Qu'est-ce qu'une antenne active ? Le guide complet

La technologie des antennes a considérablement évolué avec les antennes actives, qui intègrent des composants électroniques actifs, notamment des amplificateurs, des filtres et des unités de traitement des signaux, afin d'améliorer les performances. Les antennes actives sont plus efficaces dans les situations où l'intensité du signal est un problème, car elles utilisent leurs composants électroniques intégrés pour améliorer les signaux, contrairement aux antennes passives, qui utilisent uniquement leur conception physique pour capturer les signaux.

Les antennes actives permettent une réception efficace des signaux sur une gamme de fréquences plus large grâce aux amplificateurs intégrés ; cependant, l'amplification supplémentaire peut entraîner l'envoi d'un signal à une puissance de sortie supérieure à celle autorisée. C'est pourquoi les antennes actives sont généralement utilisées pour recevoir des signaux et non pour les transmettre. De plus, comme certaines antennes directionnelles ajoutent déjà un gain intégré, le gain supplémentaire d'une antenne active peut s'avérer inutile, voire nuisible pour certains systèmes. Cet article explore les types, les fonctions, les avantages, les utilisations et les difficultés des antennes actives. Il les compare également aux antennes passives et inclut des études de cas pertinentes.

Qu'est-ce qu'une antenne active et comment fonctionne-t-elle ?

Une antenne active est un dispositif qui amplifie ou modifie les signaux en fusionnant une architecture d'antenne conventionnelle avec des composants électroniques actifs. L'antenne peut faire plus que recevoir et transmettre des signaux grâce à l'incorporation de composants actifs tels que des processeurs de signaux ou des amplificateurs à faible bruit (LNA).

Un amplificateur est un composant d'une antenne active. Il est possible d'allonger les câbles sans sacrifier la qualité du signal grâce à cet amplificateur, qui renforce les signaux RF reçus par l'antenne. En outre, l'amplificateur améliore le rapport signal/bruit en amplifiant plus efficacement les signaux souhaités, souvent associés à un filtrage pour minimiser les interférences. Pour cette raison, les antennes actives sont parfaites pour une utilisation dans des endroits comme les villes ou les usines où il y a beaucoup d'interférences électromagnétiques.

Les antennes actives peuvent également être utilisées pour surmonter la perte de signal due aux répartiteurs ou à d'autres équipements de distribution, ou pour compenser la perte de signal dans les longs parcours de câbles. C'est pourquoi elles sont utiles dans des applications telles que les systèmes de microphones sans fil et la distribution de la télévision par câble. En définitive, les antennes actives permettent d'améliorer la qualité et la réception du signal dans une multitude d'applications, ce qui en fait un instrument précieux pour divers secteurs.

Principe de fonctionnement

En général, un circuit amplificateur est relié à un petit élément d'antenne, comme une boucle ou un dipôle, pour créer une antenne active. L'élément d'antenne reçoit de faibles signaux entrants, qui sont amplifiés par le circuit amplificateur. Le récepteur ou le reste du système radio reçoit ensuite ce signal amplifié.

Une batterie ou une alimentation électrique fixée à l'antenne peut alimenter l'amplificateur d'une antenne active. L'énergie nécessaire au fonctionnement de l'amplificateur et à l'amplification des signaux est fournie par cette source d'alimentation.

La fonctionnalité de base d'une antenne active est la suivante :

1. Réception du signal : L'antenne reçoit des ondes électromagnétiques.
2. Amplification : Les composants actifs intégrés amplifient les signaux faibles pour améliorer la clarté et la puissance.
3. Traitement du signal : Les antennes actives avancées peuvent traiter le signal pour filtrer le bruit ou les fréquences indésirables.
4. Transmission du signal : En mode transmission, les composants actifs assurent une propagation efficace en amplifiant la puissance du signal.

En intégrant ces composants actifs, les antennes actives peuvent fonctionner plus efficacement dans des environnements difficiles, tels que ceux où les interférences sont importantes ou les signaux faibles.

Types d'antennes actives

Les antennes actives peuvent être classées en fonction de leur conception et de leur application. Les principaux types d'antennes et leurs définitions sont présentés ci-dessous.

1. Antennes réceptrices actives : Ces types d'antennes sont conçus pour amplifier les signaux entrants et sont communiquement utilisés dans les systèmes de communication où l'intensité du signal est un facteur critique.
2. Antennes émettrices actives : Elles comprennent des amplificateurs intégrés qui augmentent la puissance des signaux transmis, garantissant ainsi une plus grande portée et une plus grande fiabilité. Mais les antennes actives sont principalement utilisées pour la réception des signaux.
3. Antennes intelligentes : Équipées d'algorithmes de traitement du signal, ces antennes peuvent orienter les faisceaux de manière dynamique pour se concentrer sur les directions souhaitées.
4. Antennes à réseau phasé : Composées d'éléments multiples avec des signaux à commande de phase, ces antennes permettent la mise en forme et l'orientation des faisceaux sans mouvement mécanique.
5. Antennes actives à large bande : Ces antennes fonctionnent sur une large gamme de fréquences, ce qui les rend adaptées aux systèmes de communication multifréquence communication.

Avantages des antennes actives

Les antennes actives offrent plusieurs avantages par rapport aux antennes passives traditionnelles. Lorsque l'antenne doit être utilisée avec de nombreux appareils ou dans des endroits où la réception est mauvaise, les antennes actives offrent un moyen fiable et pratique de recevoir des signaux de haute qualité.

Voici quelques-uns des principaux avantages des antennes actives.

• Amélioration de la qualité du signal - En général, les antennes actives sont équipées d'amplificateurs intégrés qui renforcent le signal, améliorant ainsi la réception et la qualité du signal. Cela est particulièrement utile dans les endroits où les signaux sont faibles ou éloignés. L'intégration de LNA garantit une réception amplifiée du signal, ce qui les rend efficaces dans les environnements où le signal est faible.

• Portée étendue - Par rapport aux antennes passives, les antennes actives peuvent recevoir des signaux sur une plus grande distance grâce à l'amplification qu'elles procurent. Les composants actifs augmentent la puissance du signal transmis, ce qui étend la zone de couverture. Dans les zones rurales ou isolées où les tours de radiodiffusion sont éloignées, cela peut s'avérer extrêmement utile.
• Réception multidirectionnelle - Selon leur conception, les antennes actives peuvent être omnidirectionnelles, ce qui leur permet de recevoir des signaux provenant de plusieurs directions. Grâce à la réception omnidirectionnelle ou multidirectionnelle, il n'est plus nécessaire de modifier constamment l'antenne pour trouver le signal optimal.
• Efficacité énergétique - Malgré leurs capacités améliorées, les antennes actives modernes sont conçues pour consommer un minimum d'énergie, ce qui les rend adaptées aux applications portables.

• Taille compacte - Par rapport aux antennes conventionnelles, les antennes actives sont généralement plus compactes et plus petites. C'est pourquoi il est désormais possible de les installer sur des murs, des fenêtres ou même à l'intérieur, et l'installation est simplifiée. L'intégration d'éléments actifs directement dans l'antenne permet de réduire la taille globale du système.

• Fonctionnalité dynamique - Les antennes intelligentes et les antennes réseau à commande de phase offrent des capacités telles que la formation de faisceaux, améliorant l'efficacité de la communication.

• Moins d'interférences - Les antennes actives étant dotées d'amplificateurs intégrés et de capacités de traitement des signaux, elles sont moins vulnérables aux interférences provenant d'équipements ou de structures électriques adjacents. Elles peuvent produire un signal plus précis en éliminant les bruits inutiles.

• Compatibilité avec divers appareils - De nombreuses antennes actives sont conçues pour fonctionner avec une série d'appareils, tels que les appareils de diffusion en continu, les téléviseurs et les radios. Grâce à leur adaptabilité, elles constituent une option pratique pour divers environnements et applications.

• Installation facile - L'installation et la configuration des antennes actives sont généralement simples. Pour aider à déterminer le meilleur emplacement, elles sont souvent accompagnées de matériel de montage, d'instructions détaillées et parfois même d'indicateurs de puissance du signal intégrés.

• Utilisation future - Les nouvelles normes et fréquences de radiodiffusion sont de plus en plus susceptibles d'être prises en charge par les antennes actives au fur et à mesure que la technologie évolue. Cela signifie que l'achat d'une antenne active aujourd'hui garantit la compatibilité avec toute avancée ou modification de la technologie de radiodiffusion à venir.

Applications des antennes actives

Les antennes actives sont essentielles pour améliorer la fiabilité, la qualité et la portée du signal dans diverses applications de communication sans fil. Vous trouverez ci-dessous les applications dans lesquelles les antennes actives sont utilisées à des fins diverses.

1. Amélioration de la réception TV : Utilisées dans la radiodiffusion et la télédiffusion pour améliorer la qualité et la couverture du signal. Dans les endroits où il y a des interférences ou un signal de faible puissance, des antennes actives peuvent être utilisées pour améliorer la qualité de la réception TV.
2. Communication sans fil communication : Les routeurs Wi-Fi et autres dispositifs de communication sans fil utilisent des antennes actives pour envoyer et recevoir des signaux.
3. Infrastructure de télécommunications : Les stations de base et autres équipements de télécommunications utilisent des antennes actives pour envoyer et recevoir des signaux pour la communication mobile.
4. Réseaux cellulaires : Les réseaux cellulaires utilisent des antennes actives pour augmenter la couverture et la force du signal. Elles sont également utilisées dans l'infrastructure 5G pour améliorer la connectivité.
5. Navigation GPS : Pour recevoir les signaux des satellites et fournir des données de position précises, les systèmes GPS ont besoin d'antennes actives.
6. Systèmes radar : Les systèmes radar utilisent des antennes actives pour envoyer et recevoir des ondes radio afin de suivre et de détecter des objets.
7. Communication par satellite : Les systèmes de communication par satellite utilisent des antennes actives pour envoyer et recevoir des messages vers et depuis des satellites. Ils sont également utilisés dans les avions pour la navigation et la communication.
8. Applications militaires : Pour une connexion fiable et sûre, les systèmes de communication co1TP15 militaires utilisent des antennes actives. Elles sont utilisées dans les systèmes radar, la surveillance et les réseaux de communication sécurisés.
9. Internet des objets (IoT) : Les appareils IoT utilisent des antennes actives pour faciliter la communication et la connectivité sans fil.

Comparaison avec les antennes passives

Le système d'antenne le plus simple est le système passif. Avec ces antennes, les signaux sans fil traversent le système sans aucune interférence supplémentaire après être passés du réseau au contrôleur. Les antennes passives ne peuvent utiliser que la force du signal entrant ; elles ne sont pas capables d'amplifier le signal. Elles conviennent mieux aux situations où le coût est un facteur clé, car elles sont plus faciles et moins coûteuses à fabriquer.

En revanche, le signal est amélioré d'une manière ou d'une autre avant d'être distribué dans un système d'antenne active. En général, un amplificateur relié au contrôleur est utilisé à cet effet, mais d'autres techniques de renforcement du signal peuvent également être employées. Des connexions en fibre optique, par exemple, sont parfois utilisées pour améliorer la fonctionnalité. Les antennes actives sont généralement utilisées dans les endroits où la densité d'utilisateurs est élevée et dans les zones urbaines denses où les obstacles tels que les arbres et les bâtiments affaiblissent le signal. Pour compenser la perte de signal due à ces obstacles, elles peuvent l'augmenter, garantissant ainsi une connexion solide et fiable.

Les antennes passives sont fréquemment utilisées dans les régions moins peuplées où le signal est puissant et où il y a peu d'obstacles. Elles permettent de fournir une connectivité fiable sans nécessiter d'amplification du signal.
En conclusion, les antennes passives conviennent mieux aux zones moins urbaines où le signal est puissant, tandis que les antennes actives, en particulier les systèmes à réseau phasé, jouent un rôle crucial pour relever les défis du spectre à haute fréquence de la 5G dans les zones urbaines.

Défis et limites

Malgré leurs avantages, les antennes actives sont confrontées à certains défis :

Dans les grands bâtiments, de nombreux types de systèmes d'antennes sont utiles. Après tout, les communications sans fil sont plus susceptibles d'être perturbées dans ce type de bâtiments. Toutefois, la taille d'un bâtiment peut éventuellement jouer en défaveur d'un système d'antenne. L'atténuation est le processus par lequel le signal s'affaiblit lorsque les câbles transportent des données sur des distances de plus en plus grandes. Pour inverser ce processus, il faut des antennes actives. Elles renforcent le signal et permettent une transmission sur de plus longues distances. Les antennes actives sont donc très utiles dans les grands bâtiments. Dans ces situations, elles peuvent résoudre immédiatement les problèmes inhérents à l'échelle du bâtiment.

1. Dépendance à l'égard du pouvoir : Les antennes actives nécessitent une source d'énergie, ce qui peut constituer une limitation dans les environnements éloignés ou à faible consommation d'énergie.
2. La complexité : L'intégration de composants actifs augmente la complexité de la conception et de la fabrication.
3. Coût : Les coûts de production plus élevés peuvent rendre les antennes actives moins accessibles pour les projets à budget limité.
4. Problèmes de fiabilité : Les composants actifs sont plus susceptibles de tomber en panne que les éléments passifs, ce qui nécessite un contrôle de qualité rigoureux.
5. Gestion des interférences : La gestion des interférences dans les systèmes d'antennes actives très denses peut s'avérer difficile.

Études de cas

• Déploiement du réseau 5G

Dans le cadre du déploiement des réseaux 5G, les antennes actives ont joué un rôle essentiel. Par exemple, en milieu urbain, les antennes réseau à commande de phase dotées de capacités de formation de faisceaux ont permis de transmettre des données à grande vitesse et avec une latence réduite.

• Systèmes radar militaires

Les avantages stratégiques des applications de défense sont garantis par les performances accrues des systèmes radar avancés utilisant des antennes actives pour identifier les cibles peu visibles.

• Satellite Communication

Les satellites dotés d'antennes actives offrent des connexions de communication fiables même dans des conditions atmosphériques défavorables, ce qui souligne leur importance pour la connectivité et la recherche spatiale.

• Antenne GPS

Les antennes actives sont utilisées dans les antennes GPS des smartphones et les systèmes de communication par satellite, où il est essentiel de maintenir la force du signal sur de longues distances.

• Routeur sans fil

L'antenne Wi-Fi que l'on trouve dans les routeurs sans fil est un autre exemple d'antenne active. L'antenne active permet d'augmenter la portée du réseau sans fil et d'amplifier le signal Wi-Fi.

Conclusion

En combinant le filtrage et l'amplification dans un petit boîtier, les antennes actives ont complètement changé le traitement des signaux et la communication. Elles sont essentielles dans les utilisations modernes allant du militaire aux télécommunications en raison de leur capacité à augmenter la force du signal, à réduire le bruit et à s'adapter dynamiquement à des circonstances changeantes. L'importance des antennes actives dans les futurs systèmes de communication augmentera en raison des améliorations technologiques continues qui promettent de s'attaquer aux limitations actuelles telles que le coût et la dépendance à l'égard de la puissance.

Pour choisir entre une antenne active et une antenne passive, il faut tenir compte d'un certain nombre de critères, notamment le prix, l'application et le nombre d'appareils pris en charge. Certaines antennes passives peuvent être moins chères que leurs homologues actives en raison de l'absence d'amplificateur, bien que les antennes actives soient généralement plus compactes et puissent réduire le bruit et les interférences. Cet article présente un examen complet des antennes actives.