Conception d'une antenne cornet
Une antenne cornet est composée d’une transition coaxial/guide d’onde qui respecte les standards WR, d’un cornet permettant de définir le gain ainsi que l’ouverture à -3 dB de l’antenne.
Il n’existe pas d’équations permettant de concevoir parfaitement le dimensionnement des antennes cornets (notamment pour la partie cornet). Mais, on peut dimensionner la partie transition coaxial/guide d’onde à partir des équations suivantes.
Equation (1) : Fréquence de coupure pour le mode fondamental TE10 dans un guide d’onde (a*b*l)
À partir de cette équation, on peut déterminer la largeur a de notre guide pour la partie transition. La hauteur b étant égale à a/2.
Equation (2) : Calcul de la longueur d’onde guidée
Equation (3) : Calcul du gain
Equation (4) : Ouverture à -3 dB verticale
Equation (5) : Ouverture à -3 dB horizontale
Equation (6) : Gain en fonction de l’efficacité et de la Directivité G=ηD
Avec η l’efficacité et D la directivité
Conception d'une antenne cornet sous HFSS
Les dimensions utilisées pour réaliser une gamme d’antenne cornet sont standardisées. nous souhaitons pour exemple dimensionner une antenne cornet fonctionnant dans la bande Ku.
On a donc pour l’antenne cornet un guide d’onde WR-62 (a =15,799 mm; b = 7.899 mm) au niveau de la transition coaxial/guide d’onde. Ensuite, le cornet a pour dimensions (H = 50mm E = 40 mm). Pour une longueur totale de l’antenne de 80 mm. (Fig. 1.)
figure n°1 : Dimensions de l’antenne cornet
Le connecteur d’accès à l’antenne cornet doit être placé à une distance environ égale à λg/4 (ici 6,3 mm en prenant f0 = 15.2 GHz) par rapport au court circuit de la transition pour propager correctement l’onde électromagnétique.
La longueur du connecteur dans la transition doit être aux alentours de b/2 et la longueur de la transition doit être supérieure à λ/2 (pour la fréquence la plus basse, soit 12,4 GHz, la longueur doit donc être supérieure à 12 mm) pour permettre au mode de s’établir dans le guide. Alors, la longueur de la transition (22 mm) est supérieure à λ/2. Le design de ce dimensionnement d’antenne cornet est présentée Fig. 2(a).
figure n°2 : Antenne cornet bande Ku avec un gain de 15 dB sous ANSYS HFSS (a) Simulation du coefficient de réflexion S11 de l’antenne cornet bande Ku (b)
Le coefficient de réflexion S11 permet de vérifier si l’antenne est adaptée, il faut au moins 10 dB d’adaptation pour une antenne et ainsi permettre de transmettre le maximum de puissance. Dans ce cas-ci, Fig.2. (b), l’antenne a une adaptation d’au moins 15 dB sur toute la bande de fonctionnement de l’antenne (12,4-18 GHz).
La simulation de l’antenne cornet donne les résultats suivants en termes de gain et de diagramme de rayonnement dans les deux plans à la fréquence centrale de 15.2 GHz.
Voici l’ensemble de nos solutions d’antennes cornets
Figure n°3 : Simulation du gain de l’antenne cornet en bande Ku (a) et du diagramme de rayonnement de l’antenne cornet bande Ku dans les deux plans (b)