Gain d'antenne

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Le gain d'antenne est le pouvoir d'amplification passif d'une antenne. c'est le rapport entre la puisance rayonnée dans le lobe principal et la puissance rayonnée par une antenne de réference, isotropique ou dipolaire. Le gain d'une antenne dépend principalement de sa surface équivalente de la fréquence.

Sommaire

1 Définition et unités
2 Gain des antennes directives
3 Cas des paraboles de réception satellitaires
4 mesure du gain d'antenne
5 Notes

[modifier] Définition et unités

Le gain d'une antenne s'exprime normalement en dBi, en prenant pour référence une antenne isotrope, c’est-à-dire une antenne fictive qui rayonne uniformément dans toutes les directions. Le gain de cette antenne est donc 1, ou 0dBi (pour décibels isotrope).

L'antenne isotrope étant irréalisable, les mesures sont faites avec une antenne de réference de type dipole (antenne dipolaire) dont le gain théorique est de 2,14dB. Le gain sera alors exprimé en dBd (décibels par rapport à un dipole).

Le gain relatif exprimé en dBr est au contraire le rapport entre la puissance mesurée dans le lobe principal et la puissance totale émise par l'antenne: le rendement est alors exclu, ce qui donne des chiffres non utilisables en calcul de bilan de liaison.

Le gain d'une antenne dépend de son environnement, il est perturbé par tout élément conducteur proche. Si elle est utilisée dans une application précise, le gain doit être défini dans ces conditions.

[modifier] Gain des antennes directives

Concernant les antennes directives, il existe une loi empirique pour estimer le gain d'une antenne en fonction de sa directivité :

$G = 10.log\left(\frac{41000}{\theta_a.\theta_e}\right)$

G représente le Gain estimé de l'antenne en dBi
$θ a$ est l'angle d'ouverture -3dB de l'antenne en azimut (en degrés)
$θ e$ est l'angle d'ouverture -3dB de l'antenne en élévation (en degrés)
Cette estimation n'est valable que pour des angles inférieurs à 90 degrés et pour des antennes dont le lobe principal se distingue nettement des lobes secondaires.^[1]

[modifier] Cas des paraboles de réception satellitaires

Les paraboles standards pour la télévision par satellite, autour des 12,5 GHz, (entre parenthèse le gain à 2,4 GHz) et pour un rendement habituel de 70%, (45%) apportent :

60 cm : 36 dB (20,5 dB)
80 cm : 38,5 dB (22,5 dB)
90 cm : 39,5 dB (23,5 dB)
120 cm : 42 dB (26,5 dB)

Règles basiques théoriques:

Chaque fois que le diamètre est doublé, le gain est de 6 dB
Chaque fois que l'on ajoute 12,24% au diamètre précédent + 1 dB.

[modifier] mesure du gain d'antenne

En fréquences hautes (micro-ondes), le gain peut être mesuré en chambre anéchoïque radioélectrique, constituée d'une salle métallique garnie de matériaux absorbants (mousses graphitées, par exemple), en utilisant un mesureur de champ et une antenne de référence (dipolaire en général). Cette salle doit être assez grande pour faire les mesures en champ lointain, sinon, on utilise , pour des antennes micro-ondes à grand gain, ou des antennes de fréquences basses, des bases de mesure d'antenne.

Une base de mesure est constituée d'un point d'émission et un point de réception, munis d'une antenne de référence et de l'antenne à mesurer, sur une mécanique tournante. La distance doit être suffisante pour être en champ lointain vis à vis du gain à mesurer. Pour des antennes à trés grand gain, des distances de plusieurs km peuvent être nécessaires. Idéalement le sol doit être assez loin pour éviter les trajets multiples. En micro-ondes des mats élevés suffisent, mais en HF ou MF le sol est toujours perturbateur.