ITU-R BS 705-1 FRENCH-1995 HF Transmitting and Receiving Antennas Characteristics and Diagrams《高频传输及接收天线的特性及图表》.pdf

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1、 Rec. UIT-R BS.705-1 1 RECOMMANDATION UIT-R BS.705-1*Caractristiques et diagrammes de rayonnement des antennes dmission et de rception en ondes dcamtriques*(1990-1995) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que, par sa Rsolution UIT-R 31, elle a dcid de publier sparment une Recomma

2、ndation contenant un jeu rvis complmentaire de diagrammes dantennes de radiodiffusion en ondes dcamtriques conjointement avec dautres informations pertinentes; b) que les diagrammes publis dans cette Recommandation devraient tre faciles comprendre et utiliser pour les ingnieurs responsables de la pl

3、anification et de la conception, tout en fournissant toutes les informations utiles ncessaires; c) lexprience acquise dans le cadre des prcdentes ditions de la publication de lex-CCIR Diagrammes dantennes; d) que les caractristiques des antennes en ondes dcamtriques, donnes dans les Annexes 1 et 2,

4、ont de vastes applications, considrant de plus e) que les services de radiodiffusion sonore dans la bande 7 (ondes dcamtriques) doivent aussi prendre en compte le diagramme de rayonnement de lantenne de rception lors de la planification; f) que jusqu prsent aucun diagramme de rayonnement dantennes d

5、e rception na t dfini en vue des besoins susmentionns; g) que lenvironnement de rception affecte de manire significative le diagramme de rayonnement des antennes de rception; h) quune petite antenne-fouet verticale est le plus souvent utilise pour la rception de la radiodiffusion sonore dans la band

6、e 7 (ondes dcamtriques), recommande 1 que les formules illustres par des exemples de diagrammes et contenues dans lAppendice 1 lAnnexe 1 servent, en mme temps que les programmes informatiques corres-pondants, valuer la performance des antennes dmission en ondes dcamtriques, notamment aux fins de la

7、planification; 2 que la formule illustre par un exemple de diagramme de rayonnement et contenue dans la Partie 1 de lAnnexe 2 serve valuer les caractristiques de lantenne de rception pour la planification des services de radiodiffusion sonore dans la bande 7 (ondes dcamtriques). _ *La Commission dtu

8、des 6 des radiocommunications a apport des modifications rdactionnelles cette Recommandation en 2002 conformment aux dispositions de la Rsolution UIT-R 44. *Le Directeur du Bureau des radiocommunicacions est pri de porter lattention de la Commission lectrotechnique internationale (CEI) le 2 de la Pa

9、rtie 2 de lAnnexe 1. 2 Rec. UIT-R BS.705-1 NOTE 1 La Partie 1 de lAnnexe 1 contient des informations dtailles et compltes sur les caractristiques thoriques des antennes dmission en ondes dcamtriques. A partir de considrations thoriques, on a labor des programmes dordinateur permettant de calculer le

10、s diagrammes de rayonnement et les gains des diffrents types dantennes. Pour chaque antenne choisie, les donnes disponibles la sortie comprennent: le gain de directivit, le gain relatif pour un azimut et un angle dlvation donns, des tableaux du gain relatif par rapport au gain maximum et enfin un ce

11、rtain nombre de sorties graphiques diffrentes. Quelques exemples de diagrammes sont donns afin dillustrer quelques-unes des sorties offertes par la procdure de calcul. Les caractristiques relles des antennes utilises en pratique scarteront, dans une certaine mesure, de celles qui sont calcules analy

12、tiquement. La Partie 2 de lAnnexe 1 donne des informations sur ces carts. Ces informations ont t obtenues partir des rsultats dun ensemble complet de mesures effectues par diverses administrations au moyen de techniques modernes. ANNEXE 1 Antennes dmission en ondes dcamtriques TABLE DES MATIRES Page

13、 Partie 1 Caractristiques et diagrammes des antennes dmission en ondes dcamtriques 6 1 Introduction 6 2 Reprsentation gomtrique des diagrammes de rayonnement dantennes . 7 2.1 Reprsentation graphique . 8 3 Calcul des diagrammes de rayonnement et du gain 10 3.1 Considrations gnrales 10 3.2 Diagrammes

14、 de rayonnement . 10 3.3 Directivit et gain . 11 3.4 Effet du sol 11 4 Rseaux de doublets horizontaux 13 4.1 Considrations gnrales 13 4.2 Dsignation des rseaux de doublets horizontaux 14 4.2.1 Rseaux de doublets horizontaux groups verticalement (antennes-rideaux) 14 Rec. UIT-R BS.705-1 3 Page 4.2.2

15、Rseaux de doublets horizontaux groups horizontalement (antennes tropicales). 15 4.2.3 Rseaux quidirectifs de doublets horizontaux 16 4.2.3.1 Antennes quadrants 16 4.2.3.2 Antennes doublets croiss. 17 4.3 Dviation. 17 4.4 Rseaux de doublets horizontaux groups verticalement. 19 4.5 Rseaux de doublets

16、horizontaux groups horizontalement (antennes tropicales) . 21 4.6 Rseaux quidirectifs de doublets horizontaux 22 4.6.1 Considrations gnrales 22 4.6.2 Antennes quadrants 22 4.6.3 Antennes doublets croiss . 22 4.7 Calcul du diagramme de rseaux de doublets horizontaux 22 4.7.1 Considrations gnrales 22

17、4.7.1.1 Rseaux de doublets demi-onde aliments par le centre . 27 4.7.1.2 Rseaux de doublets demi-onde aliments en extrmit . 27 4.7.2 Calcul de la fonction caractristique du rseau Sz. 28 4.7.2.1 Rseaux de doublets demi-onde groups verticalement 28 4.7.2.2 Rseaux de doublets demi-onde pour la radiodif

18、fusion tropicale . 29 4.7.3 Calcul de la fonction caractristique du rseau Sy. 29 4.7.3.1 Rseaux de doublets demi-onde aliments par le centre . 30 4.7.3.2 Rseaux de doublets demi-onde aliments en extrmit . 30 4.7.4 Calcul de la fonction caractristique du rseau Sx. 30 4.7.4.1 Antennes avec rflecteur c

19、ran apriodique . 31 4.7.4.2 Antennes avec rflecteur accord 34 4.7.4.3 Rseaux de doublets aliments par le centre pour la radiodiffusion tropicale 34 4 Rec. UIT-R BS.705-1 Page 4.7.5 Calcul des diagrammes des rseaux quidirectifs de doublets horizontaux. 35 4.7.5.1 Antennes quadrants 35 4.7.5.2 Antenne

20、s doublets croiss. 36 5 Antennes log-priodiques. 38 5.1 Considrations gnrales 38 5.2 Dsignation des antennes log-priodiques 38 5.2.1 Antennes log-priodiques horizontales 38 5.2.2 Antennes log-priodiques verticales 39 5.3 Calcul des diagrammes dantennes log-priodiques horizontales. 40 5.3.1 Thorie fo

21、ndamentale 41 5.3.2 Mthode de calcul 44 5.3.2.1 Solution approche du problme intrieur. 45 5.4 Calcul des diagrammes dantennes log-priodiques verticales. 52 5.4.1 Thorie fondamentale 53 5.4.2 Mthode de calcul 54 6 Antennes en losange . 54 6.1 Considrations gnrales 54 6.2 Dsignation des antennes en lo

22、sange 54 6.3 Calcul du diagramme dune antenne en losange. 55 7 Antennes unipolaires verticales. 57 7.1 Considrations gnrales 57 7.2 Dsignation des antennes unipolaires verticales. 58 7.3 Antennes unipolaires verticales sans systme de terre . 58 7.4 Antennes unipolaires verticales avec systme de terr

23、e. 60 7.4.1 Antennes unipolaires verticales avec systme de terre constitu par un disque circulaire plein, de conductivit infinie . 60 7.4.2 Antennes unipolaires verticales avec systme de terre compos dun certain nombre de fils radiaux de longueur et de diamtre donns 61 8 Exemples de diagrammes. 63 R

24、ec. UIT-R BS.705-1 5 Page Partie 2 Aspects pratiques des antennes dmission en ondes dcamtriques 64 1 Introduction 64 2 Mesures des diagrammes de rayonnement dantennes. 64 2.1 Mthode de mesure. 64 2.2 Considrations relatives lemploi dun hlicoptre pour les mesures. 64 2.3 Appareillage de mesure 65 2.4

25、 Procdures de mesure . 65 2.5 Traitement des donnes mesures 68 3 Comparaison des diagrammes de rayonnement thoriques et mesurs 70 3.1 Comparaison des rapports avant/arrire thoriques et mesurs 73 4 Influence de lenvironnement sur les diagrammes de rayonnement . 73 4.1 Topographie du terrain . 73 4.2

26、Conductivit du sol . 75 4.3 Autres structures locales . 76 5 Variations du rendement effectif dune antenne . 77 5.1 Diagramme azimutal. 78 5.2 Diagramme dvi 79 5.3 Niveau minimum de rayonnement utilis en pratique pour la planification 82 6 Caractre appropri et application des antennes 83 6.1 Antenne

27、s-doublets horizontales 83 6.2 Antennes-rideaux orientables . 83 6.3 Antennes en losange . 84 6.4 Antennes log-priodiques azimut fixe . 84 6.5 Antennes log-priodiques orientables. 84 6.6 Choix de lantenne optimale 84 Appendice 1 Exemples de diagrammes. 87 6 Rec. UIT-R BS.705-1 PARTIE 1 DE LANNEXE 1

28、Caractristiques et diagrammes des antennes dmission en ondes dcamtriques 1 Introduction Lobjet de la Partie 1 de la prsente Annexe est de donner des renseignements complets et dtaills sur les caractristiques thoriques des antennes dmission en ondes dcamtriques. Lapproche analytique consiste calculer

29、 le diagramme de rayonnement et le gain de directivit pour les types dantenne dmission viss. Plusieurs hypothses simplificatrices ont t appliques, savoir: lantenne est situe sur un sol plat, homogne et imparfait, les lments de lantenne sont constitus par des fils lectriques linaires, la distribution

30、 du courant est sinusodale dans les lments rayonnants; on a constat que les algorithmes, labors partir de publications connues, offraient un bon compromis entre la prcision et la facilit de calcul. Il a t vrifi que la mthode dapplication des coefficients de rflexion sur sol irrgulier tait correcte.

31、La mthode de calcul du gain maximal des antennes a t adapte de manire tenir correctement compte de leffet des diffrentes conductivits du sol. On a tudi les donnes thoriques fondamentales et dduit les formules appropries. Des programmes informatiques ont t labors en vue de calculer les diagrammes de

32、rayonnement et le gain pour les types suivants dantennes, utiliss par les administrations pour la radiodiffusion ondes dcamtriques et dautres services: rseaux de doublets demi-onde horizontaux, antennes quadrants et doublets horizontaux, antennes log-priodiques, antennes tropicales, antennes en losa

33、nge, et doublets verticaux. Dans cette Recommandation, les logiciels font partie intgrante de la publication et permettent au lecteur deffectuer lui-mme les calculs pour un type quelconque dantenne dans des conditions variables. Pour le type dantenne choisi, les donnes disponibles la sortie comprenn

34、ent: le gain de directivit, le gain relatif pour un azimut et un angle dlvation donns, des tableaux du gain relatif par rapport au gain maximum et enfin un certain nombre de sorties graphiques diffrentes. Pour cette raison, seuls quelques exemples de diagrammes sont inclus afin dillustrer quelques-u

35、ns des rsultats quil est possible dobtenir avec la procdure de calcul retenue. On espre que cette partie fournira lingnieur un outil efficace pour la mise au point, la planification et lexploitation des systmes radiolectriques. Rec. UIT-R BS.705-1 7 Les caractristiques relles des antennes scartent,

36、dans une certaine mesure, de celles calcules analytiquement. La Partie 2 de la prsente Annexe donne des informations sur ces carts. Ces informations ont t obtenues partir des rsultats dun ensemble complet de mesures effectues par diverses administrations au moyen de techniques modernes. 2 Reprsentat

37、ion gomtrique des diagrammes de rayonnement dantennes Une antenne se compose dun ou de plusieurs lments rayonnants. La distribution spatiale du rayonnement, ou diagramme (de rayonnement) dune antenne peut tre reprsente par un ensemble de points tridimensionnel, dans lequel chaque point a une valeur

38、de force cymomotrice (f.c.m.)*, fond sur une demi-sphre situe au-dessus du sol, ayant lantenne en son centre, et dont le rayon est grand si on le compare aux dimensions physiques et lectriques de lantenne. La force cymomotrice en un point de cette sphre est exprime en dB au-dessous de la force cymom

39、otrice maximale dont la valeur est fixe par hypothse 0 dB. Le diagramme de rayonnement tridimensionnel est trac dans le systme de coordonnes de rfrence de la Fig. 1. xyzOPr360 FIGURE 1Systme de coordonnes de rfrencePoint dobservationSol horizontal,plat et homogneD001_ *La dfinition de la force cymom

40、otrice (f.c.m.) et de la force cymomotrice spcifique est donne dans la Recommandation UIT-R BS.561. La force cymomotrice (f.c.m.) en un point donn de lespace est le produit du champ lectrique produit en ce point par une antenne par la distance de ce point lantenne. Cette distance doit tre suffisante

41、 pour que les composantes ractives du champ soient ngligeables. Exprime en volts, la f.c.m. est numriquement gale au champ lectrique (mV/m) la distance de 1 km. La f.c.m. spcifique en un point de lespace est la force cymomotrice en ce point quand la puissance rayonne par lantenne est de 1 kW. 8 Rec.

42、 UIT-R BS.705-1 Dans un systme de coordonnes polaires sphriques, on dfinit les paramtres suivants: : angle dlvation par rapport lhorizontale (0 90) : azimut par rapport laxe des x (0 360) r : distance entre lorigine et le point dobservation distant o le champ lointain est calcul. 2.1 Reprsentation g

43、raphique Plusieurs reprsentations dun diagramme de rayonnement tridimensionnel sont possibles. On utilise trs souvent un ensemble de sections particulires du diagramme de rayonnement des angles dlvation spcifiques (diagrammes azimutaux) et des azimuts spcifiques (diagrammes verticaux) pour dcrire le

44、nsemble du diagramme de rayonnement. Les diagrammes azimutaux correspondant aux angles dlvation o lon observe la force cymomotrice maximale et le diagramme vertical correspondant lazimut o lon observe la force cymomotrice maximale sont les sections les plus importantes. Ces deux sections sont respec

45、tivement appeles diagramme de rayonnement horizontal (HRP) et diagramme de rayonnement vertical (VRP). Pour reprsenter la demi-sphre et les courbes quichamp sur le plan du papier, on utilise la projection dite sinusodale ou projection de Sanson-Flamsteed. Lantenne se situe au centre dune sphre comme

46、 dans la Fig. 2 dans le systme de coordonnes de la Fig 1. zxyAEDHGKOPPIFCB = 0 = 90 = 0, 360 = 270 = 90FIGURE 2Systme de coordonnes sphriqueD002Rec. UIT-R BS.705-1 9 Dans cette projection, le point P(, ) sur la sphre pour le quadrant 0 90, 0 90 devient le point P(, ) sur un plan o = et = cos . Une t

47、ransformation similaire est applique aux autres quadrants. Dans la projection de Sanson-Flamsteed indique la Fig. 3 pour lhmisphre suprieur, lquateur est reprsent par une droite horizontale et le mridien central = 0 devient une ligne perpendiculaire lquateur et forme ainsi laxe vertical. Les parallles de cet hmisphre sont des droites parallles dont lespacement sur le mridien central est proportionnel langle dlvation. Les mridiens sont des portions de sinusode passant