Une introduction aux antennes UWB

Tamara Wilhite est rédactrice technique, ingénieure industrielle, mère de deux enfants et auteure publiée de science-fiction et d’horreur.

Qu’est-ce qu’une antenne UWB ?

UWB signifie fréquences ultra large bande ou ultra large bande. La FCC a réservé les fréquences de 3,1 GHz à 10,7 GHz pour une utilisation ultra large bande (UWB) aux États-Unis. Les fréquences supérieures à 10,7 GHz sont principalement la télévision par satellite et les radars militaires. Une antenne UWB est celle qui reçoit ces fréquences.

Utilisations de ces antennes

Voici quelques utilisations courantes et peu courantes des antennes UWB au fil du temps :

• La gamme UWB est utilisée pour les signaux FM simples lorsque le signal est étalé sur 500 MHz. Le signal est réparti si finement sur cette plage qu’il n’y a pas beaucoup d’interférences créées par celui-ci. Cependant, il s’agit d’une utilisation rare de l’UWB.
• Le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence ou OFDM est une autre utilisation de l’UWB. Il vous permet d’exécuter des milliers de signaux à des débits de données de plus de 250 mégabits par seconde. La démodulation des signaux est gourmande en calculs. Mais en envoyant les signaux sur au moins 500 MHz, il y a peu d’interférences avec chacun de ces signaux. Ce signal large est essentiel pour la bande UWB inférieure afin que les antennes UWB n’interfèrent pas avec les communications GPS et satellite utilisant le spectre en dessous de 6 GHz.
• La modulation d’impulsion ou de position d’impulsion est le type de modulation de signal d’origine pour les antennes Vivaldi. Le signal d’impulsion rapide est généré par un oscillateur, produisant plusieurs ondes sinusoïdales centrées sur une fréquence comme 6 GHz. Cette technologie est proche des oscillateurs squelching utilisés dans les circuits super-régénératifs depuis le début des années 1900.
• Certaines des premières utilisations des antennes UWB étaient la télévision UHF, les téléphones portables et le GPS. Le GPS a très tôt abandonné les antennes à bande ultra large car il interférait avec les systèmes de navigation recommandés par la FAA. Les applications de collecte de données de capteurs et de suivi de localisation utilisent parfois la gamme de fréquences UWB aujourd’hui.

Défis d’ingénierie associés à l’UWB

Il existe deux défis techniques avec les antennes à bande ultra large.

1. Le premier problème est bande passante. L’antenne doit fonctionner sur plusieurs gigahertz de bande passante.
2. Le deuxième problème est le Qla bande passante de l’antenne par rapport à la fréquence centrale de la bande passante.

Les antennes résonnantes sont généralement à Q élevé. Pour les antennes UWB Vivaldi, il faut une fraction de seconde pour que l’impédance de l’antenne se stabilise. Cela n’a pas d’importance si vous envoyez des signaux de radio amateur, mais cela affecte le signal lorsque l’antenne UWB est utilisée pour un réseau de données à haut débit ou un système radar haute résolution. La fraction de seconde nécessaire pour atteindre l’impédance complète signifie que l’impédance de l’émetteur et de l’antenne est très différente pour les signaux courts de ce qu’elle serait pour un signal CW.

Ce type de signal de modulation rapide nécessite également une tension pour s’accumuler, ce qui retarde l’envoi du signal. Cela allonge et retarde à la fois l’envoi des données souvent dans les applications où le temps de réponse est essentiel.

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Types d’antennes UWB

Vous trouverez ci-dessous quelques brèves discussions sur quelques types d’antennes.

dipôle

L’antenne la plus simple est une antenne dipôle. Au fur et à mesure que les éléments de l’antenne s’allongent, le gain augmente.

Vivaldique

Les antennes ultra large bande (UWB) les plus courantes sont les antennes Vivaldi. Les antennes Vivaldi sont également appelées antennes exponentielles. Selon Wikipedia, une antenne Vivaldi est une antenne large bande coplanaire (deux côtés) constituée d’une plaque diélectrique métallisée des deux côtés. Une antenne Vivaldi est similaire à une antenne de ligne de transmission, offrant une bande passante très large et un gain modeste, mais le courant de circulation est très faible.

Une façon courante de fabriquer des antennes Vivaldi consiste à utiliser des cartes de circuits imprimés, ce qui leur donne un faible coût unitaire. Les antennes Vivaldi peuvent être utilisées pour une large gamme de fréquences mais sont souvent utilisées comme antennes UWB. L’un des avantages de l’utilisation de Vivaldis comme antennes UWB est d’équilibrer l’impédance d’entrée à l’impédance de sortie (adaptation d’impédance) pour maximiser le transfert de puissance ou minimiser la réflexion du signal.

Journal périodique

Les antennes log-périodiques consistent en un réseau de dipôles. Cette conception fait résonner le signal et étirera une impulsion aiguë. Il existe des antennes log-périodiques plus petites qui couvrent la gamme de fréquences UWB, comme l’antenne log-périodique de 2 à 11 GHz.

cimeterre

L’antenne cimeterre est une courbe en forme de talon ressemblant à une épée cimeterre, les courbes intérieure et extérieure ayant un rayon différent. Les antennes Scimitar ont un rayon intérieur qui définit la valeur haute fréquence de l’antenne et un rayon extérieur qui définit la plage basse fréquence. Une antenne cimeterre avec une bande passante de 400 à 1500 MHz aura une impédance d’entrée naturelle d’environ 20 ohms.

fractale

Les antennes fractales utilisent un motif fractal ou un motif auto-similaire pour maximiser la longueur ou le périmètre de l’antenne qui peut envoyer ou recevoir un signal. Le type le plus courant d’antennes fractales UWB utilise un motif fractal triangulaire. Il y a énormément de battage médiatique autour des antennes fractales. À ma connaissance, aucun produit commercial n’en utilise réellement un à grande échelle, ce qui en dit long sur leur efficacité dans le monde réel.

Disque planaire

L’antenne à disque planaire 2–26 GHz illustrée ci-dessous et d’autres antennes à disque planaire couvrent également la plage de fréquences ultra large bande.

Cet article est exact et fidèle au meilleur de la connaissance de l’auteur. Le contenu est uniquement à des fins d’information ou de divertissement et ne remplace pas un conseil personnel ou un conseil professionnel en matière commerciale, financière, juridique ou technique.