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Vitesse

28 Type d’antenne

Il existe trois catégories principales d’antennes :

  • Omnidirectionnelles, qui propagent le signal RF de la même façon qu’une lampe de table propage la lumière. Elles sont conçues pour offrir une couverture dans toutes les directions.
  • Semi-directionnelles, qui propagent le signal RF de la même façon qu’une lampe murale propage la lumière vers la pièce ou qu’un lampadaire propage la lumière vers la rue. Elles sont conçues pour fournir un signal directionnel vers une grande surface.
  • Directionnelles, qui propagent le signal RF de la même façon qu’un projecteur focalise la lumière sur un objet.

De la même façon qu’une antenne amplifie le signal qui est transmis, elle amplifie également le signal reçu. Les microphones à haut-gain fonctionnent de la même façon. L’antenne la plus proche du modèle théorique isotropique est l’antenne omnidirectionnelle.

Outre la largeur de faisceau et le gain, les antennes omnidirectionnelles, dont la plus classique est la « Rubber Duck Antenna », ont d’autres caractéristiques à prendre en considération :

  • La gamme de fréquences
  • Le Rapport d’Ondes Stationnaires ou « Voltage Standing Ware Ratio » (VSWR)
  • La polarisation
  • La longueur du câble de liaison
  • Les dimensions
  • Les exigences de montage

Les antennes omnidirectionnelles sont plus efficaces quand la longueur d’un élément est une fraction paire (\frac{1}{4}ou \frac{1}{2}) ou un multiple de la longueur d’onde (λ). Une antenne dipôle demi-onde en 2,4 GHz est composée de deux éléments d’un quart d’onde chacun (environ 2,5 cm) positionnés à l’opposé l’un de l’autre. Pour augmenter le gain d’une antenne omnidirectionnelle, plusieurs antennes dipôles sont empilées l’une sur l’autre pour former une « Collinear Antenna ».

Demi onde

Les antennes omnidirectionnelles peuvent être utilisées dans les configurations point-à-multipoint en les positionnant au centre de l’architecture.

Les antennes semi-directionnelles sont conçues pour diriger le signal dans une direction donnée. Elles sont utilisées pour les communications à courtes et moyennes distances, les antennes hautement directionnelles servant aux communications longues distances. Il est courant d’utiliser les antennes semi-directionnelles pour effectuer un pont entre deux bâtiments sur un campus ou éloignés d’une rue. Il existe plusieurs modèles classiques d’antennes semi-directionnelles :

  • « Patch »
  • « Panel »
  • « Yagi »

Les antennes « Patch / Panel » sont le plus souvent classifiés dans les « Planar Antennas ». Le mot « Patch » fait référence à la façon de construire les éléments rayonnants à l’intérieur de l’antenne. Malheureusement, il est devenu fréquent d’utiliser les mots « Patch » et « Panel » de façon interchangeable. En cas de doute, il est préférable d’utiliser le terme « Planar Antennas ». Bien que ces antennes peuvent être utilisées pour des communications extérieures en point-à-point sur une distance de 1,6 km (1 mile), il est plus commun de les utiliser pour fournir une couverture directionnelle vers des clients en intérieur, comme pour alimenter un couloir, ainsi que les différentes pièces au bord. Avant l’arrivée du MIMO, les antennes « Patch / Panel » étaient utilisées pour réduire les effets néfastes du « Multipath » des radios 802.11a/b/g, ce qui n’est plus le cas aujourd’hui. Avec la technologie MIMO 802.11n et 802.11ac, les antennes « Patch / Panel » sont toujours utilisées mais pour les environnements haute densité, c’est à dire des petits espaces dans lesquels de nombreux clients Wi-Fi sont regroupés et dans lesquels on effectue une couverture par secteurs.

Les antennes « Yagi-Uda », appelées le plus souvent seulement « Yagi », sont typiquement utilisées pour les communications point-à-point sur des distances de 3,2 km (2 miles), bien que des antennes « Yagi » à haut gain peuvent être utilisées sur des distances plus grandes.

Les antennes semi-directionnelles peuvent être installées en hauteur sur un mur et tournées vers la zone à couvrir. C’est impossible à faire avec une antenne omnidirectionnelle sans avoir le signal qui pointe vers le haut de l’autre côté.

Les antennes hautement directionnelles, ou simplement appelées directionnelles, ont généralement une forme parabolique avec un réflecteur en dur ou en grille. Elles sont utilisées pour les communications longue distance point-à-point entre deux bâtiments. Il en existe de deux types :

  • « Parabolic Dish », qui ressemble à une petite antenne satellite pour la TV numérique que l’on voit sur les toits des maisons.
  • « Grid », qui ressemble à une grille de barbecue avec les bords légèrement incurvés. L’espacement des éléments de la grille est déterminé par la longueur d’onde des fréquences pour lesquelles l’antenne a été conçue.

Du fait de leur utilisation sur de longues distances et de l’étroitesse de leur faisceau, elles sont sensibles au vent. Dans les environnements sujets au vent violent, les modèles « Grid » sont plus favorables du fait de leur faible portée au vent. Il est possible aussi de choisir une antenne avec un plus large faisceau, mais ce qui entraine obligatoirement un gain moindre. En cas d’utilisation d’un modèle « Parabolic Dish », il est recommandé de mettre en place une protection appelée « Radome », pour éviter certains effets du vent. Quel que soit le type d’antenne choisi, un montage adapté sur un mât sera la meilleure façon de se protéger du vent.

Les antennes sectorielles appelées « Sector » sont un type spécial d’antenne semi-directionnelle à haut gain qui fournissent une couverture en forme de part de tarte. Elles sont généralement placées au centre de la zone à couvrir dos à dos avec une autre antenne sectorielle. Chaque antenne s’occupe de sa propre zone à couvrir et lorsqu’on combine plusieurs antenne sectorielles pour couvrir 360°, on parle de « Sectorized Array ». Contrairement aux autres antennes semi-directionnelles, une antenne sectorielle ne génère que peu de signal RF derrière l’antenne (« Back Lobe »), et n’interfère donc pas avec les autres antennes sectorielles. Elles ont typiquement un gain d’au moins 10 dBi.

Utiliser plusieurs antennes sectorielles pour fournir une couverture omnidirectionnelle comporte plusieurs avantages :

  • Elles peuvent être montées en hauteur et tournées vers le bas en leur donnant l’orientation voulue.
  • Comme chaque antenne couvre un secteur différent, elles peuvent être montées sur des « Transceivers » différents pour transmettre et recevoir de façon indépendante.
  • Le gain est supérieur à une antenne omnidirectionnelle.

Historiquement, les antennes sectorielles étaient utilisées pour les communications téléphoniques cellulaires, mais avec l’expansion des stadiums et des sites extérieurs leurs utilisation s’est intensifiée.

Un « Antenna Arrays » est un groupe d’au moins deux antennes intégrées ensemble pour fournir la couverture. Elles fonctionnent ensemble pour réaliser ce qui s’appelle le « Beamforming », qui est une méthode pour concentrer l’énergie RF. Il existe trois type de « Beamforming » :

  • « Static Beamforming », réalisé en utilisant des antennes directionnelles pour fournir un diagramme de rayonnement fixe. Ce terme est utilisé occasionnellement pour faire référence à un « Indoor Sectorized Array ». Chaque secteur du « Beam » se voit affecter un canal non-recouvrant. Si on utilise 8 antennes pour couvrir 360°, en divisant 360 par 8, on constate que chaque antenne dit avoir un faisceau d’au moins 45° de large pour couvrir les 360°. Les antennes « Indoor Sectorized Array » sont disponibles avec jusqu’à 16 antennes unidirectionnelles qui fournissent une couverture haute densité de 360°.
  • « Dynamic Beamforming », avec une énergie focalisée dans une direction précise et avec une forme particulière pouvant changer. Il est possible de fournir la puissance et le signal optimal pour chaque station. Le « Dynamic Beamforming » utilise un « Adaptative Antenna Array » qui manœuvre le faisceau dans la direction du récepteur ciblé. Cette technologie est souvent appelée « Smart Antenna Technology » ou « Beamsteering ». Cette technologie n’est pas disponible côté client. Les trames de broadcast, comme les beacons, sont transmises en utilisant un patron omnidirectionnel de façon à communiquer avec toutes les stations dans toutes les directions.
  • « Transmit Beamforming » (TxBF), réalisé en transmettant plusieurs signaux, dont les phases ont été décalées, avec l’intention et en espérant qu’ils arrivent en phase à l’endroit où l’émetteur estime que le récepteur se situe. Le TxBF ne change pas le patron d’antenne et il n’existe pas de patron directionnel. « Transmit Beamforming » n’est pas vraiment une technologie d’antenne, c’est une technologie de traitement du signal sur l’équipement émetteur, qui duplique le signal transmis sur une ou plusieurs antennes pour optimiser le signal combiné sur l’équipement récepteur. Mais contrôler soigneusement la phase du signal transmis depuis plusieurs antennes a pour effet d’accroitre le gain, en émulant une antenne directionnelle de de plus haut gain. L’amendement 802.11n définit deux types de « Transmit Beamforming » : « Implicit TxBF » et « Explicit TxBF ». « Implicit TxBF » utilise un processus implicite de sondage de canal pour optimiser les différences de phase entre les chaines de transmissions. « Explicit TxBF » nécessite un feedback des stations pour déterminer la quantité de décalage de phase requise pour chaque signal. L’amendement 802.11ac définit « Explicit TxBF », nécessitant l’utilisation de trames de mesure de canal et le support du « Beamforming » sur l’émetteur et le récepteur.

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Type 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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