Antenne : Calcul du faisceau et des gains associés
Le gain d’antenne indique la capacité de direction du diagramme de rayonnement. En d’autres termes, une antenne avec un gain élevé émettra plus efficacement dans une direction spécifique. On doit considérer que le gain est un effet passif : l’antenne ne crée pas de puissance, elle se contente de répartir la puissance reçue, émettant plus d’énergie dans une certaine direction comparé à une antenne isotrope. Ce gain est exprimé en dBi (rapport à une antenne isotrope) et dBd (rapport à une antenne dipole) :
- dBi : gain relatif à l’antenne isotrope ;
- dBd : gain relatif à l’antenne dipôle.
En général, le dipôle demi-onde est utilisé comme référence au lieu du radiateur isotrope. Ainsi, le gain est exprimé en dBd :
- dBi = dBd + 2.15
Lors de la conception d’antennes, il est essentiel d’adapter le gain en fonction de l’utilisation prévue. Les antennes à gain élevé offrent une portée et une qualité de signal supérieures, mais nécessitent un alignement précis. À l’inverse, les antennes à faible gain ont une portée moins étendue, mais leur orientation est moins critique.
Gain de l’antenne et disposition du dipôle
Pour maximiser le rayonnement autour de l’horizon, les dipôles demi-onde doivent être installés verticalement et alignés en phase. Chaque fois que le nombre de dipôles double, la largeur du faisceau de demi-puissance est réduite de moitié. Cela entraîne un gain supplémentaire de 3 dB dans la direction principale. En dessous, en agissant horizontalement, chaque réduction de la largeur générera un nouveau gain de 3 dB. Ainsi, le gain global d’une antenne est la somme des gains verticaux et horizontaux.
Calcul du gain et de la largeur du faisceau d’une antenne
Pour déterminer le gain de l’antenne, prenons le cas d’une antenne verticale avec huit dipôles, ce qui apporte un gain spécifique de 9 dB. Ajoutons 3 dB pour le plan arrière de l’antenne, ainsi que 3 dB pour une colonne supplémentaire de dipôles au plan horizontal. Ainsi, nous obtenons :
- gain total = 9 + 3 + 3 = 15 dB rapport à l’antenne dipôle
Pour convertir ce gain en valeur isotrope, il faut ajouter 2,15 dB. Ainsi, le gain en dBi est de 15 + 2.15 dB = 17.15 dB. De la même manière, on peut évaluer la largeur du faisceau. Un dipôle a une largeur de faisceau de 78 degrés en vertical. En doublant le dipôle, cette largeur est également réduite de moitié. Donc, pour deux dipôles en vertical, la largeur passe à 32 degrés. Pour huit dipôles, elle sera de 7 degrés. Il est à noter qu’une partie de la puissance est perdue dans le lobe mineur lors de la conception. Cela vaut également pour la largeur du faisceau horizontal. Ainsi, les spécifications de cette antenne se définissent comme suit :
- largeur du faisceau horizontal = 90 degrés ; largeur du faisceau vertical = 7 degrés ;
- gain de l’antenne = 17.15 dBi.