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Antenne
dimanche 15 avril 2007, par gerla
Onde, antenne Yagi, câble, mesureur de champ

Les ondes radio (ondes électromagnétiques) sont encore appelées ondes hertziennes. Elles sont contenues dans une bande de fréquences allant d’environ 100 kHz à 300 GHz correspondant à des longueurs d’onde comprises entre quelques kilomètres et le millimètre. Les applications initialement développées dans les différentes bandes sont en pleine mutation. En particulier, les bandes laissées libres par la télévision et sa mibration vers la TNT (UHF) peuvent être réaffectées à la diffusion radio numérique (en France, la diffusion des nouveaux services de diffusion radionumérique s’effectura prochainement en norme T-DMB / Terrestrial Digital Multimedia Broadcast en VHF, bande III et en bande L) ou temporairement affectées à des réseaux informatiques (CWRAN, cognitive wireless regional access network, norme IEEE 802.22).

Pour ce qui est de la radiodiffusion numérique, le standard DAB / DAB+ (Digital Audio Broadcast) ne sera pas exploité en France alors qu’il est déjà largement implanté dans d’autres pays d’Europe. Le T-DMB devrait être déployé d’ici fin 2008. Chaque multiplex émis devrait comporter 9 programmes radio.

Outre les réseaux sans fils (WiFi, Bluetooth, Zigbee, ...), les techniques de radiodiffusion (radio et télévision), le téléphone cellulaire (GSM, UMTS...), les transmissions militaires et civiles (Industrial Scientific Medical-ISM-, bande libre de licence), se partagent les différentes bandes de fréquences. Des applications très localisées (identification radiofréquence -RFID, RuBee-, téléphone fixe sans fil DECT-Digital Enhanced Cordless Télécommunications, ...) utilisent aussi des ondes radio.

Gain et directivité de l’antenne

Le rendement de l’antenne doit être maximum de façon à transmettre (émission) ou recevoir (réception) un maximum d’énergie. Pour cela, l’antenne est dimensionnée de façon à entrer en résonance (établissement d’une onde stationnaire) avec la longueur d’onde correspondant à la fréquence de la porteuse à l’origine du courant HF qui lui est appliqué (émission) ou avec la longueur d’onde correspondant à la fréquence du champ électromagnétique à recevoir. On utilise le plus souvent des antennes quart d’onde (l/4, avec un plan miroir), des antennes demi-onde (λ/2) ou d’une longueur correspondant à un nombre entier de demi-longueur d’onde (n.λ/2), λ étant la longueur d’onde du signal à recevoir ou à émettre.

Afin d’aller plus loin dans l’évaluation des performances d’une antenne Yagi (de grâce, épargnez-moi l’antenne râteau !!!), il est nécessaire de définir une antenne de référence dont les caractéristiques sont définies selon un modèle mathématique. Dans ce contexte, l’antenne isotrope est une antenne omnidirectionnelle parfaite.

Intuitivement, le gain exprime la sensibilité d’une antenne (en réception) et peut être considéré comme la capacité à fournir plus ou moins de puissance quand l’antenne est placée dans un champ électromagnétique. Le gain d’une antenne est le rapport entre la puissance qu’il faudrait fournir à une antenne isotrope et celle qu’il suffit de fournir à l’antenne considérée pour produire la même intensité de rayonnement (même champ électromagnétique rayonné) dans une direction donnée. Le gain permet de déterminer la densité de puissance à l’émission et la sensibilité de l’antenne à la réception. Quand il est évalué par rapport à une antenne isotrope, le gain est exprimé en dBi (gain absolu ou gain isotrope).

L’antenne isotrope est un modèle théorique, le doublet demi-onde est utilisé comme élément de référence pour déterminer pratiquement le gain. Le gain d’une antenne par rapport au doublet demi-onde (ou dipôle demi-onde) est un gain relatif. Le calcul montre que le dipôle demi-onde apporte un gain de 1,75 dBi par rapport à l’antenne isotrope. Quand il est évalué par rapport au doublet demi-onde, le gain relatif est exprimé en dB (décibel).

De façon générale, le gain varie en fonction de la direction considérée par rapport à l’antenne. Une représentation en volume est nécessaire pour représenter le gain de l’antenne dans chaque direction de l’espace environnant. Cette représentation est complexe et inutile en pratique puisque l’onde à capter (ou à émettre) est toujours considérée par rapport au plan principal de l’antenne.

Diagramme de directivité - 53.1 ko
Diagramme de directivité

Une représentation en coupe du diagramme de rayonnement qui correspond au plan principal de l’antenne donne le diagramme de directivité.

Les antennes habituellement déployées pour la TNT sont des antennes à large bande (couverture des bandes IV et V, UHF). Le gain reste déterminant dans le choix d’une telle antenne mais la directivité passe au second plan car la transmission des multiplex numériques n’est pas dégradé par l’écho.

Voir le diaporama de présentation des caractéristiques de base de l’antenne Yagi, de son principe de fonctionnement, des éléments associés. Présentation du mesureur de champ analogique. Attention, une petite erreur s’est glissée dans l’unité définissant le gain de l’antenne. Chercher l’erreur et donner votre réponse à l’auteur.

Des développements et compléments sont disponibles dans les ouvrages (Techniques audiovisuelles et multimédias, ...) et dans le Cours de télévision (3ème édition) publiés chez Dunod.

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