Diagramme d’émission d’une antenne
lobe secondaire
Figure 1 : Exemple de diagramme d’émission pour une antenne à grande ouverture verticale (GOV) en coordonnées cartésiennes
lobe secondaire
Figure 1 : Exemple de diagramme d’émission pour une antenne à grande ouverture verticale (GOV) en coordonnées cartésiennes
Diagramme d’émission d’une antenne
Le diagramme d’émission ou de rayonnement d’une antenne réfère à l’intensité irradié dans chaque direction par cette antenne. Cette intensité est toujours relative à celle émise dans le lobe principal qui est placé au centre autour de l’angle 0, angle considéré comme l’angle de visée. Il représente également la sensibilité directionnelle de réception de l’antenne. Les coordonnées sont :
- en abscisse : l’angle par rapport à l’angle de visée ;
- en ordonnée : l’intensité relative du champ électrique (E).
Le diagramme peut être obtenu de façon expérimentale en notant l’intensité du signal émis par l’antenne avec un récepteur se déplaçant autour de celle-ci. On peut également l’estimer avec un modèle mathématique en utilisant les caractéristiques de l’antenne. Un fois le diagramme obtenu, il devient la référence pour cette antenne et va servir à noter toute dégradation de ses caractéristiques.
Pour une antenne isotrope idéale, la puissance transmise est égale dans toutes les directions et forme une sphère. Les antennes utilisées pour les radars doivent au contraire diriger le maximum d’intensité dans la direction de visée. Leur faisceau micro-onde doit donc être le plus directionnel possible et le plus mince possible. Cela permet le repérage le plus précis possible des cibles.
Figure 2 : Diagramme d’émission horizontal en coordonnées polaires
Figure 2 : Diagramme d’émission horizontal en coordonnées polaires
Formats de présentation
De nombreux formats de représentation sont utilisés. Les systèmes de coordonnées cartésiennes ainsi que les systèmes de coordonnées polaires sont répandus. L’objectif principal est de représenter un diagramme de rayonnement qui soit représentatif soit horizontalement (dans l’angle latéral) pour une représentation complète de 360°, soit verticalement (dans l’angle vertical), le plus souvent seulement pour 90° ou 180°. Le système de coordonnées cartésiennes permet de mieux représenter les données d’une antenne. Mais comme ces données peuvent aussi être imprimées sous forme de tableau, on préfère généralement la représentation plus claire sous forme de courbe de localisation dans un système de coordonnées polaires. Contrairement au système de coordonnées cartésiennes, celui-ci indique directement la direction.
Pour une utilisation simple, une bonne vue d’ensemble et une polyvalence maximale, les diagrammes de rayonnement sont généralement normalisés sur le bord extérieur du système de coordonnées. Cela signifie que la valeur maximale mesurée est orientée à 0° et inscrite sur le bord supérieur du diagramme. Les autres valeurs mesurées du diagramme de rayonnement sont généralement représentées en dB (décibels) par rapport à cette valeur maximale.
Échelles
L’échelle du graphique peut être mise à l’échelle de différentes manières. Trois types d’échelles sont utilisés : une échelle linéaire, une échelle logarithmique continue et une échelle logarithmique modifiée. Une échelle linéaire met l’accent sur la direction principale du rayonnement et supprime généralement tous les lobes secondaires , car ceux-ci sont de l’ordre d’une valeur souvent inférieure à un centième du lobe principal. L’échelle logarithmique continue représente toutefois bien les lobes secondaires et est préférée lorsque le niveau de tous les lobes secondaires est important. Elle laisse toutefois l’impression que l’antenne est mauvaise, car le lobe principal est représenté de manière relativement petite. Une échelle logarithmique non linéaire modifiée continue à souligner la forme du lobe principal et attire les lobes secondaires de très faible niveau (<30 dB) vers le centre du diagramme. Le lobe principal est donc représenté deux fois plus grand que le lobe secondaire le plus fort, ce qui est avantageux pour les présentations visuelles. Cette forme de représentation est toutefois rarement utilisée dans la technique, car les données exactes seraient difficilement lisibles.
Diagramme horizontal d’émission
L’émission d’une antenne se fait en trois dimensions et on peut donc avoir un diagramme sphérique pour représenter le tout. En pratique, le diagramme d’une antenne ne sera tracé que pour le plan principal d’émission: horizontal ou vertical. Le manufacturier de l’antenne joindra toujours un diagramme d’émission qu’il a obtenu en notant l’intensité émise par un récepteur statique alors que l’antenne émet de façon continue et effectue une rotation. Il est possible d’utiliser les coordonnées cartésiennes ou polaires, chacune ayant ses avantages et ses désavantages. En coordonnées cartésiennes, les détails sont rehaussés mais la signature angulaire n’est pas évidente, il est donc utilisé pour un usage technique où les valeurs exactes sont importantes. Les coordonnées polaires sont visuellement plus signifiantes pour donner une référence physique à l’utilisateur.
Bien que ces deux types soient utiles pour une représentation visuelle de l’antenne. Ils ne sont pas assez précis pour une analyse technique poussée. Le diagramme d’antenne est donc également soumis sous forme d’un tableau numérique angle versus intensité relative.
Diagramme vertical d’émission
Certaines antennes émettent plutôt dans la verticale, le diagramme d’émission devient dans ce cas une coupe verticale. Par exemple, la figure 3 montre la portée maximale d’une antenne à faisceau en cosécante carrée dans la verticale. L’antenne étant à l’origine, on retrouve en abscisse la portée maximale et en ordonnée la hauteur de visée selon les angles notés par les lignes diagonales pleines. Les lignes pointillées légèrement courbées représentent la hauteur au-dessus de la surface terrestre, la courbure provenant de la réfraction atmosphérique. Ce diagramme est obtenu expérimentalement par la méthode d’étalonnage par le Soleil en utilisant, par exemple, un RASS-S (Radar Analysis Support System for Sites), un outil de mesure de Intersoft Electronics.
Figure 3 : Diagramme vertical d’émission d’une antenne à faisceau en cosécante carrée.
La figure 3 utilise des unités communément utilisées dans le monde de l’aviation : portée en milles marins et hauteurs en pieds. Ces valeurs ne sont cependant que secondaires car le diagramme représente la valeur relative d’émission par rapport à l’élévation du lobe principal du faisceau. Cela signifie quelle portée maximale théorique le radar peut atteindre à un certain angle selon l’équation radar. La forme du diagramme ne donne donc que la portée selon l’angle d’élévation. Pour obtenir la valeur absolue d’émission, il faut un second graphique intensité versus angles d’élévation.
Diagrammes d’antennes en 3D
Figure 4 : Diagramme d’antenne d’un cornet d’alimentation en représentation tridimensionnelle dans un système de coordonnées polaires.
Figure 4 : Diagramme d’antenne d’un cornet d’alimentation en représentation tridimensionnelle dans un système de coordonnées polaires.
Les diagrammes d’antenne en représentation tridimensionnelle sont des images générées par ordinateur. La plupart du temps, ils sont générés par des programmes de simulation dont les valeurs sont étonnamment proches d’un diagramme réellement mesuré. La création d’un diagramme mesuré réel implique un immense travail de mesure, car chaque pixel de l’image représente une valeur de mesure propre.
Figure 5 : Représentation tridimensionnelle en coordonnées cartésiennes d’une antenne radar d’un véhicule automobile.
(La puissance est indiquée en niveaux absolus !)
Figure 5 : Représentation tridimensionnelle en coordonnées cartésiennes d’une antenne radar d’un véhicule automobile.
(La puissance est indiquée en niveaux absolus !)
C’est pourquoi de nombreux programmes de mesure d’antennes choisissent un compromis pour cette représentation. Seules une coupe verticale et une coupe horizontale du diagramme d’antenne sont disponibles comme valeurs de mesure réelles. Tous les autres points de l’image sont calculés en multipliant l’ensemble de la courbe de mesure du diagramme vertical par une valeur de mesure individuelle du diagramme horizontal. La puissance de calcul nécessaire est énorme. A l’exception d’une représentation agréable dans des présentations, l’utilité est douteuse, car cette représentation ne permet pas d’obtenir de nouvelles connaissances par rapport aux deux diagrammes individuels (diagramme d’antenne horizontal et vertical). Au contraire, c’est précisément dans les zones périphériques qu’un diagramme généré avec ce compromis risque de s’écarter considérablement de la réalité.
Les diagrammes 3D peuvent également être représentés aussi bien en coordonnées cartésiennes que polaires.