Qu'est-ce qu'une antenne panneau ?

La communication sans fil s'est développée à pas de géant ces dernières années. Il existe aujourd'hui sur le marché une grande variété d'antennes pour différentes applications. Les antennes panneaux sont l'un des types d'antennes utilisés pour obtenir une force et une direction de signal optimales. Fondamentalement, une antenne panneau se compose d'un dipôle placé devant un réflecteur plat et est utilisée dans de nombreuses applications, des réseaux cellulaires à la large bande sans fil. Les antennes panneaux sont polyvalentes en raison de leur conception minimaliste et de leur capacité à être utilisées pour des applications fixes et portables, à l'intérieur comme à l'extérieur.

Dans cet article, nous vous proposons une compréhension complète de leur définition de base, des aspects détaillés de la conception, des principes opérationnels, des caractéristiques clés, des utilisations, des types, de la comparaison avec d'autres antennes et des directives d'installation.

Conception et structure de l'antenne panneau

La conception et la structure d'une antenne panneau dépendent de plusieurs facteurs tels que la gamme de fréquences, le gain, la largeur de faisceau, polarisationet adaptation de l'impédance. Les antennes panneaux peuvent être conçues de différentes manières : antennes patch, antennes microruban, antennes à fente, etc. Parmi les matériaux les plus utilisés pour le substrat, citons le FR-4, le Rogers et le Téflon. Lorsque la conception et la structure d'une antenne panneau sont déterminées, les facteurs environnementaux tels que la durabilité, la résistance aux intempéries et les options de montage doivent également être pris en compte. Les antennes panneaux sont constituées de plusieurs éléments ou panneaux destinés à transmettre ou à recevoir des signaux dans une direction spécifique et disposés en grille. Elles sont généralement de forme rectangulaire ou carrée, ce qui crée une plus grande surface et contribue à augmenter le gain de l'antenne. Leur conception compacte et minimaliste les rend polyvalentes pour de nombreux cas d'utilisation.

Fonctionnement des antennes panneaux

Les antennes panneaux sont constituées de plusieurs éléments rayonnants disposés de manière spécifique dans un panneau plat et ces éléments sont connectés à un réseau d'alimentation pour fournir de la puissance à l'antenne. Les éléments rayonnants d'une antenne panneau sont généralement de forme rectangulaire ou carrée et la performance globale et la directivité de l'antenne dépendent de la disposition et de la configuration des éléments rayonnants.

Principales caractéristiques des antennes panneaux

Couverture directionnelle

Les antennes panneaux ont généralement une largeur de faisceau étroite et, par conséquent, elles émettent et reçoivent des signaux dans une direction spécifique. Il s'agit d'une antenne hautement directionnelle en concentrant la transmission et la réception du signal sur une zone spécifique. C'est pourquoi les antennes panneaux sont largement utilisées dans les systèmes de communication sans fil point à point et point à multipoint. La zone de couverture d'une antenne panneau est plus faible en raison de sa grande directivité. Pour couvrir une zone de 360 degrés, il faut déployer plusieurs antennes panneaux. Toutefois, en raison de leur directivité élevée et de leur faisceau étroit, elles sont capables de transmettre et de recevoir des signaux sur une longue distance.

Gain élevé

Comme les antennes panneaux ont une largeur de faisceau étroite qui se concentre sur une région spécifique, le gain des antennes panneaux est généralement plus élevé. Cependant, on peut trouver des antennes panneau avec un gain aussi faible que 6 à 10 dB et aussi élevé qu'environ 23 dB. Le gain élevé des antennes panneaux les rend plus résistantes aux interférences et les rend donc idéales pour les systèmes de communication point à point, même sur de longues distances.

Largeur de faisceau

Les antennes panneaux sont généralement très directionnelles et ont donc une largeur de faisceau étroite et ciblée. Cela permet aux antennes panneau de transmettre et de recevoir des signaux sur de plus longues distances avec un minimum d'interférences. De plus, la largeur de faisceau étroite et très ciblée garantit que la force du signal est élevée, constante et fiable. Cependant, en raison de la largeur de faisceau étroite, les antennes panneaux ne peuvent couvrir qu'une direction limitée et spécifique.

Options de polarisation

Les antennes panneaux sont disponibles en différentes polarisations pour répondre à diverses exigences de performance. Les antennes panneaux peuvent avoir une polarisation verticale, horizontale ou une combinaison des deux. En polarisation verticale, le champ électrique est orienté verticalement, et c'est le mode de polarisation le plus commun qui a été utilisé dans les systèmes de communication traditionnels. En polarisation horizontale, le champ électrique est orienté horizontalement et est utilisé lorsqu'il est nécessaire d'éviter les interférences avec les systèmes à polarisation verticale. En double polarisation ou en polarisation combinée, l'antenne supporte à la fois la polarisation horizontale et la polarisation verticale ou supporte la polarisation à un angle spécifique. Ce type de polarisation est communiquement utilisé pour les systèmes MIMO (Entrées multiples Sorties multiples).

Conception compacte

Les antennes panneaux ont généralement un design très simple et minimaliste. Contrairement aux Antennes YagiLes antennes panneaux sont moins encombrantes. Leur conception plate et compacte les rend plus faciles à installer et occupe moins d'espace. La conception des antennes panneaux réduit la dépendance vis-à-vis des pièces mécaniques et minimise donc l'usure. Les antennes panneaux sont également imprimées sous forme de circuits imprimés, ce qui permet de les utiliser même dans de petits appareils électroniques.

Facilité d'installation

Grâce à leur conception compacte, les antennes panneaux sont faciles à installer et à monter dans la plupart des environnements. Le design épuré des antennes panneau garantit qu'elles s'intègrent parfaitement dans n'importe quel environnement sans être gênantes. Les antennes panneaux sont disponibles en tant que dispositifs "plug-and-play", ce qui les rend beaucoup plus pratiques à installer que les autres antennes traditionnelles.

Polyvalence

Les antennes panneaux sont extrêmement polyvalentes car elles peuvent être fabriquées pour fonctionner dans une grande variété de gammes de fréquences, de gains, de polarisations, etc. Leur conception compacte leur permet également d'être facilement installées à l'intérieur ou à l'extérieur. Les antennes panneaux peuvent être utilisées comme une seule antenne ou comme un réseau d'antennes panneaux en fonction du cas d'utilisation. La capacité d'adaptation et de personnalisation en fonction du cas d'utilisation rend les antennes panneaux extrêmement utiles dans les systèmes de communication co1TP7.

Utilisation à l'intérieur et à l'extérieur

Les antennes panneaux peuvent être utilisées pour des applications intérieures et extérieures. Il existe aujourd'hui sur le marché des antennes panneaux conçues spécifiquement pour des utilisations en intérieur ou en extérieur. Les antennes panneaux d'intérieur sont généralement montées sur les murs ou placées sur des surfaces planes telles que des bureaux ou des étagères. Elles sont généralement de forme rectangulaire et possèdent plusieurs antennes internes qui leur permettent de recevoir et de transmettre des signaux dans une direction spécifique. L'une des principales applications des antennes d'intérieur est l'augmentation du signal à l'intérieur des bâtiments afin d'améliorer la force et la qualité du signal. Les antennes panneaux extérieures sont conçues pour être montées à l'extérieur afin d'améliorer la puissance et la couverture du signal d'un réseau sans fil. Grâce à leur faible largeur de faisceau, elles sont plus tolérantes aux interférences et sont communiquement utilisées dans les systèmes de communication sans fil tels que Wi-Fi, cellulaires, RFID, etc. Les antennes panneaux extérieures sont généralement montées sur des surfaces telles que les toits, les poteaux et les murs. Les antennes panneaux destinées à une utilisation extérieure sont conçues pour être plus durables et plus résistantes aux conditions météorologiques difficiles, sans pour autant perdre leurs performances.

Gamme de fréquences

Les antennes panneaux peuvent fonctionner sur une large gamme de fréquences, ce qui les rend polyvalentes pour diverses applications. Leur capacité à concentrer les signaux à haute fréquence dans des directions spécifiques améliore les performances de l'antenne. Les bandes de fréquences les plus courantes pour les antennes panneaux sont les suivantes : 2,4 GHz, utilisée pour les réseaux WiFi (IEEE 802.11b/g/n) et d'autres applications ISM (industrielles, scientifiques et médicales), 5GHz, utilisée pour les réseaux WIFI (IEEE 802.11a/n/ac/ax) et d'autres applications à haute fréquence, 6 GHz, utilisée pour le Wi-Fi (IEEE 802.11ax et 802.11be) et 24 GHz et plus, généralement utilisée pour les applications à ondes millimétriques de la 5G.

À quoi sert une antenne de panneau ?

Comme nous l'avons mentionné tout au long de l'article, les antennes panneaux sont polyvalentes et sont donc utilisées dans un large éventail d'applications. Quelques cas d'utilisation sont expliqués ci-dessous.

Communication cellulaire

Les antennes panneaux sont placées dans les stations de base cellulaires pour assurer la couverture d'une zone spécifique. Elles sont généralement montées sur des tours ou des bâtiments et sont orientées dans la direction où la couverture est nécessaire. Grâce au gain et à la directivité élevés des antennes panneaux, la station de base sera en mesure de fournir une couverture forte et cohérente aux utilisateurs de cette zone. Les antennes panneaux sont capables de transmettre et de recevoir des signaux entre les stations de base avec une force de signal de haute qualité et une grande précision grâce à la largeur de faisceau ciblée.

Réseaux WiFi

Les antennes panneau sont utilisées dans les réseaux WiFi pour fournir une connectivité aux utilisateurs dans une zone spécifique. Elles sont utilisées dans les connexions point à multipoint pour transmettre et recevoir des données sur de longues distances. Avec les antennes panneaux, le signal peut être focalisé dans une direction spécifique et peut ainsi fournir une meilleure bande passante, une force de signal accrue, une connectivité efficace et fiable pour le réseau WiFI. Plusieurs antennes panneau peuvent être utilisées pour les réseaux WiFi dans des zones de couverture plus étendues. En installant les antennes panneau dans un endroit élevé, les utilisateurs pourront recevoir le signal WiFi de manière constante sans beaucoup d'obstructions et donc une connectivité de haute qualité peut être assurée.

Point à point Communication

C'est l'une des principales applications des antennes panneaux. Les antennes panneau sont utilisées pour établir des connexions point à point entre deux sites, par exemple entre deux bâtiments d'un campus, dans les liaisons de retour entre deux stations de base, etc. Les principales caractéristiques des antennes panneaux, telles que la haute directivité, le gain élevé et la largeur de faisceau étroite, les rendent idéales pour ces applications point à point.

Radiodiffusion

Les antennes panneaux sont utilisées pour la radiodiffusion en raison de leur gain et de leur directivité élevés. Les antennes panneaux sont capables de supporter davantage d'interférences et de diffuser des signaux dans une large bande de fréquences, ce qui les rend idéales pour les réseaux de radiodiffusion. Plusieurs antennes panneaux peuvent être utilisées pour assurer une couverture de diffusion sur une zone plus large.

Réseaux de sécurité publique

Les antennes panneaux peuvent être utilisées pour les systèmes de sécurité publique et les systèmes d'intervention d'urgence. Elles sont capables d'assurer une couverture sur une large zone et donc de faciliter une communication cohérente, même dans des environnements éloignés ou difficiles. Les antennes panneau sont idéales pour la communication co1TP7 sur de longues distances et pour offrir une grande tolérance aux interférences requises dans ces réseaux de sécurité publique.  

Applications de l'internet des objets (IdO)

Les antennes panneau sont disponibles dans les bandes de fréquences élevées et sont utiles dans les applications IoT car elles permettent une communication fiable et rapide. Leur conception compacte et leur facilité d'installation et de maintenance les rendent idéales pour être utilisées dans les applications IoT.

Types d'antennes panneaux

Antenne à panneau plat

Elles sont également connues sous le nom d'antennes patch panel. Ces antennes ont une forme plate compacte et fine, et elles ont généralement un dipôle placé devant un panneau réflecteur plat. Les antennes à panneau plat sont légères et peuvent facilement être montées sur un grand nombre de surfaces. Leur conception et leur structure simples les rendent adaptées aux applications fixes et portables. Ce type d'antenne fonctionne généralement à très haute fréquence et est communiquement utilisé dans les systèmes de communication sans fil, tels que les réseaux Wi-Fi, pour fournir une couverture directionnelle sur une zone spécifique. Les antennes à panneau plat sont capables de faciliter une connexion réseau fiable et à haut débit.

Antenne à panneau sectoriel

Une antenne panneau sectorielle a généralement une largeur de faisceau plus étroite, typiquement une largeur de faisceau de 3 dB dans le plan azimutal, fournissant une directionnalité dans des secteurs ou des angles spécifiques tels que 60, 90 ou 120 degrés. Elles sont communiquement utilisées dans les réseaux cellulaires, en particulier dans les stations de base, pour assurer la couverture d'une zone ou d'un secteur spécifique et sont principalement utilisées dans les applications extérieures. En termes de structure, il s'agit d'antennes longues et étroites à gain élevé, généralement constituées d'un réseau de dipôles placés devant un réflecteur. Les performances de l'antenne dépendent de la taille et de la forme du réflecteur ainsi que de la hauteur de déploiement de l'antenne.

Antenne à patch microruban

Elles sont également connues sous le nom d'antennes patch. Les antennes patch microruban sont parmi les plus petites et les plus compactes des antennes disponibles sur le marché. Ces antennes sont imprimées sur un substrat plat composé d'un matériau diélectrique généralement appelé PCB (Printed Circuit Boards). En raison de leur conception minimaliste et de leur taille compacte, ces types d'antennes sont utilisés dans la plupart des appareils électroniques tels que les téléphones mobiles, les appareils GPS et les systèmes de communication sans fil.

Avantages et inconvénients de l'antenne panneau

Avantages

Couverture à longue distance : Les antennes panneaux ont une grande directivité et peuvent donc être utilisées pour transmettre et recevoir des signaux sur de longues distances.

Interférence minimale : La grande directivité et la largeur de faisceau ciblée minimisent les interférences avec d'autres signaux. Les performances globales s'en trouvent améliorées. La communication est donc plus rapide, plus stable et plus cohérente.

Facilité d'installation : Grâce à leur conception minimaliste et compacte, elles sont faciles à installer et à monter sur la plupart des surfaces. Les antennes à panneau imprimé sont faciles à intégrer dans les appareils électroniques. Les antennes à panneau sont également disponibles sous forme d'options "plug and play", ce qui facilite leur installation dans différentes applications.

Faible coût : Les antennes panneaux ont un faible coût de fabrication et sont généralement plus faciles à entretenir.

Polyvalence : les antennes panneaux sont extrêmement polyvalentes car elles peuvent être fabriquées et sont disponibles sur le marché dans une large gamme de fréquences et dans différents schémas de polarisation et de rayonnement. Les antennes panneaux peuvent être utilisées aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur et dans des applications fixes ou portables.

Inconvénients

Zone de couverture limitée : En raison de l'étroitesse du faisceau, plusieurs antennes panneaux sont nécessaires pour couvrir une zone de 360 degrés.

Exigences en matière d'alignement : Lorsque les antennes panneaux sont alignées, elles doivent l'être dans une orientation optimale pour une performance maximale, ce qui peut nécessiter des compétences professionnelles. Le placement, l'orientation et l'alignement sont essentiels pour optimiser les performances d'une antenne panneau.

Pertes d'énergie : Les antennes à panneau microruban peuvent présenter des pertes diélectriques et des pertes de conducteur lors de la transmission du signal.

Pourquoi l'antenne panneau est-elle idéale pour les applications point à point ?

Les antennes panneau sont souvent utilisées dans les systèmes de communication point à point, elles sont conçues pour transmettre et recevoir des signaux dans une direction spécifique, les antennes panneau sont capables de focaliser le signal dans une direction spécifique grâce à leur haute directivité, leur gain élevé et leur largeur de faisceau étroite. Cela permet une meilleure force de signal et une connectivité cohérente et fiable dans le système de communication co1TP7, ce qui les rend idéales pour les systèmes de communication co1TP7 point à point. En raison de leur largeur de faisceau étroite et ciblée, les antennes panneaux sont sujettes à un minimum d'interférences, ce qui est également utile dans les systèmes de communication point à point.

Antenne panneau SISO vs antenne panneau MIMO

Les antennes panneau SISO utilisent une seule antenne pour la transmission et la réception des signaux, et les antennes panneau SISO utilisent une seule antenne pour la transmission et la réception des signaux. Antennes panneau MIMO utiliser plusieurs antennes simultanément pour la transmission et la réception des signaux. Les antennes panneau SISO sont plus simples à utiliser et moins coûteuses que les antennes panneau MIMO. Le traitement du signal est également beaucoup plus simple dans les antennes panneaux SISO que dans les antennes panneaux MIMO.

Les antennes panneau SISO sont généralement utilisées dans des applications moins complexes où la taille, le coût et la complexité du système doivent être réduits au minimum, tandis que les antennes panneau MIMO sont utilisées dans des applications qui nécessitent un traitement complexe et avancé des signaux, des débits de données élevés, une zone de couverture étendue et une meilleure qualité de signal. Les antennes panneaux MIMO sont plus efficaces et plus fiables, mais elles sont beaucoup plus chères que les antennes panneaux SISO.

Par conséquent, en fonction des exigences de performance de l'application, il convient de décider si une antenne panneau SISO ou une antenne panneau MIMO est préférable pour le cas d'utilisation spécifique.

Installation et alignement

Lors de l'installation d'une antenne de panneau, il faut avant tout choisir un emplacement approprié. Il est important de tenir compte des facteurs environnementaux lors du choix de l'emplacement, tels que l'effet du vent et la capacité de l'antenne à résister aux conditions météorologiques, à la corrosion, etc.

L'idéal est un emplacement surélevé, avec un minimum d'interférences et une ligne de vue dégagée. Il est également important de s'assurer que l'antenne panneau est montée sur une surface ou un emplacement suffisamment stable pour supporter l'antenne. Les antennes panneaux doivent être installées et configurées en suivant correctement les directives du fabricant, car chaque antenne est unique et provient de fabricants différents. Il est essentiel de s'assurer que l'antenne est solidement fixée de manière à ce que l'orientation et l'emplacement restent stables et constants.

Lors du montage, les câbles doivent être fixés afin d'éviter tout dommage, déconnexion ou connexion lâche. Enfin, les performances de l'antenne doivent être testées.

Différence entre l'antenne panneau et l'antenne Yagi

Comprendre antenne yagi ou antenne panneau est important pour vous de choisir la meilleure antenne pour vos solutions sans fil, l'antenne panneau et l'antenne Yagi sont toutes deux des antennes directionnelles. Cependant, elles présentent des différences essentielles en termes de forme et de conception, de paramètres de performance et d'applications.

Les antennes panneaux sont généralement plates et de forme rectangulaire, avec un design très simple et minimaliste. Elles comportent un panneau plat à l'intérieur duquel se trouve un élément rayonnant. Les antennes Yagi sont composées de plusieurs éléments, dont un élément moteur, un réflecteur et un ou plusieurs directeurs disposés selon un schéma linéaire spécifique. Les antennes panneaux ont une bande passante beaucoup plus large et un gain plus faible que les antennes Yagi.

Entre ces deux types d'antennes, les antennes panneaux sont plus adaptées aux applications qui nécessitent une plus grande zone de couverture et les antennes Yagi aux applications qui nécessitent une communication à longue distance. Les antennes panneaux sont davantage utilisées dans les applications intérieures telles que les réseaux WiFi dans les maisons et les bureaux, tandis que les antennes Yagi sont généralement utilisées dans les applications extérieures telles que les stations de base cellulaires et la réception de la télévision.

Différence entre l'antenne dôme et l'antenne panneau

Les antennes dômes sont antennes omnidirectionnelles tandis que les antennes panneaux sont des antennes directionnelles, ce qui constitue la principale différence. Les antennes dômes sont utilisées dans les applications qui nécessitent que les signaux soient transmis et reçus dans une zone de couverture de 360 degrés. Les antennes dômes ont généralement un gain plus faible et une largeur de faisceau plus importante que les antennes panneaux. Elles peuvent être utilisées pour couvrir des zones ouvertes de manière uniforme dans toutes les directions. Les antennes panneaux, quant à elles, ont une largeur de faisceau étroite et un gain plus élevé, ce qui les rend adaptées à la couverture d'une zone ciblée. Les antennes dômes sont soumises à davantage d'interférences pendant la communication que les antennes panneaux.

Conclusion

Les antennes panneau sont l'une des antennes les plus polyvalentes disponibles pour les systèmes modernes de communication co1TP7. Les antennes panneau ont un gain et une directivité élevés, ce qui les rend idéales pour les systèmes de communication point à point et pour la communication à longue distance. Les antennes panneaux sont généralement plates et de forme rectangulaire ou carrée. Cette conception simple et compacte des antennes panneaux leur permet d'être utilisées dans une large gamme d'applications, des petits appareils électroniques aux stations de base cellulaires. Les antennes panneaux peuvent être utilisées comme une seule antenne ou plusieurs antennes panneaux peuvent être configurées en tant que configuration MIMO en fonction des exigences de performance d'une application.

Il est essentiel de comprendre la conception, les caractéristiques, l'installation et le principe de fonctionnement des antennes panneaux pour obtenir des performances optimales. Alors que nous continuons à progresser dans le domaine de la technologie, l'utilité des antennes panneaux dans le maintien d'une infrastructure de communication robuste reste significative.