Une antenne émettrice convertit les signaux électriques en ondes électromagnétiques, gérant généralement des niveaux de puissance de 10 W à 50 kW. Une antenne réceptrice capture ces ondes et les convertit à nouveau en signaux électriques, fonctionnant généralement à faible puissance, environ de -50 dBm à -20 dBm.
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Utilisation
Les antennes émettrices sont utilisées dans les stations de radio, les tours de signalisation TV et les stations de base de communication mobile. Les antennes émettrices des stations de radio FM fonctionnent dans la bande 88 à 108 MHz, et la puissance d’émission peut atteindre 5 000 watts ou plus. Cette puissance peut couvrir un rayon d’environ 80 kilomètres, garantissant que les utilisateurs dans cette zone peuvent recevoir clairement le signal. La puissance de l’antenne émettrice d’une station de base de communication mobile se situe entre 20 watts et 100 watts selon les besoins de couverture de la zone ; la puissance de la station de base est plus élevée dans les banlieues ou les zones rurales, et plus faible en ville car les stations de base y sont denses.
L’antenne réceptrice d’un téléviseur domestique peut recevoir des signaux provenant de tours de télévision situées de quelques kilomètres à des dizaines de kilomètres de distance. Dans le cas de la télévision numérique, l’utilisateur utilise une antenne réceptrice avec une sensibilité comprise entre 25 et 35 dBi, et une telle antenne peut recevoir des ondes électromagnétiques dans une plage de force de signal de 1 μV à 50 μV. Le prix de l’antenne réceptrice domestique est généralement de 200 à 600 yuans.
Capacité de gestion de la puissance
Les antennes d’émission utilisées pour la radiodiffusion à ondes moyennes ont une puissance allant jusqu’à 50 kilowatts, tandis que les petites antennes d’émission à usage domestique n’ont une puissance que de quelques dizaines de watts, comme les antennes d’émission des routeurs Wi-Fi entre 0,1 watt et 1 watt. La conception de l’antenne du routeur est également optimisée pour différentes bandes de fréquences, comme la bande 2,4 GHz, qui convient à une plus grande portée de couverture, et la bande 5 GHz, qui offre un débit de transfert de données plus élevé.
La puissance du signal de l’antenne réceptrice de télévision par satellite peut être traitée entre -50 dBm et -20 dBm, et la sensibilité de l’antenne satellite d’un diamètre de 1,8 mètre peut atteindre plus de 45 dBi.
Les matériaux couramment utilisés pour les antennes émettrices comprennent le cuivre et l’alliage d’aluminium ; la conductivité du fil de cuivre est de 5,96 × 10^7 S/m, bien supérieure à celle d’autres matériaux courants. Une antenne émettrice de haute puissance pour une station de radio peut coûter des centaines de milliers de yuans, et sa durée de vie est de 10 à 15 ans.
Une antenne réceptrice extérieure standard peut durer de huit à douze ans, et son prix varie de 300 à 1 000 yuans, selon les spécifications et le matériau de l’antenne. La durée de vie de l’antenne réceptrice intérieure est généralement de 5 à 8 ans, et son prix est relativement bas, entre 100 et 300 yuans.
Le coût d’installation de l’antenne émettrice d’une station de radio peut s’élever à des centaines de milliers, voire des millions de yuans, et la puissance de l’antenne émettrice peut devoir être supérieure de plus de 30 % à celle d’une zone de plaine pour surmonter les obstacles du terrain. Les coûts de maintenance s’élèvent à des dizaines de milliers de dollars par an pour les inspections régulières, l’étalonnage de l’équipement et le remplacement des pièces endommagées.
Le coût d’installation de l’antenne réceptrice de télévision par satellite varie de 500 à 2 000 yuans, selon l’emplacement de l’installation et la difficulté de réception du signal. Les coûts de maintenance sont moins élevés, et les utilisateurs domestiques n’ont généralement besoin d’ajuster l’orientation de l’antenne que tous les quelques années, pour un coût d’environ 100 à 200 $.
Considérations de conception
Une antenne émettrice de radiodiffusion AM typique utilise une antenne omnidirectionnelle à polarisation verticale, et pour les stations de radio AM d’une puissance supérieure à 10 kW, la hauteur de l’antenne se situe entre 100 et 200 mètres. La hauteur de l’antenne doit être d’un quart de la longueur d’onde du signal pour assurer une transmission efficace. En fonctionnant dans la bande 1000 kHz, la hauteur de l’antenne est d’environ 75 mètres.
Les antennes émettrices de signaux TV à ultra-haute fréquence (UHF) sont généralement conçues avec des antennes réseau, qui peuvent concentrer la puissance d’émission dans une direction spécifique pour augmenter la force du signal et réduire la perte d’énergie dans les autres directions. Les antennes TV UHF transmettent une puissance comprise entre 5 kW et 20 kW, et la taille du réseau d’antennes varie en fonction des besoins de couverture spécifiques ; la longueur du réseau d’antennes de certaines grandes tours de télévision urbaines peut dépasser 50 mètres.
Les signaux à haute fréquence (tels que les signaux de radio FM et de télévision) nécessitent des antennes relativement courtes, comme pour la radio FM avec une plage de fréquences de 88 à 108 MHz et une longueur d’onde d’environ 3 à 4 mètres, de sorte que la longueur typique d’une antenne est d’un quart ou d’une demi-longueur d’onde, soit entre 0,75 mètre et 2 mètres. Les tailles d’antennes de transmission de signaux à basse fréquence, comme les antennes de radiodiffusion à ondes longues, fonctionnent dans la plage de fréquences de 30 à 300 kHz, avec des longueurs d’onde comprises entre 1 km et 10 km.
En prenant l’exemple de l’antenne réceptrice de télévision domestique, le signal TV dans la bande UHF (470 à 862 MHz) utilise une longueur d’onde d’antenne de 30 à 60 cm, de sorte que la taille de l’antenne réceptrice se situe entre 10 cm et 30 cm. L’antenne réceptrice de télévision par satellite fonctionne dans la bande de fréquences supérieure à 10 GHz, et le diamètre de la parabole réceptrice varie de 60 cm à 1,8 m, selon la puissance du signal satellite et l’emplacement géographique du point de réception.
L’antenne émettrice utilise le cuivre ou l’aluminium comme matériau principal ; le cuivre a une conductivité électrique d’environ 5,96 × 10^7 S/m, l’une des plus élevées parmi les métaux communs. Bien que la conductivité de l’aluminium ne soit que de 2,38 × 10^7 S/m, il reste un matériau courant pour les antennes émettrices à haute fréquence en raison de sa légèreté et de sa résistance à la corrosion. Pour les stations émettrices d’ondes courtes de 50 kW à haute puissance, la performance de dissipation thermique du matériau de l’antenne est très importante et doit être contrôlée par des systèmes de refroidissement à air ou par liquide.
Les tours et les antennes doivent être conçues pour résister à des vents de plus de 200 kilomètres par heure. Selon les normes de l’industrie, une antenne émettrice efficace doit pouvoir maintenir des performances stables pendant 20 à 30 ans, et les coûts de maintenance représentent 10 % à 15 % du coût de l’équipement. Les antennes courantes ont des fonctions d’anti-interférence radio et de blindage électromagnétique, et leur prix varie de 100 à 300 yuans.
Gain d’antenne
Le gain d’antenne est une mesure importante de la capacité d’une antenne à diriger le rayonnement ou à recevoir des ondes électromagnétiques, et s’exprime en dBi (gain par rapport à une antenne isotrope) ou dBd (gain par rapport à une antenne dipôle). Une antenne émettrice omnidirectionnelle typique a un gain de 3 dBi, ce qui signifie qu’elle peut concentrer le signal horizontalement et augmenter sa force par rapport à une antenne isotrope. Les antennes directionnelles à gain élevé peuvent concentrer l’énergie dans une direction spécifique, avec des gains de 10 dBi à 20 dBi possibles. Certaines antennes émettrices à gain élevé pour le Wi-Fi ont des gains allant jusqu’à 12 dBi et peuvent couvrir des distances de centaines de mètres.
Dans le domaine de la radiodiffusion, une antenne d’émission FM typique a généralement un gain de 10 dBi, ce qui assure une couverture de signal dans un rayon de 50 km à 100 km, selon la puissance d’émission. Dans le cas d’une station de radio émettant à 5 000 watts, une antenne avec un gain de 10 dBi peut maintenir la qualité du signal sur de longues distances. Dans les stations de base de communication mobile, le gain de l’antenne émettrice est généralement compris entre 14 dBi et 18 dBi. De telles antennes à gain élevé peuvent atteindre une couverture précise en ville, améliorant la stabilité et l’efficacité de la communication. En prenant l’exemple d’une station de base urbaine typique, une station de base avec une puissance d’émission de 50 watts possède un gain d’antenne de 16 dBi, ce qui peut couvrir un rayon de plusieurs kilomètres.
Une antenne réceptrice satellite typique a un gain de 30 dBi à 45 dBi ; plus le gain est élevé, plus le signal reçu est fort et plus sa clarté est grande. En Europe, une antenne réceptrice satellite de 1,2 mètre de diamètre a un gain compris entre 38 dBi et 40 dBi, ce qui garantit que l’atténuation du signal reste dans des limites acceptables même par mauvais temps. Si le gain de l’antenne réceptrice est inférieur à 30 dBi, elle risque de ne pas recevoir un signal TV clair par temps d’orage.
Pour les antennes réceptrices de télévision numérique domestique, le gain se situe entre 15 dBi et 25 dBi. Une antenne réceptrice de télévision numérique au prix du marché de 200 yuans, avec un gain de 20 dBi, peut recevoir des signaux TV à des dizaines de kilomètres de distance. Avec un gain de 25 dBi, le prix est d’environ 500 yuans, ce qui convient aux utilisateurs vivant dans des zones reculées.
Les antennes omnidirectionnelles qui couvrent une large zone ont généralement un gain faible, avec un gain typique de 2 dBi à 5 dBi, ce qui convient aux scénarios nécessitant une couverture simultanée de signaux dans plusieurs directions, comme les routeurs Wi-Fi domestiques. Une antenne Wi-Fi avec un gain de 2 dBi peut couvrir un rayon d’environ 30 mètres, tandis qu’une antenne avec un gain de 5 dBi peut s’étendre à 50 mètres ou plus. De nombreux routeurs haute performance utilisent des antennes de 5 dBi à 9 dBi de gain pour assurer la couverture de toute la maison et du jardin.
Les antennes directionnelles augmentent la couverture en concentrant les signaux dans une seule direction. Prenons l’exemple de l’antenne directionnelle parabolique commune : son gain est généralement supérieur à 20 dBi, et elle est capable de couvrir une distance de plusieurs kilomètres ou plus. Certaines antennes directionnelles utilisées pour les transmissions Wi-Fi longue distance peuvent atteindre un gain de 24 dBi, permettant une transmission de signal sur plusieurs kilomètres dans des zones dégagées. Dans les télécommunications ou les radiocommunications, les antennes directionnelles à haut gain sont particulièrement courantes. Certaines antennes utilisées dans les communications militaires ou spatiales, par exemple, peuvent atteindre des gains de 30 dBi à 40 dBi et peuvent transmettre efficacement des signaux sur des centaines de kilomètres, garantissant qu’un fort retour de signal puisse toujours être reçu dans des environnements extrêmes.
