structures rayonnantes : antennes linéaires et à ouverture, diagramme de rayonnement, directivité et gain, résistance de rayonnement, impédance d'entrée et bande passante, polarisation, réciprocité d'émission et de réception, et réseaux d'antennes avec leur facteur de réseau, l'orientation du faisceau et la formation de faisceau. Il applique la théorie du rayonnement aux systèmes pratiques de communication et de détection.
Core questions
- Comment le diagramme de rayonnement et le gain d'une antenne sont-ils déterminés ?
- Pourquoi les propriétés d'émission et de réception sont-elles liées par la réciprocité ?
- Comment les réseaux d'éléments orientent-ils et façonnent-ils le faisceau ?
Key concepts
- diagramme de rayonnement
- directivité
- gain
- résistance de rayonnement
- impédance d'entrée
- réciprocité
- facteur de réseau
- formation de faisceau
Key theories
- Paramètres d'antenne et réciprocité
- Une antenne est décrite par son diagramme de rayonnement, sa directivité, son gain, sa résistance de rayonnement et son impédance ; par réciprocité, ses diagrammes d'émission et de réception sont identiques.
- Facteur de réseau et formation de faisceau
- Le diagramme combiné d'un réseau d'antennes est le produit du diagramme d'un élément et d'un facteur de réseau déterminé par l'espacement et le phasage des éléments, permettant ainsi d'affiner et d'orienter électroniquement le faisceau.
Clinical relevance
La conception d'antennes permet les communications mobiles et satellitaires, le radar et la télédétection, les réseaux d'antennes en radioastronomie, l'alimentation sans fil et la RFID, ainsi que les conceptions de réseaux phasés et de bobines utilisées en médecine radar et en imagerie par résonance magnétique.
History
Le dipôle et la boucle de Hertz furent les premières antennes, et Marconi les a développées pour la communication sans fil à longue distance. Les travaux du XXe siècle ont produit des réseaux directifs tels que la conception Yagi-Uda, et l'antenne de Jansky a détecté les ondes radio cosmiques, fondant ainsi la radioastronomie ; les réseaux phasés ont ensuite permis l'orientation électronique du faisceau.
Key figures
- Guglielmo Marconi
- Heinrich Hertz
- Karl Jansky
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Seminal works
- balanis2016
- kraus2002
Frequently asked questions
- Qu'est-ce que le gain d'une antenne ?
- Le gain mesure la capacité d'une antenne à concentrer la puissance rayonnée dans sa direction privilégiée par rapport à un radiateur isotrope, combinant ainsi la directivité et l'efficacité.
- Comment un réseau d'antennes peut-il orienter son faisceau sans bouger ?
- En ajustant la phase relative du signal alimentant chaque élément, un réseau décale la direction dans laquelle les contributions des éléments s'additionnent de manière constructive, orientant ainsi électroniquement le faisceau.