ITU-R BS 1386-1 FRENCH-2001 LF and MF transmitting antennas characteristics and diagrams《低频和中频发射天线特性和框图》.pdf

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1、 Rec. UIT-R BS.1386-1 1 RECOMMANDATION UIT-R BS.1386-1*Caractristiques et diagrammes de rayonnement des antennes dmission en ondes kilomtriques ou hectomtriques*(Question UIT-R 201/10) (1998-2001) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que les Recommandations UIT-R BS.705 et UIT-R

2、BS.1195 dfinissent respectivement les diagrammes de rayonnement des antennes de radiodiffusion HF, VHF et UHF ainsi que dautres informations pertinentes; b) que les diagrammes de rayonnement publis dans la prsente Recommandation doivent tre faciles comprendre et utiliser par les ingnieurs responsabl

3、es de la planification et de la conception, tout en contenant toutes les informations utiles ncessaires; c) lexprience acquise dans le cadre des prcdentes versions des Recommandations sur les antennes; d) que les caractristiques des antennes en ondes kilomtriques ou hectomtriques donnes dans lAnnexe

4、 1 de la prsente Recommandation ont de trs nombreuses applications, recommande 1 que les formules illustres par des exemples de diagrammes de rayonnement et contenues dans lAnnexe 1 de la prsente Recommandation, servent en mme temps que les logiciels correspondants, valuer les performances des anten

5、nes dmission en ondes kilomtriques ou hectomtriques, notamment aux fins de la planification. NOTE 1 La Partie 1 de lAnnexe 1 contient des informations compltes et dtailles sur les caractristiques thoriques des antennes dmission en ondes kilomtriques ou hectomtriques. A partir de considrations thoriq

6、ues, on a labor des logiciels de calcul des diagrammes de rayonnement et de gain des diffrents types dantenne considrs. Les caractristiques effectives des antennes relles scarteront, dans une certaine mesure, de celles calcules analytiquement. Cest pourquoi la Partie 2 donne des informations sur ces

7、 carts. Ces informations ont t obtenues partir dun ensemble complet de mesures effectues par diffrentes administrations laide de techniques modernes. _ *La Commission dtudes 6 des radiocommunications a apport des modifications rdactionnelles cette Recommandation en 2002 conformment aux dispositions

8、de la Rsolution UIT-R 44. *Il convient de porter le Chapitre 2 de la Partie 2 de lAnnexe 1 lattention de la Commission lectrotechnique internationale (CEI). 2 Rec. UIT-R BS.1386-1 ANNEXE 1 SOMMAIRE PARTIE 1 CARACTRISTIQUES ET DIAGRAMMES DE RAYONNEMENT DES ANTENNES DMISSION EN ONDES KILOMTRIQUES OU H

9、ECTOMTRIQUES 1 Introduction 2 Calcul des diagrammes de rayonnement et des gains 2.1 Considrations gnrales 2.2 Diagrammes de rayonnement 2.2.1 Reprsentation graphique 2.2.2 Reprsentation tabulaire 2.3 Directivit et gain 2.4 Effet du sol 2.4.1 Rflexion de londe sur un sol imparfait 2.5 Dsignation des

10、antennes 3 Systmes dantennes en ondes kilomtriques ou hectomtriques 3.1 Considrations gnrales 3.2 Section transversale de llment rayonnant 3.3 Frquence de fonctionnement 3.4 Caractristiques du systme de terre et du sol 3.5 Types dantennes quidirectives 3.5.1 Antennes unipolaires verticales 3.5.2 Typ

11、es dantennes unipolaires verticales 3.6 Antennes directives 3.6.1 Rseaux dlments verticaux actifs 3.6.2 Rseaux dlments passifs verticaux 3.7 Autres types dantennes 3.7.1 Antennes en T 3.7.2 Antennes parapluie 3.7.3 Antennes cage lments rayonnants angulaires 4 Calcul des diagrammes de rayonnement et

12、du gain 4.1 Considrations gnrales 4.2 Mthodes analytiques existantes Annexe 1 Procdure de calcul Rec. UIT-R BS.1386-1 3 PARTIE 2 ASPECTS PRATIQUES RELATIFS AUX ANTENNES DMISSION EN ONDES KILOMTRIQUES OU HECTOMTRIQUES 1 Introduction 2 Mesures des diagrammes de rayonnement dantenne 2.1 Mthodes de mesu

13、re 2.1.1 Mesure au sol de diagrammes de rayonnement horizontaux 2.1.2 Mesure des diagrammes de rayonnement depuis un hlicoptre 2.2 Equipement de mesure 2.3 Procdures de mesure 2.3.1 Sol 2.3.2 Hlicoptre 2.4 Traitement des donnes de mesure 2.4.1 Sol 2.4.2 Hlicoptre 3 Comparaison des diagrammes de rayo

14、nnement thoriques et mesurs 3.1 Champ lointain 3.2 Variations des caractristiques relles de lantenne 3.2.1 Influence de lenvironnement sur les diagrammes de rayonnement 3.2.1.1 Conductivit du sol 3.2.1.2 Topographie du sol et autres structures sur le site 3.2.2 Configuration de la source dalimentati

15、on et cbles de haubanage PARTIE 1 CARACTRISTIQUES ET DIAGRAMMES DE RAYONNEMENT DES ANTENNES DMISSION EN ONDES KILOMTRIQUES OU HECTOMTRIQUES 1 Introduction Pour pouvoir utiliser efficacement le spectre des ondes kilomtriques ou hectomtriques, il faut une connaissance aussi prcise que possible des car

16、actristiques et des performances des antennes quidirectives et directives. Par consquent, les ingnieurs responsables de la planification nationale et de la coordination internationale doivent disposer dune mthode unifie de calcul du gain et dtablissement des diagrammes de rayonnement des antennes. D

17、ans le pass, lex-CCIR avait rpondu cette exigence par la publication dun Manuel intitul Diagrammes dantennes (ditions 1963, 1978 et 1984). Cet ouvrage prsentait sous forme graphique les diagrammes de rayonnement de certains types dantenne les plus utiliss en ondes hectomtriques et dcamtriques. Par s

18、ouci de simplicit, les diagrammes avaient t calculs, avec les moyens informatiques de lpoque, en supposant une distribution sinusodale du courant. Aujourdhui, grce aux thories 4 Rec. UIT-R BS.1386-1 modernes sur les antennes et aux puissants outils informatiques, lingnieur charg de la planification

19、peut calculer les caractristiques des antennes avec une prcision bien meilleure et effectuer les calculs ncessaires sur des ordinateurs bon march. Lapplication de techniques numriques la radiodiffusion sonore en ondes kilomtriques ou hectomtriques est envisage dans un avenir proche. LUIT-R tudie act

20、uellement le sujet. Les avantages de ces techniques associes aux caractristiques de propagation des ondes kilomtriques ou hectomtriques comparativement la radiodiffusion en ondes mtriques (zones de couverture plus vastes et une rception mobile plus stable, etc.) rendront les nouveaux services non se

21、ulement plus efficaces au niveau du spectre mais galement plus attractifs du point de vue conomique. Nanmoins, lapplication des techniques numriques la radiodiffusion en ondes kilomtriques ou hectomtriques confrera une importance plus grande lutilisation doutils de planification volus, notamment pou

22、r le calcul des diagrammes dantennes, outils quil conviendra de mettre la disposition des futures confrences de planification, tout comme les valuations des performances des systmes dmission existants qui devront tre plus prcises. La prsente Recommandation vise rpondre point nomm ces exigences en fo

23、urnissant, tout comme les Recommandations associes UIT-R BS.705 et UIT-R BS.1195, le logiciel de calcul requis. 2 Calcul des diagrammes de rayonnement et des gains 2.1 Considrations gnrales Un systme dantenne en ondes kilomtriques ou hectomtriques se compose dun ou de plusieurs lments rayonnants. Le

24、s diagrammes de rayonnement dun systme dantenne peuvent tre reprsents par un ensemble tridimensionnel de points dans le systme de coordonnes de rfrence de la Fig. 1, o il est possible de dfinir les paramtres suivants: : angle dlvation par rapport lhorizontale (0 90) : angle dazimut par rapport la di

25、rection nord, suppos concider avec laxe des y (0 360) r : la distance entre lorigine et le point dobservation distant o le champ lointain est calcul. 2.2 Diagrammes de rayonnement Dans le systme de coordonnes de rfrence de la Fig. 1, lamplitude du champ lectrique produit par une antenne est donne pa

26、r lexpression suivante: |E (,)| = K |f(,)| (1) o: |E (,)| : amplitude du champ lectrique |f(,)| : fonction du diagramme de rayonnement K : coefficient de normalisation tel que par dfinition |E (,)|max = 1, cest-dire 0 dB. Si lon exprime le champ lectrique total en fonction de ses composantes dans un

27、 systme de coordonnes sphrique, on a: |E (,)|2= |E(,)|2+ |E (,)|2 (2) Rec. UIT-R BS.1386-1 5 1386-01zPOxryFIGURE 1Systme de coordonnes de rfrence Direction du Nord2.2.1 Reprsentation graphique On utilise un ensemble de sections particulires du diagramme de rayonnement des angles dlvation spcifiques

28、(diagramme dazimutaux) et des angles dazimut spcifiques (diagrammes verticaux) pour dcrire lensemble du diagramme de rayonnement. Les sections les plus importantes sont les diagrammes azimutaux correspondant aux angles dlvation o lon observe la force cymomotrice maximale (f.c.m.) et le diagramme ver

29、tical correspondant langle dazimut o lon observe la force cymomotrice maximale. Ces deux sections sont respectivement appeles diagramme de rayonnement horizontal (HRP, horizontal radiation pattern) et de diagramme de rayonnement vertical (VRP, vertical radiation pattern). 2.2.2 Reprsentation tabulai

30、re Une reprsentation tabulaire de lensemble du diagramme de rayonnement de lantenne peut tre utile lorsque les donnes dantenne sont intgres dans un systme de planification. Pour cela, on peut parfaitement valuer les valeurs du diagramme tous les 2 en lvation et tous les 5 en azimut. 2.3 Directivit e

31、t gain La directivit, D, dune source rayonnante est dfinie comme le rapport de lintensit maximale rayonne (ou puissance surfacique) sur lintensit de rayonnement dune source isotrope rayonnant la mme puissance totale. Elle peut tre exprime par la formule: =202/2/ddcos),(),(422EEDmax(3) 6 Rec. UIT-R B

32、S.1386-1 Si lon applique lquation (1), D peut tre exprime au moyen de la fonction normalise du diagramme de rayonnement de la source, |f(,)|: =202/2/ddcos),(f),(f422maxD(4) La directivit dfinie ci-dessus est uniquement fonction de lallure du diagramme de rayonnement de la source. Le rendement de lan

33、tenne est dfini comme le rapport du niveau de puissance rayonne radP la puissance inputP lentre de lantenne: inputradPP=(5) Le gain de lantenne, G, est dfini comme le rapport de son intensit maximale de rayonnement lintensit maximale de rayonnement dune antenne de rfrence pour la mme puissance lentr

34、e. Si lantenne de rfrence recommande est une antenne isotrope sans perte, le gain, Gi, est donn par lexpression: dBlog1010DGi= (6) Les autres expressions utilises sont le gain relativement une antenne semi-isotrope, Ghi, savoir: dB01,3=ihiGG (7) et le gain, Gv, relativement une antenne unipolaire ve

35、rticale courte: dB77,4=ivGG (8) 2.4 Effet du sol Avec les hypothses nonces au 2.1, et aussi le fait que lantenne se trouve dans le systme de coordonnes de la Fig. 1, o le plan x-y reprsente un sol homogne plat, on peut dterminer le champ lointain produit au point dobservation P(r, , ), y compris la

36、partie rflchie sur le sol, comme suit. Si lon admet que le rayonnement incident sur le sol a un front donde plan, on peut envisager les deux cas suivants: a) polarisation horizontale; b) polarisation verticale. Dans le premier cas, le vecteur champ lectrique incident (direct) est parallle au plan x-

37、y rflchissant (et donc perpendiculaire au plan dincidence), cest-dire au plan qui contient la direction de propagation et la perpendiculaire la surface rflchissante, ainsi que le montre la Fig. 2a). Dans le second cas, le vecteur champ lectrique incident est parallle au plan dincidence alors que le

38、vecteur champ magntique incident associ est parallle la surface rflchissante, comme le montre la Fig. 2b). Rec. UIT-R BS.1386-1 7 1386-02HiEi ErHrzHrErEiHizFIGURE 2Rflexion de londe sur un sol imparfaita) Polarisation horizontale b) Polarisation verticale2.4.1 Rflexion de londe sur un sol imparfait

39、Les composantes totales du champ lointain au-dessus du sol reprsent sur la Fig. 2 peuvent donc tre exprimes comme suit: a) Polarisation horizontale )()()()(2121rERrErErEEihirih+=+= (9) o: Eh : composante horizontale totale r1:distance directe entre lantenne et le point dobservation r2: distance entr

40、e limage de lantenne et le point dobservation Ei : champ lectrique direct Er : champ lectrique rflchi Rh : coefficient de rflexion complexe pour les ondes polarisation horizontale donn par lexpression: 2/1MHz22/1MHz2.00018j)cos(sin.00018j)cos(sin+=ffRh(10) et : angle dincidence : permittivit relativ

41、e (constante dilectrique) du sol : conductivit du sol (S/m) fMHz: frquence de fonctionnement (MHz). 8 Rec. UIT-R BS.1386-1 b) Polarisation verticale )()()()(2121rERrEErERrEEivivivih+=(11) o: hE : composante horizontale totale Ev :composante verticale totale Rv :coefficient de rflexion complexe pour

42、les ondes polarisation verticale donn par: 2/1MHz2MHz2/1MHz2MHz.00018j)cos(sin.00018j.00018j)cos(sin.00018j+ =ffffRv(12) 2.5 Dsignation des antennes Compte tenu de leur diversit, il nest pas toujours possible dutiliser une dsignation des systmes dantenne en ondes kilomtriques ou hectomtriques, fonde

43、 uniquement sur la longueur lectrique. Par consquent, la dsignation se fera au cas par cas. 3 Systmes dantennes en ondes kilomtriques ou hectomtriques 3.1 Considrations gnrales Les antennes en ondes kilomtriques ou hectomtriques ont gnralement peu dlments rayonnants. La hauteur et lespacement de ces

44、 lments ne sont pas limits /2. Les diagrammes de rayonnement de ces antennes dpendent: de la section transversale de llment rayonnant; de la frquence de fonctionnement; des caractristiques du systme de mise la terre et des caractristiques du sol; du nombre dlments et de leur espacement; de la hauteu

45、r des lments au-dessus du sol; de lorientation; du mode dalimentation de lantenne; de lenvironnement. 3.2 Section transversale de llment rayonnant Diffrentes structures rayonnantes sont gnralement utilises, notamment des pylnes non haubans, des pylnes haubans et des lments filaires. Par consquent, l

46、a section transversale, et donc le courant dans llment rayonnant, varient considrablement et influent sur son diagramme de rayonnement et son gain. Dans le cas des pylnes rayonnants, une section transversale triangulaire ou carre est gnralement utilise, tandis que les structures filaires sont caract

47、rises Rec. UIT-R BS.1386-1 9 par des sections transversales circulaires. Pour simplifier le calcul des diagrammes de rayonnement et du gain des antennes en ondes kilomtriques ou hectomtriques aux fins de planification, chaque lment du systme dantenne est suppos avoir la mme section transversale. En outre, la procdure de calcul dveloppe selon la thorie indique en Annexe 1 transforme automatiquement