Types d'antennes WiFi : Un guide complet

Dans ce monde moderne et rapide, tout progresse et les systèmes de communication ont évolué. Au début, nous nous appuyions sur des systèmes de communication câblés, mais grâce aux progrès technologiques, nous sommes passés à la communication sans fil. Aujourd'hui, le WiFi est partout, et les antennes WiFi sont l'un des éléments essentiels de notre vie quotidienne. Elles sont comme un compagnon silencieux qui nous permet de rester connectés où que nous allions.

Les communications sans fil dépendent de l'énergie des fréquences radio, qui est transmise et reçue par les antennes WiFi. La qualité des antennes WiFi a donc une incidence directe sur la couverture et les performances de vos réseaux. Comprendre les principes de base vous aidera à choisir la bonne antenne la prochaine fois que vous en aurez besoin.

Voyons maintenant de plus près ce que sont exactement les antennes Wifi. Une antenne est un dispositif qui émet des ondes radio lorsqu'il reçoit de l'énergie électrique et qui peut également convertir les ondes radio en énergie électrique. Dans le contexte du WiFi, les antennes sont des composants essentiels qui aident à transmettre et à recevoir des signaux de radiofréquence, permettant aux appareils de se connecter à l'internet. Elles peuvent également jouer le rôle d'émetteur et de récepteur, ce qui permet une connexion fluide entre les appareils.

Les antennes WiFi sont essentielles dans notre monde sans fil. Nos appareils quotidiens tels que les smartphones, les ordinateurs et les ordinateurs portables dépendent des antennes pour envoyer et recevoir des données. Dans les maisons et les bureaux, les antennes WiFi garantissent des connexions internet fluides pour les activités quotidiennes telles que le streaming vidéo, la navigation et les jeux. Elles permettent également la mise en place de points d'accès WiFi publics dans des lieux tels que les cafés, les restaurants et les aéroports. Les antennes WiFi jouent également un rôle crucial dans le monde de l'IoT (Internet des objets). En outre, ces antennes WiFi sont essentielles pour les services internet sans fil à longue portée. Les antennes WiFi alimentent la tendance croissante des systèmes audio sans fil, permettant aux appareils de communiquer sans avoir besoin de connexions physiques.

Après avoir compris ce que sont les antennes WiFi et leur importance, nous allons nous pencher sur les facteurs clés qui permettent à ces antennes de fonctionner efficacement dans différentes situations.

Comprendre les paramètres de l'antenne WiFi

Les antennes WiFi sont définies par plusieurs paramètres importants, qui déterminent leurs performances et leur adéquation à différentes tâches. Décomposons-les pour faciliter la compréhension.

Gain

Le gain d'une antenne est une mesure de sa capacité à concentrer l'énergie dans une direction spécifique, par rapport à une antenne de référence théorique appelée radiateur isotrope. Une antenne isotrope est un dispositif qui émet de l'énergie de manière égale dans toutes les directions et dont le gain est de 0 dBi (décibels par rapport à l'isotrope).

Le gain d'une antenne est mesuré en dBi et représente l'efficacité de l'antenne à diriger les ondes électromagnétiques. Un gain plus élevé signifie que l'antenne peut atteindre de plus grandes distances et fournir des signaux plus puissants. Cependant, un dBi plus élevé n'est pas toujours synonyme de meilleure qualité. Lorsque le dBi de l'antenne augmente, elle peut envoyer des signaux plus loin, mais elle couvrira une zone plus petite. Imaginez que c'est comme le faisceau d'une lampe de poche : un gain plus élevé signifie un signal plus ciblé, ce qui peut se traduire par une couverture moindre dans d'autres directions.

Schéma de rayonnement

Le rayonnement est un terme utilisé pour représenter l'émission d'un front d'onde au niveau de l'antenne, en précisant son intensité. Le diagramme de rayonnement d'une antenne montre comment l'antenne transmet l'énergie des fréquences radio dans différentes directions. Ce diagramme est important pour la communication et la conception de systèmes efficaces. Il est généralement représenté dans les systèmes de coordonnées polaires ou cartésiennes. Ces diagrammes nous permettent de voir si l'antenne peut concentrer l'énergie dans une direction spécifique ou la répartir uniformément. Par exemple, le diagramme de rayonnement d'un routeur WiFi omnidirectionnel ressemble à un beignet, car il émet des ondes radio avec la même intensité dans toutes les directions horizontales. Une antenne omnidirectionnelle est conçue pour diffuser les signaux de manière uniforme dans toutes les directions autour d'elle.

Gamme de fréquences

Nous savons que les appareils WiFi communiquent entre eux par le biais d'ondes radio. Les ondes radio sont caractérisées par leur fréquence, c'est-à-dire le nombre de cycles par seconde, mesuré en Hertz (Hz). Selon la technologie utilisée, les antennes WiFi utilisent plusieurs fréquences pour transmettre des informations : 900 MHz, 2,4 GHz, 3,6 GHz, 4,9 GHz, 5 GHz et 60 GHz. Les fréquences les plus typiques sont les bandes de 2,4 et 5 GHz qui correspondent à des longueurs d'onde de 12,5 cm et 6 cm {longueur d'onde(m) = 3x 10⁸ms^-1/fréquence (Hz)}.

Les ondes de basse fréquence ont des longueurs d'onde plus grandes, ce qui facilite le passage à travers des obstacles tels que les murs et les métaux, et permet aux signaux de voyager plus loin. Chaque antenne WiFi est construite pour correspondre à la fréquence et à la longueur d'onde exactes du signal transmis. En termes simples, une antenne 2,4 GHz ne peut pas remplacer une antenne 5 GHz et vice versa. Mais certaines antennes, comme les antennes bi-bande, ont la capacité d'utiliser les deux fréquences.

Connecteur

Lorsque l'on parle de connecteurs d'antenne WiFi, il existe plusieurs styles couramment utilisés. Les connecteurs sont importants pour fixer les antennes externes aux appareils WiFi tels que les points d'accès et les routeurs. Les types les plus courants sont les suivants,

• RP-SMA (Reverse Polarity SMA) : il s'agit d'un connecteur largement utilisé dans les appareils grand public, dont la polarité est inversée par rapport à celle des connecteurs SMA. Dans les connecteurs RP-SMA, le mâle a des filets externes et un trou central (broche femelle), et la femelle a des filets internes et une broche centrale (broche mâle). SMA signifie Subminiature version A. Il s'agit d'un type de connecteur coaxial de radiofréquence.
• RP-TNC (Reverse Polarity TNC) : Ces connecteurs ont également une polarité inversée par rapport aux connecteurs TNC. Dans ce cas, la broche centrale est mâle. Les connecteurs RP-TNC se trouvent dans les équipements WiFi d'entreprise. TNC signifie Threaded Neil Concelman connector, qui est un connecteur RF fileté de taille moyenne.
• Connecteur de type N : Il s'agit d'un connecteur RF fileté utilisé pour connecter les câbles coaxiaux dans les applications RF. Grâce à son mécanisme de couplage fileté, il est plus sûr et plus fiable dans les environnements soumis à de fortes vibrations. Ils sont largement utilisés dans les environnements extérieurs et industriels en raison de leur robustesse et de leur résistance aux intempéries.

Largeur de faisceau

L'ouverture de faisceau est la séparation angulaire entre les points du lobe principal où l'intensité du signal diminue de 3 dB par rapport à son gain maximal. Elle se compose de l'ouverture de faisceau horizontale et de l'ouverture de faisceau verticale, qui correspondent aux angles horizontaux et verticaux du diagramme de rayonnement de l'antenne. Une largeur de faisceau plus étroite signifie que l'antenne concentre davantage son énergie dans une direction spécifique, ce qui se traduit par une plus grande portée et une meilleure résistance aux interférences.

Maintenant que nous avons abordé les paramètres clés des antennes WiFi, examinons les différents types d'antennes WiFi et leurs applications spécifiques.

Types d'antennes WiFi

Il existe deux types principaux d'antennes utilisées dans notre vie quotidienne. L'une est omnidirectionnelle et l'autre est directionnelle. Examinons chacune d'entre elles en détail.

Omnidirectionnel

Les antennes WiFi omnidirectionnelles sont conçues pour émettre des signaux à 360 degrés, offrant ainsi une bonne couverture dans toutes les directions, de la même manière qu'une ampoule à incandescence éclaire une pièce. Elles peuvent également capter des signaux provenant de toutes les directions. Toutefois, leur portée peut être plus courte que celle des antennes directionnelles. Les antennes omnidirectionnelles varient considérablement en taille et en forme. Il peut s'agir d'antennes à puce extrêmement petites qui se montent directement sur un circuit imprimé et se mesurent en millimètres. Elles sont couramment utilisées à l'intérieur et à l'extérieur.

Examinons maintenant en détail les différents types d'antennes omnidirectionnelles, notamment les antennes en fibre de verre, les antennes dipôles, les antennes à fixation plafond, les antennes à fixation magnétique et les antennes patch.

Antennes en fibre de verre: Ce sont les antennes les plus populaires, fabriquées en fibre de verre. Il s'agit de poteaux en fibre de verre, enveloppés d'un vibrateur en cuivre et recouverts d'un matériau de protection. L'enveloppe de l'antenne est en plastique renforcé de fibre de verre, et la bobine de l'antenne en fibre de verre est généralement située au sommet de l'antenne.

L'antenne en fibre de verre utilise une technologie de pression de film à haute température et à haute pression. Elle se caractérise par l'absence de déformation, l'imperméabilité à l'eau et au vent, la résistance à la chaleur et une forte étanchéité. Ces antennes sont largement utilisées dans des domaines tels que l'électricité, le transport ferroviaire, les applications maritimes et océaniques, l'énergie, le transport, l'infrastructure, les véhicules électriques, la technologie de la construction et bien d'autres encore.

Ces antennes sont connues pour leur durabilité et leur longue durée de vie, souvent supérieure à 15 ans. Comme elles sont fabriquées à partir de matériaux composites non métalliques, elles sont plus résistantes à la corrosion due aux acides, aux alcalis et aux sels. La conception structurelle, qui comprend de multiples nervures verticales et annulaires, permet à ces antennes de résister à des conditions météorologiques difficiles. En outre, l'incorporation d'un filet d'aluminium dans la surface réfléchissante améliore la réflexion des ondes et offre une protection contre les facteurs environnementaux. Cependant, les antennes en fibre de verre présentent également quelques inconvénients. Les changements d'environnement peuvent provoquer des distorsions. Comme ces antennes sont fabriquées en fibre de verre, elles peuvent vieillir plus rapidement dans des environnements où la température est plus élevée. Certains matériaux en fibre de verre contiennent du carbone, ce qui peut affecter la conductivité et entraîner des dysfonctionnements de l'antenne.

Antenne dipôle : Les antennes dipôles sont des antennes de base composées de deux éléments conducteurs et d'une ligne d'alimentation. Lorsque le courant passe par la ligne d'alimentation, l'antenne émet de l'énergie électromagnétique à une fréquence spécifique. Ces antennes ont généralement une plus grande largeur de bande, ce qui leur permet de prendre en charge les communications multifréquences.

Ils offrent les avantages suivants,

• Conception structurelle simple, contribuant à la maîtrise des coûts.
• Large éventail d'applications, y compris les routeurs et les appareils mobiles.
• Comme ils ont une forte directivité, ils permettent de contrôler la direction de l'émission et de la réception du signal.
• Réception de signaux équilibrés.
• Disponible sous différentes formes telles que le dipôle de base, le dipôle plié et le dipôle demi-onde.

Nous avons parlé des avantages des antennes dipôles, voyons maintenant quels sont leurs inconvénients.

• Pour trouver le meilleur point de réception, nous devons essayer différentes combinaisons de placements de poteaux.
• Difficile de gérer l'extérieur lorsque la taille augmente.

Si nous regardons les applications, elles sont utilisées dans les antennes WiFi 6/6E/7, les antennes cellulaires 4G/ 5G LTE, les antennes industrielles scientifiques et médicales, et les antennes GNSS et GPS.

Montage au plafond Antenne : Il s'agit d'un dispositif installé au plafond pour optimiser le signal sans fil. Elles offrent une couverture à 360 degrés et améliorent la force et la fiabilité des signaux WiFi. L'utilisation d'antennes de plafond omni peut aider à éliminer les zones mortes et à améliorer la qualité du signal. En fournissant une connectivité constante, elles permettent aux utilisateurs de rester connectés à l'internet.

Examinons les avantages des antennes de plafond,

• Ils sont positionnés à une hauteur plus élevée, ce qui leur permet de fournir une meilleure couverture du signal que les autres types.
• Ils sont plus attrayants sur le plan visuel.
• Comme ils sont placés au plafond, ils sont souvent éloignés des sources potentielles d'interférences.
• Facile à installer.

Examinons les inconvénients des antennes montées au plafond.

• Elles peuvent avoir une portée limitée par rapport à d'autres antennes.
• Une fois qu'une antenne de plafond est installée, il est très difficile de l'ajuster.
• Une autre contrainte notable est le coût de l'antenne qui est un peu plus élevé que les autres types.

Antenne à montage magnétique : Comme son nom l'indique, il peut maintenir fermement l'antenne à l'aide d'aimants puissants. Elles peuvent donc être utilisées aussi bien pour des installations fixes que pour des installations mobiles. En outre, ces antennes magnétiques conviennent aux véhicules, aux boîtiers électroniques et à certains systèmes de communication temporaires.

Ils offrent les avantages suivants,

• Ils sont largement utilisés dans des applications où la mobilité et la flexibilité sont essentielles.
• Ces supports permettent un positionnement sûr et facilement amovible, ce qui les rend idéaux pour les véhicules et les installations temporaires.
• Par exemple, les antennes GPS sur les véhicules, les radios CB, les véhicules des services d'urgence utilisent ces antennes.

Voici quelques-unes des contraintes les plus courantes,

• Mauvaise qualité du signal en raison d'un contact insuffisant avec la surface.
• Valeurs élevées du ROS.

Mais avec un réglage minutieux et des techniques appropriées, vous pouvez obtenir d'excellentes performances.

Examinons ensuite les antennes directionnelles, qui concentrent les signaux dans des directions spécifiques afin de permettre une communication à plus longue portée.

Antennes directionnelles

L'antenne directionnelle est un type spécial d'antenne qui fonctionne en concentrant les signaux dans une direction particulière. Dans ce cas, la puissance de l'antenne est plus concentrée dans une direction donnée, ce qui permet d'envoyer et de recevoir des signaux à une distance beaucoup plus grande. Contrairement aux antennes omnidirectionnelles, les antennes directionnelles ont une petite zone de couverture.

Examinons maintenant en détail les différents types d'antennes directionnelles, notamment l'antenne panneau, l'antenne Yagi, l'antenne secteur, l'antenne parabolique à grille/diaphragme.

Antenne de panneau : Une antenne panneau est un type d'antenne directionnelle qui consiste en un dipôle placé devant un réflecteur à panneau plat. Elles sont généralement de forme rectangulaire et plate, conçues pour fournir un faisceau focalisé d'ondes radio dans une direction spécifique. Cette largeur de faisceau étroite permet de minimiser l'interface avec d'autres signaux. La forme rectangulaire permet d'augmenter le gain. Ils sont utilisés dans les systèmes de communication point à point. Ils sont souvent utilisés dans les liaisons de retour sans fil, qui relient deux nœuds de réseau ou plus. En outre, ils sont également utilisés dans les systèmes point à multipoint. Par exemple, ils sont utilisés dans les points d'accès sans fil, qui fournissent une connectivité internet à plusieurs appareils dans une zone spécifique.

Si nous examinons les avantages des antennes Panel,

• Polyvalent pour les applications fixes et mobiles.
• Profil bas, design aérodynamique.
• Largeur de faisceau plus large.
• Fonctionne à des fréquences ultra-hautes.

Mais ils présentent aussi des inconvénients,

• Portée limitée.
• Gain inférieur à celui des autres antennes directionnelles.
• La complexité accrue de la conception et de la maintenance sont les principales contraintes des antennes à panneaux.

Antenne Yagi : Il s'agit d'une antenne directionnelle connue pour son signal focalisé et son gain élevé. Elle se compose d'un élément dipôle central, qui agit comme source principale, et de plusieurs éléments parasites disposés sur sa longueur. Ces éléments parasites réémettent des signaux légèrement déphasés par rapport à l'élément principal, ce qui contribue à renforcer le signal dans une direction. Les antennes Yagi sont donc idéales pour de nombreuses applications telles que la réception radio et TV, la réception de signaux à longue portée et la communication sans fil.

Si nous regardons les avantages des antennes yagi,

• Ils sont très directionnels.
• Facile à construire
• Rentable.
• Ils permettent un gain de signal important.

Cependant, ils présentent également des inconvénients,

• Ils ont une largeur de bande et une gamme de fréquences limitées.
• Les modèles à gain plus élevé peuvent être assez longs.

Antenne sectorielle : Une antenne sectorielle est une antenne directionnelle qui fournit une couverture ciblée dans une zone définie. Elle est composée de plusieurs éléments d'antenne disposés de manière à créer un diagramme de rayonnement horizontal large et vertical étroit. Cela permet de créer un diagramme de rayonnement horizontal large et vertical étroit. Ce diagramme est très important pour minimiser les interférences et améliorer la qualité du signal.

Si l'on considère les avantages qu'ils présentent,

• Leur principal avantage est leur couverture directionnelle.
• Ils offrent également une grande évolutivité.
• Un autre avantage des antennes sectorielles est qu'elles sont rentables et faciles à installer.

Toutefois, l'utilisation d'antennes sectorielles présente l'inconvénient de nécessiter un plus grand nombre d'interfaces sans fil et de poser des problèmes d'interférence.

Une connexion point à point nécessite une antenne qui dirige toute l'énergie radiofréquence (RF) dans une seule direction. Le facteur limitant de cette antenne est principalement sa taille. Les antennes à gain élevé réduisent les risques d'interférence avec d'autres nœuds ou avec les autres antennes du même nœud, mais elles sont souvent très volumineuses.

Antennes paraboliques à grille/parabole : Une antenne parabolique est un dispositif de haute précision qui utilise un réflecteur parabolique pour concentrer les ondes radio sur un point spécifique. Cette structure lui permet de recevoir et d'envoyer des signaux avec une grande efficacité. Lorsque les ondes radio atteignent le disque, elles sont réfléchies vers le point focal. La forme du disque est conçue de cette manière. Les antennes paraboliques sont couramment utilisées dans les antennes paraboliques, les systèmes de communication sans fil et les systèmes radar.  

Lorsque nous parlons des avantages,

• Ils peuvent atteindre un gain élevé grâce à leur capacité à concentrer l'énergie électromagnétique dans un faisceau étroit, ce qui les rend idéaux pour les communications à longue distance.
• Leur faisceau est très directionnel, ce qui minimise les interférences provenant de sources non désirées.
• En outre, elle peut être utilisée à la fois comme antenne d'émission et comme antenne de réception grâce au principe de réciprocité.

Cependant, ils présentent plusieurs inconvénients,

• Leur fabrication et leur achat peuvent être coûteux.
• Leur zone de couverture est limitée.
• Les antennes paraboliques doivent être alignées avec précision et orientées vers la source souhaitée.

Antenne patch : Il s'agit d'un choix populaire pour les applications de lecture RFID. Il doit son nom à sa conception en patch. Il se compose d'un patch métallique suspendu au-dessus du plan de masse, avec des composants clés tels que le patch rayonnant, le substrat diélectrique, le plan de masse et le mécanisme d'alimentation.

Examinons les avantages des antennes patch.

• Ils sont de taille compacte.
• profil bas.
• Rentable.

 Cependant, ils présentent également certaines limites.

• Leur efficacité est plus faible en raison des pertes diélectriques et conductrices. Elles réduisent le gain de l'antenne.
• En outre, leur capacité de traitement de la puissance est limitée. Elles ne sont donc pas idéales pour les applications à forte puissance.

Jusqu'à présent, nous avons exploré les bases des antennes WiFi, leurs paramètres clés et leurs types. Passons maintenant à la comparaison entre les antennes WiFi externes et internes.

Antennes WiFi externes et internes

Les antennes WiFi se déclinent en deux configurations principales : interne et externe, chacune ayant ses propres avantages et scénarios d'utilisation. Examinons tout d'abord les antennes WiFi internes. Ces antennes WiFi sont intégrées dans des appareils tels que les routeurs, les ordinateurs portables et les téléphones mobiles. Les antennes WiFi internes ne peuvent pas être attachées ou détachées de l'appareil, puisqu'elles sont intégrées dans le boîtier de l'appareil. Ces types d'antennes sont conçus pour économiser de l'espace et conserver une belle apparence au produit. Bien qu'elles puissent être moins puissantes que certaines antennes externes, les progrès technologiques permettent à ces antennes d'offrir de bonnes performances. Les antennes WiFi internes sont couramment utilisées dans les téléviseurs intelligents, les appareils IoT et certains appareils électroniques grand public. L'une des limites de ces antennes est qu'elles peuvent être affectées par leur boîtier. Il existe plusieurs types d'antennes WiFi internes, chacune étant conçue pour remplir des tâches différentes. Les antennes à circuit imprimé (PCB) sont directement intégrées dans l'appareil, ce qui offre une solution économique et compacte pour les appareils IoT et les mobiles. Les antennes de diversité utilisent plusieurs antennes, ce qui permet de réduire les perturbations du signal dans certains environnements difficiles. Comme nous l'avons déjà vu, les antennes dipôles utilisées en interne fournissent une couverture omnidirectionnelle équilibrée.

D'autre part, les antennes WiFi externes sont des dispositifs conçus pour améliorer la puissance et la portée du signal d'un réseau WiFi, qui peuvent être montés à l'extérieur de l'appareil. Les antennes externes peuvent être ajoutées ou remplacées pour améliorer la connectivité. Examinons quelques caractéristiques et avantages clés des antennes WiFi externes. Elles ont la capacité d'étendre la zone de couverture du réseau WiFi. Ces antennes permettent de réduire les zones mortes. Il existe différents types d'antennes externes, notamment les antennes directionnelles et les antennes omnidirectionnelles. De nombreuses antennes externes sont réglables et rotatives. Elles sont utilisées dans divers appareils, notamment les routeurs, les points d'accès et les adaptateurs WiFi. Elles peuvent être montées sur les murs, les plafonds et les bureaux. Dans l'ensemble, les antennes WiFi externes sont une solution pratique pour améliorer la connectivité sans fil.

Les antennes WiFi internes et externes présentent des avantages et des inconvénients distincts et servent des objectifs différents. Comprendre la différence entre elles vous aide à choisir la meilleure option pour une bonne connexion. Examinons maintenant les antennes WiFi MIMO multipolarisées.

Antenne WiFi MIMO multipolarisée

Avant d'étudier les antennes MIMO, examinons la polarisation. Imaginez une onde radio se déplaçant dans l'air comme une série d'ondulations se déplaçant dans l'eau. Si ces ondulations se déplacent de haut en bas, on parle de polarisation verticale, si elles se déplacent d'un côté à l'autre, on parle de polarisation horizontale. Ainsi, pour que les antennes captent efficacement les signaux, leur polarisation doit correspondre à celle du signal. C'est là que les antennes à entrées et sorties multiples (MIMO) sont utiles. Elles utilisent plusieurs antennes pour gérer simultanément plusieurs voies de signaux. Avec l'aide de plusieurs émetteurs et récepteurs, les antennes MIMO permettent aux appareils d'envoyer et de recevoir des données plus efficacement. Si nous parlons d'antennes MIMO, nous devons également vérifier les antennes SISO (une seule entrée, une seule sortie). Les antennes SISO n'ont qu'un émetteur et un récepteur. Elles ne peuvent recevoir et envoyer des données qu'une seule fois. Cela peut limiter la vitesse et la fiabilité. Si vous souhaitez obtenir les meilleurs débits de données, les antennes WiFi MIMO sont toujours le meilleur choix.

Conclusion

En résumé, si vous souhaitez optimiser les performances de votre réseau, vous devez choisir une antenne WiFi adaptée au réseau. Les différents types d'antennes ont des objectifs différents. Les antennes internes sont adaptées à une utilisation quotidienne sur de petits appareils et les antennes externes offrent une meilleure couverture et une plus grande flexibilité pour les espaces plus vastes. Si vous avez besoin d'une connexion plus rapide et fiable, les antennes MIMO sont le meilleur choix. En choisissant la bonne antenne WiFi pour votre réseau WiFi et pour vos besoins, vous pouvez améliorer la couverture de votre signal WiFi, réduire les interférences extérieures et profiter d'une connexion plus fluide et plus stable.