Antenne WiFi : Tout ce qu'il faut savoir

31/03/2021 - Ressources
Antenne WiFi : Tout ce qu'il faut savoir

La vitesse de transmission d'une connexion sans fil est étroitement liée à la puissance du signal radio de la transmission.

Le choix des antennes WiFi appropriées à l'environnement de l'application est l'étape la plus importante pour garantir une liaison sans fil solide.

Après la conversion des signaux numériques en signaux analogiques, le signal est mélangé, filtré, amplifié et finalement libéré dans l'atmosphère. La fonction principale de l'antenne WiFi est de contrôler la façon dont l'énergie est libérée et le type de champ d'énergie qu'elle forme.
 
Cet article présente en plus des types d’antennes WiFi les principaux paramètres permettant de sélectionner l'antenne WiFi adaptée à votre application : la fréquence de l'antenne, l'adaptation d'impédance, le rapport d'onde stationnaire (ROS), le gain et la polarisation.
 
Les principaux paramètres des antennes WiFi
 
La fréquence : Une antenne WiFi est un transducteur conçu pour émettre et/ou recevoir des ondes électromagnétiques. Elle agit comme un convertisseur qui convertit les ondes électromagnétiques et les courants électriques dans un sens ou dans l'autre. Différents appareils sans fil utilisent différentes antennes pour fonctionner à différentes fréquences et pour obtenir, par exemple, une portée souhaitée.

Le paramètre le plus important d'une antenne est sa fréquence de fonctionnement. Par exemple, la longueur d'onde d'une antenne de 2,4 GHz est trop courte pour être utilisée avec une communication IEEE 802.11a et l'utilisation d'une antenne dont la fréquence n'est pas adaptée entraînera probablement de très mauvaises performances tant en ce qui concerne le rayonnement du signal que le débit réel des données.

Adaptation d'impédance : Le transfert de puissance maximum de l'émetteur à l'antenne nécessite une adaptation d'impédance du système d'antenne. Une impédance non adaptée entraînera une perte d'énergie et risque d'endommager le circuit à cause de l'impulsion d'énergie réfléchie.

Les émetteurs ont généralement une impédance de sortie de 50 Ohms et celle-ci doit être adaptée à l'antenne à travers la ligne de transmission afin de :
  • Maximiser l'efficacité globale
  • Éliminer les variations de la ligne avec un rapport d'onde stationnaire (ROS) de tension égal
  • Réduire les pertes de la ligne de transmission.

Polarisation : La polarisation fait référence à la direction dans laquelle les lignes de champ électrique pointent lorsque le signal rayonne loin de l'antenne. Le type le plus simple et le plus courant est la polarisation linéaire.

Une mauvaise installation de l'antenne WiFi diminue la qualité de réception du signal. Par exemple, une antenne horizontale parfaitement alignée ne recevra aucun signal envoyé par une antenne verticale parfaitement alignée. Une antenne à un alignement de 45° peut cependant recevoir des signaux envoyés par des antennes horizontales et verticales, mais à des intensités de signal réduites.

Il est important de connaître la polarisation des antennes pour s'assurer que les signaux sont envoyés et reçus dans des conditions optimales.
 
 
Le Gain : Le gain de chaque antenne précise sa directivité et son efficacité électrique. En général, plus le gain est faible, plus le rayonnement sera réparti uniformément dans toutes les directions. Les antennes à gain élevé, en revanche, émettent des rayonnements dans une direction plus spécifique.
 
Le Gain fait référence au gain de puissance ou gain directif en termes de rapport de l'intensité ou de la puissance par unité de surface. En général, lorsque nous choisissons une antenne WiFi, plus la distance de transmission est grande, plus le gain doit être élevé.
 
Le rapport d'onde stationnaire ROS : Le rapport d'onde stationnaire de tension est le rapport entre la tension maximale et la tension minimale sur la ligne de transmission (câble) utilisée pour mesurer l'antenne l'efficacité.
 
 
  • Un ROS 1:1 (ou juste 1) indique que la puissance est entièrement absorbée par l'antenne (car l'impédance de l'antenne est également la même que celle de la ligne de transmission) et qu'aucune puissance n'est réfléchie vers l'émetteur, mais cela est très difficile à réaliser.
  • Par exemple, une radio de 50 ohms avec une impédance d'antenne de 75 ohms aura un ROS théorique de 1,5:1 sur la ligne de transmission.
  • Pour les systèmes d'antenne typiques, un ROS de 1,2:1 peut être considéré comme plus qu'acceptable.
  • Un ROS de 2:1, qui est commun à de nombreux systèmes d'antenne, signifie qu'environ 10% des signaux directs sont réfléchis par l'antenne.
→ Un ROS plus élevé signifie une efficacité de transmission plus faible et peut entraîner un échauffement des lignes de transmission et un endommagement des émetteurs. Le tableau qui suit récapitule les différentes efficacités et pertes correspondantes aux différents ROS.
 
 
Les types d'antennes WiFi
 
Il existe deux types d'antennes de base pour les produits WLAN, classés selon la direction dans laquelle ils émettent les signaux radio : omnidirectionnelle et directionnelle.
 
Antennes omnidirectionnelles : Les antennes omnidirectionnelles sont conçues pour émettre des signaux de manière égale sur tous les 360 degrés.
  • Recommandation : Utilisez ce type d'antenne si vous devez émettre à partir d'un nœud central, tel qu'un point d'accès, vers des utilisateurs dispersés dans toute la zone. Dans un petit bureau de trois ou quatre pièces, un point d'accès équipé d'une antenne omnidirectionnelle devrait être en mesure de fournir une couverture suffisante pour toutes les stations sans fil dans toutes les pièces.

Antennes directionnelles : Les antennes directionnelles ou patchs fournissent un signal plus ciblé que les antennes omnidirectionnelles. Les signaux sont généralement transmis selon un schéma de forme ovale avec une largeur de faisceau d'environ 30 degrés.

  • Recommandation: Ce type d'antenne est également idéal pour les bureaux. Par exemple, un point d'accès avec une antenne semi-directionnelle peut être placé dans un coin d'une pièce pour fournir une couverture fiable sur toute sa longueur. Les antennes directionnelles peuvent également être utilisées à l'extérieur pour fournir des liaisons point à point sur de courtes distances ou comme extrémité client d'un réseau point à multipoint.

Technologies d'antennes multiples

Les antennes multiples au niveau de l'émetteur et du récepteur introduisent des degrés de liberté de signalisation C'est ce qu'on appelle le degré de liberté spatiale. Les degrés de liberté spatiaux peuvent être exploités soit pour la «diversité», soit pour le «multiplexage», soit pour une combinaison des deux. En termes simples, la diversité signifie la redondance. Un exemple simple de diversité est que plusieurs antennes essayent de recevoir le même signal. Le signal reçu sur les deux antennes est corrompu par un bruit qui n'est pas corrélé entre les antennes, par conséquent en combinant les deux signaux un signal de meilleure qualité peut être reconstruit. L'analogie ici est qu'en regardant le même objet à partir de deux points de vue différents, des informations plus riches sur l'objet peuvent être obtenues. La diversité peut également être obtenue en utilisant plusieurs antennes d'émission en utilisant des techniques de codage spatio-temporel (STC).

La deuxième technique MIMO est le multiplexage spatial . Le multiplexage spatial permet à une paire émetteur / récepteur MIMO d'augmenter son débit sans augmenter l'utilisation de la bande passante ou la puissance d'émission. Le multiplexage augmente le débit de manière linéaire avec le nombre d'antennes d'émission ou de réception, selon la valeur la plus basse. L'émetteur envoie des signaux transportant différents flux binaires depuis chacune de ses antennes. Chaque antenne réceptrice reçoit une combinaison linéaire des signaux émis. Le canal sans fil est une matrice qui est fonction de la géométrie du réseau d'antennes d'émission / réception et des diffuseurs / réflecteurs présents dans l'environnement.

La conception des antennes WiFi étant fortement influencée par les applications industrielles représente un excellent compromis entre le coût, la taille, la fabricabilité et les performances.

 

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