Gain d'antenne : 'Technique de focalisation d'énergie' pour les appareils passifs

Gain d'antenne : 'Technique de focalisation d'énergie' pour les appareils passifs

L'antenne est le composant central du système de communication sans fil , et sa caractéristique de « gain » soulève souvent des questions : en tant que dispositif passif, l'antenne elle-même n'amplifie pas la puissance du signal, alors pourquoi y a-t-il un « gain » ? En fait, le gain de l'antenne ne décrit pas l'amplification de puissance, mais plutôt la capacité de l'antenne à concentrer l'énergie dans une direction particulière.

1. L’essence du gain : la redistribution de l’énergie

L'essence du gain d'antenne est d'améliorer la force du signal dans la direction spécifiée en sacrifiant la capacité de rayonnement dans d'autres directions. C'est comme remplacer une ampoule par une lampe de poche : l'énergie totale est la même, mais la lumière est focalisée par un réflecteur, qui éclaire plus loin.

Définition du gain : à puissance d'entrée égale, rapport des densités de puissance du signal produites au même point de l'espace par une antenne réelle et un élément rayonnant idéal.

Il existe deux clés pour comprendre le gain d’antenne :

En tant que dispositif passif, l'antenne n'ajoute pas de puissance, mais redistribue l'énergie ;

Le gain de l'antenne est une valeur relative par rapport à une antenne de référence.

2. Gain et directivité : les deux faces d’une même médaille

Le gain de l'antenne est étroitement lié au diagramme : plus le lobe principal est étroit et plus le lobe secondaire du diagramme est petit, plus le gain est élevé.

Antenne omnidirectionnelle : rayonnement 360° dans le plan horizontal et limitation du faisceau dans le plan vertical

Antenne directionnelle : concentre l'énergie dans un faisceau étroit

Selon la loi de conservation de l’énergie, lorsque le gain de l’antenne est positif dans certaines directions, le gain dans d’autres directions est négatif.

3.Représentation quantifiée du gain

Par exemple, une antenne à 0 dBd équivaut à 2,15 dBi ; le gain de l'antenne de la station de base directionnelle GSM est d'environ 18 dBi et le gain de l'antenne de la station de base omnidirectionnelle est d'environ 11 dBi.

4. Méthodes courantes pour améliorer le gain d'antenne

L’idée centrale est de réduire la largeur des lobes dans le plan vertical, tout en tenant compte des besoins en rayonnement dans le plan horizontal. Les technologies dominantes comprennent :

Augmentez la taille de l'antenne : comme pour l'antenne parabolique, le gain est positivement lié à l'ouverture. La formule est G (dBi) = 10L G { 4,5 × (D/λ0) ² } (D est le diamètre du paraboloïde et λ0 est la longueur d'onde centrale de travail). Plus le gain est élevé.

Adopter un réseau d'antennes, c'est-à-dire disposer une pluralité d'unités d'antenne selon une règle (telle qu'un réseau vertical à quatre éléments) pour permettre aux ondes électromagnétiques d'être superposées dans cette même phase dans une direction cible. Un seul oscillateur demi-onde (2,15 dBi) peut être élevé à 8,15 dBi.

Application des technologies modernes : les antennes intelligentes concentrent l'énergie du rayonnement à travers des réseaux et la technologie MIMO combine plusieurs antennes pour optimiser la transmission du signal. Le gain de ce système peut être indirectement amélioré.

En ingénierie pratique, la sélection du gain de l'antenne doit prendre en compte de nombreux facteurs, tels que les exigences de couverture, la taille de l'équipement et l'environnement d'installation. Bien qu'une antenne à gain élevé puisse étendre la distance de couverture, elle pose également le problème du rétrécissement du faisceau, qui nécessite un alignement précis.

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