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septembre 2017 | novembre 2017

Antenne Electrique HF

L’antenne électrique haute fréquence est un instrument constitué de deux monopoles possédant une réponse dans une large bande de fréquences allant de quelques kHz jusqu’à plusieurs dizaines de MHz. La différence de potentiel entre chaque monopole divisée par leur distance nous permet d’accéder à une composante du champ électrique. A l’aide de quatre monopoles disposés au sommet d’un tétraèdre nous pouvons accéder aux trois composantes du vecteur champ électrique et ainsi effectuer une mesure complète en module et en direction du champ. Ce type d’instrument a pour vocation d’effectuer des mesures dans des régions ionisées variées comme l’ionosphère ou la magnétosphère, il doit avoir une réponse fiable et propre dans les régions où il existe des fortes variations de densité électronique. Aussi, une antenne de type à haute impédance d’entrée est parfaitement adaptée pour remplir ces objectifs.

PRINCIPE / REALISATION / PERFORMANCES

Le principe de la mesure consiste à effectuer la différence de potentiel entre deux monopoles qui sont situés à une distance inférieure à une demi-longueur d’onde. De cette façon, on obtient une composante du champ électrique dans une large bande de fréquences dont la valeur supérieure dépendra de la distance entre les deux monopoles. Le champ électrique en V/m est obtenu en divisant la différence de potentiel par la distance efficace entre les deux monopoles. Le signal différentiel est ensuite numérisé à une fréquence d’échantillonnage égale à au moins deux fois la bande passante et traité par un module électronique d’analyse dédiée aux hautes fréquences.

Un monopole est constitué d’une partie conductrice qui capte le potentiel et d’un préamplificateur intégré au plus près pour limiter les effets capacitifs. Un design particulier et un système de bootstrap sont mis en oeuvre pour minimiser les capacités parasites de façon à fonctionner à très haute impédance. Ce choix nous permet de rendre négligeable l’impédance du plasma et ainsi d’avoir une fonction de transfert fiable en gain et en phase, de plus la longueur efficace de l’antenne est proche de celle du vide. Le préamplificateur est intégré dans le pied de l’antenne.

Les préamplificateurs des antennes réalisées sont en éléments discrets. Un préamplificateur en technologie plus intégrée de type ASIC est en cours de développement.

HISTORIQUE / UTILISATION

Des antennes électriques hautes fréquences conçues par le LPC2E ont été embarquées dans les projets ISOPROBE/ARCAD3 (1981), HFDC/MARS96 (1996), MIP/ROSETTA (2004). L’antenne proposée sur le microsatellite TARANIS (2018) couvre une gamme de fréquence plus étendue allant de 100 kHz à 35 MHz. La sensibilité d’une antenne constituée de 2 brins de 71.5 cm est de 10 nV.Hz-1/2.

Vue CAO d’un monopole de l’antenne HF TARANIS (2018).
Sensibilité antenne HF TARANIS (2018).
Antenne triaxiale 10 kHz – 2 MHz développée en 1998 dans le cadre d’un projet R&T CNES.
Antenne électrique 3 kHz – 3.5 MHz embarquée en 2004 dans l’expérimentation impédance mutuelle MIP (émission-réception) sur la sonde ROSETTA.
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