Antennes et Lignes de transmission Matériel de formation pour les formateurs du sans fil

Antennes et Lignes de transmission

Matériel de formation pour les formateurs du sans fil

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Objectifs

‣comprendre les différentes propriétés des antennes de façon à être en mesure de choisir l'antenne appropriée pour une application particulière.

‣ Les antennes sont l'interface entre les ondes guidées (à partir d'un câble) et les ondes non guidées (dans l'espace).

‣ Sachez que pas tous les types de câbles sont appropriés pour une utilisation avec les systèmes sans fil.

‣ Identifier les différents types de connecteurs de câble et comprendre quand chacun de ces genres est nécessaire.

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Lignes de transmission et antennes

‣ Une ligne de transmission est le dispositif utilisé pour guider l’énergie de la fréquence radio (RF) d'un point à un autre (par exemple un câble coaxial).

‣ Une antenne est la structure associée à la région de transition d'une onde guidée à une onde libre dans l'espace, rayonnant de l'énergie RF.

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Connexions des systèmes sans fil

connecteur

cable coaxiale

antenne

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Lignes de transmission coaxiales

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Lignes de transmission coaxiales

La perte (ou atténuation) d'un câble coaxial dépend de la construction du câble et la fréquence de fonctionnement. Le montant total de la perte est proportionnelle à la longueur du câble.

type de cable diametreatténuation à

2.4 GHz

atténuation à

5.3 GHz

RG-58 4.95 mm 0.846 dB/m 1.472 dB/m

RG-213 10.29 mm 0.475 dB/m 0.829 dB/m

LMR-400 10.29 mm 0.217 dB/m 0.341 dB/m

LDF4-50A 16 mm 0.118 dB/m 0.187 dB/m

http://www.ocarc.ca/coax.htm

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Impédence

Dans une certaine mesure, tous les matériaux s'opposeront à la circulation d'un courant alternatif. Cette opposition est appelée impédance, et est analogue à la résistance dans les circuits DC.

La plupart des antennes de communication commerciales ont une impédance de 50 ohms, tandis que les antennes et les câbles de télévision ont généralement une impédance de 75 ohms.

Assurez-vous que l'impédance caractéristique du câble entre la radio et l'antenne est de 50 ohms. Toute différence entrainera des réflexions et pertes de puissance indésirables.

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Reflexions et VSWR

RM

S v

olt

ag

e

Vmin Vmax

Voltage Standing Wave Ratio (rapport d'ondes stationnaires)

VSWR =

Vmax

Vmin

Une impédance inadaptée cause des réflexions et une augmentation du VSWR.

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Impédence adaptée = transfert de puissance

maximum

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Pour un transfert de puissance maximale, la valeur absolue de l'impédance de charge |ZL| doit être égale a celle de l'impédance de source |ZS|.

tran

sfert

de

puis

san

ce

100%

0%l'impédance de charge

|ZL| = |ZS|

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Les connecteursLes connecteurs présentent une grande variété de formes et de tailles. En plus de types standard, les connecteurs peuvent être de polarité inverse (sexes inversés) ou de filetée inverse.

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Adaptateurs et PigtailsLes adaptateurs et pigtails sont utilisés pour interconnecter les différents types de câbles ou de dispositifs.

SMA female to N male N male to N male N female to N femaleSMA male to TNC male

SMA male to N female

U.FL to N male pigtail

U.FL to RP-TNCmale pigtail

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Théorie: antennes isotropiques

Une antenne isotrope rayonne l'énergie qu’elle a reçue dans toutes les directions dans l'espace. C’est seulement un modèle idéal qui ne peut être construit.

Les antennes dans le monde réel sont caractérisées par leur capacité à rayonner plus fortement dans certaines directions que dans d'autres, ce qui est appelé directivité.

Lorsque vous prenez en compte l'efficacité de l'antenne, cette préférence pour une direction de rayonnement est appelé gain.

Les antennes n’ajoutent pas de la puissance. Elles dirigent la puissance disponible dans une direction particulière.

Le gain d'une antenne est mesuré en décibels dBi (décibels par rapport à une antenne isotrope).

dBi

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Directionnel et Omnidirectionnel

Antenne parabolique

omni

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Caractéristiques d’antenne

‣ gamme de fréquence utilisable (bande passante)

‣ diagramme de rayonnement (largeur de faisceau, lobes, lobe arrière, rapport avant-arrière, localisation des vides)

‣ Le gain maximum

‣ Impédance d'entrée

‣ taille physique et la résistance au vent

‣ Coût

Lors de l'achat d'une antenne, quelles sont les caractéristiques importantes à considérer?

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Bande PassanteLa bande passante désigne la gamme des fréquences dans laquelle l'antenne peut fonctionner correctement.

Vous devez choisir une antenne qui fonctionne bien pour les fréquences que vous souhaitez utiliser (par exemple, utiliser une antenne de 2,4 GHz pour le 802.11 b/g et une antenne 5 GHz pour les normes 802.11a).

wide bandnarrow bandfrequency

effi

ciency

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Diagramme de Rayonnement

Le diagramme de rayonnement d'une antenne est une représentation graphique de la répartition de la puissance rayonnée par, ou reçue par l'antenne. Ceci est présenté comme une fonction des angles de direction axés sur l'antenne.

Les diagrammes de rayonnement utilisent habituellement un format polaire.

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Diagramme de rayonnementVoici un tracé de format rectangulaire et un tracé de format polaire de la même antenne (dans un seul plan). Les systèmes de coordonnées polaires sont de loin plus fréquents que les tracés rectangulaires, car ils donnent une meilleure représentation visuelle des performances de l'antenne dans toutes les directions.

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Largeur du lobe

La largeur de faisceau d'une antenne est la mesure angulaire de cette partie de l'espace ou la puissance rayonnée est supérieure ou égale à la moitié de sa valeur maximale.

half power-3dB

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Rapport avant-arrière

Le rapport avant-arrière d'une antenne directionnelle est le rapport de la directivité maximale de l'antenne à sa directivité dans la direction opposée.

frontfront

backback

frontfront

backback

Dans cet exemple, le rapport f/b est: 0 dB - (-25 dB) = 25 dB

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Polarisation

‣ Les ondes électromagnétiques ont des composantes électriques et magnétiques.

‣ La polarisation des antennes émettrices et réceptrices doivent correspondre pour des communications optimales.

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Polarisation d’antenne

??

VerticalVertical

HorizontalHorizontal

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Réciprocité

Les caractéristiques de l'antenne comme le gain, largeur de faisceau, l'efficacité, la polarisation, et l'impédance sont indépendantes de l'utilisation de l'antenne soit pour émettre ou recevoir.

Une autre façon de le dire, c'est que les caractéristiques de transmission et de réception d'une antenne sont réciproques.

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Antenne paraboliqu

e avecRadome

Antenne a Grille

parabolique

Antenne sectorielle

Charge du vent

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Effets d’intempéries

grille parabolique grille parabolique (couverte de neige)

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Protection d’antennes contre les intempéries

La plupart des problèmes d'antenne sont causés par des connexions par câble coaxial qui se desserrent à cause des vibrations, permettant à l'humidité de pénétrer dans l’interface du connecteur.

Protéger toutes les connexions extérieures contre les intempéries.

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Types d’antennes

Omnidirectionnelle

Dipole

Monopole

SlottedWaveguide

Collinear

Directionnelle

Patch

Sectorial

Dish

CantennaBiquad

Yagi

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Dipole 1/2 longueur d'onde

‣ Deux éléments de 1/4 λ

‣ 2,15 dBi de gain

‣ ~ 36 Ω d'impédance

‣ Très facile à construire sur une large plage de fréquences

‣ Omnidirectionnelle dans le plan perpendiculaire aux éléments

‣ 72 ohms impédance d'entrée correspond à peu près au câble coaxial 50 Ohm

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Antenne Marconi ou Monopole

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‣ élément vertical 1 / 4 λ

‣ Un bon plan de masse est nécessaire

‣ omnidirectionnelle dans le plan horizontal

‣ 5,14 dBi

‣ ~ 36 Ω d'impédance

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Antenne PatchQuickTime™ and a

decompressorare needed to see this picture.

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Types d’antennes

reflecteur parabolique

antennes panneaux

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Réflecteur Do-it-yourselfVous pouvez fabriquer votre propre réflecteur en utilisant une feuille d'aluminium, du carton ou du papier épais, des ciseaux et de la colle.

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Reflecteurs paraboliques‣ Forme d’antenne

parabolique/grille. Les réflecteurs en coin sont également efficaces.Gain = ~ (D / λ)2

‣ Largeur de pole (Beamwidth) =~ λ / D

‣ Elle doit avoir l’alimentation correcte, positionnée au point focal du reflet, autrement les alimentations Off-center (par exemple pour la télévision par satellite) sont difficiles à aligner.

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Do-it-yourself CantennaDes antennes WiFi peu coûteuses et efficaces peuvent être fabriquées à partir de boîtes de conserve.

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36

3737

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Conclusions‣ Les antennes sont l'interface entre les ondes guidées

et non guidées.

‣ Les antenne ont des formes et tailles différentes.

‣ La taille de l'antenne doit être d'au moins une fraction de la longueur d'onde qu'elle gère.

‣ L’impédance de l'antenne doit correspondre à la ligne de transmission.

‣ Il n'y a pas de « meilleure antenne » pour chaque application, le choix est toujours un compromis entre la réalisation de longues distances et la couverture d’une large zone.

‣ Utiliser des antennes à gain élevé pour atteindre de longues distances, et des antennes omni ou sectorielles pour couvrir de vastes zones.

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Pour plus de détails sur les sujets abordés dans cette leçon, veuillez, s'il vous plaît, vous référer au livre « Réseaux sans fil dans les Pays en Développement », disponible en téléchargement gratuit dans de nombreuses langues sur http://wndw.net/

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