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Vitesse

34 Connexion et installation d’antenne

Pour raccorder l’antenne au point d’accès, le câble utilisé possède des caractéristiques à prendre en compte :

  • Le type de câble
  • La longueur du câble, qui va engendrer une perte
  • Le coût du câble
  • L’impédance mesurée en ohms (50 ohms pour les câbles utilisés dans le domaine du LAN sans fil) et le VSWR lié à une différence d’impédance dans les composants

Le « Voltage Standing Wave Ratio » (VSWR) ou Rapport d’Onde Stationnaire (ROS), est la mesure du changement des impédances d’un signal AC. Lorsqu’il y a désadaptation, la réflexion d’une partie de l’onde incidente et l’addition avec l’onde incidente conduit à l’apparition d’une onde stationnaire dans la ligne qui relie l’antenne à la source (ou au récepteur). L’impédance est une valeur en ohms, du nom du physicien allemand Georg Ohm, de la résistance électrique d’un signal AC. Quand l’émetteur génère le signal radio AC, ce dernier voyage le long du câble jusqu’à l’antenne. Une partie de cette énergie incidente est réfléchie en retour vers l’émetteur à cause de la désadaptation d’impédance.

Les désadaptations peuvent se produire n’importe où le long du parcours du signal, mais sont généralement dues à des changements soudains d’impédance entre l’émetteur radio et le câble et entre le câble et l’antenne. La quantité d’énergie réfléchie dépend du niveau de désadaptation entre l’émetteur, le câble et l’antenne. Le rapport entre la tension de l’onde réfléchie et la tension de l’onde incidente, à un même point du câble, est appelé « Voltage Reflexion Coefficient » ou coefficient de réflexion désigné généralement par la lettre grecque rho (ρ).

Dans un système idéal sans désadaptation (l’impédance est la même partout), toute l’énergie incidente est délivrée à l’antenne (excepté pour les pertes liées à la résistance du câble) et il n’y a pas d’énergie réfléchie. Le câble est dit être apparié, le coefficient de réflexion vaut exactement zéro et la perte de retour, en dB, est infinie. La perte de retour est essentiellement la différence, en dB, entre la puissance envoyée à l’antenne et la puissance réfléchie (une valeur élevée est meilleure qu’une valeur faible). La combinaison des ondes incidentes et réfléchies effectuant des allers-retours sur le câble crée un « Standing Wave Pattern » ou modèle d’onde stationnaire le long de la ligne. L’onde stationnaire est périodique (elle se répète) et montre plusieurs pics et creux de tension, de courant et de puissance.

VSWR est une relation numérique entre la mesure de la tension maximum sur la ligne (générée par l’émetteur) et la mesure de la tension minimum sur la ligne (reçue par l’antenne). VSWR est donc un rapport de désadaptation d’impédance, avec 1:1 (pas d’impédance) étant idéal mais inatteignable et des valeurs typiques comprise entre 1,1:1 et 1,5:1. Les spécifications militaires sont de 1,1:1.

VWSR=ROS=\frac{V_{max}}{V_{min}}

Quand l’impédance de l’émetteur, du câble et de l’antenne sont appariés (il n’y a pas d’onde stationnaire), la tension est constante le long du câble. Ce câble apparié est appelé « Flat Line » car il n’y a ni pic ni creux de tension sur la longueur du câble. Dans ce cas, VSWR vaut 1:1. Alors que le degré de désadaptation augmente, VWSR augmente avec une réduction correspondante dans la puissance délivrée à l’antenne.

VSWR

Si VSWR est important, cela signifie qu’une grande quantité de tension est réfléchie vers l’émetteur. Cela implique une baisse de puissance ou d’amplitude (perte) du signal qui est supposé être transmis. Cette perte d’amplitude est appelée « Return Loss » ou perte de retour et peut être mesurée en dB. De plus, la puissance qui est réfléchie revient vers l’émetteur. Si ce dernier n’est pas protégé contre un excès de puissance réfléchie ou des pics de tension importants, il peut surchauffer et tomber en panne. VSWR peut engendrer une diminution de la force du signal, une force du signal irrégulière ou même un échec de transmission.

La première chose à faire pour réduire VSWR est de s’assurer que l’impédance de tous les équipements sans fil est la même (généralement 50 ohms). En attachant les différents composants, il faut s’assurer que tous les connecteurs sont installés et sertis correctement, et qu’ils sont parfaitement serrés.

En connectant une antenne à un émetteur, le principal objectif est de s’assurer qu’un maximum du signal généré par l’émetteur est reçu par l’antenne pour être transmis. Pour atteindre cet objectif, il est important de porter une attention particulière aux câbles et aux connecteurs utilisés pour relier l’émetteur à l’antenne. Si des composants de qualité inférieure sont utilisés ou s’ils ne sont pas installés correctement, le point d’accès fonctionne probablement en dessous de ses capacités optimales.

Certains domaines de régulation imposent l’utilisation de connecteurs propriétaires pour éviter l’usage accidentel d’une antenne qui dépasserait la quantité maximum d’énergie autorisée.

Pour installer correctement une antenne, il convient de prendre en compte les éléments suivants :

  • Le placement
  • Le montage
  • L’usage adapté et l’environnement
  • L’orientation et l’alignement
  • La sécurité
  • La maintenance

Le bon placement dépend du type d’antenne. Au delà de quelques kilomètres (7 miles), la courbure de la terre a un impact sur les liaisons sans fil point-à-point ou point-à-multipoint. Il convient de rehausser l’antenne pour compenser le renflement de la terre.

En terme de positionnement, il convient de placer une antenne omnidirectionnelle au centre de la zone à couvrir en tenant compte du patron d’antenne et de la polarisation. Les antennes omnidirectionnelles de faible gain offre une couverture verticale plus large, alors que celles de plus haut gain offrent une couverture plus importante mais plus plate. Ces dernières ne doivent pas être positionnées trop haut par rapport au sol, pour fournir un signal suffisant aux clients situés sur le sol.

Les antennes semi-directionnelles sont typiquement montées à plat sur le mur avec le connecteur vers le haut. Les antennes directionnelles, telles que les paraboles, sont presque toujours utilisées en extérieur pour des applications longues distances nécessitant un alignement précis. Leur performance n’est pas affectée par la pluie ou la neige, mais elles craignent le vent qui peut les faire bouger et la foudre qui peut les frapper de manière directe ou indirecte. Un parafoudre ou « lightning arrestor », mis en série entre l’antenne et le point d’accès, peut protéger d’une frappe indirecte en renvoyant les courants induits à la terre, mais ne peut peut rien contre une frappe directe de la foudre.

Pour mettre une antenne à la terre, il convient d’utiliser une tige enfoncée d’au moins 20 cm (8′) dans le sol. Cette tige peut être constituée de divers aciers y compris inoxydable, galvanisé et cuivré, et avoir différentes longueurs et diamètres. En fonction de la règlementation locale, la résistance mesurée doit être comprise entre 5 et 25 ohms.

Le « Ingress Protection Rating » est parfois appelé « International Protection Rating », et il est abrégé en « IP Code ». Le système « IP Rating » est publié par « International Electrotechnical Commission » (IEC). Le code IP est représenté par les deux lettres « IP » suivies de deux chiffres ou d’un chiffre et une ou deux lettres, comme par exemple « IP66 ». Le premier chiffre indique le degré de protection, que fournit l’équipement, contre l’intrusion d’objets solides et le deuxième chiffre indique le degré de protection contre l’intrusion d’eau. Si aucune protection n’est fournit pour l’un des composants alors le chiffre est remplacé par la lettre « X ». Le chiffre pour les solides peut prendre une valeur de 0 (aucune protection) à 6 (étanche à la poussière). Le chiffre pour les liquides peut prendre une valeur de 0 (aucune protection) à 8 (immersion supérieure à un mètre) en passant par 1 (gouttes d’eau), 4 (éclaboussures) ou 6 (jets d’eau).

Le « NEMA Enclosure Rating » est publié par « United Sates National Electric Manufacturers Association » (NEMA). Le principe est le même que pour « IP Rating », mais en rajoutant d’autres critères comme la résistance à la corrosion, le vieillissement du joint d’étanchéité et les méthodes de fabrication. Les types de boîtiers NEMA sont définis dans le « NEMA Standard Publication 250-2008 » intitulé « Enclosures for Electrical Equipement (1000 volts maximum) ». Ce document définit le degré de protection contre des solides tels que la saleté, la poussière, la peluche et les fibres, ainsi que les liquides comme l’eau, l’huile et le liquide de refroidissement. La codification NEMA pour les boîtiers comporte un nombre ou un nombre suivi d’une lettre, comme « Type 2 » ou « Type 12K ».

Il existe deux directives ATEX :

  • ATEX 95, se rapportant aux équipement et systèmes de protection pouvant être utilisés dans des atmosphères potentiellement explosibles.
  • ATEX 137, se rapportant au lieu de travail et destiné à protéger et améliorer la sécurité et la santé des travailleurs dans des atmosphères explosibles.

Les organisations dans l’Union Européenne doivent suivre ces directives pour protéger les employés. Les directives ATEX héritent leur nom du titre en français de la directive 94/9/EC « Appareils destinés à être utilisés en ATmosphères EXplosibles ».

Les employeurs doivent classer les espaces, où des atmosphères explosibles existent, en différentes zones par rapport aux environnements de vapeur/gaz/brouillard ou aux environnements de poussière. Ces règles s’appliquent à tous les équipements mécaniques ou électriques et sont classées pour les industries minières et de surface.

Le « National Electrical Code » (NEC) est un standard pour l’installation, en toute sécurité, du câblage et des équipements électriques. Le document lui même n’est pas un document applicable juridiquement, mais il a été adopté par de nombreux états aux US ce qui en fait un document faisant foi. Une bonne partie du document NEC traite des endroits dangereux, en les classant par type, condition et nature. Les types sont définis comme suit :

  • Classe I : gaz ou vapeur
  • Classe II : poussière
  • Classe III : fibres et particules en suspension

Le type est sous-divisé par les conditions des lieux dangereux :

  • Division 1 : conditions normales (par exemple, une journée typique à un qui de chargement)
  • Division 2 : conditions anormales (par exemple, le même qui de chargement mais un conteneur a une fuite)

Une classification finale définit un groupe pour les substances dangereuses, en se basant sur la nature de la substance. Cette valeur est représentée par une lettre majuscule allant de A à G.

Lors de la sélection du câble, il faut garder en tête les points importants suivants :

  • Sélectionner le bon câble avec la bonne impédance pour éviter une désadaptation.
  • S’assurer que le câble supporte la fréquence qui va être utilisée. Les constructeurs indiquent la fréquence la plus basse et la plus haute pouvant être utilisées. Par exemple, LMR est une marque de câble coaxial très connu pour les transmissions RF.
  • Prendre en compte la perte introduite par le câble. Les vendeurs fournissent les informations pour prendre en compte la perte et choisir le câble le plus adapté. Plus le câble est bon, plus il est épais, plus il est difficile de travailler avec et plus il est cher.
  • Tenir compte du fait que l’atténuation augmente avec la fréquence.
  • Se procurer les câbles prédécoupés et préinstallés, de façon à ce que les connecteurs soient correctement installés et n’induisent pas plus de pertes supplémentaires qu’ils ne doivent.
Atténuations du câble coaxial (source L-com)

Atténuations du câble coaxial (source L-com)

De nombreux types de connecteurs sont utilisés pour relier les antennes. Une des raisons est que le document FCC « Report & Order 04-165 » impose que les amplificateurs aient soit des connecteurs uniques, soit des systèmes d’identifications électroniques, pour empêcher l’utilisation d’antennes non-certifiées. Cette exigence a été créée pour empêcher les gens de connecter des antennes de gain supérieur, volontairement ou pas, à un « Transceiver »., ce qui pourrait entrainer un dépassement de l’EIRP autorisé par le FCC ou tout autre organisme de régulation.

En réponse à cette règle, les fabricants vendent des câbles d’adaptation en tire-bouchon ou « Pigtail ». Ces câbles sont, généralement, des petits segments avec différents connecteurs à chaque extrémité. Ils fonctionnent comme des adaptateurs permettant de changer de connecteur et d’utiliser un type différent d’antenne. Les connecteurs RF doivent être à la bonne impédance pour correspondre à celle de l’équipement RF et doivent aussi supporter les bonnes fréquences. Ils engendrent une perte au lien RF et des connecteurs de mauvaise qualité peuvent créer des problèmes de connexion ou de VSWR.

Les « Splitters », connus aussi sous les noms de « Signal Splitters », « RF Splitters », « Power Splitters » ou « Power Dividers », prennent un signal RF et le divisent en au moins deux signaux. Par exemple, pour connecter des antennes sectorielles de 120° à un « Transceiver » pour couvrir 360°, on peut soit mettre un « Transceiver » par antenne, soit utiliser un « Splitter » trois voies connecté à un seul « Transceiver ». Dans ce dernier cas, non seulement le signal est dégradé car il est divisé en trois (on parle de « Through Loss »), mais chaque connecteur va rajouter sa propre perte « on parle de « Insertion Loss »). Un autre exemple d’utilisation peut se rencontrer pour mesurer la puissance transmise entre le « Transceiver » et l’antenne.

Un amplificateur RF prend le signal qui est généré par le « Transceiver », l’augmente, et l’envoie à l’antenne. Alors qu’une antenne apporte un gain en concentrant le signal, un amplificateur apporte un accroissement du gain en ajoutant de l’énergie électrique au signal, ce qu’on appelle un gain actif. Un amplificateur peut être unidirectionnel ou bidirectionnel. L’accroissement de puissance peut être obtenu en utilisant une des deux méthodes suivantes :

  • « Fixed-Gain », la sortie du « Transceiver » est augmentée de la valeur de l’amplificateur.
  • « Fixed-Output », génère un signal équivalent à la sortie de l’amplificateur quelle que soit la puissance générée par le « Transceiver ».

Dans la mesure où les organismes de régulation imposent un maximum de 1 watt au niveau de l’IR (« Intentional Radiator »), le principal objectif de l’amplificateur est de compenser la perte liée au câble plutôt que d’augmenter le signal et la portée. Par conséquent, lors de l’installation d’un amplificateur, il faut le mettre le plus proche possible de l’antenne afin de compenser la perte liée au câble. Il est important de noter qu’un amplificateur augmente aussi le bruit, ce qui peut faire élever son niveau de 10 dB ou plus, et qu’il doit être certifié pour pouvoir être utilisé.

Dans certaines situations, il peut être nécessaire de diminuer la quantité de signal diffusée par l’antenne, en ajoutant un atténuateur de type « Fixed-Loss » ou « Variable-Loss ». Ce sont de petits équipements avec des connecteurs, pour le câble, de chaque côté. Ils absorbent l’énergie et diminuent le signal qui les traverse. Les atténuateurs de type « Variable-Loss » sont souvent utilisés pendant les études de couverture en extérieur, afin de simuler les pertes liées à la qualité des câbles et à leurs longueurs. Ils peuvent également être utilisés pour tester une liaison en augmentant progressivement l’atténuation jusqu’à la rupture, afin de calculer le niveau de « Fade Margin » disponible.

L’objectif d’un parafoudre est de rediriger les courants transitoires, générés par des frappes de foudre proches ou par l’électricité statique ambiante, dans le sol loin des équipements électroniques. On parle de frappes proches, car un parafoudre ne peut pas protéger contre une frappe directe. Le parafoudre ou « Lightning Arrestor » peut protéger typiquement contre une surtension de 5.000 ampères à 50 volts. L’IEEE spécifie que le parafoudre devrait être capable de rediriger le courant transitoire en moins de 8 microsecondes. La majorité savent le faire en moins de 2 microsecondes. Le parafoudre est installé entre le « Transceiver » et l’antenne. Tout équipement installé entre le parafoudre et l’antenne n’est pas protégé, ce qui explique qu’on le positionne le plus proche possible de l’antenne. Une fois qu’il a servi, il doit être révisé ou remplacé.

Parafoudre et mise a la terre

Il est possible d’utiliser la fibre optique entre le pont sans fil et le reste du réseau pour apporter une protection complémentaire contre la foudre.

Lorsque la foudre frappe un objet, elle cherche un passage offrant le moins de résistance, c’est à dire avec l’impédance la plus basse. Une mise à la terre offre un chemin vers le sol avec une impédance moindre, afin de diriger l’éclair vers le sol plutôt que vers les équipements. Une façon de créer ce qu’on appelle un « Common Ground », consiste à enfoncer une tige de cuivre dans le sol et à connecter les équipements à cette tige à l’aide de fils ou de sangles appelées « Grouding Wires ». La tige devrait faire au moins 182 centimètres (6 pieds) et être complètement enfoncée dans le sol en laissant assez de tige pour fixer les mise à la terre dessus.

Méthode de mise à la terre

Pour vendre ses produits dans un pays ou une région, un fabricant doit prouver qu’ils sont conformes aux règles du domaine de régulation concerné, tel que le FCC. Le FCC créé des documents qui spécifient les règles que le fabricant doit suivre. Ce dernier envoie son équipement à tester à l’organisme en charge des tests, et si l’équipement passe les tests avec succès, il se voit attribuer un ID et un « Grant of Certification ». La plupart des gens ne sont pas familiers avec ce processus et ne se rendent pas compte que c’est un système complet qui est envoyé, avec un « Intentional Radiator » (AP), les câbles, les connecteurs et l’antenne ou les antennes utilisées avec le point d’accès. Il n’est donc pas possible de substituer un élément par un autre une fois la certification attribuée. Le FCC peut autoriser le changement d’une antenne si la nouvelle possède un gain équivalent ou inférieur à celle qui avait reçu la certification et si la nouvelle antenne est du même type (même caractéristiques in-band et out-of-band). Si le premier critère est relativement facile à atteindre, le deuxième critère demande une vérification approfondie, voire une nouvelle certification. C’est pour cette raison que la majorité des fabricants ne supportent pas les antennes qui ne sont pas sur leur liste approuvée.

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Connexion et installation d'antenne by Gilbert MOÏSIO is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License, except where otherwise noted.

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