Faculté de génie mécanique et génie des procédés 3ème année génie mécanique EXPOSÉ SUR LES EMBRAYAGES ETUDIANTS : -CHABANE OMAR ISLAM -HALOUANE ABDELOUAHAB -LADOUL SOFIANE -CHERIEF MONCEF I. FO...
exercice
rapport tps DB
fait par BOUHANNA Zakaria, LAOUEDJ Houcine encadré par, Dekkiche LeilaDescription complète
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Impot Sur Les Société
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Mémoire de dernière année de Master Génie Urbain à l'Université Paris Est Marne-la-Vallée
cours sur les fonctions niveau 1ereS 2009/2010Description complète
Mémoire de dernière année de Master Génie Urbain à l'Université Paris Est Marne-la-ValléeDescription complète
exercice sur les codes convolutifs
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fondations
Généralités sur les antennes Introduction
Le domaine des télécommunications a connu un progrès technologiques au cours de ces dernières années grâce à la forte demande de la population et de l'industrie. Parmi les applications de ce domaine qui ont attiré plus d'attentions- sont les antennes. Elles sont des éléments indispensables pour assurer une opération d'émission ou de réception des ondes électromagnétiques électromagnétiques dans l'atmosphère terrestre ou dans l'espace. Elles sont présentes dans tous les systèmes de communication sans fil. En fait à la fréquence d'onde millimétrique une antenne cornet est généralement utilisée en rais raison on de sa haute haute perfo perform rman ance ce.. !epe !epend ndan ant t ce type type d'an d'ante tenn nnes es prés présen ente te quel quelqu ques es incon"énients tels que la taille et le co#t. Par ailleurs l'utilisation des fréquences de plus en plus éle"ées dans les systèmes systèmes micro-ondes à base de structure structure micro ruban a été été à l'origine du dé"eloppement dé"eloppement des antennes les antennes patchs antenne antenne à fente et à ou"erture couplée. !es anten antennes nes sont sont utilis utilisées ées beauc beaucoup oup dan danss les confi configur gurati ations ons résea réseau$ u$ afin afin d'a d'amél méliore iorerr leurs leurs performances et de permettre la réalisation des fonctions très particulières telles que % le pointage et le balayage électronique la détection adaptati"e et la génération de diagrammes de rayonnement "ariés ou désirés. !ependant au$ bandes millimétriques ces configurations de micr microo ruba rubann souf souffr fren entt de pert pertee d'in d'inse sert rtio ionn en rais raison on du cond conduc ucte teur ur.. En réal réalit ité é le dé"elopp dé"eloppemen ementt des nou" nou"eau$ eau$ systèmes systèmes de télécommu télécommunica nications tions nécessite nécessite des é"olution é"olutionss techno technolog logiqu iques es ma&eur ma&eures es au ni"ea ni"eauu des des antenn antennes es.. !es derni dernière èress doi"en doi"entt faire faire face face au$ différents problèmes e$istant soit l'augmentation de la portée l'élargissement de l'angle de cou"erture et l'intégration dans les surfaces porteuses telles que les a"ions fusées .... Pour remédier à ces problèmes les antennes conformes sont les meilleures candidates puisqu'elles ont la propriété d'tre compatible a"ec la structure porteuse de fonctionner dans la bande millimétrique d'a"oir une bande passante plus large et de garantir une bonne cou"erture. !e document est réparti sur quatre chapitres. Le premier premier chapitre comprend quelques quelques généralités sur le principe principe de fonctionnement des des antennes. antennes. (n commence commence par par donner un aper)u sur les généralité généralitéss sur les antennes antennes.. Les caractéris caractéristique tiquess d'antennes d'antennes telles que* le diagramme diagramme de rayonnement gain et directi"ité la polarisation et la bande passante. Le deu$ième chapitre a été consacré sur l+étude de l+intért des antennes guides d+ondes dans le domaine des télécommunications. télécommunications. Le troisième chapitre est consacré à L+application L+application des antennes antennes guides d+ondes en télécom. télécom. ,ans le quatrième quatrième chapitre nous nous allons "oir quels sont les problèmes liés au$ applications des antennes guide d+ondes.
!aractéristiques des antennes . Les caractéristiques principales d'une antenne sont : •
les fréquences d'utilisation *
•
le diagramme de rayonnement *
•
l'impédance d'antenne *
•
la polarisation *
•
le rendement *
•
la puissance ma$imale tolérée en émission *
•
l'encombrement mécanique
Fréquence d'utilisation
ne antenne s'utilise en général a"ec des signau$ autour d'une fréquence donnée pour laquelle l'antenne possède des capacités optimales pour émettre ou rece"oir l'énergie électromagnétique correspondante dans l'espace en"ironnant. La fréquence de résonance d'une antenne dépend d'abord de ses dimensions propres mais aussi des éléments qui lui sont a&outés % on peut la mesurer appro$imati"ement a"ec un diamètre. Par rapport à la fréquence de résonance centrale de l'antenne un affaiblissement de d/ détermine les fréquences minimum et ma$imum d'utilisation * la différence entre ces deu$ fréquences correspond à la bande passante. •
la bande passante d'une antenne diminue si l'antenne de"ient petite par rapport à la demi-onde % il n'e$iste pas d'antennes large bande et compactes. ,u moins a"ec des pertes raisonnables.
•
la bande passante d'une antenne filaire augmente si le diamètre du conducteur augmente.
!ertaines antennes dites 0 multibandes 1 peu"ent fonctionner correctement sur des segments discontinus de bande de fréquences sans dispositif particulier. ,'autres nécessitent l'emploi d'un circuit adaptateur d'impédance pour fonctionner correctement. L'impédance d'antenne est la généralisation de la notion d' impédance utilisée pour les autres composants passifs 2résistances condensateurs selfs...3 au$ antennes. 4l s'agit donc du rapport comple$e obser"é entre la tension et le courant à l'entrée d'une antenne en émission. L'utilité de cette notion est importante pour assurer les meilleurs transferts d'énergie entre les antennes et les dispositifs qui y sont connectés grâce au$ techniques d 'adaptation. Polarisation
La polarisation d'une antenne est celle du champ électrique E de l'onde qu'elle émet. n dip5le demi-onde hori6ontal a donc une polarisation hori6ontale d'autres antennes ont une polarisation elliptique ou circulaire. En réception l'écart entre la polarisation re)ue et celle de l'antenne crée une atténuation pou"ant tre totale si la polarisation est perpendiculaire. La polarisation circulaire est utilisée si les antennes d'émission et réception sont orientées de fa)on aléatoire par e$emple pour les satellites défilants ou non stabilisés. Diagramme de rayonnement
L'antenne isotrope c'est-à-dire rayonnant de la mme fa)on dans toutes les directions est un modèle théorique irréalisable dans la pratique. En réalité l'énergie rayonnée par une antenne est répartie inégalement dans l'espace certaines directions étant pri"ilégiées % ce sont les 0 lobes de rayonnement 1. Le diagramme de rayonnement d'une antenne permet de "isualiser ces lobes dans les trois dimensions dans le plan hori6ontal ou dans le plan "ertical incluant le lobe le plus important. La pro$imité et la conductibilité du sol ou des masses conductrices en"ironnant l'antenne peu"ent a"oir une influence importante sur le diagramme de rayonnement. Les mesures sur les antennes sont effectuées en espace libre ou en chambre anécho7que. Le diagramme de rayonnement complet peut tre résumé en quelques paramètres utiles % Directivité
Si possible mettre un scema de directivité
,ifférents diagrammes d'émission d'antennes La directi"ité de l'antenne dans le plan hori6ontal est une caractéristique importante dans le choi$ d'une antenne. ne antenne équidirecti"e ou omnidirectionnelle rayonne de la mme fa)on dans toutes les directions du plan hori6ontal. ne antenne directi"e possède un ou deu$ lobes nettement plus importants que les autres qu'on nomme 0 lobes principau$ 1. Elle sera d'autant plus directi"e que le lobe le plus important sera étroit. La directi"ité correspond à la largeur du lobe principal entre les angles d'atténuation à d/. Pour toutes les antennes la dimension constitue un paramètre fondamental pour déterminer la directi"ité. Les antennes à directi"ité et à gain éle"és seront tou&ours grandes par rapport à la longueur d'onde. 4l e$iste en effet des relations mathématiques 2transformation de 8ourier3 entre les caractéristiques spatiales et le diagramme de rayonnement. Gain
Le gain définit l'augmentation de puissance émise ou re)ue dans le lobe principal. 4l est d# au fait que l'énergie est focalisée dans une direction comme l'énergie lumineuse peut tre concentrée grâce à un miroir et9ou une lentille con"ergents. 4l s'e$prime en d/i 2décibels par rapport à l'antenne isotrope3. Pour une antenne le miroir peut tre constitué par un élément réflecteur 2écran plan ou parabolique3 tandis qu'un élément directeur 2dans une antenne :agi par e$emple3 &ouera le r5le de la lentille. !endement
La somme des puissances émises dans toutes les directions définit la puissance effecti"ement rayonnée. Le rapport a"ec la puissance fournie par la ligne de transmission définit son rendement. La résistance 2partie réelle de l'impédance3 présentée par l'antenne a deu$ origines % •
la résistance de rayonnement. L'énergie absorbée par la résistance de rayonnement est en fait l'énergie rayonnée par l'antenne.
•
la résistance de pertes. L'énergie absorbée par cette résistance est dissipée en chaleur par l'antenne par effet &oule dans les résistances ou par pertes dans les diélectriques.
Le rendement est fonction du rapport entre ces deu$ résistances. ne antenne aura un bon rendement si la résistance de pertes est faible de"ant la résistance de rayonnement. Les antennes du type dip5le demi-onde ou monopole ont en général une résistance de rayonnement bien plus éle"ées que leur résistance de pertes et leur rendement reste donc bon. Puissance ma"imale en émission
Le rendement définit la puissance effecti"ement rayonnée la puissance non rayonnée est dissipée thermiquement soit dans les fils raccords "isseries etc. ce qui limite la puissance moyenne tolérée. La puissance crte ma$imale tolérée dépend du champ électrique a"ant amor)age en chaque point de l'antenne dans les lignes pointes guides supports isolants. Le point le plus critique est en général la ligne de transmission coa$iale ou guide % son diamètre doit tre adapté ainsi que son diélectrique. Formes et dimension
La forme et les dimensions d'une antenne sont e$trmement "ariables % celle d'un téléphone portable est parfois in"isible car à l'intérieur du bo;tier ou se limitant à une petite e$croissance sur l'appareil tandis que la parabole du radiotélescope d'rès grossièrement on peut dire que pour la mme fréquence d'utilisation les dimensions d'une antenne seront d'autant plus grandes que son gain sera éle"é et son lobe principal plus étroit * La taille et la forme de l+antenne ne sont donc que la conséquence de l+ob&ectif "isé en utilisant cette antenne.
>héoriquement toutes les formes d+antennes pourraient tre utilisées pour capter n+importe quel signal mais sui"ant les types d+antennes de nombreuses contraintes peu"ent appara;tre pour atteindre les ob&ectifs "isés % •
>aille trop grande de l+antenne qui la rend irréalisable ou impossible à gérer !o#t trop important par rapport au ser"ice à rendre.
•
?ystème de pointage trop onéreu$ si l+on souhaite réaliser un alignement précis.
•
?ignal de mau"aise qualité.
Les di##érents types d$antennes
%on#&res SS Le guide d$onde
En dehors de leur parcours en espace libre les ondes se déplacent dans un en"ironnement qui les confine dans un espace défini. Plusieurs solutions e$istent. !hacune est adaptée à une plage de longueur d+onde bien spécifique % •
Fibre optique : domaine du "isible
•
%(ble coa"ial : fréquences inférieures à @AB6
•
Guide d$onde : fréquences micro-onde
•
Stétoscope : fréquence d+ondes acoustiques
Les guides d+ondes sont de simples conduits passifs rectangulaires ou circulaires et dont la forme permet le transport d+ondes % •
Sans nécessiter d$énergie : la simple forme du conduit et la taille de sa section
permet le transport •
Sans trop de pertes : ?+agissant d+une conduite utilisant uniquement les propriétés
des ondes il y a très peu de pertes contrairement au$ câbles oC l+atténuation est importante pendant le transport •
)vec un #iltrage naturel : les longueurs d+ondes transportées sont proches de la taille
de la section du guide d+onde ou de sa demi-taille. ?ans utiliser de filtre électronique seule la plage d+onde "isée est transportée •
)vec #iabilité : l+absence de pièce acti"e garantit la fiabilité du système et l+absence
de panne mme dans des conditions difficiles 2espace climat rigoureu$ etc3 !es a"antages font des guides d+ondes des éléments indispensables des antennes satellites que ce soit au sol pour la réception ou l+émission ou dans les satellites principalement en tant qu+interface entre la partie qui concentre les ondes et la partie qui les transforme en signal électrique. Les antennes guide d$ondes
ne antenne guide d+onde est une antenne directionnelle qui pri"ilégie la propagation d+ondes de fréquence donnée dans une direction particulière et selon un angle d+ou"erture précis. !e genre de dispositif se ré"èle bien adapté pour capter le signal d+un point éloigné 2par e$emple une maison à "ue à plusieurs centaines de mètres3 ou bien pour compenser les pertes dues à des obstacles situés entre la source et l+antenne 2entre les étages d+une maison dont les murs parasitent fortement le signal comme le mâchefer ou le béton armé3. Les antennes cornets
Le premier type d+antenne que l+on rencontre fréquemment dans le domaine des satellites que ce soit en "ol ou au sol est la famille des antennes cornets.
Fonctionnement des antennes cornets
L+antenne cornet fonctionne comme un entonnoir qui "a % •
*n réception : amener les ondes "ers l+embout du guide d+onde
•
*n émission : réaliser un passage Den douceur+ des ondes du milieu confiné du guide
d+onde "ers l+espace libre. ?ans cela il y aurait une perte de puissance importante. Les avantages des antennes cornets
Les a"antages de ces antennes sont principalement % •
leur petite taille lorsque l+on reste dans le domaine des micro-ondes ce qui est le cas des communications satellites
•
leur compacité et leur robustesse qui en font des ob&ets asse6 simples à intégrer et stables dans le temps
•
leur faible gain qui en font des collecteurs 9 émetteurs bien adaptés lorsque l+on souhaite cou"rir un champ asse6 large
+aille des antennes cornets
La taille de l+antenne cornet est directement liée à la taille des longueurs d+ondes "isées. !+est pourquoi elles sont plus sou"ent utilisées dans les micro-ondes et longueurs d+onde périphériques % les cornets ne sont pas de taille trop imposante. Par e$emple une antenne cornet pour des fréquences % •
de = à = AB6 ne mesurera que @= centimètres de section pour un gain de F= d/
•
au$ alentours de @AB6 il faudra utiliser une antenne de section supérieure à G= cm pour @Gd/
Lorsque l+on "eut capter des signau$ e$trmement faibles comme en radioastronomie il faut construire des antennes c de très grandes tailles.
!éalisation des antennes cornets
?i l+on souhaite faire rayonner en espace libre une onde électromagnétique guidée par un guide d+onde rectangulaire par e$emple une idée simple consiste à proposer de laisser l+e$trémité du guide ou"erte permettant ainsi à l+énergie électromagnétique de se propager librement dans l+espace. ?i on procède de cette manière on constate qu+une fraction très faible de l+énergie incidente sur l+ou"erture est rayonnée tandis que la ma&eure partie est réfléchie à l+ou"erture du guide. !e phénomène peut tre analysé en comparant les impédances d+onde du guide et de l+espace libre qui sont très différentes % il e$iste donc à l+e$trémité ou"erte du guide une rupture d+impédance qui conduit à la réfle$ion de la quasitotalité de l+énergie incidente 2la condition au$ limites sur un circuit ou"ert conduit dans le cas idéal à une réfle$ion totale3. Pour atténuer ce phénomène l+idée la plus simple consiste à pré"oir une 6one de transition entre le guide et l+espace libre % en augmentant progressi"ement les dimensions du guide on se rapproche des conditions de propagation en espace libre et la transition a"ec l+espace libre se fera plus naturellement % on réalise ainsi une antenne cornet.
Les antennes patc
ne antenne patch consiste en un élément métallique de forme quelconque 2rectangulaire circulaire à fente ou formes plus élaborées3 déposé sur la surface d+un substrat diélectrique qui présente sur l+autre face un plan conducteur 2plan de masse3. ne antenne patch rectangulaire est l+antenne patch la plus courante sa structure est détaillée ci-dessous. Les dimensions du patch sont généralement de l+ordre de la demi-longueur d+onde. Le choi$ de la longueur est guidé par la fréquence de résonance à donner à l+antenne. Le plan de masse ne pou"ant pas tre infini il peut tre égal à ou quatre fois la longueur d+onde ce qui représente parfois un encombrement trop important. n plan de masse plus petit conduira à une modification des propriétés de l+antenne. Les caractéristiques du substrat influent sur celles de l+antenne. En général sa permitti"ité doit tre faible il doit tre d+épaisseur négligeable de"ant la longueur d+onde et présenter de faible perte 2. Principe de fonctionnement L+élément rayonnant le plus classique est un rectangle et nous ne nous concentrerons que sur ce type d+antennes. Pour plus d+informations sur des antennes patch de formes ne antenne patch peut tre "ue comme une ligne de transmission 2ligne microruban3 ou"erte à chacune de ses e$trémités. !es F discontinuités se comportent comme deu$ e$trémités rayonnantes. La deu$ième manière de traiter une antenne patch est de la considérer comme une ca"ité résonante formée par le patch le plan de masse et les bords. En basse fréquence la ca"ité peut tre considérée comme une capacité qui stocHe des charges et dans laquelle un champ électrique uniforme est créé entre le patch et le plan de masse.
Les antennes cicoré ou ricoré
!+est une boite de conser"e con"ertie en antenne cornet. Les dimensions particulières de la boite de conser"e de la célèbre marque Iicoré étant très proches des dimensions optimales d+une antenne cornet fait maison le terme d+antenne Iicoré est au&ourd+hui largement utilisé. J titre de comparaison une 0 "raie 1 antenne cornet fait maison admet un gain de signal d+en"iron @Fd/i alors qu+a"ec une boite Iicoré con"ertit en antenne cornet le gain est plut5t de Kd/i. n peu moins donc mais l+utilisation d+une boite de conser"e facilite grandement la construction de l+antenne. La boite Iicoré c+est un peu un élément préfabriqué. (n lui pardonnera donc de ne pas tre dans les dimensions optimales.
L+antenne Iicoré est l+u"re de radioamateurs ces personnes folles d+e$périmentation en techniques de transmission. Les radioamateurs sont des bricoleurs qui s+amusent à chercher de nou"eau$ moyens d+e$ploiter les ondes radio et autres fréquences électromagnétiques mais à des fins personnelles ce n+est qu+un hobby. !ela n+a pas empché la communauté mondiale des radioamateurs de contribuer à de nombreuses a"ancées en matière de télécommunication. 4ls sont en quelque sorte des chercheurs anonymes et désintéressés. Et ce sont donc eu$ qui ont in"enté l+antenne Iicoré. .Intér,t et #onctionnement d$une antenne -i#i !icoré
La force du signal Mifi pose sou"ent problème dans une grande maison et parfois dans de petits appartements oC de nombreu$ matériels électroniques créent des interférences. Iésultat difficile de se connecter au réseau Mifi de sa bo$ située dans une pièce "oisine car les ondes sont freinées "oire stoppées par les murs et autres matériau$ qui absorbent les ondes. ,ans ces circonstances le réfle$e de chacun est d+acheter un amplificateur Mifi une antenne Mifi ou un répéteur Mifi. Pourtant a"ec une antenne Iicoré on peut obtenir le mme résultat à moindre co#t. En effet nous a"ons "u plus haut que certains matériels et matériau$ absorbaient les ondes Mifi. ne boite de conser"e absorbe elle aussi des ondes de la mme manière. 4l suffit donc de faire un petit bricolage pour pou"oir capter les ondes que récupère la boite Iicoré. Nous "ous proposons de réaliser une antenne directionnelle de type bo;te de chicorée c+est-à-dire en utilisant une bo;te métallique cylindrique comme base. !e type d+antenne est un guide d+onde particulièrement utilisé en cas de liaison point-à-point longue distance 2&usqu+à F Hm3. >echniquement c+est à la portée de tous qu+initièrent les pionniers du Mi8i en effectuant des liaisons fiables de plusieurs Hilomètres a"ec des éléments radio con)us à l+aide de récupération de matériau$ de la "ie quotidienne. Pour toute technologie utilisant comme média les ondes radioélectriques il est essentiel d+utiliser des antennes adaptées en fréquence et en polarisation pour obtenir de bonnes performances. !onnaissant les dimensions du guide d+onde en question qui dépendent directement de la fréquence radio employée il est relati"ement facile de construire sa propre antenne à pri$ réduit !éalisation d$une antenne cicorée
Nous "ous proposons de réaliser une antenne directionnelle de type bo;te de chicorée 2IicoréeO par e$emple3 c+est-à-dire en utilisant une bo;te métallique cylindrique comme base. !e type d+antenne est un guide d+onde particulièrement utilisé en cas de liaison point-à point longue distance 2&usqu+à F Hm3. >echniquement c+est à la portée de tous qu+initièrent les pionniers du Mi8i en effectuant des liaisons fiables de plusieurs Hilomètres a"ec des éléments radio con)us à l+aide de récupération de matériau$ de la "ie quotidienne. Pour toute technologie utilisant comme média les ondes radioélectriques il est essentiel d+utiliser des antennes adaptées en fréquence et en polarisation pour obtenir de bonnes
performances. !onnaissant les dimensions du guide d+onde en question qui dépendent directement de la fréquence radio employée il est relati"ement facile de construire sa propre antenne à pri$ réduit.
)pplications
L+emploi de deu$ guides d+onde de part et d+autre pour établir une liaison n+est pas obligatoire mais permet néanmoins d+augmenter la distance qu+il est possible de parcourir sans relais.
