Bonjour, je m'appelle Dustin Morris. Je suis ingénieur en antennes RF chez DGI Wireless Design Services, et je vais vous parler aujourd'hui des principes fondamentaux des antennes et de certains paramètres d'antennes clés pour vous aider à démarrer l'intégration de votre prochaine antenne standard ou la conception d'une antenne personnalisée.
Commençons par la longueur d'onde, qui est définie comme la vitesse de la lumière par rapport à la fréquence. On peut voir que plus la fréquence augmente, plus la longueur d'onde diminue. J'ai quelques exemples ici, disons qu'à 3 gigahertz, votre longueur d'onde est de 10 centimètres, et à 900 mégahertz, votre longueur d'onde est de 33 centimètres. Donc, à mesure que votre fréquence diminue, votre longueur d'onde augmente. Alors, pourquoi est-ce important ? Eh bien, pour avoir une antenne performante, les dimensions physiques de l'antenne doivent être un facteur appréciable d'une longueur d'onde, généralement un quart d'onde ou plus. Vous devez donc concevoir un espace suffisant autour de l'antenne et un plan de masse suffisamment long pour permettre une antenne efficace.
La fréquence a un impact direct sur la taille de votre appareil et sur les performances de votre antenne. L'impédance de l'antenne est définie comme la tension sur le courant aux bornes d'entrée de l'antenne. La plupart des fiches techniques vous diront que leur antenne est de 50 ohms, ce qui n'est pas vraiment le cas. C'est pourquoi il existe des mesures qui définissent dans quelle mesure les antennes correspondent aux 50 ohms. Il y a le rapport d'onde stationnaire de tension, ROS, et la perte de retour. Le ROS doit être inférieur à deux, et la perte de retour doit être inférieure à moins 10 dB, ce qui correspond à une efficacité de transfert de 90%.
Nous ne perdons que 10% dans nos réflexions. L'élément clé à retenir est que vous aurez besoin d'un réseau d'adaptation d'impédance entre votre antenne et votre radio. Maintenant, si vous regardez la fiche technique de l'antenne et les directives, ils vont vous dire quel type de composants qui sont généralement des inductances et des condensateurs que vous allez mettre entre l'antenne et la radio. Vous devez les placer aussi près que possible de l'antenne. Et cela va maximiser le transfert de puissance de votre radio à votre antenne. L'efficacité de l'antenne est de loin le paramètre d'antenne le plus important pour ces petits appareils intégrés sans fil, et elle est définie comme la puissance rayonnée par rapport à la puissance d'entrée de l'antenne. Fondamentalement, plus l'efficacité de l'antenne est élevée, meilleure est l'antenne.
Pensez à plus de barres sur votre téléphone portable. Je veux dire que c'est un paramètre vraiment essentiel que vous devez rechercher dans ces fiches techniques. Si la fiche technique ne mentionne pas l'efficacité de l'antenne, trouvez une autre fiche technique. Votre objectif devrait se situer autour de 50 %, mais sachez que cela dépend fortement de l'environnement RF et du plan de masse de votre appareil. Si votre plan de masse est beaucoup plus petit que la carte d'évaluation de l'antenne, vous allez voir ce chiffre chuter considérablement. Si vous avez des absorbeurs comme des batteries ou du tissu humain à côté de votre antenne, ce chiffre va considérablement baisser dans votre mise en œuvre. La directivité est définie comme la capacité de l'antenne à focaliser ou à concentrer l'énergie dans une direction donnée.
Vous avez des antennes à faible directivité, comme un dipôle, qui ont un diagramme de rayonnement omnidirectionnel, où la majeure partie de l'énergie est répartie de manière égale sur toute la distance ou tous les angles de l'antenne. Et vous pouvez avoir des antennes à haute directivité qui concentrent l'énergie en un seul faisceau, comme une antenne parabolique. Le gain est défini comme le rendement multiplié par la directivité.
Le gain sera toujours inférieur à la directivité. Comme nous l'avons mentionné ici, l'efficacité, et nous visions 50%, vous n'allez probablement pas obtenir près de 100%, mais cela dépend vraiment de la conception de l'antenne. Donc, par exemple, disons que votre antenne parabolique a une directivité de 40 dbi et le gain sera probablement quelque part entre 38, 39 dbi. N'est-ce pas ? Il va y avoir des pertes ici. Vous allez avoir des pertes de conducteur. Vous allez avoir des pertes diélectriques et puis, bien sûr, nous allons avoir nos pertes de désadaptation, et n'oubliez pas que vous allez avoir des pertes dans le réseau d'adaptation d'impédance. Maintenant, pour votre antenne omnidirectionnelle, c'est la même chose. Vous avez un dipôle avec une directivité de 2,2 dbi. Le gain va probablement être plus proche de 0 dbi. Et tout cela est corrélé à une efficacité d'antenne d'environ 60%, donc c'est toujours une antenne performante même si le gain est de 0 dbi.
Un autre élément clé à retenir est qu'une antenne à faible gain peut tout de même être très performante. Tous ces paramètres ne sont utilisables que sur une plage de fréquences finie, et cette plage de fréquences est la bande passante de l'antenne. Vous aurez donc une largeur de bande d'impédance, une largeur de bande d'efficacité et une largeur de bande de gain. En gros, vous ne pouvez pas utiliser une antenne GPS pour le Bluetooth, ni une antenne WiFi pour le cellulaire. Vous devez choisir la bonne antenne pour votre application car elles ont toutes une gamme de fréquences limitée sur laquelle elles peuvent fonctionner. Je sais qu'il s'agit d'un petit cours intensif sur les principes fondamentaux des antennes. Il n'y a que six paramètres d'antenne ici, et il y en a beaucoup plus, mais, vous savez, ce sont des paramètres d'antenne clés pour la conception de petites antennes intégrées sans fil. J'espère que ce bref exposé vous aidera à choisir votre prochaine antenne standard ou à vous lancer dans la conception de votre prochaine antenne personnalisée.