Une antenne est un dispositif qui sert d'interface entre un circuit électrique et l'espace, conçu pour transmettre et recevoir des ondes électromagnétiques dans une certaine gamme de fréquences en fonction de sa taille et de sa forme. Il est fait de métal, principalement de cuivre ou d'aluminium, les antennes émettrices peuvent convertir le courant électrique en rayonnement électromagnétique et vice versa. Chaque appareil sans fil contient au moins une antenne.
Ondes radio du réseau sans fil
Lorsque le besoin de communication sans fil se fait sentir, une antenne est nécessaire. Il a la capacité d'envoyer ou de recevoir des ondes électromagnétiques pour communiquer là où un système filaire ne peut pas être installé.
L'antenne est l'élément clé de cette technologie sans fil. Les ondes radio sont facilement créées et largement utilisées pour les communications intérieures et extérieures en raison de leur capacité à traverser les bâtiments et à parcourir de longues distances.
Caractéristiques principales des antennes émettrices:
- Parce que la transmission radio est omnidirectionnelle, la nécessité d'une correspondance physiqueun émetteur et un récepteur sont requis.
- La fréquence des ondes radio détermine de nombreuses caractéristiques de transmission.
- Aux basses fréquences, les ondes peuvent facilement traverser les obstacles. Cependant, leur puissance diminue avec l'inverse du carré de la distance.
- Les ondes à haute fréquence sont plus susceptibles d'être absorbées et réfléchies sur les obstacles. En raison de la longue portée de transmission des ondes radio, les interférences entre les transmissions sont un problème.
- Sur les bandes VLF, LF et MF, la propagation des ondes, également appelées ondes de sol, suit la courbure de la Terre.
- Les portées maximales de transmission de ces ondes sont de l'ordre de plusieurs centaines de kilomètres.
- Les antennes de transmission sont utilisées pour les transmissions à faible bande passante telles que les émissions à modulation d'amplitude (AM).
- Les transmissions des bandes HF et VHF sont absorbées par l'atmosphère près de la surface de la Terre. Cependant, une partie du rayonnement, appelée onde céleste, se propage vers l'extérieur et vers le haut vers l'ionosphère dans la haute atmosphère. L'ionosphère contient des particules ionisées formées par le rayonnement solaire. Ces particules ionisées renvoient les ondes du ciel vers la Terre.
Propagation des ondes
- Propagation de la ligne de mire. Parmi toutes les méthodes de distribution, c'est la plus courante. L'onde parcourt la distance minimale visible à l'œil nu. Ensuite, vous devez utiliser l'émetteur de l'amplificateur pour augmenter le signal et le transmettre à nouveau. Une telle propagation ne sera pas fluide s'il y a un obstacle sur son trajet de transmission. Cette transmission est utilisée pour les transmissions infrarouges ou micro-ondes.
- Propagation de l'onde de sol depuis une antenne émettrice. La propagation de l'onde vers le sol se produit le long du contour de la Terre. Une telle onde est appelée onde directe. L'onde se plie parfois en raison du champ magnétique terrestre et frappe le récepteur. Une telle onde peut être appelée une onde réfléchie.
- Une onde se propageant dans l'atmosphère terrestre est connue sous le nom d'onde terrestre. L'onde directe et l'onde réfléchie donnent ensemble un signal à la station réceptrice. Lorsque l'onde atteint le récepteur, le retard s'arrête. De plus, le signal est filtré pour éviter la distorsion et l'amplification pour une sortie claire. Les ondes sont transmises à partir d'un seul endroit et où elles sont reçues par de nombreuses antennes d'émetteurs-récepteurs.
Système de coordonnées de mesure d'antenne
Lorsqu'il regarde des modèles plats, l'utilisateur sera confronté à des indicateurs d'azimut du plan et de hauteur du plan du motif. Le terme azimut se produit généralement en relation avec «horizon» ou «horizontal», tandis que le terme « altitude» fait généralement référence à «vertical». Dans la figure, le plan xy est le plan d'azimut.
Le diagramme de plan azimutal est mesuré lorsqu'une mesure est effectuée en déplaçant tout le plan xy autour de l'antenne de l'émetteur-récepteur testée. Un plan d'élévation est un plan orthogonal au plan xy, tel que le plan yz. Le plan d'élévation parcourt tout le plan yz autour de l'antenne testée.
Les échantillons (azimuts et élévations) sont souvent affichés sous forme de tracés en polairecoordonnées. Cela donne à l'utilisateur la possibilité de visualiser facilement comment l'antenne rayonne dans toutes les directions, comme si elle était déjà "pointée" ou montée. Il est parfois utile de dessiner des diagrammes de rayonnement en coordonnées cartésiennes, en particulier lorsqu'il y a plusieurs lobes secondaires dans les diagrammes et lorsque les niveaux de lobes secondaires sont importants.
Caractéristiques de communication de base
Les antennes sont des composants essentiels de tout circuit électrique car elles assurent l'interconnexion entre un émetteur et l'espace libre ou entre l'espace libre et un récepteur. Avant de parler des types d'antennes, vous devez connaître leurs propriétés.
Antenna Array - Le déploiement systématique d'antennes qui fonctionnent ensemble. Les antennes individuelles d'un réseau sont généralement du même type et situées à proximité, à une distance fixe les unes des autres. Le réseau vous permet d'augmenter la directivité, le contrôle des faisceaux principaux de rayonnement et des faisceaux latéraux.
Toutes les antennes sont à gain passif. Le gain passif est mesuré en dBi, ce qui est lié à une antenne isotrope théorique. On pense qu'il transmet l'énergie de manière égale dans toutes les directions, mais n'existe pas dans la nature. Le gain d'une antenne dipôle demi-onde idéale est de 2,15 dBi.
EIRP, ou la puissance isotrope rayonnée équivalente d'une antenne d'émission, est une mesure de la puissance maximale qu'une antenne isotrope théorique rayonnerait dans la directiongain maximal. L'EIRP prend en compte les pertes des lignes électriques et des connecteurs et inclut le gain réel. L'EIRP permet de calculer la puissance réelle et les intensités de champ si le gain réel de l'émetteur et la puissance de sortie sont connus.
Gain d'antenne dans les directions
Il est défini comme le rapport du gain de puissance dans une direction donnée au gain de puissance de l'antenne de référence dans la même direction. Il est de pratique courante d'utiliser un radiateur isotrope comme antenne de référence. Dans ce cas, un émetteur isotrope sera sans perte, rayonnera son énergie de manière égale dans toutes les directions. Cela signifie que le gain d'un radiateur isotrope est G=1 (ou 0 dB). Il est courant d'utiliser l'unité dBi (décibels par rapport à un radiateur isotrope) pour le gain par rapport à un radiateur isotrope.
Le gain, exprimé en dBi, est calculé selon la formule suivante: GdBi=10Log (GNumeric / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Parfois, un dipôle théorique est utilisé comme référence, donc l'unité dBd (décibels par rapport au dipôle) sera utilisée pour décrire le gain par rapport au dipôle. Ce bloc est généralement utilisé lorsqu'il s'agit d'amplifier des antennes omnidirectionnelles à gain plus élevé. Dans ce cas, leur gain est supérieur de 2,2 dBi. Ainsi, si l'antenne a un gain de 3 dBu, le gain total sera de 5,2 dBi.
3 dB de largeur de faisceau
Cette largeur de faisceau (ou largeur de faisceau à mi-puissance) de l'antenne est généralement spécifiée pour chacun des plans principaux. La largeur de faisceau de 3 dB dans chaque plan est définie comme l'angle entre les points du lobe principal qui sont réduits de 3 dB par rapport au gain maximal. Largeur de faisceau 3 dB - l'angle entre les deux lignes bleues dans la zone polaire. Dans cet exemple, la largeur de faisceau à 3 dB dans ce plan est d'environ 37 degrés. Les antennes à large faisceau ont généralement un faible gain, tandis que les antennes à faisceau étroit ont un gain plus élevé.
Ainsi, une antenne qui dirige la majeure partie de son énergie dans un faisceau étroit, dans au moins un plan, aura un gain plus élevé. Le rapport avant-arrière (F/B) est utilisé comme mesure de mérite qui tente de décrire le niveau de rayonnement provenant de l'arrière d'une antenne directionnelle. Fondamentalement, le rapport avant-arrière est le rapport du gain de crête dans la direction avant au gain à 180 degrés derrière le pic. Bien sûr, sur une échelle DB, le rapport avant-arrière est simplement la différence entre le gain de crête avant et le gain à 180 degrés derrière le pic.
Classification des antennes
Il existe de nombreux types d'antennes pour diverses applications telles que les communications, le radar, la mesure, la simulation d'impulsions électromagnétiques (EMP), la compatibilité électromagnétique (CEM), etc. Certaines d'entre elles sont conçues pour fonctionner dans des bandes de fréquences étroites, tandis que les autresconçu pour émettre/recevoir des impulsions transitoires. Spécifications de l'antenne de transmission:
- Structure physique de l'antenne.
- Bandes de fréquences.
- Mode application.
Voici les types d'antennes selon la structure physique:
- fil;
- ouverture;
- réfléchissant;
- lentille d'antenne;
- antennes microruban;
- antennes massives.
Voici les types d'antennes émettrices en fonction de la fréquence de fonctionnement:
- Très basse fréquence (VLF).
- Basse fréquence (BF).
- Fréquence moyenne (MF).
- Haute fréquence (HF).
- Très haute fréquence (VHF).
- Ultra haute fréquence (UHF).
- Super haute fréquence (SHF).
- Ondes micro-ondes.
- Onde radio.
Les antennes suivantes sont émettrices et réceptrices selon les modes d'application:
- Connexion point à point.
- Applications de diffusion.
- Communications radar.
- Communications par satellite.
Caractéristiques de conception
Les antennes émettrices créent un rayonnement radioélectrique qui se propage dans l'espace. Les antennes de réception effectuent le processus inverse: elles reçoivent le rayonnement radiofréquence et le convertissent en signaux souhaités, tels que le son, l'image dans les antennes de transmission de télévision et un téléphone mobile.
Le type d'antenne le plus simple se compose de deux tiges métalliques et est connu sous le nom de dipôle. L'un des types les plus courants estune antenne monopôle constituée d'une tige placée à la verticale d'une grande plaque métallique qui sert de plan de masse. Le montage sur les véhicules est généralement un monopole et le toit métallique du véhicule sert de masse. La conception de l'antenne d'émission, sa forme et sa taille déterminent la fréquence de fonctionnement et d'autres caractéristiques de rayonnement.
L'une des caractéristiques importantes d'une antenne est sa directivité. Dans la communication entre deux cibles fixes, comme dans la communication entre deux stations d'émission fixes, ou dans les applications radar, une antenne est nécessaire pour transmettre directement l'énergie d'émission au récepteur. Inversement, lorsque l'émetteur ou le récepteur n'est pas stationnaire, comme dans les communications cellulaires, un système non directionnel est requis. Dans de tels cas, une antenne omnidirectionnelle est nécessaire pour recevoir toutes les fréquences uniformément dans toutes les directions du plan horizontal, et dans le plan vertical, le rayonnement est irrégulier et très petit, comme une antenne émettrice HF.
Transmettre et recevoir des sources
L'émetteur est la principale source de rayonnement RF. Ce type est constitué d'un conducteur dont l'intensité fluctue dans le temps et la convertit en un rayonnement radiofréquence qui se propage dans l'espace. Antenne de réception - un appareil pour recevoir des radiofréquences (RF). Il effectue la transmission inverse effectuée par l'émetteur, reçoit le rayonnement RF, le convertit en courants électriques dans le circuit d'antenne.
Les stations de télévision et de radio utilisent des antennes émettrices pour transmettre certains types de signaux qui voyagent dans les airs. Ces signaux sont détectés par des antennes de réception, qui les convertissent en signaux et sont reçus par un appareil approprié tel que TV, radio, téléphone portable.
Les antennes de réception de radio et de télévision sont conçues pour recevoir uniquement des rayonnements de radiofréquence et ne produisent pas de rayonnement de radiofréquence. Les appareils de communication cellulaire, tels que les stations de base, les répéteurs et les téléphones mobiles, ont des antennes d'émission et de réception dédiées qui émettent de l'énergie radiofréquence et desservent les réseaux cellulaires conformément aux technologies de réseau de communication.
Différence entre antenne analogique et numérique:
- L'antenne analogique a un gain variable et fonctionne dans une plage de 50 km pour le DVB-T. Plus l'utilisateur est éloigné de la source du signal, plus le signal est mauvais.
- Pour recevoir la télévision numérique - l'utilisateur reçoit soit une bonne image, soit une image du tout. S'il est éloigné de la source du signal, il ne reçoit aucune image.
- L'antenne numérique de transmission a des filtres intégrés pour réduire le bruit et améliorer la qualité de l'image.
- Le signal analogique est envoyé directement au téléviseur, tandis que le signal numérique doit d'abord être décodé. Il vous permet de corriger les erreurs ainsi que les données comme la compression du signal pour plus de fonctionnalités comme Extra Channels, EPG, Pay TV,jeux interactifs, etc.
Émetteurs dipôles
Les antennes dipôles sont le type omnidirectionnel le plus courant et diffusent l'énergie radiofréquence (RF) sur 360 degrés horizontalement. Ces dispositifs sont conçus pour résonner à la moitié ou au quart de la longueur d'onde de la fréquence appliquée. Il peut être aussi simple que deux longueurs de fil, ou il peut être encapsulé.
Dipole est utilisé dans de nombreux réseaux d'entreprise, petits bureaux et usage domestique (SOHO). Il a une impédance typique pour l'adapter à l'émetteur pour un transfert de puissance maximal. Si l'antenne et l'émetteur ne correspondent pas, des réflexions se produiront sur la ligne de transmission, ce qui dégradera le signal ou même endommagera l'émetteur.
Mise au point dirigée
Les antennes directionnelles concentrent la puissance rayonnée dans des faisceaux étroits, offrant un gain significatif dans ce processus. Ses propriétés sont également mutuelles. Les caractéristiques d'une antenne d'émission, telles que l'impédance et le gain, s'appliquent également à une antenne de réception. C'est pourquoi la même antenne peut être utilisée à la fois pour envoyer et recevoir un signal. Le gain d'une antenne parabolique hautement directive sert à amplifier un signal faible. C'est l'une des raisons pour lesquelles ils sont souvent utilisés pour les communications longue distance.
Une antenne directionnelle couramment utilisée est un réseau Yagi-Uda appelé Yagi. Il a été inventé par Shintaro Uda et son collègue Hidetsugu Yagi en 1926. L'antenne yagi utilise plusieurs éléments pourformant un réseau dirigé. Un élément piloté, généralement un dipôle, propage l'énergie RF, les éléments immédiatement avant et derrière l'élément piloté rediffusent l'énergie RF en phase et hors phase, amplifiant et ralentissant le signal respectivement.
Ces éléments sont appelés éléments parasites. L'élément derrière l'esclave est appelé réflecteur et les éléments devant l'esclave sont appelés directeurs. Les antennes Yagi ont des largeurs de faisceau allant de 30 à 80 degrés et peuvent fournir plus de 10 dBi de gain passif.
L'antenne parabolique est le type d'antenne directionnelle le plus courant. Une parabole est une courbe symétrique et un réflecteur parabolique est une surface qui décrit une courbe lors d'une rotation de 360 degrés - une parabole. Les antennes paraboliques sont utilisées pour les liaisons longue distance entre des bâtiments ou de grandes zones géographiques.
Radiateurs sectionnels semi-directionnels
L'antenne patch est un radiateur semi-directionnel utilisant une bande métallique plate montée au-dessus du sol. Le rayonnement provenant de l'arrière de l'antenne est efficacement coupé par le plan de masse, ce qui augmente la directivité vers l'avant. Ce type d'antenne est également connu sous le nom d'antenne microruban. Il est généralement rectangulaire et enfermé dans un boîtier en plastique. Ce type d'antenne peut être fabriqué par des méthodes PCB standard.
L'antenne patch peut avoir une largeur de faisceau de 30 à 180 degrés etle gain typique est de 9 dB. Les antennes sectionnelles sont un autre type d'antenne semi-directionnelle. Les antennes sectorielles fournissent un diagramme de rayonnement sectoriel et sont généralement installées dans un réseau. La largeur de faisceau d'une antenne secteur peut aller de 60 à 180 degrés, 120 degrés étant typique. Dans un réseau partitionné, les antennes sont montées à proximité les unes des autres, offrant une couverture complète à 360 degrés.
Fabriquer l'antenne Yagi-Uda
Au cours des dernières décennies, l'antenne Yagi-Uda a été visible dans presque tous les foyers.
On peut voir qu'il existe de nombreux directeurs pour augmenter la directivité de l'antenne. Le feeder est un dipôle replié. Un réflecteur est un long élément qui se trouve à l'extrémité d'une structure. Les spécifications suivantes doivent être appliquées à cette antenne.
| Élément | Spécification |
| Longueur d'élément contrôlée | 0.458λ à 0.5λ |
| Longueur du réflecteur | 0, 55λ - 0.58λ |
| Durée du réalisateur 1 | 0.45λ |
| Directeur longueur 2 | 0.40λ |
| Directeur durée 3 | 0.35λ |
| Intervalle entre réalisateurs | 0.2λ |
| Réflecteur pour la distance entre les dipôles | 0.35λ |
| Distance entre les dipôles et le directeur | 0.125λ |
Vous trouverez ci-dessous les avantages des antennes Yagi-Uda:
- Gain élevé.
- Mise au point élevée.
- Manipulation et entretien faciles.
- Moins d'énergie est gaspillée.
- Couverture de fréquence plus large.
Voici les inconvénients des antennes Yagi-Uda:
- Sujet au bruit.
- Sujet aux effets atmosphériques.
Si les spécifications ci-dessus sont respectées, l'antenne Yagi-Uda peut être conçue. Le diagramme directionnel de l'antenne est très efficace, comme le montre la figure. Les petits lobes sont supprimés et la directivité du battement principal est augmentée en ajoutant des directeurs à l'antenne.
