Qu'est-ce que la directivité d'une antenne ?
Réponse rapide :La directivité d'une antenne décrit sa capacité à concentrer la puissance rayonnée dans une direction particulière par rapport à un radiateur isotrope idéal. Un radiateur isotrope a une directivité de 1, soit 0 dBi.
Une directivité élevée produit un diagramme de rayonnement plus étroit et plus concentré, tandis qu'une directivité faible offre une couverture angulaire plus large. La directivité dépend de la forme du diagramme de rayonnement et ne tient pas compte des pertes de l'antenne.
Le diagramme de rayonnement normalisé peut être exprimé en coordonnées sphériques comme suit :
Diagramme de rayonnement normalisé
Formule de directivité d'antenne
Un diagramme de rayonnement normalisé a la même forme que le diagramme original, mais sa valeur maximale est ramenée à 1. La directivité de l'antenne s'écrit :D, compare l'intensité de rayonnement maximale avec l'intensité de rayonnement moyenne dans toutes les directions.
Le dénominateur de l'équation représente le diagramme de rayonnement total intégré sur une sphère. Diviser la valeur maximale par cette moyenne spatiale indique l'intensité de la concentration d'énergie de l'antenne dans sa direction principale.
Directivité vs. Gain
La directivité décrit uniquement la concentration du rayonnement. Le gain d'antenne tient également compte du rendement de rayonnement, y compris des pertes par conduction et diélectrique.
La relation estG = ηD, oùGest un gain,ηest l'efficacité du rayonnement, etDLa directivité est le gain d'une antenne sans pertes ; pour une antenne réelle, le gain est généralement inférieur. Ces deux valeurs sont couramment exprimées en dBi par rapport à un radiateur isotrope.
Exemple de calcul de directivité
Prenons comme exemple les deux équations suivantes pour le diagramme de rayonnement de deux antennes.
Antenne 1
Antenne 2
Diagramme de rayonnement et directivité
Les schémas suivants varient en fonction de l'angle polaireθet sont supposées constantes en fonction de l'azimut. L'antenne 1 diffuse son rayonnement plus largement, tandis que l'antenne 2 concentre davantage d'énergie autour de sa direction principale.
Étant donné qu'un faisceau principal plus étroit représente une plus grande concentration de puissance rayonnée, l'antenne 2 devrait avoir une directivité plus élevée.
Figure 1. Comparaison des deux diagrammes de rayonnement normalisés. Le diagramme le plus concentré présente une directivité plus élevée.
Résultats du calcul de directivité
L'application de l'équation de directivité aux deux exemples de diagrammes de rayonnement donne :
- Antenne 1 :D = 1,273, soit 1,05 dBi
- Antenne 2 :D = 2,707, soit 4,32 dBi
L'antenne 2 présente une directivité plus élevée car son rayonnement est plus concentré autour de la direction du pic. Un radiateur isotrope est utilisé comme référence à 0 dBi, bien qu'il s'agisse d'un modèle idéal et non d'une antenne physique réalisable.
Applications à haute et basse directivité
Antennes à faible directivitéElles offrent une large couverture angulaire et sont utiles lorsque les signaux peuvent provenir de différentes directions, comme les appareils mobiles, les radios de véhicules et l'accès sans fil en général.
Antennes à haute directivitéElles concentrent l'énergie en un faisceau plus étroit. Elles sont privilégiées pour les liaisons par satellite, les radars, la télédétection et les communications point à point lorsque la direction souhaitée est connue.
Le tableau ci-dessous présente les plages de directivité approximatives pour plusieurs types d'antennes courants.
Valeurs typiques de directivité d'antenne
| Type d'antenne | Rapport de directivité approximatif | Directivité approximative (dBi) |
|---|---|---|
| Dipôle court | 1.5 | 1,76 |
| Dipôle demi-onde | 1,64 | 2.15 |
| Antenne patch | 3.2-6.3 | 5-8 |
| Antenne cornet | 10-100 | 10-20 |
| Antenne parabolique | 10 à 10 000 | 10-40 |
Ces valeurs sont des plages indicatives. La directivité réelle dépend de la fréquence, de la taille électrique, de la géométrie, de l'éclairage et des conditions de fonctionnement.
Comment mesure-t-on la directivité d'une antenne ?
La directivité est généralement déterminée à partir d'un diagramme de rayonnement mesuré. L'antenne testée est caractérisée en azimut et en élévation, et les données de champ ou de puissance résultantes sont normalisées pour créer un diagramme tridimensionnel.
- Mesurer le niveau de rayonnement relatif sur la plage angulaire requise.
- Identifier l'intensité maximale du rayonnement.
- Intégrez le diagramme de rayonnement sur l'angle solide pour obtenir la moyenne spatiale.
- Divisez l'intensité maximale par l'intensité moyenne et exprimez le résultat sous forme de rapport ou en dBi.
Contrôlétest d'antennepermet de réduire les réflexions et l'incertitude de mesure lors de l'évaluation des diagrammes de rayonnement, du gain, de la polarisation et de la directivité.
Influence de la taille de l'antenne sur la directivité
La taille électrique influe fortement sur le diagramme de rayonnement. Une petite antenne mono-élément produit généralement un faisceau large et une directivité relativement faible. Augmenter l'ouverture effective en longueurs d'onde permet à une antenne ou à un réseau d'antennes de former un faisceau plus étroit et d'obtenir une directivité plus élevée.
- Directivité inférieure :Utile pour une couverture étendue et pour les signaux provenant de plusieurs directions.
- Directivité plus élevée :Utile pour les liaisons focalisées, une meilleure sélectivité angulaire et le rejet des signaux situés en dehors du faisceau principal.
La directivité ne dépend pas uniquement des dimensions physiques. La géométrie, la distribution du courant, l'espacement et la phase du réseau, l'éclairage de l'ouverture et la fréquence de fonctionnement influencent tous le diagramme de rayonnement final.
Un faisceau plus étroit correspond généralement à une directivité plus élevée, mais il exige également un pointage et un alignement plus précis. Pour connaître la relation entre la directivité, l'efficacité et les performances réelles, voir :efficacité et gain de l'antenne.
Foire aux questions
Qu'est-ce que la directivité d'une antenne en termes simples ?
Il s'agit d'une mesure de la concentration du rayonnement d'une antenne dans une direction donnée, par rapport au rayonnement moyen dans toutes les directions.
La directivité d'une antenne est-elle la même chose que son gain ?
Non. La directivité décrit la concentration du faisceau, tandis que le gain inclut également l'efficacité du rayonnement. Leur relation est G = ηD.
Que signifie une directivité de 0 dBi ?
Il correspond à un radiateur isotrope idéal avec un rapport de directivité de 1. Il s'agit de la référence utilisée pour exprimer la directivité en dBi.
Comment augmenter la directivité d'une antenne ?
La directivité peut être augmentée en agrandissant l'ouverture électrique effective, en utilisant des réflecteurs ou des lentilles, en formant des réseaux avec une amplitude et une phase contrôlées, ou en sélectionnant une géométrie qui produit un faisceau principal plus étroit.
Une directivité plus élevée signifie-t-elle toujours une meilleure antenne ?
Non. Une directivité élevée est avantageuse lorsque la direction de la cible est connue, mais une large couverture peut s'avérer plus importante pour les applications mobiles ou multidirectionnelles. Le choix optimal dépend de la liaison, de la couverture, de la bande passante, de l'efficacité et des exigences d'installation.
Pour obtenir de l'aide concernant le choix ou le test d'une antenne pour votre application,contacter RF MISOou par courrielinfo@rf-miso.com.
Date de publication : 7 novembre 2023
