Antenne parabolique

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Une antenne parabolique, communément appelée parabole par le grand public, est une antenne disposant d'un réflecteur paraboloïdal, basé sur les propriétés géométriques de la courbe nommée parabole et de la surface nommée paraboloïde de révolution. Cette antenne qualifiée d'universelle puisqu'elle fonctionne en théorie sur n'importe quelle fréquence ou longueur d'onde, est cependant seulement employée à partir de la bande L dès 1,1 GHz et lorsqu'un gain d'antenne élevé est recherché. On estime que l'intérêt d'un réflecteur parabolique ne se fait sentir qu'à partir d'un diamètre supérieur à 4 fois la longueur d'onde du signal à transmettre. Sauf exception, les radioamateurs utilisent ce type d'antenne surtout au-dessus de 430 MHz, avec des paraboles qui dépassent par conséquent les 3 mètres de diamètre.

Un signe de modernité : parabole à Agnam-Goly, un village du Sénégal oriental

Le réflecteur[modifier | modifier le code]

Le réflecteur parabolique est chargé de concentrer les ondes reçues ou émises (radar, télévision, ISM et Wi-Fi, radio-amateurisme, faisceaux hertziens, ou ondes émises par les astres en radioastronomie) vers l'antenne-source, qui se situe au foyer de la parabole. Les antennes paraboliques de petit diamètre sont fabriquées en tôle emboutie (acier ou aluminium). Pour les antennes de grand diamètre, les réflecteurs sont parfois réalisés en grillage, ce qui a pour effet de diminuer la prise au vent. Le réflecteur ne doit pas comporter des creux ou des bosses d'une amplitude supérieure à 5 % de la longueur d'onde, qui pour mémoire, est de 2,5 cm en TV sat et 12,5 cm en 2,4 GHz.

La source[modifier | modifier le code]

Les différents types de montages de la source d'une antenne parabolique

Le signal à émettre est produit par le transmetteur, un appareil comportant un oscillateur local dont l'onde sera modulée puis amplifiée. Ce dernier est relié à l'antenne par un guide d'onde ou un câble coaxial relié à un cornet d'alimentation, communément appelée simplement « source », placé au foyer du réflecteur parabolique. Le but de la source est d’« éclairer » entièrement la surface du réflecteur avec le signal à émettre[1].

Dans le cas des antenne réceptrice, le signal fait le trajet inverse de l'antenne au cornet d'alimentation puis dans le guide d'onde vers cette fois le récepteur. Ce dernier filtre les ondes radioélectriques reçues pour en extraire les informations qui y ont été incorporées lors de leurs émissions : sons ou signaux numériques.


Il existe quatre types d'antennes paraboliques : les antennes avec source centrée, les antennes avec source décalée, les antennes Cassegrain et Grégorienne. Avec les antennes classiques de base le rendement tourne autour de 60~65 % mais peut atteindre 72 % sur du foyer décalé. Avec les antennes Casgrain et grégorienne, il est possible d’obtenir des rendements de l'ordre d'un peu plus de 80 %. Exemple : une antenne grand public d'un diamètre standard et habituel de 60 cm (65x60 cm et angle de décalage de 22,7 °) pour la réception de la TV par satellite et possédant un rendement de 69 %, procure un gain théorique de 36,8 dBi à 12,75 GHz. L'angle d'ouverture, < 3°(2x1,5 °), est compatible avec l'espacement orbital actif au pas de 3° en général.

Antenne à source centrée[modifier | modifier le code]

Dans les antennes foyer primaire ( en anglais prime-focus), le réflecteur est circulaire et la source est placée dans l'axe du lobe de l'antenne. Cette disposition fait que la source constitue un écran pour les ondes et le rendement, donc le gain global de l'antenne est diminué[1]. Ce type de montage est utilisé de préférence pour les réflecteurs de diamètres supérieurs à deux mètres, l'ombre de la source et des bras supports étant relativement négligeable.

Antenne à source décalée[modifier | modifier le code]

Pour éviter l'inconvénient du montage foyer-primaire, il est courant de décentrer la source, le réflecteur est alors une portion de paraboloïde au contour elliptique : on parle alors de source décalée (en anglais « parabole offset »). Cette configuration demande cependant un cornet plus gros, elle est plus difficile à obtenir et en général plus coûteuse dans le cas des gros réflecteurs comme ceux pour les radars. Le rendement est cependant amélioré nettement, surtout pour les petites antennes comme celles qui sont utilisées par le grand public pour la réception de la télévision par satellite. Autre avantage : le réflecteur peut conserver une position quasi verticale même pour les satellites placés assez haut dans le ciel[2].

Antenne Cassegrain et grégorienne[modifier | modifier le code]

Pour rendre plus compacte une antenne de grande focale, on utilise le montage de type Cassegrain commun dans les télescopes. Le réflecteur secondaire peut être plan ou hyperbolique convexe dont le point focal arrière coïncide avec le point focal du réflecteur primaire parabolique. Dans le montage, le cornet d'alimentation se trouve au centre du réflecteur principal et envoie les ondes vers le réflecteur secondaire qui les retournent vers le réflecteur principal[3].

Le montage appelé « parabole grégorienne » (dite aussi de Grégory, nom de l'inventeur) est un montage décalé utilisant un réflecteur secondaire ellipsoïde comme le montage Cassegrain. Ce sub-réflecteur présente sa face concave côté réflecteur, alors qu'en Cassegrain nous avions la face utile en convexe.

En plus des rendements supérieurs de l'ordre d'un peu plus de 80 % , ces antennes ont surtout une directivité accrue.

Diagramme d'émission[modifier | modifier le code]

diagramme d'émission d'un antenne typique

La taille de la surface formant un "réflecteur parabolique" est relativement petite en général devant la longueur d'onde du signal émis et il n'est alors pas possible de négliger les phénomènes de diffraction. Chaque point de la surface du "réflecteur" va rayonner comme une source ponctuelle, et le champ total émis en un point est la somme cohérente de tous les champs infinitésimaux. Tout se passe comme dans le cas de la diffraction d'une onde par une ouverture. Quel que soit donc le type d'antenne parabolique, le diagramme d'émission comporte un lobe principal dans la direction d'émission et des lobes secondaires tout autour de la sphère centrée sur l'antenne et qu'on tente de minimiser.

Prenons une petite portion de l'antenne parabolique ayant plus ou moins la forme d'un rectangle de dimensions l\ par\ L. La théorie de la diffraction montre que l'amplitude de l'onde émise dans une direction repérée par les angles \, \theta (angle azimutal horizontal ou gisement) et \, \phi (angle d'élévation ou de site) à une distance r de l'antenne suffisamment grande pour que l'approximation de Fraunhoffer soit vérifée, vaut (sinc est la fonction sinus cardinal) :

E(r,\theta, \phi)=E_0.\frac{Ll}{\lambda.r}.sinc\left( \pi \frac{L}{\lambda}.sin(\phi).cos(\theta)\right) sinc \left(  \pi \frac{l}{\lambda}.sin(\theta)\right)

On considère en général la largeur du faisceau comme l'angle sous-tendu entre chaque côté du lobe principal où la valeur de l'intensité du signal ne descend pas sous 0,5 la valeur de celle du pic, soit -3 dB dans échelle logarithmique (en décibel ou dB). En résolvant avec cette valeur l'équation, on obtient :

R_\phi \approx  0,886\frac{\lambda}{L} \qquad et\ \qquad R_\theta \approx  0,886\frac{\lambda}{l}

Selon le type d'antenne, on doit ajouter plusieurs portions rectangulaires pour obtenir la formule d'émission pour l'antenne finale. Un cas particulier mais très fréquent est celui de l'antenne qui forme une parabole complète de diamètre D[4]. Dans ce cas, la résolution R (ou \, \Theta) devient (en degrés):

\Theta \approx  70\frac{\lambda}{D}

Le diagramme de ci-dessus donne l'allure de l'évolution de la puissance de l'onde, normalisée par rapport à la puissance maximale émise, en fonction du site et du gisement d'une telle antenne parabolique. On voit apparaître le lobe principal où la plupart de l'énergie émise ou reçu se trouve. On le défini comme le faisceau d'émission ou de réception de l'antenne.

On voit que pour réduire l'ouverture angulaire de l'antenne, il y a deux méthodes :

  • soit augmenter la taille de l'antenne
  • soit diminuer la longueur d'onde / monter en fréquence.

Applications[modifier | modifier le code]

Télévision par satellite[modifier | modifier le code]

Dans les « paraboles » utilisées pour la réception de la télévision par satellite, la source est directement reliée à un élément de récepteur, la tête (LNB), qui est en fait un convertisseur de fréquence à faible bruit. Le signal reçu, dont la fréquence est de l'ordre de 11 ou 12 GHz, est transposé sur une gamme de fréquence aux environs de 950 à 2 150 MHz pour aboutir au récepteur de télévision. Si un seul satellite (ou constellation de satellites) est capté, ou dans le cas d'une antenne motorisée, une seule tête est utilisée. Si un second satellite (ou une seconde position orbitale) est désiré, le système utilise alors le foyer parasite, décalé de 7 cm environ (mais dépend du diamètre de la longueur de la focale) par rapport à l'axe d'une parabole de 80 cm. Cet artifice validé permet de capter deux satellites séparés de 6 ° (Hot-Bird 13 °E et Astra 19 °E, par exemple) avec un seul réflecteur, les deux foyers alimentant deux têtes ou une tête monobloc bisatellite. Des paraboles à multi-foyer sont disponibles, couvrant un segment orbital allant de 28 °Est (Astra 2) à 5 °Ouest (Atlantic Bird 3).

Pour une fréquence donnée, le gain de l'antenne augmente avec l'accroissement du diamètre de la parabole tandis que l'angle d'ouverture diminue.

Pour les fréquences inférieures à 1 GHz, les antennes paraboliques, plus encombrantes, sont généralement remplacées par des antennes Yagi, antennes quad, etc., mais dans des cas délicats rencontrés en TV-UHF, la parabole est parfois préférée au « râteau ».

Alternatives[modifier | modifier le code]

Une antenne toroïdale.
  • une antenne ellipsoïdale peut servir à capter deux ou trois satellites
  • une antenne toroïdale utilise deux réflecteurs (l'un en face de l'autre) pour que les ondes convergent en une ligne au lieu d'un point unique ; ce qui permet la réception de plusieurs satellites en un arc allant jusqu'à 40 °

Notes[modifier | modifier le code]

  1. a et b « Antenne parabolique », sur Radartutorial (consulté le 20 mai 2012)
  2. « Source décalée », sur Radartutorial (consulté le 20 mai 2012)
  3. « Antenne Cassegrain », sur Radartutorial (consulté le 20 mai 2012)
  4. (en) Ginzburg, Vera Dr. Sc: About possibility the vector's parabolic anntena DP to improve radar resolution[PDF]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]