La directivité est un paramètre fondamental d'une antenne. Elle mesure le diagramme de rayonnement d'une antenne directionnelle. Une antenne rayonnant uniformément dans toutes les directions aura une directivité égale à 1 (soit 0 décibel -0 dB).
La fonction des coordonnées sphériques peut être écrite sous la forme d'un diagramme de rayonnement normalisé :
[Équation 1]
Un diagramme de rayonnement normalisé a la même forme que le diagramme de rayonnement d'origine. On réduit la magnitude du diagramme de rayonnement normalisé de sorte que sa valeur maximale soit égale à 1. (La plus grande valeur est l'équation [1] de « F »). Mathématiquement, la formule de directivité (type « D ») s'écrit :
Cette équation directionnelle peut paraître complexe. Pourtant, les diagrammes de rayonnement des molécules sont d'une grande utilité. Le dénominateur représente la puissance moyenne rayonnée dans toutes les directions. L'équation est alors une mesure de la puissance rayonnée maximale divisée par la moyenne. Cela donne la directivité de l'antenne.
Paradigme directionnel
À titre d’exemple, considérons les deux équations suivantes pour le diagramme de rayonnement de deux antennes.
Antenne 1
Antenne 2
Ces diagrammes de rayonnement sont représentés sur la figure 1. Notez que le mode de rayonnement dépend uniquement de l'angle polaire thêta(θ). Le diagramme de rayonnement n'est pas fonction de l'azimut (le diagramme de rayonnement azimutal reste inchangé). Le diagramme de rayonnement de la première antenne est moins directionnel que celui de la seconde. Par conséquent, nous nous attendons à ce que la directivité soit plus faible pour la première antenne.
Figure 1. Diagramme de rayonnement d'une antenne. A une directivité élevée ?
En utilisant la formule [1], nous pouvons calculer que l'antenne a une directivité plus élevée. Pour vérifier votre compréhension, examinez la figure 1 et la définition de la directivité. Déterminez ensuite quelle antenne a une directivité plus élevée sans recourir aux mathématiques.
Résultats du calcul directionnel, utilisez la formule [1] :
Calcul de l'antenne directionnelle 1, 1,273 (1,05 dB).
Calcul de l'antenne directionnelle 2, 2,707 (4,32 dB).
Une directivité accrue implique une antenne plus focalisée ou directionnelle. Ainsi, une antenne à deux récepteurs a une puissance directionnelle de crête 2,707 fois supérieure à celle d'une antenne omnidirectionnelle. L'antenne 1 recevra 1,273 fois la puissance d'une antenne omnidirectionnelle. Les antennes omnidirectionnelles sont utilisées comme référence commune, même en l'absence d'antennes isotropes.
Les antennes de téléphonie mobile doivent avoir une faible directivité, car les signaux peuvent provenir de toutes les directions. En revanche, les antennes paraboliques ont une directivité élevée. Une antenne parabolique reçoit les signaux d'une direction fixe. Par exemple, si vous achetez une antenne parabolique pour la télévision, le fournisseur vous indiquera où l'orienter pour qu'elle reçoive le signal souhaité.
Nous terminerons par une liste des types d'antennes et de leur directivité. Cela vous donnera une idée des directivités les plus courantes.
Type d'antenne Directivité typique Directivité typique [décibel] (dB)
Antenne dipôle courte 1,5 1,76
Antenne dipôle demi-onde 1,64 2,15
Patch (antenne microruban) 3,2-6,3 5-8
Antenne cornet 10-100 10-20
Antenne parabolique 10-10 000 10-40
Comme le montrent les données ci-dessus, la directivité d'une antenne varie considérablement. Il est donc important de bien comprendre cette directivité lors du choix de l'antenne la mieux adaptée à votre application. Si vous devez envoyer ou recevoir de l'énergie provenant de plusieurs directions dans une même direction, il est conseillé de concevoir une antenne à faible directivité. Les autoradios, les téléphones portables et les ordinateurs à accès Internet sans fil sont des exemples d'applications pour les antennes à faible directivité. À l'inverse, pour la télédétection ou le transfert de puissance ciblé, une antenne hautement directionnelle sera nécessaire. Ces antennes optimiseront le transfert de puissance depuis la direction souhaitée et réduiront les signaux provenant de directions indésirables.
Supposons que nous souhaitions une antenne à faible directivité. Comment procéder ?
La règle générale de la théorie des antennes est qu'une antenne électriquement petite est nécessaire pour produire une faible directivité. Autrement dit, si vous utilisez une antenne d'une longueur d'onde totale comprise entre 0,25 et 0,5, vous minimiserez la directivité. Les antennes dipôles demi-onde ou les antennes à fente demi-onde ont généralement une directivité inférieure à 3 dB. C'est la directivité la plus faible que vous puissiez obtenir en pratique.
En fin de compte, il est impossible de fabriquer des antennes plus petites qu'un quart de longueur d'onde sans réduire leur efficacité et leur bande passante. L'efficacité et la bande passante des antennes seront abordées dans les prochains chapitres.
Pour une antenne à haute directivité, il faut des antennes de différentes longueurs d'onde. Les antennes paraboliques et les antennes cornet, par exemple, ont une directivité élevée. Cela s'explique en partie par leurs nombreuses longueurs d'onde.
Pourquoi ? En fin de compte, la raison est liée aux propriétés de la transformée de Fourier. Lorsque vous prenez la transformée de Fourier d'une impulsion courte, vous obtenez un spectre large. Cette analogie n'est pas présente dans la détermination du diagramme de rayonnement d'une antenne. Le diagramme de rayonnement peut être considéré comme la transformée de Fourier de la distribution du courant ou de la tension le long de l'antenne. Par conséquent, les petites antennes ont des diagrammes de rayonnement larges (et une faible directivité). Antennes avec une grande distribution uniforme de tension ou de courant Diagrammes très directionnels (et une directivité élevée).
E-mail:info@rf-miso.com
Téléphone : 0086-028-82695327
Site Web : www.rf-miso.com
Date de publication : 07/11/2023
