L'efficacité d'une antenne est liée à la puissance qu'elle reçoit et à la puissance qu'elle rayonne. Une antenne à haut rendement rayonne la majeure partie de l'énergie qu'elle reçoit. À l'inverse, une antenne peu efficace absorbe la plus grande partie de l'énergie perdue en son sein. Elle peut également présenter une importante réflexion d'énergie due à une inadéquation d'impédance. Il est donc préférable de réduire la puissance rayonnée d'une antenne peu efficace par rapport à une antenne plus performante.
[Note : L’impédance d’antenne est abordée dans un chapitre ultérieur. Le déséquilibre d’impédance correspond à la puissance réfléchie par l’antenne en raison d’une valeur d’impédance incorrecte. C’est pourquoi on parle de déséquilibre d’impédance.]
Le principal type de perte au sein de l'antenne est la perte par conduction. Ces pertes sont dues à la conductivité limitée 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 le rendement de l'antenne et la puissance rayonnée peut s'écrire en fonction de la puissance d'entrée de l'antenne. Ceci est donné par l'équation [1]. On parle également de rendement de rayonnement ou de rendement d'antenne.
[Équation 1]
L'efficacité est un rapport. Ce rapport est toujours une quantité comprise entre 0 et 1. L'efficacité est souvent exprimée en pourcentage. Par exemple, une efficacité de 0,5 correspond à 50 % de la puissance absorbée. L'efficacité d'une antenne est également souvent exprimée en décibels (dB). Une efficacité de 0,1 équivaut à 10 %, soit -10 décibels. Une efficacité de 0,5 équivaut à 50 %, soit -3 décibels.
La première équation est parfois appelée rendement de rayonnement de l'antenne. Cela la distingue d'un autre terme couramment utilisé, l'efficacité totale de l'antenne. L'efficacité totale est le produit du rendement de rayonnement de l'antenne par les pertes dues à l'adaptation d'impédance. Ces pertes surviennent lorsque l'antenne est physiquement connectée à la ligne de transmission ou au récepteur. Elles peuvent être résumées par la formule [2].
[Équation 2]
formule [2]
Les pertes dues à l'adaptation d'impédance sont toujours comprises entre 0 et 1. Par conséquent, le rendement global de l'antenne est toujours inférieur à son rendement de rayonnement. Autrement dit, en l'absence de pertes, le rendement de rayonnement est égal au rendement total de l'antenne dû à l'adaptation 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 parabole, une antenne cornet ou un dipôle demi-onde sans matériau absorbant. Les antennes de téléphones portables ou d'électronique grand public ont généralement un rendement de 20 % à 70 %, soit -7 dB à -1,5 dB. Ce faible rendement est souvent dû aux pertes causées par les composants électroniques et les matériaux environnants, qui absorbent une partie de la puissance rayonnée. L'énergie est convertie en chaleur, et aucun rayonnement n'est émis, ce qui réduit le rendement de l'antenne. Les antennes radio de voiture peuvent fonctionner aux fréquences AM avec un rendement de 0,01 (soit 1 % ou -20 dB). Ce faible rendement est dû à la taille de l'antenne, inférieure à la moitié de la longueur d'onde à la fréquence de fonctionnement. Les liaisons sans fil sont maintenues grâce à la très haute puissance d'émission des tours de radiodiffusion AM.
Les pertes dues à l'adaptation d'impédance sont abordées dans les sections consacrées à l'abaque de Smith et à l'adaptation d'impédance. L'adaptation d'impédance peut considérablement améliorer le rendement de l'antenne.
gain d'antenne
Le gain d'antenne à long terme décrit la puissance transmise dans la direction de rayonnement maximal, par rapport à une source isotrope. Ce gain est généralement indiqué dans la fiche technique de l'antenne. Il est important car il tient compte des pertes réelles.
Une antenne à gain de 3 dB signifie que la puissance reçue est supérieure de 3 dB à celle reçue d'une antenne isotrope sans pertes, avec la même puissance d'entrée. Un gain de 3 dB équivaut à une puissance d'alimentation deux fois supérieure.
Le gain d'une antenne est parfois présenté comme une fonction de sa direction ou de son angle. Cependant, lorsqu'une seule valeur numérique le désigne, il s'agit du gain maximal dans toutes les directions. Le « G » du gain d'une antenne peut être comparé à la directivité « D » des antennes de nouvelle génération.
[Équation 3]
Le gain d'une antenne réelle, qui peut atteindre celui d'une très grande parabole, est de 50 dB. Sa directivité peut descendre jusqu'à 1,76 dB, comme pour 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, en raison des pertes ou des inefficacités. Les antennes électriquement petites sont des antennes relativement petites fonctionnant à la longueur d'onde de leur fréquence de fonctionnement. Ces petites antennes peuvent être très inefficaces. Leur gain est souvent inférieur à -10 dB, même en négligeant l'adaptation d'impédance.
Date de publication : 16 novembre 2023
