Calculateurs Antenna Magus
Simplifier la conception d'antenne avec la boîte à outils Antenna Magus
Boîte à outils Antenna Magus
La boîte à outils Antenna Magus contient un ensemble d'outils et d'utilitaires destinés à simplifier les tâches quotidiennes des concepteurs d'antennes. Ces outils sont regroupés comme suit : propriétés de l'antenne, calculateurs système, outils d'approximation, outils de conversion de données, propriétés générales et calculateurs de ligne de transmission.
- Conversion de données
- Calculateurs système
- Calculateurs de ligne de transmission
- Propriétés de l'antenne
- Réflecteurs
- Propriétés générales
Outil de traçage de graphiques
L'outil de traçage de graphiques est probablement l'un des utilitaires les plus pratiques d'Antenna Magus. Au départ, il s'agissait d'une application interne utilisée par les ingénieurs pour lire les valeurs de conception à partir de graphiques numérisés provenant essentiellement de documents publiés qui n'étaient disponibles qu'au format *.pdf ou papier. Après avoir montré cet outil à d'autres ingénieurs et constaté leur enthousiasme, nous avons décidé de l'inclure dans Antenna Magus.
Il vous suffit de sélectionner votre image de graphique numérisée, de spécifier les valeurs d'ancrage et de suivre les tracés avec votre souris. Appliquez la fonction spline ou linéaire et exportez les valeurs XY dans un fichier de valeurs séparées par des tabulations (TSV). L'outil prend en charge les graphiques polaires et cartésiens.
L'outil de traçage de graphiques permet d'extraire automatiquement les valeurs correspondant au type de données indiqué, ce qui facilite la détermination des quantités telles que la bande passante, le niveau des lobes latéraux, etc. Vous pouvez utiliser ces valeurs pour affiner la conception ou les spécifications.
Découvrez-en plus sur l'utilisation de l'outil de traçage de graphiques.
Calculateur de conversion d'angle
Ce calculateur permet de convertir les valeurs angulaires dans différents types d'unités. Le tableau indique les facteurs utilisés pour la conversion en degrés.
| Conversion à partir de | Facteur de multiplication |
| Degré | 1 |
| Radian | 180/π |
| Grade | 360/400 |
| Minutes | 1/60 |
| Secondes | 1/3600 |
| Mil angulaire | 180/(1000*π) |
| Révolution | 360 |
Outil de conversion d'unité de longueur
Ce calculateur permet de convertir les valeurs de longueur dans différents types d'unités. Le tableau indique les facteurs utilisés pour la conversion en mètres.
| Conversion à partir de | Facteur de multiplication |
| Micromètre | 1e-6 |
| Micron | 1e-6 |
| Millimètre | 1e-3 |
| Centimètre | 1e-2 |
| Mètre | 1 |
| Kilomètre | 1e3 |
| Mil | 25.4e-6 |
| Pouce | 25.4e-3 |
| Pied | 0.3048 |
| Yard | 0.9144 |
| Mile | 1609.344 |
Calculateur de rapport dB-V-P
L'équation montre la relation entre une valeur en décibels et un rapport de tension/puissance linéaire. Vous pouvez utiliser ce calculateur de trois façons :
- Spécifiez les valeurs en décibels pour que le calculateur renvoie les rapports de tension et de puissance linéaires.
- Spécifiez un rapport de tension linéaire pour que le calculateur renvoie la valeur en décibels, ainsi que le rapport de puissance linéaire.
- Spécifiez un rapport de puissance linéaire pour que le calculateur renvoie la valeur en décibels, ainsi que le rapport de tension linéaire.
dB = 20log10(rapport de tension) = 10log10(rapport de puissance)
Outil de conversion pour réseau à deux ports
Ce calculateur permet la conversion entre différents paramètres à deux ports. Les paramètres à deux ports incluent Z (impédance), Y (admittance), ABCD (cascade) et paramètres S (diffusion).
La plupart des manuels sur les micro-ondes (par exemple, Pozar) proposent des formules de conversion utiles pour basculer entre différentes conventions de paramètres à deux ports. Cependant, les livres ne fournissent souvent des conversions que pour des cas simplifiés. Plus précisément, il s'agit de cas où les valeurs d'impédance du port 1 (source) et du port 2 (charge) sont réelles ou égales, ou bien où une impédance de port et de système commune est appliquée.
Ce calculateur permet de traiter une impédance complexe et unique pour les deux ports à l'aide des équations développées par Dean Frickey. L'image montre un réseau à deux ports standard et des équations à deux ports de base.
Calculateur d'affaiblissement de réflexion VSWR
Le rapport d'onde stationnaire de tension (VSWR), le coefficient de réflexion (Τ), l'affaiblissement de réflexion et la perte de désadaptation dépendent les uns des autres, comme nous pouvons le voir dans les équations.
Ce calculateur se compose de quatre groupes de conception. Chaque groupe a besoin d'une entrée objective et renvoie les trois autres valeurs.
Calculateur d'équation de transmission de Friis
Ce calculateur résout l'équation de transmission de Friis pour l'une quelconque de ses variables. L'équation de transmission de Friis fait le lien entre la puissance reçue par une antenne et la puissance émise par une autre antenne, à une distance spécifiée (en espace libre). Les formes modifiées de l'équation de Friis de base permettent d'inclure de nombreux facteurs système, notamment la désadaptation d'antenne, l'absorption dans le milieu de propagation, l'affaiblissement du câble, etc. Le calculateur Antenna Magus inclut les effets de désadaptation d'antenne. Il ne compense pas la polarisation ni le mauvais alignement physique, mais peut les prendre en compte via l'ajustement des chiffres utilisés pour le gain des antennes concernées.
Calculateur d'équation du radar
Ce calculateur résout la célèbre équation du radar pour l'une quelconque de ses variables. L'équation du radar fait le lien entre la puissance reçue par le récepteur radar et :
- la puissance émise par l'émetteur radar ;
- la section efficace radar de la cible ;
- les gains des antennes ;
- la fréquence ; et
- la distance entre les antennes et la cible.
La forme de l'équation utilisée dans ce calculateur permet de prend en charge un radar bistatique, mais ne tient pas compte de la désadaptation de la polarisation ni de la compensation du gain pour les antennes mal alignées.
Calculateur de rapport signal sur bruit
Le rapport signal sur bruit (SNR) est un critère de détectabilité dans une liaison de communication. En termes simples, il compare le niveau du signal requis au niveau du bruit de fond. Un rapport supérieur à 1:1 indique qu'il y a plus de signal que de bruit.
L'équation utilisée dans cet outil est affichée ici. Les paramètres utilisés dans l'équation sont les suivants :
- Puissance d'émission (Pt)
- Ouverture effective de l'antenne de l'émetteur (Aet)
- Ouverture effective de l'antenne du récepteur (Aer)
- Distance émetteur-récepteur (r)
- Longueur d'onde (λ)
- Bande passante (B)
- Constante de Boltzmann (k)
- Température du système
Par exemple, les paramètres d'entrée suivants produisent un rapport signal sur bruit (SNR) de 72,78e-3.
- Puissance d'émission : 1 mW
- Fréquence de fonctionnement : 1 GHz
- Ouverture effective de l'antenne de l'émetteur (AET) : 78,53 cm2
- Ouverture effective de l'antenne du récepteur (AER) : 100 cm2
- Distance de séparation des antennes : 10 km
- Bande passante système : 30 MHz
- Température du système : 290 K
Outil de télédétection passive
Les radiotélescopes sont des dispositifs de télédétection. Les télescopes terrestres pointent vers le ciel pour permettre l'observation d'objets célestes. Les télescopes installés sur des avions ou des satellites pointent vers la terre. L'équation suppose que le rayonnement détecté par le télescope provient des objets observés. C'est ce qu'on appelle la télédétection passive.
Cet outil calcule la température (mesurée ou de l'objet) pour diverses applications de télédétection :
- Télédétection d'une source céleste par un radiotélescope terrestre à travers le nuage interstellaire
- Télédétection de la Terre par un radiotélescope sur satellite à travers la forêt
- Détection de la sortie d'une antenne par un récepteur via la ligne de transmission
Calculateur de température du système
Un système de réception comprend en général une antenne, un récepteur et une ligne de transmission qui les relie. La température est un facteur essentiel pour déterminer la sensibilité et le rapport signal sur bruit d'un système de réception.
L'équation utilisée dans cet outil est la suivante :
Les paramètres utilisés dans l'équation sont les suivants :
- Température de bruit de l'antenne en kelvins (Tan)
- Température physique de l'antenne en kelvins (Tap)
- Efficacité de l'antenne (Ea)
- Température physique de la ligne de transmission en kelvins (Tlp)
- Efficacité de la ligne de transmission (El)
- Température de bruit du récepteur en kelvins (Trn)
Le résultat est la température du système en kelvins (Tsys).
Calculateur de liaison de communication descendante
Un satellite de communication fonctionne comme un relais radio dans l'espace. La liaison de communication peut être établie entre des stations terrestres ou entre les antennes d'autres satellites.
L'une des façons d'améliorer la capacité du système consiste à augmenter la bande passante (bw). La réutilisation des fréquences est un moyen d'augmenter la bande passante. Dans les cas où le rapport de puissance porteuse sur bruit (CN) est fixe, la réduction de la zone de rayonnement (Acov) permet d'augmenter la bande passante. Les antennes multifaisceaux peuvent réduire la zone de rayonnement, car elles divisent la puissance entre les faisceaux.
Les autres paramètres de l'équation incluent la puissance de l'émetteur satellite (Pt), la surface équivalente de l'antenne de la station terrestre (Ar), la température équivalente du système (T s) et la perte fortuite (Li).
Ligne microruban
Ce calculateur permet de déterminer les caractéristiques électriques d'une ligne microruban en fonction des propriétés physiques spécifiées, ou vice versa. Les calculs prennent en compte l'effet de l'épaisseur du métal.
Câble coaxial
Ce calculateur permet de déterminer l'impédance d'un câble coaxial physique donné ou de calculer le diamètre intérieur ou extérieur en fonction des paramètres spécifiés. Il calcule également d'autres paramètres de ligne de transmission, tels que la capacité et l'inductance par unité de longueur.
Guide d'ondes coplanaire
Ce calculateur permet de déterminer les caractéristiques électriques d'une structure de guide d'ondes coplanaire en fonction des propriétés physiques spécifiées, ou vice versa. Les calculs prennent en compte l'effet de l'épaisseur du métal.
Guide d'ondes coplanaire mis à la terre
Ce calculateur permet de déterminer l'impédance d'une structure de guide d'ondes coplanaire mis à la terre en fonction des propriétés physiques spécifiées.
Guide d'ondes circulaire
Ce calculateur permet de déterminer la fréquence de coupure, l'impédance d'onde et la longueur d'onde guidée des cinq premiers modes dominants pour le guide d'ondes circulaire défini.
Le mode de fonctionnement fondamental d'un guide d'ondes circulaire est le mode TE11. L'outil affiche une représentation des fréquences de coupure relatives normalisées en fonction de celle du mode fondamental TE11.
Guide d'ondes rectangulaire
Ce calculateur permet de déterminer la fréquence de coupure, l'impédance d'onde et la longueur d'onde guidée des cinq premiers modes dominants pour le guide d'ondes rectangulaire défini.
Le mode fondamental d'un guide d'ondes rectangulaire est le mode TE10. Dans ce mode, l'impédance du guide d'ondes dépend entièrement de la largeur de ce dernier. L'outil affiche une représentation des fréquences de coupure relatives normalisées en fonction de celle du mode fondamental TE10.
Convertisseur de gain/largeur de faisceau
Ce calculateur permet de calculer un gain approximatif pour des largeurs de faisceau données ou vice versa. Le gain exact dépend de nombreux facteurs, mais ce calculateur pratique propose une règle générale très utile. Il permet de spécifier séparément les largeurs de faisceau verticale et horizontale.
Gain en fonction de l'ouverture
Ce calculateur permet de calculer le gain prévu en fonction d'une ouverture ayant une surface et une efficacité données. Il est également possible d'inverser l'équation pour résoudre n'importe lequel des autres paramètres. Par exemple, l'outil permet de calculer l'efficacité d'ouverture d'une antenne cornet.
Calculateur d'efficacité de l'antenne
L'efficacité totale de l'antenne tient compte des pertes aux bornes d'entrée et dans la structure de l'antenne. Les pertes usuelles sont les suivantes :
- Réflexions dues à la désadaptation entre la ligne de transmission et l'antenne
- Pertes I2R (conduction et diélectrique)
Cet outil permet de calculer l'efficacité totale de l'antenne à l'aide de l'équation suivante :
e0 = er ecd
où
e0 = efficacité totale de l'antenne
er = efficacité de réflexion (désadaptation) = (1 - |Τ|2)
ecd = efficacité de rayonnement de l'antenne
Τ = coefficient de réflexion en tension aux bornes d'entrée de l'antenne [Τ=(Zin- Z0)/(Zin- Z0 ) où Zin = impédance d'entrée de l'antenne et Z0 = impédance caractéristique de la ligne de transmission].
Calculateur d'efficacité de rayonnement de l'antenne
L'efficacité totale tient compte des pertes de réflexion, de conduction et diélectriques d'une antenne. Les pertes diélectriques et de conduction sont difficiles à calculer et sont donc souvent mesurées. Même avec les mesures, la séparation est difficile. Les pertes combinées constituent l'efficacité de rayonnement (ecd). L'efficacité de rayonnement se définit comme le rapport entre la puissance fournie à la résistance de rayonnement (Rr) et la puissance fournie à la résistance de rayonnement et à la résistance de conduction/diélectrique (RL).
- ecd = efficacité de rayonnement de l'antenne
- Rr = résistance de rayonnement
- RL = résistance représentant la combinaison des pertes de conduction et diélectriques
Calculateur de température de l'antenne
Chaque objet dont la température physique est supérieure au zéro absolu émet de l'énergie. La température équivalente représente la quantité d'énergie rayonnée.
Si une antenne maintenue à une certaine température physique (Tp) est connectée à un récepteur par une longueur de ligne de transmission (L), avec une température constante (To) sur toute cette longueur et une atténuation uniforme (α), il est possible de calculer la température effective de l'antenne aux bornes du récepteur Tant en fonction de la température physique TAP.
Les paramètres utilisés dans l'équation sont les suivants :
- Tant = température de l'antenne aux bornes du récepteur (K)
- Ta = température de bruit de l'antenne aux bornes de celle-ci (K)
- TAP = température de l'antenne aux bornes de celle-ci en raison de la température physique (K)
- Tp = température physique de l'antenne (K)
- α = coefficient d'atténuation de la ligne de transmission (Np/m)
- εA = efficacité thermique de l'antenne
- L = longueur de la ligne de transmission (m)
- To = température physique de la ligne de transmission (K)
Calculateur de gain réalisé
Le gain réalisé d'une antenne est calculé en fonction de l'efficacité totale de l'antenne et de sa directivité.
L'efficacité totale de l'antenne tient compte des pertes dues aux réflexions aux bornes d'entrée, ainsi que des pertes dans la structure de l'antenne.
L'efficacité totale e0 peut s'écrire comme suit :
où er est l'efficacité de réflexion (désadaptation), ed l'efficacité diélectrique et ec l'efficacité de conduction. Les efficacités diélectrique et de conduction sont généralement regroupées, puisqu'elles sont mesurées comme une seule entité, et appelées ecd. Nous pouvons écrire l'efficacité totale comme suit :
Nous calculons le gain réalisé en utilisant l'efficacité totale et la directivité comme suit :
Le gain réalisé et la directivité sont spécifiés en dBi, le coefficient de réflexion en tension en dB et l'efficacité sous forme de valeur comprise entre 0 et 1.
Calculateur de distribution d'ouverture
Ce calculateur trace la distribution d'ouverture et d'alimentation approximative d'une topologie de réflecteur parabolique axisymétrique classique. La distribution d'alimentation/d'ouverture est déterminée en fonction des éléments suivants :
- modificateur de forme (P) dérivé du
- rapport donné de la distance focale sur le diamètre (F/D),
- apodisation sur les bords (ET) et
- efficacité de la distribution d'ouverture/d'alimentation (ade / fde) [Rahmat-Samii].
Cette image montre l'effet du modificateur de forme P sur la distribution d'alimentation/d'ouverture :
La distribution d'alimentation est différente de la distribution d'ouverture en raison des propriétés du réflecteur principal. Le graphique dépend du rapport F/D de la parabole. L'efficacité d'ouverture ou d'alimentation est calculée par rapport à une distribution plate « idéale ».
Outil d'approximation de diagramme de gain
Pour une antenne d'alimentation à réflecteur parabolique spécifique, il est possible de calculer le diagramme de gain à l'aide de l'outil d'approximation de diagramme de gain. Cet outil pratique permet à l'utilisateur de prendre en compte le gain théorique et les performances de diagramme de gain des réflecteurs plus grands qui pourraient nécessiter des temps de simulation longs. Il permet également de prédire l'influence de paramètres tels que le rapport de blocage ou l'efficacité de la distribution d'alimentation.
Par exemple, nous utilisons l'outil pour étudier l'effet du rapport de blocage sur le diagramme sans avoir à effectuer de simulations, comme illustré sur le graphique.
Nous conservons les paramètres suivants constants :
- Fréquence de fonctionnement : 10 GHz
- D (diamètre du réflecteur) : 200 mm
- Ratio F/D : 0.34
- ET (distribution de l'apodisation sur les bords) : -35 dB
- Fde (efficacité de la distribution d'alimentation) : 70 %
La distribution d'alimentation est différente de la distribution d'ouverture en raison des propriétés du réflecteur principal. Le graphique dépend du rapport F/D de la parabole. L'efficacité d'ouverture ou d'alimentation est calculée par rapport à une distribution plate « idéale ».
Calculateur de section efficace radar
La section efficace radar (Radar Cross Section, RCS) d'un objet est sa surface effective interceptant la densité de puissance incidente qui, si elle était diffusée isotropiquement, générerait la puissance de rétrodiffusion reçue. L'estimation suppose que les polarisations se correspondent.
Ce calculateur renvoie la section efficace radar (RCS) d'un objet en fonction de divers objectifs d'entrée.
L'équation simplifiée qu'il utilise permet de déterminer la RCS d'un objet en fonction de la fréquence, de la puissance reçue, de la puissance émise, de la distance totale du chemin et de la surface d'ouverture de l'antenne.
Une antenne est un objet doté d'une caractéristique RCS unique, car une partie de la puissance reçue est fournie aux bornes de l'antenne. Une bonne correspondance d'impédance avec le signal réduit la rayonnement réémis, et donc la RCS.
Calculateur d'épaisseur de peau
L'épaisseur de peau est une mesure de la conduction électrique dans un conducteur. En CC (0 Hz), le courant se répartit uniformément sur la section transversale d'un conducteur. À mesure que la fréquence augmente, la distribution du courant change, la densité de courant la plus élevée se trouvant près de la surface du conducteur.
L'épaisseur de peau, δ, est une fonction de la fréquence, de la perméabilité relative du conducteur, μr, et de la résistivité, ρ (ou de la conductivité, ο, où ο = 1/ ρ). Elle se définit comme la profondeur sous la surface d'un conducteur à laquelle la densité de courant tombe à 1/e (≈ 0,37) de la densité de courant à la surface.
Où
δ : épaisseur de peau [m]
μ0 : perméabilité du vide [H.m-1]
ρ : résistivité [Ω.m]
ο : conductivité [S.m-1]
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