5.4.1 Gain

L'étude de la directivité d'une antenne telle qu'elle apparaît au travers de son diagramme de rayonnement est essentielle à la détermination d'un bilan de liaison entre antennes. En effet, de toute l'onde rayonnée, seule une infime partie parviendra au droit de l'antenne de réception. Ce phénomène s'amplifie même à mesure que l'antenne de réception s'éloigne de l'antenne d'émission.

Prenons tout d'abord le cas d'une antenne isotrope; il s'agit d'une antenne dont le vecteur de POYNTING est identique dans toutes les directions. Soit P_E, la puissance totale rayonnée par l'antenne, l'isotropie fait en sorte que $\left\vert\vphantom{S}\right.$S$\left.\vphantom{S}\right\vert$ vaut, à une distance d'observation d,

$$\left\vert\vphantom{S}\right. \left.\vphantom{S}\right\vert {\frac{{P_{E}}}{{4\pi d^{2}}}}$$ (5.48)

En espace libre, le champ électrique en découle immédiatement en raison de l'équation 5.36

$$\left\vert\vphantom{E}\right. \left.\vphantom{E}\right\vert {\frac{{\sqrt{30P_{E}}}}{{d}}}$$ (5.49)

Exemple. En radiodiffusion FM, on dispose typiquement d'une source de 100 [W]. À une distance de 10 [km], le champ électrique vaut alors 5, 5 [mV/m], ce qui est au-delà du seuil d'écoute.

Si en radiodiffusion, il n'y a aucune raison d'assurer une très forte directivité, hormis celle dans le plan de terre, il en va autrement pour des liaisons point à point telles que les faisceaux hertziens ou les communications par satellites. La solution consiste à privilégier des directions particulières en modifiant la forme du diagramme de rayonnement.

Définition 71   L'ITU définit le gain d'une antenne comme le ``ratio, généralement exprimé en décibels, entre la puissance nécessaire à l'entrée d'une antenne de référence sans perte à la puissance effective fournie à l'antenne considérée de manière à ce qu'elle fournisse le même champ électrique ou la même puissance dans une direction donnée''.

En général, on prend une antenne de référence isotrope en espace libre. On parle alors de Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente (PIRE). Cette puissance est le produit de la puissance d'émission d'une antenne par le gain dans la direction d'observation; en effet, un récepteur ne fait pas la distinction entre la puissance d'une antenne P_E de gain G_E et la puissance fournie par une antenne isotrope de puissance P_EG_E.

La figure 5.11 compare une antenne isotrope et une antenne directive de gain G_E dans une direction donnée.

Figure 5.11: Gain d'antenne.