L'efficacité d'une antenne est liée à la puissance fournie et à la puissance rayonnée. Une antenne très efficace rayonne la majeure partie de l'énergie qui lui est fournie. Une antenne inefficace absorbe la majeure partie de la puissance perdue. Une antenne inefficace peut également réfléchir beaucoup d'énergie en raison d'une désadaptation d'impédance. Réduisez la puissance rayonnée d'une antenne inefficace par rapport à une antenne plus efficace.
[Note : L'impédance de l'antenne est abordée dans un chapitre ultérieur. La désadaptation d'impédance est la puissance réfléchie par l'antenne, car l'impédance est incorrecte. On parle alors de désadaptation d'impédance.]
La perte au sein de l'antenne est la perte par conduction. Les pertes par conduction sont dues à la conductivité finie de l'antenne. Un autre mécanisme de perte est la perte diélectrique. Les pertes diélectriques dans l'antenne sont dues à la conduction dans le matériau diélectrique. Un matériau isolant peut être présent à l'intérieur ou autour de l'antenne.
Le rapport entre l'efficacité de l'antenne et la puissance rayonnée peut être exprimé par la puissance d'entrée de l'antenne. Il s'agit de l'équation [1]. On parle également d'efficacité de rayonnement.
[Équation 1]
L'efficacité est un rapport. Ce rapport est toujours compris entre 0 et 1. L'efficacité est souvent exprimée en pourcentage. Par exemple, une efficacité de 0,5 est équivalente jusqu'à 50 %. L'efficacité d'une antenne est également souvent exprimée en décibels (dB). Une efficacité de 0,1 équivaut à 10 %, ce qui équivaut à -10 décibels (-10 décibels). Une efficacité de 0,5 équivaut à 50 %, ce qui équivaut à -3 décibels (dB).
La première équation est parfois appelée « efficacité de rayonnement de l'antenne ». Cela la distingue d'un autre terme couramment utilisé, l'efficacité totale de l'antenne. Efficacité effective totale : Efficacité de rayonnement de l'antenne multipliée par la perte par désadaptation d'impédance de l'antenne. Les pertes par désadaptation d'impédance se produisent lorsque l'antenne est physiquement connectée à la ligne de transmission ou au récepteur. Ceci peut être résumé par la formule [2].
[Équation 2]
formule [2]
La perte due à la désadaptation d'impédance est toujours comprise entre 0 et 1. Par conséquent, l'efficacité globale de l'antenne est toujours inférieure à l'efficacité de rayonnement. En résumé, en l'absence de pertes, l'efficacité de rayonnement est égale à l'efficacité totale de l'antenne due à la désadaptation d'impédance.
L'amélioration du rendement est l'un des paramètres les plus importants d'une antenne. Il peut être très proche de 100 % avec une antenne parabolique, une antenne cornet ou un dipôle demi-longueur d'onde sans aucun matériau à pertes autour. Les antennes de téléphonie mobile ou d'électronique grand public ont généralement un rendement de 20 à 70 %, soit l'équivalent de -7 dB à -1,5 dB (-7, -1,5 dB). Ce rendement est souvent dû à la perte de composants électroniques et de matériaux entourant l'antenne. Ceux-ci ont tendance à absorber une partie de la puissance rayonnée. L'énergie est convertie en énergie thermique et il n'y a pas de rayonnement, ce qui réduit le rendement de l'antenne. Les antennes d'autoradio peuvent fonctionner aux fréquences radio AM avec un rendement de 0,01 [soit 1 % ou -20 dB]. Ce manque de rendement est dû au fait que l'antenne est plus petite qu'une demi-longueur d'onde à la fréquence de fonctionnement, ce qui réduit considérablement son rendement. Les liaisons sans fil sont maintenues car les tours de diffusion AM utilisent une puissance d'émission très élevée.
Les pertes par désadaptation d'impédance sont abordées dans les sections « Abaque de Smith » et « Adaptation d'impédance ». L'adaptation d'impédance peut améliorer considérablement l'efficacité de l'antenne.
Gain d'antenne
Le gain d'antenne à long terme décrit la puissance transmise dans la direction du rayonnement maximal, par rapport à une source isotrope. Le gain d'antenne est généralement indiqué dans la fiche technique d'une antenne. Il est important car il prend en compte les pertes réelles.
Une antenne avec un gain de 3 dB signifie que la puissance reçue de l'antenne est 3 dB bien supérieure à celle qu'elle recevrait d'une antenne isotrope sans perte avec la même puissance d'entrée. 3 dB équivaut à deux fois l'alimentation électrique.
Le gain d'antenne est parfois décrit comme une fonction de la direction ou de l'angle. Cependant, lorsqu'un seul nombre spécifie le gain, il s'agit du gain maximal pour toutes les directions. Le « G » du gain d'antenne peut être comparé à la directivité du « D » du type futuriste.
[Équation 3]
Le gain d'une antenne réelle, qui peut atteindre celui d'une très grande parabole, est de 50 dB. La directivité peut être aussi faible que 1,76 dB, comme celle d'une antenne réelle (par exemple, une antenne dipôle courte). La directivité ne peut jamais être inférieure à 0 dB. Cependant, le gain maximal de l'antenne peut être arbitrairement faible. Cela est dû à des pertes ou à des inefficacités. Les antennes électriquement petites sont des antennes relativement petites qui fonctionnent à la longueur d'onde de la fréquence à laquelle l'antenne fonctionne. Les petites antennes peuvent être très inefficaces. Le gain d'antenne est souvent inférieur à -10 dB, même sans tenir compte de la désadaptation d'impédance.
Date de publication : 16 novembre 2023
