ANTENNES
Les possibilités offertes par la propagation des ondes électromagnétiques dans les milieux naturels sont exploitées à des fins multiples: radiodiffusion, télévision, radar, télécommunications, radionavigation...
Dans toutes ces applications, l’antenne désigne ce composant indispensable au rayonnement et à la captation des ondes. Le mot est d’origine latine (antenna ) et servait à désigner la vergue du gréement des navires romains. Une telle dénomination convenait donc particulièrement bien aux structures filaires rayonnantes déployées par les pionniers de la radiotélégraphie dès la fin du XIXe siècle. Par la suite, les structures ont évolué et se sont beaucoup diversifiées pour tenir compte tout à la fois de la découverte de nouveaux modes de propagation terrestre et des progrès technologiques constants en direction des fréquences élevées.
L’appellation d’antenne prévaut dans une large part du spectre des ondes électromagnétiques, qui s’étend des longueurs d’onde kilométriques jusqu’aux longueurs d’onde submillimétriques voisines de l’infrarouge. Aux longueurs d’onde plus courtes encore, dans le domaine optique par exemple, ce terme global n’est plus guère utilisé, au profit d’une dénomination plus précise des différents éléments constitutifs.
Les deux aspects du fonctionnement d’une antenne – rayonnement et captation – sont très étroitement liés. C’est l’équipement électronique associé à une antenne qui en définit l’éventuelle spécificité. Dans certains cas (radars, notamment), la même antenne est utilisée indifféremment à l’émission et à la réception.
Dans sa finalité, le rayonnement d’une antenne se ramène à un problème d’éclairage. Selon l’application considérée, on peut rechercher une illumination aussi uniforme que possible de l’espace environnant, ou encore un éclairage très localisé d’une partie de cet espace. De telles préoccupations existent dans le domaine des antennes, et une première classification, d’ordre fonctionnel, permet de distinguer les antennes peu directives des antennes directives. La notion de directivité est importante et permet d’apprécier la concentration du rayonnement ou l’aptitude à capter dans une direction donnée. Les antennes peu directives sont utilisées en l’absence d’une localisation fixe et/ou connue par avance des correspondants (émission de radiodiffusion ou de télévision, réception panoramique...). Au contraire, les antennes directives le sont dans les liaisons, dites point-à-point , établies avec un interlocuteur privilégié dont la position est, de préférence, connue a priori (transmission par faisceaux hertziens ou relais spatiaux, réception de télévision). En dépit de propriétés spécifiques bien particulières, les différentes antennes n’échappent guère à cette règle simple selon laquelle la directivité est d’autant plus élevée que leurs dimensions sont grandes par rapport à la longueur d’onde. Dès lors, on comprend mieux l’affectation des ondes longues aux applications pour lesquelles la directivité n’est pas essentielle et, inversement, la recherche des courtes longueurs d’onde lorsque, par souci d’économie ou de discrétion, une certaine directivité est souhaitable.
Les différents types d’antennes se distinguent, par ailleurs, en fonction de critères d’utilisation liés, par exemple, à la tenue en puissance, à la nature du signal à transmettre, à la résistance mécanique et, bien sûr, à l’environnement. La présence des milieux naturels tels que la troposphère, l’ionosphère, le sol, la mer, etc., impose, à une fréquence donnée, un certain mode de propagation et conditionne donc très étroitement la structure de l’antenne. Les principaux types d’antennes ont été regroupés en trois domaines correspondant approximativement aux ondes kilométriques et hectométriques, aux ondes décamétriques et métriques, puis aux micro-ondes.
Historique
La possibilité de transmettre à distance et sans fil des signaux électriques fut entrevue dès la mise en évidence des phénomènes d’induction par Michael Faraday (1831). Ainsi, dans une certaine mesure, la bobine, qui deviendra le cadre, peut-elle être considérée comme la première antenne. Toutefois, il ne s’agit pas encore véritablement de propagation, et il faut attendre les expériences de Heinrich Hertz (1887) pour confirmer la théorie de James Clerk Maxwell (1873) selon laquelle les champs électriques et magnétiques se propagent, comme la lumière, sous forme d’ondes. Avec un doublet électrique formant éclateur, Hertz réussit à produire et à détecter des ondes décimétriques. On peut déjà noter la présence d’un réflecteur parabolique destiné, comme en optique, à focaliser le rayonnement. De fait, c’est du côté des ondes kilométriques que Guglielmo Marconi franchit des étapes décisives en radiotélégraphie avec, au départ, un simple fil relié à un cerf-volant. La première liaison transatlantique eut lieu en 1901. Très vite, les possibilités offertes par la triode, inventée par Lee De Forest en 1906, permirent d’effectuer des liaisons téléphoniques sur de grandes distances. La première liaison transpacifique entre les États-Unis et le Japon, avec relais à Honolulu, eut lieu en 1915. Jusqu’à la fin de la Première Guerre mondiale, les antennes demeurèrent exclusivement constituées par des fils, ou des arrangements de fils disposés au sol, suspendus au plus haut des supports disponibles – la tour Eiffel, entre autres –, tendus entre les superstructures des navires, déroulés à partir des avions...
Jusqu’en 1920, l’idée persiste que, conformément aux théories d’Arnold Sommerfeld, seules les ondes longues permettent des liaisons au-delà de l’horizon par diffraction à la surface de la Terre. Ce sont les radioamateurs, relégués dans le domaine des ondes décamétriques, qui montrèrent que de telles liaisons sont possibles avec ces ondes, en utilisant leur réflexion sur l’ionosphère. Avec de telles longueurs d’onde, la dimension raisonnable des antennes permet une évolution des structures dans le dessein essentiel d’accroître la directivité et, donc, de s’accommoder de puissances d’émission plus faibles. Les arrangements en losange, en V, etc., sont caractéristiques. Parallèlement se développent les pylônes d’émission pour radiodiffusion en ondes hectométriques alors que les récepteurs correspondants sont équipés de simples cadres.
Avec la Seconde Guerre mondiale apparut le radar, notamment grâce à la découverte d’un nouveau tube de puissance, le magnétron (1940). Dès lors, la possibilité d’obtenir des antennes très directives, des conditions de propagation favorables, tant dans l’ionosphère que dans la troposphère, font des micro-ondes un support bien adapté à de nombreuses situations: liaisons en vue directe par faisceaux hertziens (1945), liaisons transhorizons par diffusion troposphérique (1950), radioastronomie, techniques spatiales (1960). Ces dernières connaissent une évolution étonnante. À la retransmission de signaux de télévision, de communications téléphoniques s’ajoutent l’aide à la navigation, les prévisions météorologiques, la recherche de ressources naturelles, pour s’en tenir aux aspects civils. La structure des antennes s’inspire très directement de l’optique: réflecteurs simples ou composés, lentilles, etc., sont systématiquement utilisés. Les dimensions peuvent varier, selon l’application, dans de grandes proportions. Si le diamètre du réflecteur d’un radar embarqué est de l’ordre d’une dizaine de centimètres, un radio-interféromètre peut atteindre une centaine de mètres, renouant ainsi avec le gigantisme des antennes filaires du début de la T.S.F.
Parallèlement aux antennes quasi optiques se développent les antennes réseaux constituées de centaines, voire de milliers de petites antennes identiques. La commande individuelle de celles-ci procure une grande souplesse d’utilisation, notamment le balayage électronique qui permet de modifier la direction de rayonnement – ou de réception – d’une antenne immobile.
Il convient enfin de signaler le rôle croissant des antennes dites synthétiques . Celles-ci sont constituées par une antenne mobile dont les informations sont mémorisées, puis traitées, simulant ainsi une antenne de dimensions considérables. Un tel procédé, qui requiert d’importants moyens de calcul, est utilisé à des fins d’imagerie à partir d’aéronefs et de satellites.
Propriétés générales
Le régime d’émission
D’un point de vue physique, le rayonnement d’une onde électromagnétique résulte de l’accélération de charges électriques et donc, notamment, de la circulation de courants alternatifs ou impulsionnels. Une antenne, de façon très générale, se présente comme une structure dont la forme et les matériaux constitutifs sont conçus pour favoriser la circulation de tels courants. À l’émission, leur excitation est assurée par un générateur branché directement à l’antenne ou par l’intermédiaire d’une liaison (ligne de transmission, guide d’ondes...). À la réception, c’est l’onde dans laquelle l’antenne est immergée qui est responsable de la circulation des courants, collectés localement par un récepteur. Il existe une très grande variété d’antennes selon le signal à transmettre, et notamment sa bande de fréquences, la distance et l’étendue de la région à desservir, l’environnement. Pour une antenne donnée, la détermination de l’onde rayonnée passe par la résolution des équations de Maxwell. Ce difficile problème de physique mathématique n’est en général pas soluble analytiquement, même pour les structures les plus simples. De puissants ordinateurs sont nécessaires à la conception d’antennes dont l’insertion dans des systèmes de plus en plus complexes exige d’excellentes performances.
En première approche, l’onde rayonnée par une antenne peut être caractérisée par sa densité de puissance (exprimée en watts par mètre carré dans le système international S. I.). Cette densité est directement liée à la puissance susceptible d’être captée par une antenne de réception. À grande distance, c’est-à-dire à une distance grande tout à la fois devant la longueur d’onde et les dimensions de l’antenne, sa répartition angulaire dans l’espace devient indépendante de la distance. Ainsi peut-on construire la surface caractéristique de rayonnement – ou indicatrice d’émission – en reportant, pour chaque direction d’observation, un vecteur dont la longueur est proportionnelle à la densité de puissance rayonnée dans cette direction. Des coupes de cette surface par des plans fournissent des diagrammes de rayonnement qui illustrent clairement le caractère directif de l’antenne considérée (fig. 1). Pour les antennes directives, la direction de rayonnement privilégié est repérable par le lobe principal dont la largeur angulaire est définie conventionnellement pour une atténuation de trois ou dix décibels par rapport au maximum. Des lobes secondaires de plus faible amplitude encadrent le lobe principal. Ils sont le plus souvent caractérisés globalement par l’amplitude du plus élevé d’entre eux par rapport à celle du lobe principal. En espace libre, la densité de puissance rayonnée décroît de façon inversement proportionnelle au carré de la distance. Pour une antenne isotrope, fictive en raison de la nature vectorielle des ondes électromagnétiques, elle serait simplement égale au rapport de la puissance émise, WE, à la surface, 4 神r 2, de la sphère de rayon r . Pour une antenne réelle, la directivité D( ゎ) permet de rendre compte des variations de la densité de puissance rayonnée 靖 en fonction de la direction d’observation. Dans une direction repérée par le vecteur unitaire ゎ:
Une antenne est généralement caractérisée par sa directivité maximale, le plus souvent exprimée en décibels. Aux pertes de l’antenne près, la puissance rayonnée est identique à la puissance fournie à l’antenne par le générateur et, de ce fait, la directivité peut s’interpréter comme le gain réalisé en puissance d’émission, par rapport au cas d’une antenne isotrope rayonnant la même densité de puissance à une certaine distance. Ce gain peut varier de quelques unités à plusieurs dizaines de milliers selon les antennes.
La figure 2 donne les diagrammes de rayonnement de doublets électrique et magnétique (boucle) de dimensions négligeables en comparaison de la longueur d’onde. Peu directifs par eux-mêmes, ces doublets peuvent être assemblés pour constituer des antennes plus directives. Le principe de ces assemblages est de réaliser des conditions d’interférences constructives dans la direction de rayonnement souhaitée. Quelques configurations classiques sont représentées sur la figure 3. L’utilisation de réflecteurs permet une simplification des réalisations. Leur présence équivaut à celle de doublets images. La possibilité d’intervenir sur la phase de chacun des doublets est mise à profit pour changer la direction de rayonnement (balayage électronique). Pour un assemblage linéaire de longueur l , la largeur du lobe principal est de l’ordre de/l .
Une description plus fine de l’onde rayonnée passe par la détermination de la direction du champ électrique et de celle du champ magnétique. Ceux-ci sont orthogonaux; leur rapport est constant et ne dépend que du milieu de propagation (dans l’air, il est voisin de 377 ohms). Dans le cas le plus simple, l’extrémité du vecteur champ électrique alternatif décrit un segment rectiligne; la polarisation est dite linéaire. Plus généralement, le champ électrique résulte de la superposition de deux composantes orthogonales, déphasées, de telle sorte que son extrémité décrit une ellipse, voire un cercle. Le plan de l’ellipse est perpendiculaire à la direction de propagation. La polarisation est dite elliptique droite ou gauche selon le sens de parcours. Le rôle de la polarisation est fondamental pour les liaisons hertziennes.
Pour en terminer avec la description de l’onde rayonnée, il convient de remarquer que le déphasage croît linéairement avec la distance d’observation. Une telle variation résulte de la transposition en régime sinusoïdal de la théorie des potentiels retardés, selon laquelle toute évolution du courant sur l’antenne ne peut être perçue à la distance r qu’après un délai égal à r/c , c étant la vitesse de la lumière (c = 3 憐 108 m/s). Ce délai représente le temps nécessaire aux ondes émises par l’antenne pour atteindre le point d’observation. En régime sinusoïdal, le déphasage est égal à kr , k = 2 神/ étant la constante de propagation.
Les propriétés précédentes peuvent être condensées en quelques formules simples. Le champ électrique つ à grande distance r et dans la direction ゎ s’exprime en fonction de la caractéristique vectorielle de rayonnement づ:
Il existe entre le champ électrique つ et le champ magnétique で la relation: face="EU Arrow"
つ = 兀 で 廬 ゎ, où 兀 est l’impédance d’onde du milieu (dans l’air 兀 力 377 行). La densité de puissance rayonnée se déduit de la norme hermitienne F :
Ces formules sont susceptibles d’être profondément modifiées par l’environnement des antennes et la présence d’obstacles à la propagation.
Le régime de réception
En régime de réception, l’antenne est soumise au rayonnement d’une source électromagnétique. La puissance captée WR est reliée très simplement à la densité de puissance incidente par l’intermédiaire de l’aire d’absorption AR: WR = 靖AR. Celle-ci caractérise donc la surface d’onde incidente interceptée par l’antenne de réception. Elle dépend de l’impédance d’entrée du récepteur ainsi que de l’état de polarisation de l’onde incidente. Sa valeur maximale s’exprime en fonction de la directivité de l’antenne DR dans la direction d’arrivée de l’onde incidente:
Cette expression illustre la réciprocité des régimes d’émission et de réception: une antenne de réception est d’autant plus sensible à une onde incidente provenant d’une direction donnée qu’elle rayonnerait plus efficacement dans cette direction en régime d’émission. À ce titre, une antenne directive est capable d’une certaine discrimination angulaire entre ondes issues de sources distinctes.
Dans le cas des ouvertures rayonnantes , l’aire d’absorption AR correspond à peu près à leur surface physique (ainsi, en optique, une lentille focalise en un point tous les rayons issus d’une source lointaine et qu’elle intercepte). Dans le domaine hertzien, la focalisation est moins efficace en raison de la diffraction. Pour une antenne filaire , au contraire, il n’y a pas de relation simple entre la surface apparente de l’antenne et l’aire d’absorption. Pour les petites antennes, peu directives, l’aire d’absorption est voisine de2/4 神.
La valeur maximale précédente n’est atteinte qu’à deux conditions. La première exprime l’adaptation de l’impédance d’entrée du récepteur à celle de l’antenne. La seconde concerne la polarisation de l’onde incidente comparée à celle de l’onde qui serait rayonnée par l’antenne en régime d’émission. En polarisation rectiligne, les deux directions du champ doivent être parallèles. En polarisation elliptique, les ellipses doivent avoir la même excentricité et être parcourues en sens inverse. À défaut de ces conditions, il s’ensuit une perte de la puissance reçue. Pour toute antenne, il existe un couple de polarisations (horizontal-vertical; circulaire droit-circulaire gauche...) dont l’une est entièrement captée par l’antenne et dont l’autre est invisible par l’antenne. Cette propriété est utilisée notamment dans les liaisons spatiales avec des antennes bipolarisées capables de recevoir deux canaux différents dans la même bande de fréquence.
Si l’onde incidente provient d’une antenne d’émission, délivrant la puissance WE avec la directivité DE, il est possible d’obtenir la puissance reçue:
Cette équation des liaisons en espace libre doit être éventuellement corrigée pour tenir compte de la présence du sol. On montre toutefois que cette relation demeure valable sur un sol plan si les antennes sont élevées à une hauteur supérieure ou égale à 連r. Cette condition, systématiquement utilisée dans les liaisons par faisceaux hertziens, conduit à installer les antennes sur des tours de grande hauteur.
En l’absence de tout signal utile, une antenne fournit au récepteur une certaine puissance de bruit WB résultant du rayonnement d’origine thermodynamique, non cohérent et non polarisé, émis par les milieux environnants. Cette puissance de bruit se présente comme celle que délivrerait une résistance (bruit thermique) portée à une température fictive A (exprimée en kelvins), appelée température de bruit de l’antenne: WB = k A f , où k est la constante de Boltzman (k = 1,38 憐 10-23 J.K-1) et f la bande équivalente de bruit du récepteur. Dans les liaisons spatiales où l’antenne est pointée vers le zénith, A est de l’ordre d’une dizaine de kelvins. Dans des liaisons par faisceaux hertziens et, plus généralement, pour les antennes peu directives, le lobe principal intercepte suffisamment le rayonnement en provenance du sol pour que A soit de l’ordre de la température ambiante, soit 300 K environ. Considéré comme parasite dans les liaisons usuelles, le bruit thermodynamique est au contraire l’objet des investigations de la radioastronomie. Des cartes du ciel, illustrant la brillance des radiosources et donc la répartition de leur température, ont été établies dans le domaine hertzien.
Les formules précédentes permettent le calcul du rapport signal/bruit. C’est en fonction de l’optimisation de ce rapport que sont conçues les antennes de réception.
Principaux types d’antennes
Antennes pour ondes kilométriques et hectométriques
Ces ondes sont principalement réservées à la radiodiffusion et aux liaisons avec les sous-marins, en raison d’une relative stabilité des conditions de propagation dans la cavité Terre-ionosphère et d’une pénétration satisfaisante dans l’eau de mer. En radiodiffusion, les antennes typiques sont, à l’émission, les pylônes haubanés et autostables (fig. 4 a). En dépit de hauteurs pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres, ces pylônes demeurent, le plus souvent, petits par rapport à la longueur d’onde. Érigés au-dessus d’un sol rendu localement bon conducteur, au moyen de grillages par exemple, ils se comportent sensiblement comme un doublet vertical. Le courant décroît depuis la base, à laquelle est branché le générateur, pour s’annuler à son extrémité. Un ou plusieurs fils disposés en nappe augmentent le courant par couplage capacitif avec le sol et améliorent l’efficacité de rayonnement (fig. 4 b et c). Les puissances d’émission peuvent atteindre le mégawatt et posent, de ce fait, de sérieux problèmes d’isolation par rapport au sol et aux haubans. Dans le plan horizontal, une certaine directivité peut être obtenue en disposant au voisinage du pylône d’émission d’autres pylônes passifs reliés au sol ou des fils tendus en rideaux qui préfigurent les structures à réflecteurs utilisés aux fréquences plus élevées. Dans ces gammes de fréquence, les antennes de réception, libérées des contraintes liées à la tenue en puissance, se réduisent à de simples fils ou à des cadres constitués par des bobinages réalisés sur noyaux de ferrite.
Pour les liaisons avec les sous-marins, on peut utiliser des pylônes verticaux ou des câbles de grande longueur (plusieurs kilomètres) posés sur le sol, alimentés en leur milieu et reliés au sol à leurs extrémités (fig. 4 d). Les lignes de courant se referment très profondément dans le sol de telle sorte que l’antenne équivaut à un cadre de très grandes dimensions. À la réception, le sous-marin en plongée traîne un câble-bouée d’une longueur de plusieurs centaines de mètres à l’extrémité duquel se situe l’antenne proprement dite.
Antennes pour ondes décamétriques et métriques
Cette portion du spectre radioélectrique est utilisée diversement dans des liaisons à longues et courtes distances (communications civiles et militaires avec véhicules, navires, avions, trafic diplomatique). Au-dessous de 30 mégahertz ( = 10 m), la possibilité d’utiliser les réflexions sur l’ionosphère est exploitée avec des antennes dont la directivité procure une économie de puissance et limite les risques de brouillage. La structure en losange est caractéristique (fig. 5 a). Alimentée à l’une de ses extrémités les plus effilées, l’antenne en losange est refermée à son autre extrémité sur une charge dissipative constituée, par exemple, d’une ligne dont les conducteurs sont au contact avec le sol. Un choix convenable des dimensions du losange et de sa hauteur procure à ce genre d’antenne la directivité et l’inclinaison requises. Lorsque la bande de fréquence à couvrir atteint plusieurs octaves, on utilise des antennes composées de dipôles de longueurs différentes. À une fréquence donnée, seuls les quelques dipôles les plus voisins de la résonance contribuent efficacement au rayonnement. La zone active de l’antenne se déplace ainsi avec la fréquence. L’arrangement log-périodique comporte des dipôles dont l’espacement et la longueur croissent comme le logarithme de la fréquence (fig. 5 b). Pour des liaisons à courte distance, des antennes monopôles constituent une solution très simple. La longueur du brin rayonnant est le plus souvent égale au quart de la longueur d’onde. Un réflecteur circulaire ou d’autres brins disposés radialement confèrent à l’ensemble des propriétés voisines de celles du dipôle (fig. 5 c). Les ondes métriques sont en partie réservées à la radiodiffusion par modulation de fréquence et à la télévision. Les antennes d’émission sont constituées par des réseaux de dipôles fournissant une couverture pratiquement isotrope dans le plan horizontal. Dans le plan vertical, la directivité résulte de l’assemblage des dipôles dont l’alimentation en phase permet de rabattre légèrement le rayonnement vers le sol. Le pylône sur lequel est installé le réseau assure le dégagement nécessaire à la bonne propagation des ondes émises (fig. 5 d). À la réception, les antennes les plus courantes sont de type Yagi (fig. 5 e). Parallèlement au dipôle replié qui est relié au récepteur, des dipôles parasites situés de part et d’autre jouent le rôle de directeurs et de réflecteurs. Le lobe principal est dirigé selon l’axe de l’antenne du côté des directeurs.
Antennes pour micro-ondes
Les micro-ondes, dont la longueur d’onde est comprise entre une dizaine de centimètres et une fraction de millimètre, sont principalement utilisées dans les applications requérant une bonne directivité (télécommunications, radar, radioastronomie). La plupart des antennes combinent une antenne peu directive (source primaire) et un système focalisant (réflecteur, lentille) de grandes dimensions en comparaison de la longueur d’onde qui confère à l’ensemble sa directivité. Les sources primaires les plus courantes sont des dipôles ou des cornets, guides d’ondes ouverts de section évasée pour favoriser le rayonnement (fig. 6 a, b). Quelques arrangements typiques de cornets et de sources primaires sont représentés sur la figure 6. La configuration de base est celle d’un réflecteur parabolique au foyer duquel est situé le cornet (fig. 6 c). Par excentrement du cornet, on évite l’effet de masque résultant de l’interception du faisceau réfléchi par le cornet. Plusieurs sources primaires réparties dans le plan focal d’un même réflecteur permettent de rayonner dans des directions différentes (fig. 6 d). Une telle disposition est courante dans les antennes pour satellites dont le diagramme de rayonnement doit être adapté aux différentes zones à couvrir. Des systèmes à réflecteurs multiples conduisent à des réalisations plus compactes. Le montage Cassegrain associe un réflecteur principal parabolique et un réflecteur secondaire hyperbolique (fig. 6 e). Telle était déjà la structure du télescope optique utilisé par Cassegrain en 1672.
Le mode de réalisation des antennes à réflecteurs varie beaucoup selon l’application. Dans les télécommunications par faisceaux hertziens, les antennes d’un diamètre de l’ordre de quelques mètres sont installées sur des tours. La figure 6 f montre une de ces antennes compactes et susceptibles de fonctionner dans plusieurs bandes de fréquence. La séparation des bandes s’effectue à l’aide de filtres répartis dans le circuit d’alimentation de la source primaire. Pour les télécommunications spatiales, les dimensions sont très différentes selon que l’antenne est au sol ou embarquée. Au sol, le diamètre peut atteindre plusieurs dizaines de mètres. Sur les satellites, il s’agit de structures dépliables ou déployables (réflecteurs pivotants, «parapluies» grillagés) de quelques mètres d’envergure (fig. 6 g). En radioastronomie, la faiblesse des signaux à recevoir en provenance de galaxies lointaines conduit à de gigantesques réalisations. Le meilleur exemple en est probablement le radiotélescope d’Arecibo (Porto Rico), dont le réflecteur grillagé de 305 mètres de diamètre tapisse une dépression naturelle entourée de collines.
Les antennes à réflecteur sont également très utilisées pour les radars. Des structures en «tranche d’orange» conviennent bien aux radars d’aéroport très directifs dans le plan horizontal, peu directifs dans le plan vertical (fig. 6 h). La rotation de l’antenne sur elle-même autour d’un axe vertical permet un repérage angulaire précis des avions. Dans les radars de trajectographie balistique, la direction de la cible se déduit d’une mesure différentielle de signaux fournis par des cornets situés symétriquement par rapport au foyer. Lorsque la cible est dans l’axe de l’antenne, les cornets délivrent des signaux identiques dont la différence s’annule. Au sol ou embarqués, les radars sont protégés par une enveloppe diélectrique appelée radôme.
Les antennes réseaux sont constituées par juxtaposition d’un très grand nombre de petites antennes identiques, dipôles ou cornets, par exemple. Grâce à un système d’alimentation complexe, on peut régler individuellement l’amplitude et le déphasage de chacune d’entre elles. La modification du déphasage provoque le changement de la direction du lobe principal (balayage électronique). Piloté par ordinateur, le système d’alimentation permet de modeler le diagramme de rayonnement et, par exemple, de l’annuler dans la direction d’un brouilleur. De telles antennes, dites autoadaptatives , sont principalement destinées aux applications militaires.
Les antennes synthétiques illustrent bien tout le parti que l’on peut tirer de l’association d’une antenne à un ordinateur. Peu directives par elles-mêmes, ces antennes sont montées sur avion ou satellite. En radar, par exemple, la mémorisation du signal reçu pendant que l’antenne se déplace et son traitement par ordinateur permet de simuler une antenne de très grandes dimensions et, de ce fait, d’obtenir une excellente directivité. Un tel procédé est également utilisé sur les satellites en imagerie micro-onde active. Le volume des données et des calculs exige des ordinateurs d’une extrême puissance.
Encyclopédie Universelle. 2012.