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RÉSUMÉ
Les antennes actives sont une véritable rupture technologique dans le domaine des antennes et des Systèmes. Elles sont caractérisées par des grandeurs telles que surface, diagramme et gain, dont le calcul est présenté. Puis cet article expose les méthodes de calcul de base permettant, d’une part, de spécifier un certain nombre de sous-ensembles clés de l'antenne active et, d’autre part, de prédire et de caractériser ses performances.
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François GAUTIER : Ingénieur de l’institut polytechnique de Grenoble - Licencié ès sciences physiques - Ancien directeur technique adjoint de Thales Airborne Systems
INTRODUCTION
Après avoir présenté le schéma synoptique d’une antenne active et avoir exposé l’intérêt de ce type d’antenne, les avantages qu’il procure à un système, ainsi qu’une description détaillée de la constitution, des fonctions et des modes de réalisation des sous-ensembles dans l’article consacré aux principes de conception , nous exposons ici les méthodes de calcul de base permettant, d’une part, de spécifier un certain nombre de sous-ensembles clés et, d’autre part, de prédire et de caractériser les performances d’une antenne active.
Cet article constitue le second volet d’une série consacrée aux antennes actives :
-
E 3 295 - Antennes actives - Dimensionnement ;
Le lecteur pourra également consulter les articles suivants, du traité Électronique, pour plus de détails sur la théorie des antennes et celle des antennes-réseaux en particulier :
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11. Bande passante en fréquence
11.1 Limitation générale
La bande passante totale d’une antenne active dépend de celle de ses constituants :
-
éléments rayonnants ;
-
modules ;
-
distributeur/sommateur.
Généralement on ne rencontre pas de grandes difficultés pour obtenir 10 à 15 % de bande passante totale. Au-delà des désadaptations des éléments rayonnants et des composants du distributeur, les baisses de rendement et de gain des amplificateurs des modules, contribuent à une perte de gain de l’antenne par rapport à sa valeur théorique 4πS/ λ 2 1, à une augmentation de sa température de bruit et à une baisse de rendement énergétique.
Malgré cela, et beaucoup mieux que pour les antennes passives, les ressources de conception des constituants de l’antenne permettent d’obtenir des performances adaptées à des Systèmes très large bande, de plus de 15 % à plus de 100 % (rapport 3 entre fréquences maximum et minimum).
Les modèles des constituants doivent évidemment rendre compte de leur comportement sur une large bande.
Il apparaît là une première limitation sur la bande instantanée de l’antenne : elle correspond à la largeur de bande sur laquelle l’erreur entre valeur réelle et valeur commandée de la phase ou de l’amplitude est décrite par le modèle avec la précision recherchée.
La bande instantanée dépend donc de l’amplitude des variations comportementales avec la fréquence, de leur rapidité et de la précision recherchée.
Ceci est également vrai pour les lois de formation de faisceau.
HAUT DE PAGE11.2 Limitations dues aux déphaseurs
En plus de la limitation qui vient d’être exposée, une deuxième limitation apparaît dans le cas d’une commande de pointage par les phases seulement.
Rappelons...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PARKER (D.), ZIMMERMANN (D.C.) - Phased arrays - - IEEE transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 50, no 3, p. 678-698, mars 2002.
-
(2) - HEWISH (M.), LOK (J.J.) - Fighter integrated sensors - contributing to the common good - - Jane’s International Defense Review, p. 3-11 www.janes.com, janv. 2002.
-
(3) - SARKAR (T.K.), KOH (J.) - A pragmatic approach to adaptive antennas - - IEEE Antennas and Propagation magazine, vol. 42, no 2, p. 39-54, avr. 2002.
-
(4) - ALBAREL (G.), TANNER (J.), UHLMANN (M.) - AMSAR Active Antenna Technology and First Measured Performance. - 5th International Conference and Exhibition on Radar Systems. Brest, 17-21 mai 1999, session 2.2.
-
(5) - LACOMME (Ph.), SIRVEN (J.) - Évolution des radars aéroportés. - Revue Scientifique et Technique de la Défense : THALES et la recherche, Édition DICOD, p. 123-134, nov. 2001.
-
...
ANNEXES
European Space Agency (ESA) http://www.esa.int
Centre National d’Études Spatiales (CNES) http://www.cnes.fr
ONERA http://www.onera.fr
TNO-FEL (Pays-Bas) (Physics and Electronics Laboratory) http://www.tno.nl/instit/fel/felmain.html
Quinetiq (GB) http://www.soc.soton.ac.uk/others/quinetic/index.htm
Forschungsgesellschaft für Angewandte Naturwisseischaften.e.v. (FGAN) (All) http://www.fgan.de
Air Force Research Laboratory (USA) http://www.afrl.af.mil
En outre, de nombreuses universités et écoles, principalement en France, en Europe, aux USA, au Japon et en Inde, ont, dans leur programme de recherche, des études sur des composants physiques ou fonctionnels des antennes actives :
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conception de Circuits intégrés micro-ondes monolithiques (ou Monolithic Microwave Integrated Circuit - MMIC) ;
-
méthodes d’assemblage et d’interconnexion pour les modules actifs avec pour objectif d’accroître la reproductibilité, la fiabilité et de réduire le coût de production ;
-
éléments rayonnants et réseau d’éléments rayonnants ;
-
simulations électromagnétiques pour le calcul des couplages entre éléments rayonnants, du diagramme de l’élément rayonnant au milieu du réseau, du diagramme de rayonnement exact du réseau, pour des antennes planes ou « conformes » ;
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synthèse de faisceau...
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