Antennes actives - Principes de conception

Le concept d’antenne active a ses origines dans celui d’antenne-réseau qui se caractérise par une définition fonctionnelle générale, mais aussi par une grande diversité de réalisations.

Pour illustrer la diversité d’apparences et de modes de réalisation des antennes-réseaux, on citera (cf. article Antennes - Techniques [E 3 284], § 1, dans ce traité) :

• l’antenne, de type « Yagi », dite « rateau » en raison de son aspect, utilisée sur nos maisons pour la réception TV en ultra haute fréquence ;

• les antennes constituées de guides à fentes, isolés ou associés pour constituer une surface plane ou cylindrique. Très fréquentes, bien que souvent non visibles, elles équipent les radars météo des avions de ligne, les radars de navigation des bateaux, les radars des avions de combat, les radars de satellites, des stations de télécommunications ;

• les antennes réalisées en circuit imprimé (antennes imprimées), rayonnant par un réseau de « pavés », de lignes interrompues, de méandres, de fentes... Elles constituent la version très bas coût des antennes réseau et sont utilisées partout où les contraintes de bilan de puissance émise sont peu exigeantes (radar de jauge, radar de détection d’intrus, liaisons hertziennes courte distance). Aux fréquences basses (100 MHz à 2 GHz), elles peuvent aussi se révéler très efficaces en terme de performances pour une faible masse et un faible coût, comme par exemple l’antenne du satellite Landsat ;

• les antennes constituées d’éléments rayonnants et de modules électroniques, assemblés et mis en place sur une structure. Ce type de solution est souvent adopté pour les antennes à balayage électronique (cf. article Antennes - Différents types [E 3 282], § 8, dans ce traité).

Dans les trois premiers exemples, le rayonnement est organisé une fois pour toutes : l’antenne est intérieurement inerte, le diagramme est fixe par rapport à l’antenne et le faisceau est orienté par une mise en mouvement mécanique de l’antenne.

• Au contraire, l’antenne à balayage électronique, comporte des dispositifs électroniques, ayant au minimum la fonctionnalité du déphasage, permettant des changements d’états internes et des changements de direction et de forme du faisceau émis.

  Les modes de réalisation de ces antennes sont très diversifiés et de complexités très différentes. On distingue les antennes dites passives et les antennes actives.

  • L’antenne passive réalise la formation et le dépointage du faisceau, mais la fonction émission (amplification du signal à émettre) et l’entrée de la fonction réception (amplification à faible bruit du signal reçu), sont réalisées à l’extérieur de l’antenne (figure 1a). L’antenne passive ainsi définie comporte des déphaseurs, des commutateurs agissant sur des longueurs de ligne, ou des filtres, c’est-à-dire des dispositifs agissant sur la forme et la direction du faisceau, sur la sélection en fréquence ou en polarisation, mais pas d’éléments amplificateurs.

  • En plus des dispositifs à contrôle électronique d’une antenne passive, l’antenne active comporte l’amplification du signal à émettre, répartie entre des éléments individuels, et l’amplification à très faible bruit du signal reçu

    (figure 1b). Elle peut aussi incorporer une partie, voire la totalité, de la fonction réception : sélection fréquentielle du signal, conversion de fréquence, codage analogique/numérique.

    Notons que les fonctions de base d’un système, à l’émission comme à la réception, n’ont pas pour autant disparu. Elles sont réparties, pour l’antenne active, dans l’architecture d’antenne réseau, ce qui lui confère : un meilleur rendement énergétique, des fonctionnalités nouvelles et des performances accrues vis-à-vis du traitement du signal reçu.

• Cet article constitue la première partie d’un ensemble ayant pour but d’exposer les principes d’ingénierie des antennes actives c’est-à-dire de décrire l’architecture de base, d’identifier et d’expliciter les fonctionnalités, les modes de fonctionnement, la nature et les modes de réalisation des sous-fonctions constituant l’antenne active.

  Il concerne les antennes actives destinées à des radars, des systèmes de télécommunications et de surveillance électronique.

  Le présent article décrit d’abord succinctement le schéma synoptique d’une antenne active. Il montre ensuite son intérêt et les avantages qu’elle procure à un Système. L’architecture d’une telle antenne, les fonctions et la constitution des sous-ensembles sont ensuite explicités.

  Nota :

  Deux autres articles complètent cet ensemble :

  • - Antennes actives. Dimensionnement ;

  • Antennes actives. Pour en savoir plus.

  La lecture de ces articles implique une certaine connaissance des antennes classiques (principes de fonctionnement et de conception) ainsi que de l’électronique en général. En effet, les conceptions détaillées des sous-ensembles ne sont pas traitées, l’article se plaçant essentiellement au niveau de l’analyse fonctionnelle.

  Le lecteur pourra donc consulter les articles suivants, du traité Électronique, pour plus de détails sur la théorie des antennes et celle des antennes-réseaux en particulier :

  • - Antennes. Bases et principes ;

  • - Antennes. Différents types ;

  • - Antennes. Techniques ;

  • - Antennes. Éléments connexes ;

  • ainsi que les références et .