fiche5_M1_Lignes de transmission antennes et rayonnement

Intitulé de l'Unité
d’Enseignement
Lignes de Transmission, Antennes et Rayonnement
Code de
l’UE
Descriptif de l’UE
Volumes horaires globaux (CM + TD + TP+ autre…)
Nombre de crédits de l’UE
Spécialité où l’UE est proposée
Semestre où l’enseignement est proposé
Effectifs prévus (rentrée 2009)
30h cours ; 18h TD ; 12h TP
6 ECTS
Systèmes communicants
S2
48
a) Objectifs de l'Unité d'Enseignement
L’objectif de cette UE est l’introduction des deux aspects, guidé et rayonné, de la propagation des ondes
électromagnétiques. L’étude des lignes de transmission permettra d’aborder la propagation guidée et d’introduire,
entre autres, les notions d’impédance caractéristique, de réflexion, d’adaptation et de transmission de signaux
complexes, ainsi que les outils (abaque de Smith, Matrice de distribution…) et les instruments (analyseur de
réseau…) de caractérisation de ces lignes.
L’aspect rayonné sera abordé à travers l’étude de sources élémentaires (dipôles électrique et magnétique) au
moyen desquelles sera abordée l’analyse d’antennes plus élaborées, isolées ou en réseau. Les outils théoriques
nécessaires à la réalisation de cet objectif seront introduits, ainsi que les paramètres qui permettent de caractériser
les performances d’une antenne.
A l’issue de cet enseignement, les étudiants seront capables d'optimiser l'interconnexion de systèmes en
améliorant le transfert des signaux. Ils seront de plus à même d’analyser le rayonnement d’antennes isolées ou en
réseau.
b) Contenu de l’Unité d’Enseignement
Lignes de Transmission (16h Cours, 10h TD, 4h TP)
Exemples de ligne. Modélisation électrique d'une ligne TEM, équations des lignes.
Impédance caractéristique, constante de propagation complexe, Ondes incidente et réfléchie. Coefficient de
réflexion et impédance le long de la ligne.
Ondes stationnaires. Taux d'onde stationnaire. Return loss.
Abaque de Smith.
Transport de puissance sur les lignes, pertes, désadaptation. Adaptation à l'aide de lignes, en constantes
localisées, ou mixtes.
Matrice de distribution d'un multipôle. Analyseur de réseau. Matrice Chaine.
Transmission des signaux complexes sur les lignes, vitesse de groupe.
Transmission de signaux transitoires.
Introduction sur les méta-matériaux et les lignes gauches.
Antennes et rayonnements (14h Cours, 8h TD, 8h TP)
sources et équations de Helmholtz non homogènes, fonction de Green de l'espace libre, champ rayonné;
dipôle électrique élémentaire, champ rayonné, champ lointain;
corrélation électromagnétique : dipôle magnétique élémentaire, équations de Maxwell généralisées;
répartition de dipôles élémentaires, champ lointain, caractéristique vectorielle de rayonnement;
répartitions linéiques, exemples;
principe de Huygens, démonstration, répartition surfacique équivalente, exemple;
antennes réseaux, lobes de périodicité;
impédance, directivité et gain, bilan de liaison.
c) Pré-requis
Physique : bases de l’électromagnétisme (UE de L3 : rayonnement et propagation). Théorie des circuits.
Mathématiques : analyse vectorielle
d) Modalités de contrôle des Connaissances
Examens (répartis), TP,
e) Références bibliographiques
Fundamentals of applied electromagnetics, F.T. Ulaby, Prentice Hall, 2001
Electromagnetics with applications, J.D. Kraus –D.A. Fleisch, McGraw-Hill, 1999
An introduction to classical electromagnetic radiation, G.S. Smith, Cambridge University Press, 1997
Antennas and radiowave propagation, R.E. Collin, McGraw-Hill, 1985
MicroOndes, Vol.1 "Lignes, guides et cavités", P.F.Combes, Dunod
Vol.2 "Circuits passifs, propagation et antennes", P.F.Combes, Dunod
Organisation pédagogique
Enseignements présentiels
Volume horaire total
Cours
Enseignements dirigés
Travaux pratiques
Projet
Autre
30
18
12
Horaire
hebdomadaire
4
4
Effectif par groupe
48
24
8
Course Title :
Transmission Lines, Antennas and Radiation
Description of the course :
a) Objective
This course is an introduction to the propagation of guided and radiated electromagnetic waves, based on the
study of transmission lines and antennas. The former will be used to define the basic concepts of characteristic
impedance, reflection, transmission of complex signals and matching, and to describe the main tools (Smith chart,
scattering matrix,…) and equipments ( network analyser…) of analysis and characterization.
Radiation will be dealt with through the study of elementary sources (electric and magnetic dipoles), which will be
used to build more elaborate antennas, isolated or combined in an array. The necessary theoretical tools to
achieve this goal will be introduced as well as the main parameters used to characterize the performance of an
antenna.
b) Content
Transmission Lines:
Examples of transmission lines – Electrical model and equations of TEM lines – Characteristic impedance,
propagation constant, reflection coefficient – Stationary waves, return loss – Smith chart – Power, losses, matching
– Scattering matrix, chain matrix, network analyzer – transmission of complex signals, group velocity, impulse
propagation- introduction to meta-materials and left-handed lines.
Antennas and Radiation:
Sources and inhomogeneous Helmholtz equation, free space Green’s function, radiated field – Elementary electric
dipole, radiated field, far field – Electromagnetic correlation, magnetic dipole, generalized Maxwell’s equations –
Distribution of elementary dipoles, far field, vectorial characteristic of radiation, linear distribution – Huygens'
principle, surface distribution – Antennas arrays, grating lobes – Impedance, directivity, gain – link budget.
c) Prerequisites
Physics: fundamentals of electromagnetics, circuit theory.
Mathematics: vector analysis.
f)
Bibliography
1. Fundamentals of applied electromagnetics, F.T. Ulaby, Prentice Hall, 2001
2. Electromagnetics with applications, J.D. Kraus –D.A. Fleisch, McGraw-Hill, 1999
3. An introduction to classical electromagnetic radiation, G.S. Smith, Cambridge University Press, 1997
4. Antennas and radiowave propagation, R.E. Collin, McGraw-Hill, 1985
5. Micro-Ondes Vol.1 "Lignes, guides & cavités", Vol. 2 "Circuits passifs, propagation & antennes",
P.Combes, Dunod