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L’intensité du signal radio de la transmission a un impact direct sur la vitesse de transmission de la connexion sans fil.
L’étape la plus cruciale pour assurer une communication sans fil efficace consiste à sélectionner les antennes WiFi appropriées à l’environnement de l’application.
Les signaux numériques sont convertis en signaux analogiques, qui sont ensuite combinés, filtrés, amplifiés et enfin libérés dans l’atmosphère. La principale fonction de l’antenne WiFi est de réguler la libération de l’énergie et le type de champ énergétique qu’elle crée.
Les facteurs clés à prendre en compte pour choisir la meilleure antenne WiFi pour votre application sont présentés dans cet article, ainsi que les différents types d’antennes WiFi : fréquence de l’antenne, adaptation de l’impédance, rapport d’ondes stationnaires (ROS), gain et polarisation.
Les principales caractéristiques des antennes WiFi
Fréquence
Les antennes WiFi sont des transducteurs créés pour envoyer et/ou recevoir des ondes électromagnétiques sur une fréquence particulière. Elles fonctionnent comme un convertisseur, déplaçant les courants électriques et les ondes électromagnétiques dans un sens ou dans l’autre. Pour fonctionner à différentes fréquences et, par exemple, pour atteindre une portée souhaitée, de nombreux appareils sans fil utilisent diverses antennes.
La fréquence de fonctionnement d’une antenne est son élément le plus important. Par exemple, la longueur d’onde d’une antenne 2,4 GHz est trop courte pour la communication IEEE 802.11a, et l’utilisation d’une antenne à la mauvaise fréquence est susceptible de produire de très mauvaises performances en termes de rayonnement du signal et de débit réel des données.
Adaptation de l’impédance :
Le système d’antenne doit être adapté à l’impédance pour un transfert de puissance maximal de l’émetteur à l’antenne. Une impédance mal adaptée entraîne une perte de puissance et peut endommager le circuit en raison de l’impulsion d’énergie réfléchie.
L’antenne sur la ligne de transmission doit être adaptée à l’impédance de sortie de l’émetteur, qui est généralement de 50 Ohms, afin de
- d’augmenter l’efficacité générale
- d’égaliser le rapport tension-onde stationnaire (VSWR) d’éliminer les variations de ligne
- réduire les pertes sur les lignes de transmission.
Polarisation :
Lorsqu’un signal rayonne à partir d’une antenne wifi, la direction dans laquelle pointent les lignes de champ électrique est appelée polarisation. La polarisation la plus basique et la plus typique est la polarisation linéaire.
La qualité de réception du signal de l’antenne WiFi diminue lorsqu’elle est mal installée. Une antenne wifi verticale parfaitement alignée, par exemple, n’enverra aucun signal à une antenne horizontale parfaitement alignée. En revanche, les signaux provenant d’antennes horizontales et verticales peuvent être reçus par une antenne alignée à 45°, mais avec des signaux plus faibles.
Pour s’assurer que les signaux sont envoyés et reçus dans les meilleures conditions possibles, il est essentiel de comprendre la polarisation des antennes.
Gain :
Le gain de chaque antenne décrit son efficacité électrique et sa directivité. En général, plus le gain est faible, plus le rayonnement se propage uniformément dans toutes les directions. En revanche, les antennes à gain élevé émettent un rayonnement dans une direction plus précise.
En termes de rapport d’intensité ou de puissance par unité de surface, le gain désigne le gain de puissance ou le gain directionnel. En général, plus la distance de transmission est longue, plus le gain doit être élevé lors du choix d’une antenne WiFi.
Le rapport d’ondes stationnaires ou ROS
Est le rapport entre la tension la plus élevée et la tension minimale sur une ligne de transmission (câble), utilisé pour évaluer l’efficacité d’une antenne.
- L’impédance de l’antenne et de la ligne de transmission étant égale, un ROS de 1:1 (ou simplement 1) indique que toute la puissance est absorbée par l’antenne et qu’aucune puissance n’est réfléchie vers l’émetteur, mais ce résultat est très difficile à obtenir.
- Une radio de 50 ohms, par exemple, aura théoriquement un ROS de 1,5:1 avec une impédance d’antenne de 75 ohms.
- Un ROS de 1,2:1 peut être considéré comme plus qu’acceptable pour les configurations d’antennes conventionnelles.
- De nombreux systèmes d’antennes ont un ROS de 2:1, ce qui signifie que seulement 10 % environ des signaux directs sont réfléchis par l’antenne.
Une efficacité de transmission moindre causée par un ROS plus élevé peut endommager les émetteurs et provoquer un échauffement des lignes de transmission.
Types d’antennes WiFi
Selon la manière dont elles transmettent les signaux radio, les antennes omnidirectionnelles et directionnelles sont les deux types d’antennes les plus couramment utilisées dans les équipements WLAN.
Antennes omnidirectionnelles :
Ces antennes sont conçues pour distribuer les signaux de manière uniforme sur 360 degrés.
- Utilisez ce type d’antenne si vous devez envoyer des données à des utilisateurs dispersés dans la région à partir d’un nœud central, tel qu’un point d’accès. Un point d’accès doté d’une antenne omnidirectionnelle devrait pouvoir offrir une couverture suffisante pour toutes les stations sans fil dans toutes les pièces d’un petit lieu de travail de trois ou quatre pièces.
Antennes directionnelles :
Par rapport aux antennes omnidirectionnelles, les antennes directionnelles ou patch offrent un signal plus concentré. En général, les signaux sont envoyés selon un schéma ovale avec une largeur de faisceau d’environ 30 degrés.
- Il est conseillé d’utiliser ce type d’antenne dans les bureaux. Par exemple, une antenne semi-directionnelle sur un point d’accès peut être positionnée dans le coin d’une pièce pour fournir une couverture fiable sur toute sa longueur. Les liaisons extérieures point à point sur de courtes distances ou comme extrémité client d’un réseau point à multipoint peuvent toutes deux être assurées par des antennes directionnelles.
Différents types de technologies d’antenne
Il existe différents degrés de flexibilité de signalisation introduits par des antennes multiples au niveau de l’émetteur et du récepteur. Les degrés de liberté spatiale peuvent être utilisés pour le « multiplexage », la « diversité » ou un mélange des deux. La diversité, en termes simples, est redondante. L’utilisation de plusieurs antennes pour capter le même signal est un exemple simple de diversité. Le bruit qui n’est pas corrélé entre les antennes corrompt les signaux reçus sur les deux antennes, ce qui permet de reconstruire un meilleur signal en combinant les deux signaux. Par analogie, l’observation d’un même objet sous deux angles différents permet d’obtenir davantage d’informations à son sujet. La diversité peut également être obtenue en utilisant plusieurs antennes d’émission et des méthodes de codage espace-temps (STC).
Le multiplexage spatial est la deuxième approche MIMO. Une paire d’émetteurs/récepteurs MIMO peut augmenter le débit en utilisant le multiplexage spatial sans utiliser plus de largeur de bande ou de puissance d’émission. Avec le multiplexage, le débit augmente de façon linéaire en fonction du nombre d’antennes d’émission ou de réception, si celui-ci est inférieur. Chacune des antennes de l’émetteur transmet des signaux avec un flux binaire distinct. Les signaux transmis sont reçus par chaque antenne de réception sous la forme d’une combinaison linéaire. La géométrie du réseau d’antennes d’émission/réception, ainsi que tout diffuseur ou réflecteur dans la zone environnante, détermine la matrice qui constitue le canal sans fil.
Les applications industrielles ont une influence significative sur la conception des antennes WiFi, et ce compromis entre le prix, la taille, la fabricabilité et la performance est important.