Quels sont les paramètres de performance électrique des antennes de communication ?

Les paramètres de performance électrique des antennes de communication sont des indicateurs clés permettant d'évaluer la capacité de transmission du signal, l'efficacité de rayonnement et l'adaptation d'impédance. Ils peuvent être généralement classés comme suit :

1. Fréquence de fonctionnement et bande passante de fonctionnement

La bande passante d'une antenne désigne la plage de fréquences pour laquelle toutes les exigences de performance spécifiées sont satisfaites. La fréquence de fonctionnement désigne toutes les fréquences comprises dans la bande passante de l'antenne.

Étant donné que la bande passante de fonctionnement est limitée par de multiples paramètres de performance, la bande passante la plus étroite doit être considérée comme la bande passante effective. Pour les antennes intégrées, les bandes passantes limitées par des facteurs tels que la bande passante du diagramme de rayonnement et la bande passante de polarisation sont généralement plus larges que la bande passante d'impédance. Un critère approximatif couramment utilisé est la plage de fréquences sur laquelle le taux d'ondes stationnaires (TOS) reste inférieur à une limite spécifiée.

2. Taux d'ondes stationnaires (TOS)

Lorsque l'impédance d'entrée de l'antenne ne correspond pas à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission (il y a alors un désaccord d'impédance), une partie de la puissance incidente est réfléchie. Le taux d'ondes stationnaires (TOS) est un paramètre important qui reflète le rapport entre la puissance incidente et la puissance réfléchie.

Le TOS (taux d'ondes stationnaires) est lié à l'impédance d'entrée de l'antenne. Dans certains cas, on utilise plutôt la perte de retour (RL) ou le coefficient de réflexion (Γ) ; ces trois grandeurs décrivent la même caractéristique. Leurs relations sont les suivantes :

Où? :

(P^-) est la puissance réfléchie

(P^+) est la puissance incidente

(Z_L) est l'impédance d'entrée de l'antenne

(Z_0) est l'impédance caractéristique de la ligne de transmission

(U^+) est la tension incidente

(U^-) est la tension réfléchie

3. Relations de conversion logarithmique entre la perte de retour, le TOS et le coefficient de réflexion

La perte de retour, le TOS et le coefficient de réflexion sont différentes représentations des performances d'adaptation d'impédance et peuvent être convertis logarithmiquement à l'aide des formules ci-dessus.

4. Impédance d'entrée

L'impédance d'entrée est l'impédance présente aux bornes d'entrée de l'antenne. Elle doit être adaptée à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission et des connecteurs. Pour les antennes de stations de base de communication mobile, l'impédance d'entrée nominale est généralement de 50 Ω, ce qui signifie que l'impédance caractéristique de la ligne de transmission et des connecteurs doit également être de 50 Ω.

5. Gagner

Le gain d'une antenne résulte de la combinaison de la directivité du rayonnement et du rendement de conversion énergétique. Il est déterminé par deux facteurs principaux : la directivité du rayonnement et le rendement de rayonnement.

Le gain est généralement exprimé en décibels (dB). Les décibels sont une représentation logarithmique d'un rapport :

Par exemple :

L'unité dBi représente le gain par rapport à un radiateur isotrope idéal. Dans certains cas, on utilise le dBd, qui représente le gain par rapport à un dipôle demi-onde. La relation de conversion est la suivante :

Par exemple :

6. Diagramme de rayonnement

Le diagramme de rayonnement est une représentation graphique de la variation de la densité de puissance rayonnée, ou intensité du champ, en fonction de la direction spatiale. Il existe deux types de diagrammes de rayonnement : les diagrammes horizontaux et les diagrammes verticaux.

L'analyse du diagramme de rayonnement permet d'observer de nombreuses caractéristiques d'une antenne, telles que son caractère omnidirectionnel ou directionnel, la largeur du faisceau, l'angle d'inclinaison, le remplissage du zéro et la suppression des lobes secondaires. L'optimisation du diagramme de rayonnement est une étape essentielle de la conception d'une antenne afin d'améliorer ses performances de rayonnement.

Un diagramme de rayonnement 3D illustre la distribution globale du signal dans l'espace et permet d'observer la force du signal dans toutes les directions.

Un diagramme de rayonnement 2D est généralement obtenu en découpant le diagramme 3D le long des plans XY, YZ et XZ, fournissant une évaluation quantitative de la distribution de la force du signal dans ces plans.