Démontrer la diversité des antennes, partie 1: les défis

Les antennes se présentent à l’étranger de la gamme de tailles, de styles et de configurations pour répondre à la fréquence, à la bande passante, à la directivité et à de nombreux autres objectifs; Les antennes Piga et Yagi sont des versions assez différentes mais largement utilisées.

À quelques exceptions hautement spécialisées, toutes les antennes en général – allant des minuscules dans les appareils portables à d’énormes conceptions de transmetteurs de diffusion – sont des extensions, des améliorations et des modifications de deux types de base. Ce sont le dipôle équilibré de la demi-longueur d’onde (également appelée antenne Hertz) sans référence au sol, et le monopole de quart d’onde de quart électriquement déséquilibré (antenne Marconi) positionnée à angle droit à un plan de sol (figure 1). [Remarque: le terme «aérien» est utilisé au Royaume-Uni et dans d’autres régions du monde pour «l’antenne», mais nous resterons avec la terminologie américaine-anglais.]

Il est important de noter qu’il n’existe pas une antenne générale «optimale» même dans une configuration donnée, car les besoins et les priorités de chaque application d’antenne diffèrent. Certes, pour la plupart des conceptions de circuits et de systèmes, vous voulez naturellement minimiser la taille, le poids et la puissance (swap) et le coût tout en maximisant d’autres facteurs tels que la vitesse / les performances et la fiabilité. Tout cela a du sens et est logique, dans la mesure où il peut être accompli avec les bons compromis.

C’est différent pour les antennes. Même dans une configuration générale définie, ce qui est «le meilleur» dépend des exigences uniques de la situation. Certaines applications ont besoin d’une bande passante plus large pour capturer ou transmettre des signaux à travers un large spectre; D’autres doivent avoir une bande passante étroite pour minimiser le bruit.

Peut-être que la conception nécessite une largeur de faisceau d’antenne très étroite pour se concentrer principalement sur un récepteur ciblé (pour les émetteurs) ou l’émetteur (lors de la réception) tandis qu’une autre conception pour la même fréquence centrale nécessite une bande passante plus large pour atteindre largement. Il y a un endroit et un besoin pour chaque ensemble d’attributs de performance même si les conceptions de base de l’antenne sont similaires. En bref, aucun type ou configuration d’antenne unique ne sert toutes les bandes et rôles nécessaires dans les systèmes modernes, avec un grand avion commercial comme cas illustratif (figure 2).

En utilisant les deux types d’antenne de base de Hertz Dipole et Marconi Monopole comme points de départ, les ingénieurs ont conçu d’innombrables variations adaptées aux besoins et aux priorités de l’application. La complexité est telle que ici n’est pas un moyen définitif unique de classer la généalogie des antennes, car leurs relations dépendent dans une large mesure de la perspective de quiconque dessinait cet arbre généalogique.

En d’autres termes, un diagramme fabriqué en ce qui concerne les principes de champ électromagnétique utilisés dans une antenne à fente est différent de celui qui se concentre plutôt sur la construction réelle via une antenne microruban mais en utilisant ce principe. L’arbre généalogique illustré à la figure 3 est une bonne représentation.

Ce ne sont pas seulement des systèmes tels que de grands avions qui ont besoin de capacités multibands, qui ne peuvent pas être rencontrées avec une seule antenne externe ou interne. Même un smartphone quelque peu daté comme la Galaxie Samsung (vers 2011) a dû prendre en charge différentes fréquences et modes via six antennes distinctes. Il y a aussi un avion de conduite inférieur (le plan de sol) comme un grand avion qui s’étend sur toute la longueur et la largeur du téléphone. (Figure 4). Bien sûr, le déploiement de la 5G – avec des fréquences allant de 600 MHz à MMWAVE – la connectivité ajoute au défi du support multibande.

De nombreux appareils d’aujourd’hui tels que les smartphones ou l’Internet des objets (IoT) nécessitent une petite antenne qui s’inscrit complètement dans la petite enceinte et doit fonctionner sur plusieurs bandes. Dans d’autres cas, l’antenne est «à l’air libre» et offre donc au designer de nombreux degrés de liberté de conception.

Cette série en trois parties examinera deux antennes très différentes et largement utilisées: l’antenne Flanar Inverse-F ou PIFA (à ne pas confondre avec l’acronyme similaire, l’accéléromètre gyroscopique incorporé) et l’antenne Yagi-uda (souvent référée à simplement comme une antenne Yagi).

Glossaire de tous les sigles utiles, à conserver pour nos prochains épisodes :

Lire aussi : Electronique : Une courte introduction sur les types de résistances

Sources: ANFR , EeWorldOnline

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