Bonjour, je m'appelle Dustin Morris. Je suis ingénieur en antennes RF chez DGI Wireless Design Services, et je vais vous parler aujourd'hui de quelques principes fondamentaux des antennes et de quelques paramètres clés des antennes pour vous aider à démarrer votre prochaine intégration d'antenne sur étagère ou votre prochaine conception d'antenne sur mesure.
Commençons par la longueur d'onde, qui est définie comme la vitesse de la lumière en fonction de la fréquence. Nous pouvons constater que plus la fréquence augmente, plus la longueur d'onde diminue. J'ai quelques exemples ici : à 3 gigahertz, la longueur d'onde est de 10 centimètres, et à 900 mégahertz, la longueur d'onde est de 33 centimètres. Donc, à mesure que la fréquence diminue, la longueur d'onde augmente. Pourquoi est-ce important ? Pour obtenir une antenne performante, les dimensions physiques de l'antenne doivent correspondre à un facteur appréciable de la longueur d'onde, généralement un quart d'onde ou plus. Il faut donc concevoir un espace suffisant autour de l'antenne et un plan de masse suffisamment long pour que l'antenne soit 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 a une impédance de 50 ohms, ce qui n'est pas vraiment le cas. C'est la raison pour laquelle il existe des mesures qui définissent dans quelle mesure les antennes correspondent à 50 ohms. Il s'agit du rapport d'ondes stationnaires de tension (VSWR) et de la perte de retour. Le ROS doit être inférieur à deux et l'affaiblissement de retour doit être inférieur à moins 10 dB, ce qui correspond à une efficacité de transfert de 90 %.
Nous ne perdons que 10 % dans nos réflexions. Ce qu'il faut retenir de tout cela, c'est que vous aurez besoin d'un réseau d'adaptation d'impédance entre votre antenne et votre radio. Si vous regardez la fiche technique de l'antenne et les directives, elles vous indiqueront le type de composants, qui sont généralement des inductances et des condensateurs, à placer entre l'antenne et la radio. Vous devez les placer le plus près possible de l'antenne. Cela permettra de maximiser le transfert de puissance de la radio vers l'antenne. L'efficacité de l'antenne est de loin le paramètre d'antenne le plus important pour ces petits appareils sans fil intégrés, et elle est définie comme la puissance rayonnée par rapport à la puissance d'entrée de l'antenne. En principe, plus l'efficacité de l'antenne est élevée, meilleure est l'antenne.
Pensez à plus de barres sur votre téléphone portable. Il s'agit là d'un paramètre essentiel que vous devez rechercher dans ces fiches techniques. Si la fiche technique ne mentionne pas l'efficacité de l'antenne, trouvez-en une autre. 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 verrez ce chiffre chuter considérablement. Si vous avez des absorbeurs tels que des batteries ou des tissus humains à côté de votre antenne, ce chiffre diminuera considérablement 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.
Il existe des antennes à faible directivité, comme un dipôle, qui présentent un diagramme de rayonnement omnidirectionnel, où l'essentiel de l'énergie est réparti de manière égale sur toutes les distances ou sous tous les angles à partir de l'antenne. Il existe également des antennes à forte directivité qui concentrent l'énergie en un seul faisceau, comme une antenne parabolique. Le gain est défini comme l'efficacité multipliée par la directivité.
Le gain sera toujours inférieur à la directivité. Comme nous l'avons mentionné ici, l'efficacité, que nous visions à 50 %, ne sera probablement pas proche de 100 %, mais cela dépend vraiment de la conception de l'antenne. Par exemple, si votre antenne parabolique a une directivité de 40 dbi, le gain se situera probablement entre 38 et 39 dbi. N'est-ce pas ? Il va y avoir des pertes. Il y aura des pertes au niveau du conducteur. Vous allez avoir des pertes diélectriques et puis, bien sûr, nous allons avoir nos pertes d'adaptation, et n'oubliez pas que vous allez avoir des pertes dans le réseau d'adaptation d'impédance. Pour l'antenne omnidirectionnelle, c'est la même chose. Vous avez un dipôle avec une directivité de 2,2 dbi. Le gain sera probablement 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 néanmoins être très performante. Tous ces paramètres ne sont utilisables que sur une plage de fréquences finie, qui correspond à la largeur de bande 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 parce qu'elles ont toutes une gamme de fréquences finie sur laquelle elles peuvent fonctionner. Je sais qu'il s'agit d'un cours accéléré sur les principes fondamentaux des antennes. Il n'y a que six paramètres d'antenne ici, et il y en a beaucoup d'autres, mais, vous savez, ce sont des paramètres d'antenne clés pour la conception de petites antennes sans fil intégrées. J'espère que ce bref exposé vous aidera à choisir votre prochaine antenne standard ou à commencer votre prochaine conception d'antenne personnalisée.