Réseaux d'antennes - Définition

Introduction

Un réseau d'antennes est un ensemble d'antennes séparées et alimentées de façon synchrone. C'est-à-dire que le déphasage du courant entre chaque paire d'antennes est fixe. Nous verrons plus loin qu'un réseau peut comporter des éléments non alimentés directement par une source (éléments parasites) mais qui sont alimentés par le champ produit par le reste des éléments (c'est la cas des antennes Yagi-Uda). Le champ électromagnétique produit par un réseau d'antennes est la somme vectorielle des champs produits par chacun des éléments. En choisissant convenablement l'espacement entre les éléments et la phase du courant qui circule dans chacun, on peut modifier la directivité du réseau grâce à l'interférence constructive dans certaines directions et à l'interférence destructive dans d'autres directions.

Radiation d'une paire d'antennes

Les ondes qui sortent de 2 arrivent au point d'observation en avance de phase.

Soient deux antennes identiques séparées d'une distance et alimentées en phase (c'est-à-dire, déphasage des courants nul).

Calculons le champ électrique produit par cette paire d'antennes à une distance très grande des antennes. C’est-à-dire que est très grand comparée à la longueur d'onde et que . Comme la distance est grande, l'angle est le même pour les deux antennes et le champ produit par chacune sera aussi le même : et . Mais si l'amplitude est la même, la phase ne le sera pas, parce que l'antenne 2 est plus proche du point de mesure que 1. Le champ produit par l'antenne 2 arrivera secondes plus tôt que le champ produit par l'antenne 1. Autrement dit, le champ produit par 2 sera en avance de phase de :

Ici, est le nombre d'onde.

Comme les deux champs sont parallèles, la somme vectorielle se réduit a additionner les amplitudes, mais en tenant compte du déphasage :

Comme la phase du champ électrique reçu ne pressente aucun intérêt et que seule l'amplitude est importante, seul le module de ce nombre nous intéresse :

Il est facile de constater que pour , le champ électrique est maximal et égal au double du champ produit par chacune de deux antennes. Ceci est logique car pour , les deux émissions ont parcouru la même distance et arrivent en phase. Par contre, le champ émis sera zéro quand le cosinus vaudra zéro. ceci arrive la première fois quand . C'est-à-dire, quand la différence de distance parcourue est égale à la moitié d'une longueur d'onde et que les deux émissions arrivent avec un déphasage de 180°. Quand augmente, la différence de distance parcourue augmente et la phase va vers 360° et pour cette valeur nous aurons un nouveau maximum. Chaque fois que est égal à un multiple impair de l'émission passe par zéro et chaque fois que est égal à un multiple pair de l'émission est maximal. Mais il ne faut pas oublier que ne peut pas augmenter indéfiniment car sa valeur est comprise entre -90° et +90°.

Il ne faut pas oublier, non plus, que l'émission est symétrique autour de l'axe qui passe par les antennes.

Les antennes ont un diagramme d'émission propre. Le champ que nous avons calculé ne tient compte que de l'aspect interférence entre les deux ondes émisse par chacune des antennes. Dans le calcul et la visualisation du résultat final il faut tenir aussi compte du diagramme de radiation des antennes. Par exemple, le calcul que nous venons de faire peut donner un maximum pour , mais si les antennes sont des dipoles alignés avec l'axe des antennes, le résultat final ne sera pas un maximum pour , mais un zéro, car les dipôles n'émettent pas dans cette direction.

Voici un exemple formé par deux antennes dipôle verticales séparées par une distance

Pour obtenir le diagramme de radiation final il faut multiplier le diagramme dû à l'interférence par le diagramme propre des radiateurs individuels.

À gauche nous avons dessiné le digramme de radiation d'un dipôle . Au centre, le diagramme de radiation dû aux interférences entre les deux antennes. Le diagramme de radiation résultant est à droite et est le résultat de multiplier les deux diagrammes précédents. Les trois dessins sont symétriques autour de l'axe vertical.