Calcul du gain et du faisceau d’antenne

Le gain d’antenne est un paramètre qui mesure le degré de directivité du diagramme de rayonnement de l’antenne. Une antenne à gain élevé rayonnera préférentiellement dans une direction particulière. Le gain d’une antenne est un phénomène passif, la puissance n’est pas ajoutée par l’antenne, mais simplement redistribuée pour fournir plus de puissance rayonnée dans une certaine direction que celle qui serait transmise par une antenne isotrope. Le gain est mesuré en dBi et dBd :

  • dBi : gain par rapport à l’antenne isotrope ;
  • dBd : gain par rapport à l’antenne dipôle.

En pratique, on prend comme référence le dipôle demi-onde à la place du radiateur isotrope. Le gain est alors donné en dBd (décibels par rapport au dipôle) :

  • dBi= dBd + 2.15

Un concepteur d’antennes doit tenir compte de l’application pour l’antenne lors de la détermination du gain. Les antennes à haut gain présentent l’avantage d’une plus grande portée et d’une meilleure qualité de signal, mais doivent être orientées avec soin dans une direction particulière. Les antennes à faible gain ont une portée plus courte, mais l’orientation de l’antenne est relativement peu importante.

 

Gain de l’antenne et disposition du dipôle

Pour concentrer la puissance rayonnant dans la zone autour de l’horizon, des dipôles demi-onde sont disposés verticalement et combinés en phase A à chaque doublement du nombre de dipôles. La largeur du faisceau de demi-puissance diminue environ de moitié. Le gain augmente de 3 dB dans la direction principale. Au plan horizontal également, un faisceau peut être créé avec chaque division par deux de la largeur du faisceau, le gain est augmenté de 3 dB. Le gain résultant d’une antenne est la somme du gain vertical et du gain horizontal.

 

Calcul du gain et de la largeur du faisceau d’une antenne

Voici la démarche à suivre pour calculer le gain de l’antenne. L’antenne verticale compte huit dipôles qui contribuent à hauteur de 9 dB. 3 dB dû au plan arrière de l’antenne et encore 3 dB à une colonne supplémentaire de huit dipôles dans le plan horizontal. Gain de 9 dB dû à 8 dipôles dans la direction verticale. Gain de 3 dB dû au plan arrière Gain de 3 dB dû à l’ajout d’une colonne supplémentaire de huit dipôles dans le plan horizontal : 

  • gain total =9 +3 +3 = 15 dB en référence à l’antenne dipôle

Maintenant, si nous voulons le convertir en référence à l’antenne isotrope, alors nous devons ajouter 2,15 dB dans le gain du dipôle. Le gain de l’antenne en dBi = 15 +2.15dB =17.15 dB. De la même manière, nous pouvons trouver la largeur du faisceau de l’antenne. Un dipôle a un faisceau de 78 degrés dans le plan vertical et en doublant le dipôle, on rend la largeur du faisceau moitié moindre. Pour deux dipôles dans la verticale, faire la largeur du faisceau vertical à 32 degrés. En outre, pour huit dipôles, faire la largeur du faisceau vertical à 7 degrés. Une partie de la puissance du faisceau est gaspillée dans le lobe mineur lors de la conception de l’antenne. Même chose pour la largeur du faisceau horizontal. La spécification d’une telle antenne devient ce qui suit :

  • largeur du faisceau horizontal = 90 degrés Largeur du faisceau vertical = 7 degrés ;
  • gain de l’antenne = 17.15 dBi.