Gain d'antenne

Le gain d'une antenne s'exprime normalement en dBi, en prenant pour référence une antenne isotrope, c’est-à-dire une antenne fictive qui rayonne uniformément dans toutes les directions. Le gain de cette antenne est donc 1, soit 0 dBi (dBi pour décibel isotrope).

L'antenne isotrope étant une antenne idéale, les mesures sont faites avec une antenne de référence de type dipôle (antenne dipolaire) dont le gain théorique est de 2,15 dB. Le gain sera alors exprimé en décibel par rapport à un dipôle, noté dBd.

Le gain relatif (dBr) est, au contraire, le rapport entre la puissance mesurée dans le lobe principal et la puissance totale émise par l'antenne : le rendement est alors exclu, ce qui donne des chiffres non utilisables en calcul de bilan de liaison.

Le gain d'une antenne dépend de son environnement, il est perturbé par tout élément conducteur proche. Si elle est utilisée dans une application précise, le gain doit être défini dans ces conditions.

Concernant les antennes directives, il existe une loi empirique pour estimer le gain d'une antenne en fonction de sa directivité :

${\displaystyle G=10.\log \left({\frac {41000}{\theta _{a}.\theta _{e}}}\right)}$

G = gain estimé de l'antenne en dBi ;

${\displaystyle \theta _{a}}$ = angle d'ouverture -3 dB de l'antenne en azimut (en degrés) ;

${\displaystyle \theta _{e}}$ = angle d'ouverture -3 dB de l'antenne en élévation (en degrés).

Cette estimation n'est valable que pour des angles inférieurs à 90° et pour des antennes dont le lobe principal se distingue nettement des lobes secondaires[1].

Les paraboles standard pour la télévision par satellite, à la fréquence 12,75 GHz, (entre parenthèses : le gain à 2,4 GHz) et pour un rendement habituel de 69 % (45 %) apportent :

• 60 cm : 36,8 dB (20,5 dB) ;
• 80 cm : 38,5 dB (22,5 dB) ;
• 90 cm : 39,5 dB (23,5 dB) ;
• 120 cm : 42 dB (26,5 dB).

Quelques règles simples :

• chaque fois que le diamètre est doublé, le gain est de 6 dB ;
• chaque fois que l'on ajoute 12,24 % au diamètre précédent, le gain est de + 1 dB.

En télévision par satellite, une parabole grand public fournit un gain dBi qui dépend de l'angle de décalage (offset), par exemple approchant les 23° sur parabole classique de 60 x 65 cm. Les rendements peuvent atteindre 72 % sur des antennes offset et même 80 % sur du subréflecteur à illumination Cassegrain et Grégory.

En fréquences hautes (micro-ondes), le gain peut être mesuré en chambre anéchoïque radioélectrique, constituée d'une salle métallique garnie de matériaux absorbants (mousses graphitées, par exemple), en utilisant un mesureur de champ et une antenne de référence (dipolaire en général). Cette salle doit être assez grande pour faire les mesures en champ lointain, sinon, on utilise, pour des antennes micro-ondes à grand gain ou des antennes de fréquences basses, des bases de mesure d'antenne.

Une base de mesure est constituée d'un point d'émission et un point de réception, munis d'une antenne de référence et de l'antenne à mesurer, sur une mécanique tournante. La distance doit être suffisante pour être en champ lointain vis-à-vis du gain à mesurer. Pour des antennes à très grand gain, des distances de plusieurs kilomètres peuvent être nécessaires (champs autour d'une antenne). Idéalement le sol doit être assez loin pour éviter les trajets multiples. En micro-ondes, des mâts élevés suffisent mais, en HF ou MF, le sol est toujours perturbateur.