Pour mesurer le gain d’une antenne, il faut une référence connue et un montage dont la géométrie, la polarisation et les pertes sont maîtrisées. La méthode de substitution compare l’antenne à tester à une antenne étalon dans le même champ. Un ROS faible, une barre de réception TV ou un RSSI Wi‑Fi ne constituent pas une mesure absolue du gain en dBi.
Définir le résultat attendu
Précisez la fréquence, la polarisation, la direction et le plan de référence. Le gain décrit l’antenne par rapport à une source isotrope en tenant compte de son efficacité. Le gain réalisé inclut également l’effet de la désadaptation au port. Il faut choisir la grandeur recherchée et appliquer les corrections correspondantes.
La substitution en réception convient aux antennes passives réciproques. Une antenne active intégrant un amplificateur nécessite de distinguer la partie rayonnante et la chaîne électronique. Les dB de l’amplificateur ne remplacent pas le gain d’antenne en dBi.
1. Préparer les instruments et la référence
- Une source stable et une antenne d’émission adaptées à la fréquence.
- Une antenne de référence avec gain connu et incertitude documentée.
- Un récepteur, analyseur ou VNA disposant de la dynamique nécessaire.
- Des supports permettant de reproduire position et orientation.
- Les pertes des câbles et adaptateurs entre les antennes et le plan de mesure.
La mesure de S11 ou du ROS renseigne sur l’adaptation, pas sur la direction ni l’efficacité du rayonnement. Une charge adaptée peut avoir un excellent S11 sans fonctionner comme une antenne utile.
2. Vérifier la distance et les réflexions
Pour une ouverture électriquement grande, un critère courant de champ lointain est R ≥ 2D²/λ, où D est la plus grande dimension de l’antenne concernée. Vérifiez les deux antennes et les conditions de précision du montage ; ce seul critère ne supprime pas les réflexions du sol ou des murs.
Exemple : D = 0,60 m à 12 GHz donne λ ≈ 0,025 m et R ≈ 28,8 m. Trois longueurs d’onde ne suffisent donc pas à valider ce cas. Une mesure à plus courte distance nécessite une méthode adaptée, comme une transformation champ proche–champ lointain ou une base compacte.
Une chambre anéchoïque ou une base extérieure caractérisée aide à contrôler les trajets réfléchis. Évitez les personnes et objets mobiles dans le champ de mesure. Une mesure improvisée dans une pièce ordinaire peut être utile pour un essai relatif, mais ne garantit pas un gain absolu fiable.
3. Mesurer l’antenne étalon
Placez l’étalon au point de référence, alignez la polarisation et recherchez la direction souhaitée. Enregistrez puissance reçue, fréquence, distance, réglages et conditions du montage. Le niveau doit rester au-dessus du plancher de bruit et sous le seuil de compression.
Si vous cherchez le gain maximal, effectuez un petit balayage angulaire. L’axe mécanique n’est pas forcément exactement l’axe électrique. La position du centre de phase et sa variation avec la fréquence peuvent devenir importantes pour la précision.
4. Substituer l’antenne et calculer le gain
Remplacez l’étalon sans changer le reste du montage. À pertes et conditions identiques :
Gtest(dBi) = Gréf(dBi) + Ptest(dBm) − Préf(dBm).
Si les pertes de réception diffèrent, ajoutez Ltest − Lréf, avec des pertes L positives en dB. Les différences d’adaptation et de polarisation doivent être traitées selon la grandeur mesurée, pas ignorées.
Avec un étalon de 15,0 dBi, un niveau de −45,0 dBm pour l’étalon et de −42,5 dBm pour l’antenne testée, l’écart est +2,5 dB. Sans autre correction, le gain estimé est donc 17,5 dBi. C’est un exemple de calcul, pas un résultat d’essai d’un produit.
5. Contrôler la répétabilité et l’incertitude
Remontez l’étalon pour détecter une dérive, puis répétez la substitution. Mesurez plusieurs fréquences si l’antenne doit fonctionner sur une bande. Un balayage angulaire est nécessaire pour connaître le diagramme, les lobes secondaires ou le dépointage.
| Contribution | À consigner |
|---|---|
| Étalon | Calibration, gain, fréquence et incertitude. |
| Interconnexions | Pertes, reconnexions et flexion des câbles. |
| Géométrie | Distance, orientation et alignement de polarisation. |
| Environnement | Réflexions et stabilité de la base de mesure. |
| Instrumentation | Dérive, bruit, linéarité et réglages. |
Une hausse du gain ne double pas automatiquement la portée
Une augmentation de 3 dB correspond approximativement à un facteur deux en puissance. Dans un modèle de liaison en espace libre à seuil fixe, augmenter le gain d’un seul côté de 3 dB donne environ √2 en distance, pas deux. La portée réelle dépend aussi des obstacles, du bruit et de la marge.
La base physique de la comparaison est la formule de transmission de Friis. Pour comparer des antennes Dolph Microwave, demandez les conditions et la référence de mesure du gain annoncé (documentation en anglais).
