Dans cette ère moderne de Communication sans fil , de nombreux ingénieurs manifestent un intérêt pour se spécialiser dans les domaines de la communication, mais cela nécessite des connaissances de base sur les concepts fondamentaux de la communication tels que les types d'antennes, le rayonnement électromagnétique et divers phénomènes liés à la propagation, etc. Dans le cas des systèmes de communication sans fil, les antennes jouent un rôle important rôle car ils convertissent efficacement les signaux électroniques en ondes électromagnétiques.

Types d'antennes

Les antennes sont des composants de base de tout circuit électrique car ils fournissent des liaisons d'interconnexion entre l'émetteur et l'espace libre ou entre l'espace libre et le récepteur. Avant de discuter des types d'antennes, il y a quelques propriétés qui doivent être comprises. En dehors de ces propriétés, nous couvrons également en détail différents types d'antennes utilisées dans le système de communication.

Propriétés des antennes

Gain de l'antenne
Ouverture
Directivité et bande passante
Polarisation
Longueur effective
Diagramme polaire

Gain de l'antenne: Le paramètre qui mesure le degré de directivité du diagramme radial de l’antenne est appelé gain. Une antenne avec un gain plus élevé est plus efficace dans son diagramme de rayonnement. Les antennes sont conçues de telle sorte que la puissance augmente dans la direction souhaitée et diminue dans les directions indésirables.

G = (puissance rayonnée par une antenne) / (puissance rayonnée par l'antenne de référence)

Ouverture: Cette ouverture est également appelée ouverture effective de l'antenne qui participe activement à l'émission et à la réception des ondes électromagnétiques. La puissance reçue par l'antenne est associée à la zone collective. Cette zone collectée d'une antenne est connue sous le nom d'ouverture effective.

Pr = Pd * A watts
A = pr / pd m2

Directivité et bande passante: La directive d'une antenne est définie comme la mesure du rayonnement de puissance concentré dans une direction particulière. Elle peut être considérée comme la capacité d'une antenne à diriger la puissance rayonnée dans une direction donnée. Il peut également être noté comme le rapport de l'intensité du rayonnement dans une direction donnée à l'intensité moyenne du rayonnement. La bande passante est l'un des paramètres souhaités pour choisir une antenne. Elle peut être définie comme la plage de fréquences sur laquelle une antenne peut correctement émettre de l'énergie et recevoir de l'énergie.

Polarisation: Une onde électromagnétique lancée depuis une antenne peut être polarisée verticalement et horizontalement. Si l'onde est polarisée dans la direction verticale, le vecteur E est vertical et nécessite une antenne verticale. Si le vecteur E est horizontal, il a besoin d'une antenne horizontale pour le lancer. Parfois, la polarisation circulaire est utilisée, c'est une combinaison de voies horizontales et verticales.

Longueur effective: La longueur effective est le paramètre des antennes qui caractérise l'efficacité des antennes à émettre et recevoir des ondes électromagnétiques. La longueur effective peut être définie pour les antennes d'émission et de réception. Le rapport de la force électromagnétique à l'entrée du récepteur à l'intensité du champ électrique produit sur l'antenne est appelé longueur effective des récepteurs. La longueur effective de l'émetteur peut être définie comme la longueur de l'espace libre dans le conducteur, et la distribution du courant sur sa longueur génère la même intensité de champ dans n'importe quelle direction de rayonnement.

Longueur effective = (zone sous distribution de courant non uniforme) / (zone sous distribution de courant uniforme)

Diagramme polaire: La propriété la plus importante d'une antenne est son diagramme de rayonnement ou diagramme polaire. Dans le cas d'une antenne émettrice, il s'agit d'un graphique qui traite de la force du champ de puissance rayonné par l'antenne dans diverses directions angulaires, comme indiqué dans le graphique ci-dessous. Un tracé peut également être obtenu pour les plans verticaux et horizontaux - et il est également appelé respectivement motifs verticaux et horizontaux.

Jusqu'à présent, nous avons couvert les propriétés des antennes, et maintenant nous allons discuter des différents types d'antennes qui sont utilisées pour différentes applications.

Types d'antennes

Antennes périodiques logiques

Antennes nœud papillon
Réseau de dipôles log-périodiques

Antennes filaires

Antenne dipolaire courte
Antenne dipôle
Antenne monopole
Antenne en boucle

Antennes à ondes mobiles

Antennes hélicoïdales
Antennes Yagi-Uda

Antennes micro-ondes

Antennes rectangulaires Micro Strip
Antennes planaires à F inversé

Antennes à réflecteur

Réflecteur d'angle
Réflecteur parabolique

1. Antennes log-périodiques

Antenne logique périodique

Une antenne log-périodique est également appelée réseau périodique log. Il s'agit d'une antenne directionnelle à faisceau étroit multi-éléments qui fonctionne sur une large gamme de fréquences. Cette antenne est constituée d'une série de dipôles placés le long de l'axe de l'antenne à différents intervalles spatiaux de temps suivis d'une fonction logarithmique de fréquence. L'antenne log-périodique est utilisée dans une large gamme d'applications où une bande passante variable est requise avec le gain et la directivité de l'antenne.

Antennes à nœud papillon

Antenne nœud papillon

Une antenne nœud papillon est également connue sous le nom d'antenne biconique ou d'antenne papillon. L'antenne biconique est une antenne large bande omnidirectionnelle. Selon la taille de cette antenne, elle a une réponse en basse fréquence, et agit comme un filtre passe-haut. Lorsque la fréquence atteint des limites plus élevées, loin de la fréquence de conception, le diagramme de rayonnement de l'antenne se déforme et se propage.

La plupart des antennes à nœud papillon sont des dérivés d'antennes biconiques. Le discone est comme un type d'antenne semi-biconique. L'antenne nœud papillon est une antenne plane et donc directionnelle.

Réseau de dipôles log-périodiques

Antenne dipôle périodique logique

Le type d'antenne le plus couramment utilisé technologie de communication sans fil est un réseau de dipôles log-périodique qui comprend fondamentalement un certain nombre d'éléments dipolaires. Ces antennes à réseau dipolaire réduisent en taille de l'extrémité arrière à l'extrémité avant. Le faisceau principal de cette antenne RF provient de la plus petite extrémité avant.

L'élément à l'extrémité arrière du réseau est de grande taille, la demi-longueur d'onde fonctionnant dans une plage de basses fréquences. L'espacement de l'élément est réduit vers l'extrémité avant du réseau dans lequel les plus petits réseaux sont placés. Lors de cette opération, au fur et à mesure que la fréquence varie, une transition douce a lieu le long du réseau des éléments, ce qui conduit à former une région active.

2. Antennes filaires

Antenne filaire

Les antennes filaires sont également connues sous le nom d'antennes linéaires ou courbes. Ces antennes sont très simples, bon marché et sont utilisées dans un large éventail d'applications. Ces antennes sont subdivisées en quatre comme expliqué ci-dessous.

Antenne dipôle

Une antenne dipôle est l'un des alignements d'antenne les plus simples. Cette antenne dipôle se compose de deux tiges métalliques minces avec une différence de tension sinusoïdale entre elles. La longueur des tiges est choisie de manière à ce qu'elles aient un quart de longueur de la longueur d'onde aux fréquences opérationnelles. Ces antennes sont utilisées pour concevoir leurs propres antennes ou d'autres antennes. Ils sont très simples à construire et à utiliser.

Antenne dipôle

L'antenne dipôle se compose de deux tiges métalliques à travers lesquelles circulent le courant et la fréquence. Ce flux de courant et de tension produit une onde électromagnétique et les signaux radio sont rayonnés. L'antenne se compose d'un élément rayonnant qui sépare les tiges et fait passer le courant à travers le centre en utilisant une alimentation à l'émetteur qui prend du récepteur. Les différents types d'antennes dipôles utilisées comme Antennes RF inclure demi-onde, multiple, plié, non résonnant, etc.

Antenne à dipôle court:

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Antenne dipolaire courte

C'est la plus simple de tous les types d'antennes. Cette antenne est un fil en circuit ouvert dans lequel court désigne «par rapport à une longueur d'onde» de sorte que cette antenne donne la priorité à la taille du fil par rapport à la longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement. Il ne tient compte de la taille absolue de l'antenne dipôle. L'antenne dipôle courte est composée de deux conducteurs colinéaires qui sont placés bout à bout, avec un petit espace entre les conducteurs par une alimentation. Un dipôle est considéré comme court si la longueur de l'élément rayonnant est inférieure à un dixième de la longueur d'onde.

L<λ/10

L'antenne dipôle courte est constituée de deux conducteurs colinéaires placés bout à bout, avec un petit espace entre les conducteurs par une alimentation.

L'antenne dipôle courte est rarement satisfaisante du point de vue de l'efficacité car la plus grande partie de la puissance entrant dans cette antenne est dissipée lorsque la chaleur et les pertes résistives deviennent également progressivement élevées.

Antenne monopole

Une antenne unipolaire est la moitié d'une simple antenne dipôle située au-dessus d'un plan mis à la terre, comme illustré dans la figure ci-dessous.

Le diagramme de rayonnement au-dessus du plan mis à la terre sera le même que celui de l'antenne dipôle demi-onde, cependant, la puissance totale rayonnée est la moitié de celle d'un dipôle le champ n'est rayonné que dans la région de l'hémisphère supérieur. La directivité de ces antennes devient double par rapport aux antennes dipôles.

Les antennes monopôles sont également utilisées comme antennes montées sur véhicule car elles fournissent le plan de masse requis pour les antennes montées au-dessus de la terre.

Antenne en boucle

Antenne en boucle

Les antennes en boucle partagent des caractéristiques similaires avec les antennes dipôles et monopôles car elles sont simples et faciles à construire. Les antennes en boucle sont disponibles sous différentes formes telles que circulaire, elliptique, rectangulaire, etc. Les caractéristiques fondamentales de l'antenne en boucle sont indépendantes de sa forme. Ils sont largement utilisés dans les liaisons de communication avec une fréquence d'environ 3 GHz. Ces antennes peuvent également être utilisées comme sondes de champ électromagnétique dans les bandes hyperfréquences.

La circonférence de l'antenne cadre détermine le rendement de l'antenne comme similaire à celui des antennes dipôles et monopôles. Ces antennes sont en outre classées en deux types: électriquement petites et électriquement grandes en fonction de la circonférence de la boucle.

Antenne cadre électriquement petite ———> Circonférence≤λ⁄10

Antenne cadre électriquement grande ———> Circonférence≈λ

Les petites boucles électriques d'un seul tour ont une faible résistance au rayonnement par rapport à leur résistance à la perte. La résistance au rayonnement des petites antennes en boucle peut être améliorée en ajoutant plus de spires. Les boucles multi-tours ont une meilleure résistance aux radiations même si elles sont moins efficaces.

Petite antenne en boucle

Pour cette raison, les petites antennes cadre sont principalement utilisées comme antennes de réception où les pertes ne sont pas obligatoires. Les petites boucles ne sont pas utilisées comme antennes de transmission en raison de leur faible rendement.

Les antennes à boucle résonante sont relativement grandes et sont dirigées par le fonctionnement de la longueur d'onde. Elles sont également connues sous le nom d'antennes à grande boucle car elles sont utilisées à des fréquences plus élevées, telles que VHF et UHF, où leur taille est pratique. Ils peuvent être considérés comme une antenne dipôle pliée et déformés en différentes formes comme sphérique, carrée, etc., et ont des caractéristiques similaires telles qu'une efficacité de rayonnement élevée.

3. Antennes à ondes progressives

Antennes hélicoïdales

Les antennes hélicoïdales sont également appelées antennes hélicoïdales. Ils ont des structures relativement simples avec un, deux fils ou plus, chacun enroulé pour former une hélice, généralement soutenu par un plan de masse ou un réflecteur en forme et entraîné par une alimentation appropriée. La conception la plus courante est un fil unique soutenu par le sol et alimenté par une ligne coaxiale.

En général, les propriétés de rayonnement d'une antenne hélicoïdale sont associées à cette spécification: la taille électrique de la structure, dans laquelle l'impédance d'entrée est plus sensible au pas et à la taille du fil.

Antenne hélicoïdale

Les antennes hélicoïdales ont deux modes de rayonnement prédominants: le mode normal et le mode axial. Le mode axial est utilisé dans une large gamme d'applications. En mode normal, les dimensions de l'hélice sont petites par rapport à sa longueur d'onde. Cette antenne fait office d'antenne dipôle ou monopôle court. En mode axial, les dimensions de l'hélice sont les mêmes par rapport à sa longueur d'onde. Cette antenne fonctionne comme une antenne directionnelle.

Antenne Yagi-Uda

Antenne Yagi-Uda

Une autre antenne qui utilise des éléments passifs est la Antenne Yagi-Uda . Ce type d'antenne est peu coûteux et efficace. Il peut être construit avec un ou plusieurs éléments réflecteurs et un ou plusieurs éléments directeurs. Les antennes Yagi peuvent être fabriquées en utilisant une antenne avec un réflecteur, un élément actif à dipôle plié entraîné et des directeurs, montés pour une polarisation horizontale dans le sens direct.

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4. Antennes micro-ondes

Les antennes fonctionnant à des fréquences micro-ondes sont appelées antennes micro-ondes . Ces antennes sont utilisées dans une large gamme d'applications.

Antennes rectangulaires Micro Strip

Antennes rectangulaires Micro Strip

Pour les applications spatiales ou aéronautiques - basées sur les spécifications telles que la taille, le poids, le coût, les performances, la facilité d'installation, etc. Ces antennes sont connues sous le nom d'antennes microruban rectangulaires ou d'antennes patch, elles ne nécessitent que de l'espace pour la ligne d'alimentation qui est normalement placée derrière le plan de masse. L'inconvénient majeur de l'utilisation de ces antennes est leur bande passante inefficace et très étroite, qui est typiquement d'une fraction de pour cent ou, tout au plus, de quelques pour cent.

Antennes planaires à F inversé

Une antenne planaire à F inversé peut être considérée comme un type d'antenne linéaire à F inversé (IFA) dans laquelle l'élément rayonnant filaire est remplacé par une plaque pour augmenter la bande passante. L'avantage de ces antennes est qu'elles peuvent être cachées dans le boîtier du mobile par rapport à différents types d'antennes comme un fouet, une tige ou des antennes hélicoïdales, etc. L'autre avantage est qu'elles peuvent réduire le rayonnement vers l'arrière vers le haut de l'antenne en absorbant la puissance, ce qui améliore l'efficacité. Ils fournissent un gain élevé dans les états horizontaux et verticaux. Cette fonction est la plus importante pour tout type d'antenne utilisé dans les communications sans fil.

5. Antennes réflectrices

Antenne à réflecteur d'angle

Antenne à réflecteur d'angle

L'antenne qui comprend un ou plusieurs éléments dipôles placés devant un réflecteur d'angle, est appelée antenne à réflecteur d'angle. La directivité de n'importe quelle antenne peut être augmentée en utilisant des réflecteurs. Dans le cas d'une antenne filaire, une feuille conductrice est utilisée derrière l'antenne pour diriger le rayonnement vers l'avant.

Antenne à réflecteur parabolique

La surface rayonnante d'une antenne parabolique a de très grandes dimensions par rapport à sa longueur d'onde. L'optique géométrique, qui dépend des rayons et des fronts d'onde, permet de connaître certaines caractéristiques de ces antennes. Certaines propriétés importantes de ces antennes peuvent être étudiées en utilisant l'optique des rayons, et d'autres antennes en utilisant la théorie des champs électromagnétiques.

Antenne parabolique

L'une des propriétés utiles de cette antenne est la conversion d'un front d'onde sphérique divergent en front d'onde parallèle qui produit un faisceau étroit de l'antenne. Les différents types d'alimentation qui utilisent ce réflecteur parabolique comprennent les alimentations en corne, les alimentations cartésiennes et l'alimentation dipolaire.

Dans cet article, vous avez étudié les différents types d'antennes et leurs applications dans les communications sans fil et l'utilisation des antennes dans la transmission et la réception de données. Pour toute aide concernant cet article, contactez-nous en commentant dans la section commentaire ci-dessous.

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