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Comment choisir une antenne ?

Lorsque vous concevez votre système de communication, le choix le plus important est celui de la radio que vous choisissez. Mais il est suivi de près par les antennes que vous utilisez avec elle.

Nous pourrions vous fournir les meilleures radios du monde pour votre système (ce que nous pensons faire), mais sans l’utilisation d’antennes adaptées à votre application, l’ensemble du système pourrait échouer ou vous donner des résultats bien pires que ceux auxquels vous vous attendez.

Malheureusement, il n’y a pas de réponse simple à la question « quelle est la meilleure antenne à utiliser avec la Smart Radio ». En effet, la réponse est « cela dépend de ce que vous essayez de faire ».

Ce guide rapide a pour but de vous informer sur les différentes décisions que vous aurez probablement à prendre lors du choix d’une antenne. Si vous souhaitez faire des tests de base en intérieur, nous vous recommandons d’utiliser nos kits d’évaluation pour plus de simplicité.

Si vous souhaitez obtenir des recommandations sur les antennes à utiliser pour votre application, veuillez nous contacter et nous donner quelques détails sur votre projet. Nous ferons de notre mieux pour vous orienter dans la bonne direction.

Les sections ci-dessous décrivent les principales décisions que vous devrez prendre lors du choix d’une antenne.

Fréquence et bande passante

Le plus souvent, nos clients connaissent déjà la bande de fréquences à laquelle ils ont accès car ils ont dû la choisir avant de sélectionner la radio intelligente qu’ils utiliseront. L’application, la géographie et l’utilisateur final influencent la décision sur les fréquences à poursuivre. Le tableau ci-dessous énumère quelques-unes des Smart Radios et leurs gammes de fréquences. L’index des modèles contient une liste complète.

Certaines antennes sont capables de couvrir plusieurs bandes de fréquences ; elles peuvent avoir une large bande passante globale et auront des bandes centrales plus petites. Par exemple, vous pouvez avoir une antenne qui couvre de 698 MHz à 3 GHz et qui a six bandes dans cette gamme pour lesquelles elle est conçue.

La contrepartie, bien sûr, est que la performance peut ne pas être la meilleure pour une fréquence donnée, mais elle offre une variété de fréquences utilisables dans un seul paquet. Notre recommandation, surtout pour votre conception finale, est d’utiliser une antenne qui cible uniquement les fréquences auxquelles vous allez fonctionner.

Il faut garder à l’esprit, surtout pour les clients ayant des contraintes de taille et de poids, que la fréquence de fonctionnement a un impact significatif sur la taille de l’antenne. Les fréquences plus élevées ont des longueurs d’onde plus petites, et donc la taille de l’antenne sera généralement plus petite que celle des antennes de fréquences plus basses.

Polarisation

La Smart Radio est un système radio MIMO qui peut exploiter plusieurs types de schémas de polarisation d’antenne pour améliorer la diversité, qui est l’une des principales méthodes pour fournir une connectivité robuste dans des environnements difficiles.

Toutes les antennes ont une direction de polarisation, qui est la direction d’oscillation du rayonnement lorsqu’il quitte l’antenne.

Polarisation linéaire et circulaire

La polarisation linéaire se produit en ligne droite et, selon la direction vers laquelle l’antenne est dirigée, elle sera verticale, horizontale ou un angle intermédiaire. L’onde électrique du signal de l’antenne oscille de haut en bas le long de l’axe de cette ligne droite.

Le rayonnement à polarisation circulaire tourne lorsqu’il quitte l’antenne (comme un tire-bouchon) au lieu de se déplacer sur un seul plan. La polarisation circulaire peut tourner dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse. Les antennes à polarisation circulaire sont souvent mieux adaptées au fonctionnement dans des conditions météorologiques défavorables, car elles peuvent plus facilement traverser la pluie et d’autres perturbations atmosphériques que les antennes à polarisation linéaire. Les antennes à polarisation circulaire sont également utiles dans les scénarios de déplacement rapide, comme les drones, où l’orientation des antennes change constamment.

Le choix de la polarisation de l’antenne est important car les antennes d’émission et de réception doivent être du même type de polarisation. Si une antenne à polarisation verticale est utilisée avec une antenne à polarisation circulaire, il y aura une perte de gain, ce qui réduira la distance de communication et aura un impact sur la qualité de la transmission des vidéos ou des données.

Polarisation croisée pour la diversité

Isoler chaque flux de données dans une radio MIMO permet d’augmenter la diversité et d’améliorer la qualité de transmission. Pour ce faire, on peut utiliser des polarisations opposées dans chaque ensemble d’antennes de la radio.

Par exemple, une radio intelligente peut être configurée pour utiliser deux antennes à polarisation linéaire qui ont une polarisation orthogonale de 90 degrés entre elles. Du côté de la réception, les antennes peuvent être configurées pour correspondre au même positionnement à 90 degrés afin de recevoir le signal sans problème. La polarisation croisée permet de fournir une fiabilité supplémentaire lorsque l’orientation des antennes est dynamique, comme dans les drones et les robots terrestres.

Gain et Directivité

Le gain de l’antenne peut être considéré comme une « poussée » du signal provenant de la radio. Un gain plus élevé entraîne une meilleure qualité du signal, un débit de données plus élevé et une plus grande portée. En tant que tel, il faut viser le gain le plus élevé possible qui fournit la couverture directionnelle nécessaire et qui est autorisé par les réglementations locales sur la PIRE.

Le gain est souvent mesuré en dBi. Par exemple, 10 dBi signifie 10 fois plus d’énergie par rapport à une antenne isotrope, qui rayonne la puissance uniformément dans toutes les directions.

Dans une antenne passive, le gain est obtenu en dirigeant le rayonnement de l’antenne dans une certaine direction (et non pas de manière uniforme dans toutes les directions comme dans le cas d’une antenne isotrope). Cela augmente la force de la « poussée » au détriment du rayonnement dans toutes les directions. Plus le gain est élevé, plus l’antenne est grande.

Les clients de la robotique mobile et des drones doivent tenir compte de la hauteur à laquelle leurs véhicules se déplaceront et rechercher une antenne qui maximise le gain horizontal tout en assurant la couverture spatiale requise.

Les concepteurs de systèmes de drones utilisent souvent des antennes omni à faible gain (par exemple, 3 dBi) qui sont dirigées vers le bas pour réduire le poids de l’engin. Au sol, on utilisera une antenne omnidirectionnelle ou une antenne de poursuite à gain plus élevé pointant vers le haut.

Facteurs de forme

Deux types d’antennes sont discutés ci-dessous : omnidirectionnelle et directionnelle. Le choix du facteur de forme est principalement déterminé par la directivité discutée ci-dessus.

Antennes omnidirectionnelles

Les antennes omnidirectionnelles sont conçues pour rayonner également dans toutes les directions sur un seul plan. Cette catégorie d’antennes est polyvalente et convient à de nombreuses applications où les nœuds sont mobiles et où les mouvements sont aléatoires. L’antenne noire en forme de canard en caoutchouc que vous voyez probablement à l’arrière de votre routeur domestique est une antenne omnidirectionnelle.

Antennes directionnelles

Comme son nom l’indique, une antenne directionnelle est conçue pour concentrer son rayonnement dans une certaine direction. Cela permet d’augmenter le gain et de minimiser les interférences provenant d’autres directions. Les antennes sectorielles, par exemple, concentrent leur couverture jusqu’à 180°.

Les antennes à longue portée sont une sous-classe des antennes directionnelles, dont la conception et la construction sont principalement destinées aux connexions point à point à longue distance. Les angles de couverture sont généralement compris entre 12° et 25°, de sorte que l’antenne doit être pointée assez précisément vers l’autre antenne. Si une liaison très longue est nécessaire pour un drone, une antenne parabolique peut être utilisée avec une technologie de suivi pour s’assurer qu’elle est constamment pointée vers l’engin volant.