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Simulations d’Antennes

Simulations d’Antennes. Caractérisations d’antennes. O.Ravel SUBATECH. Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes. Intérêts de la simulation. Déterminer les grandeurs caractéristiques d’une antenne pour une géométrie donnée : Directivité : gain = f( , ) => lobes (pattern)

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  1. Simulations d’Antennes Caractérisations d’antennes O.Ravel SUBATECH Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  2. Intérêts de la simulation • Déterminer les grandeurs caractéristiques d’une antenne • pour une géométrie donnée : • Directivité : gain = f(,) => lobes (pattern) • La mesure d’un lobe d’antenne est très délicate et difficile surtout à basse fréquence • antenne étalon • Impédance d’antenne, SWR • Effets de la nature du sol, des lignes de transmission, des réflecteurs • (masse métallique) ….. O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  3. Simulation d’antennes • Code EZNEC Éléments finis (1500 segments) • Code 4NEC2 Interface graphique + graphique 3D et builder Moteur NEC (Numerical Electromagnetic Code) Lawrence Livermore Laboratory Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  4. Antenne Spirale Log-périodique Model • 2 bras de 3 spires • Inclinaison 20° vers le sud • Source à l’apex • Sol parfait 2 bras de 3 spires + 2 spires Hauteur : 9 m Diamètre à la base : 6 m O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  5. Antenne Spirale Log-périodique Lobes 3D Seulement Qualitatif 50 MHz 80 MHz O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  6. Antenne Spirale Log-périodique Lobes 2D 10 MHz Ouverture –3dB : 90° Gainmax = 8 dB 80 MHz O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  7. Antenne Spirale Log-périodique Lobes 2D • MHz • Ouverture –3dB : • - 100° Gainmax = 7.4 dB 80 MHz O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  8. 65 MHz Ouverture –3dB : 60° 50 MHz Ouverture –3dB : 80° Ajustement du bruit galactique (Jacob à suivre) Antenne Spirale Log-périodique Lobes 2D O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  9. Antenne Spirale Log-périodique Actuellement : Glog = 7 dB , Gain constant, pas de dépendance en Theta, Phi À faire : Prendre en compte les lobes dans le calcul du champ E, profils….

  10. Dipôle CODALEMA Longueur : 1.21m Largeur : 10 cm Hauteur : 1m Résonance : 124 MHz Model & Lobe 3D O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  11. H-plane E-plane Antenna length = 1.21m SOL H=1.2 m Dipole CODALEMA Lobes 2D • Antenne active : • Impédance d’entrée capacitive • Pas de puissance active • tension au borne du dipôle Lobes en tension normalisés ( f = 1MHz) => Lobes en Champ électrique normalisés

  12. Basse fréquence 1 – 30 MHz Ouverture à –3 db 120° H plane 90 ° E plane Gain d’antenne quasiment constant

  13. Haute Fréquence 50 – 100 MHz Ouverture à –3 dB 120° H plane 90 ° E plane Zenith Zenith Gain d’antenne décroît quand f augmente floor Pris en compte pour le calcul de E

  14. H= 3 m F = 60 MHz Effet de la hauteur au sol Theta=0 G = f (Freq) pour différentes hauteurs au sol O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  15. Effet de la nature du sol => Fluctuation du Gain en fonction de l’état d’humidité du sol ? Cas idéal : réflecteur parfais (grille) placé au sol ! c’est du luxe ??? O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  16. Mesures comparativesTHALES / DIPOLE (1) • Méthode d’étalonnage: • mesure au même endroit (Mauves/Loire à 15 Km de Nantes) • antennes saturées à Nantes • mesure au même instant • hauteur au sol identique (1m) • même orientation (polarisation) • même DAQ Attention Dipôle de test : L= 60 cm H= 15 cm , diamètre = 5.6 cm Bande passante : 10 kHz – 1 GHz THALES Oscillo Lecroy 9384 ADC 8 bits 2 GS/s Gain constant PC DAQ LabView GPIB Optical receiver 300 m optical fiber DIPOLE coax O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  17. Détermination du Facteur d’Antennedu Dipôle CODALEMA Facteur d’antenne : AF = E/V en m-1 Longueur (hauteur) effective : he = 1/AF = V/E en m Le facteur d’antenne du Dipôle Thalès est connu : AFTH = 0.71 soit – 2.9 dB Le facteur d’antenne du Dipôle CODALEMA : AFCO AFCO = (AFTH * VTH ) / VCO O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  18. Détermination du Facteur d’Antennedu Dipôle CODALEMA (Méthode 1) Signal dans la bande 1-100 MHz Dipôle de test L= 60 cm Dipôle :  = 0.042 V Facteur d’antenne AFmes = 0.17 => - 15.4 dB Thales:  = 0.010V HauteurEffective : 5.90 m E = 7.15 mV/m O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  19. rappel AFmes = 0.17 => - 15.4 dB DIPOLE CODALEMA 1.2 m AFcalc = 0.055 => - 25.1 dB Longueur effective 18 m AFmes= à mesurer à Nançay Détermination du Facteur d’Antennedu Dipôle CODALEMA (Méthode 2) Dipôle de test L= 60 cm ca AFcalc = 2 / (A*L) ce L/2*E V A= 22.5 AFcalc = 0.15 => -16.5 dB Calculé à partir des mesures de capa et de gain d’ampli (voir D.Charrier) O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  20. Gain attendu Spectre en fréquence Calibrer le gain / Thalès Thalès :Gain constant O.Ravel : Réunion CODALEMA, 23-24 octobre 2006, Nantes

  21. Conclusion • Facteur d’antenne : encourageant…voir les Log ? • Gain : Étalonnage par rapport à une antenne étalon (Thalès) Mesure simultanée du bruit tout venant mais il faut des émetteurs puissants dans la bande creuse (30 – 88 MHz) : TV US ? • Directivité : Très difficile (grand ), la simulation est suffisamment précise …

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