Antenne directionnelle - Directional antenna

Une antenne radio Cassegrain de 70 mètres à GDSCC , Californie

Une antenne directionnelle ou antenne à faisceau est une antenne qui rayonne ou reçoit une plus grande puissance dans des directions spécifiques permettant des performances accrues et une réduction des interférences provenant de sources indésirables. Les antennes directionnelles offrent des performances accrues par rapport aux antennes dipôles - ou aux antennes omnidirectionnelles en général - lorsqu'une plus grande concentration de rayonnement dans une certaine direction est souhaitée.

Une antenne à gain élevé ( HGA ) est une antenne directionnelle avec une largeur de faisceau d'ondes radio focalisée et étroite, permettant un ciblage plus précis des signaux radio. Plus communément appelées lors de missions spatiales , ces antennes sont également utilisées partout sur Terre , avec plus de succès dans des zones plates et ouvertes où il n'y a pas de montagnes pour perturber les ondes radio. En revanche, une antenne à faible gain ( LGA ) est une antenne omnidirectionnelle avec une large largeur de faisceau d'ondes radio, qui permet au signal de se propager assez bien même dans les régions montagneuses et est donc plus fiable quel que soit le terrain. Les antennes à faible gain sont souvent utilisées dans les engins spatiaux commeantenne à gain élevé , qui émet un faisceau beaucoup plus étroit et est donc sensible à la perte de signal.

Toutes les antennes pratiques sont au moins quelque peu directionnelles, bien qu'habituellement seule la direction dans le plan parallèle à la terre soit prise en compte, et les antennes pratiques peuvent facilement être omnidirectionnelles dans un plan. Les types les plus courants sont l' antenne Yagi , l' antenne log-périodique et l' antenne à réflecteur d'angle , qui sont fréquemment combinées et vendues dans le commerce comme antennes de télévision résidentielles . Les répéteurs cellulaires utilisent souvent des antennes directionnelles externes pour donner un signal bien supérieur à celui obtenu sur un téléphone cellulaire standard . Les récepteurs de télévision par satellite utilisent généralement des antennes paraboliques . Pour les fréquences de longueur d'onde longue et moyenne , les réseaux de tours sont utilisés dans la plupart des cas comme antennes directionnelles.

Principe d'opération

Lors de la transmission, une antenne à gain élevé permet d'envoyer une plus grande partie de la puissance transmise en direction du récepteur, augmentant ainsi la force du signal reçu. Lors de la réception, une antenne à gain élevé capture une plus grande partie du signal, augmentant à nouveau la force du signal. En raison de la réciprocité , ces deux effets sont égaux : une antenne qui rend un signal transmis 100 fois plus fort (par rapport à un radiateur isotrope ) captera également 100 fois plus d'énergie que l'antenne isotrope lorsqu'elle est utilisée comme antenne de réception. En raison de leur directivité, les antennes directionnelles envoient également moins (et reçoivent moins) de signaux provenant de directions autres que le faisceau principal. Cette propriété peut être utilisée pour réduire les interférences.

Il existe de nombreuses façons de fabriquer une antenne à gain élevé ; Les plus courants sont des antennes paraboliques , des antennes hélicoïdales , les antennes Yagi et multiéléments de petites antennes d'aucune sorte. Les antennes cornet peuvent également être construites avec un gain élevé, mais sont moins fréquemment observées. D'autres configurations sont possibles : l' observatoire d'Arecibo utilise une combinaison d' alimentation de ligne avec un énorme réflecteur sphérique (par opposition à un réflecteur parabolique plus habituel), pour obtenir des gains extrêmement élevés à des fréquences spécifiques.

Gain de l'antenne

Le gain d'antenne est souvent cité par rapport à une antenne hypothétique qui rayonne également dans toutes les directions, un radiateur isotrope . Ce gain, mesuré en décibels , est appelé dBi. La conservation de l'énergie dicte que les antennes à gain élevé doivent avoir des faisceaux étroits . Par exemple, si une antenne à gain élevé fait un look émetteur 1 watt comme un émetteur de 100 watts, le faisceau peut couvrir au maximum 1 / 100 du ciel (sinon la quantité totale d'énergie rayonnée dans toutes les directions résumerait plus que la puissance d'émission, ce qui n'est pas possible). Cela implique à son tour que les antennes à gain élevé doivent être physiquement grandes, car selon la limite de diffraction , plus le faisceau souhaité est étroit, plus l'antenne doit être grande (mesurée en longueurs d'onde).

Le gain d'antenne peut également être mesuré en dBd, qui est un gain en décibels par rapport à la direction d'intensité maximale d'un dipôle demi-onde. Dans le cas des antennes de type Yagi, cela équivaut plus ou moins au gain que l'on peut attendre de l'antenne testée moins tous ses directeurs et son réflecteur. Il est important de ne pas confondre dBi et dBd ; les deux diffèrent de 2,15 dB, le chiffre dBi étant plus élevé, puisqu'un dipôle a 2,15 dB de gain par rapport à une antenne isotrope.

Le gain dépend également du nombre d'éléments et du réglage de ces éléments. Les antennes peuvent être réglées pour résonner sur une plus large gamme de fréquences mais, toutes choses étant égales par ailleurs, cela signifie que le gain de l'antenne est inférieur à celui réglé pour une seule fréquence ou un groupe de fréquences. Par exemple, dans le cas des antennes TV à large bande, la chute de gain est particulièrement importante au bas de la bande d'émission TV. Au Royaume-Uni, ce tiers inférieur de la bande TV est connu sous le nom de groupe A ; voir le graphique de gain comparant des antennes groupées à une antenne large bande de même taille/modèle.

D'autres facteurs peuvent également affecter le gain, tels que l'ouverture (la zone à partir de laquelle l'antenne collecte le signal, presque entièrement liée à la taille de l'antenne, mais pour les petites antennes, elle peut être augmentée en ajoutant une tige de ferrite ) et l'efficacité (encore une fois, affectée par la taille, mais aussi résistivité des matériaux utilisés et adaptation d'impédance). Ces facteurs sont faciles à améliorer sans ajuster d'autres caractéristiques des antennes ou par coïncidence améliorés par les mêmes facteurs qui augmentent la directivité, et ne sont donc généralement pas accentués.

Applications

Les antennes à gain élevé sont généralement le composant le plus important des sondes spatiales lointaines, et les antennes radio à gain le plus élevé sont des structures physiquement énormes, telles que l' observatoire d'Arecibo . Le Deep Space Network utilise des paraboles de 35 m à des longueurs d'onde d'environ 1 cm. Cette combinaison donne un gain d'antenne d'environ 100 000 000 (ou 80 dB, tel que mesuré normalement), faisant apparaître l'émetteur environ 100 millions de fois plus fort et un récepteur environ 100 millions de fois plus sensible, à condition que la cible se trouve dans le faisceau . Ce faisceau pouvant couvrir au plus le cent millionième (10 -8 ) du ciel, un pointage très précis est donc nécessaire.

L'utilisation d'une communication à gain élevé et à ondes millimétriques dans le gain WPAN augmente la probabilité de programmation simultanée de transmissions sans interférence dans une zone localisée, ce qui entraîne une augmentation considérable du débit du réseau. Cependant, l'ordonnancement optimal de la transmission simultanée est un problème NP-difficile .

Galerie

Voir également

Les références

Liens externes